履带式果园作业平台结构稳定性分析与研究

绝大多数果园主要以丘陵山地矮砧密植种植模式为主,其地形及地势特征存在操作难题,故对履带式果园作业平台的稳定性进行分析具有重要的意义,能够帮助作业者顺利完成果园作业疏花疏果、剪枝、收获、套袋等一系列作业。为此,对履带式果园作业平台进行坡面行驶稳定性力学分析,通过计算得出作业平台不倾翻的角度范围。分析结果表明:当坡面角度固定时,履带式果园作业平台的稳定性取决于相关性能参数的取值,设计的履带式果园作业平台稳定性安全装置能够满足稳定性要求。通过试验测得:果园作业平台无载重条件下的行走速度为低速0.352m/s、高速0.722m/s,履带式果园作业平台升降高度≤1.2m,最大承载负荷≤500kg,液压杆升降速度0.05m/s。通过爬坡性能试验可知:随着坡度角逐渐增大,履带式果园作业平台行驶的时间逐渐变长,爬坡速度逐渐变得缓慢;在试验过程中,履带式果园作业平台能够正常运行,且能正常行驶通过3种不同的坡度角。但是,当行驶在30°坡面时作业平台速度变慢并且出现抖动,出现略微打滑现象;在工作正常运行的情况下,履带式果园作业平台能够通过的最大坡度角为30°。

电动果园作业平台结构设计与试验

针对丘陵山地矮砧密植果园作业遇到的问题,设计了一种丘陵山地电动果园作业平台,能够满足丘陵山地果园疏花疏果、收获、套袋等一系列工作需求,既实现了果园的规范化管理,又降低了劳动成本及劳动强度。把通过软件SolidWorks建立的三维模型进行一系列的简化,使得求解更加便捷,并把建立好的模型导入Simulation中进行运算,采用自由划分网格对机械结构进行网格划分,随后进行算例分析得出应力、位移的结果及分布图。通过理论计算得出相关参数,采用受力仿真分析等方法研究作业平台最大施加载荷质量。通过计算分析得出结果,选择电机的型号为额定功率5.5kW、额定电压48V、额定电流7.0A、额定转速1000r/min的132M-6系列直流电机。在不影响电动果园作业平台稳定性工作的情况下,能够承受的最大载荷为538kg。经计算,电动果园作业平台的采摘效率为人工架梯采摘效率的6倍,能够极大地提高作业效率,在不同载荷的情况下,具备较好的工作安全性及稳定性,操作安全便捷,可满足果园作业的使用要求。

轻简型果园作业平台的设计与性能测试

针对陕西省乔化改造果园低矮狭窄的作业环境,设计了一种轻简型果园作业平台。为缩小整机长度,将动力装置及变速箱设置于升降平台下方,同时采用可折叠护栏,使其能根据转场输运、果物周转、高空作业等不同作业需求,灵活调节作业平台整机高度,整机高度最小可降低至900mm。为增强作业平台行驶安全性和操作便捷性,平台集成了遥控技术以实现远程操作,平台上集成有可为电动剪枝等电动机具提供动力源的电源接口,能将操作人员从背负电池的繁重劳动中解放出来。测试结果表明:果园作业平台举升负载量200.06kg,高速档行走作业速度1.58m/s,低速档行走作业速度0.18m/s,平台最大起升高度2080mm,最大沉降量18mm,符合设计要求。

果园作业平台车架耐久性研究

针对农用机械作业工况复杂、受多种外力、对结构件寿命影响较大等问题,以果园作业平台车架为研究对象,编制车架加速载荷谱,分析车架耐久性。采用有限元分析方法,对车架进行力学分析并选取关键载荷测点,建立果园作业平台多体动力学模型采集相应测点载荷谱,利用伪损伤保留编辑法获取不同伪损伤保留量的加速载荷谱,从压缩时间效率、伪损伤域、功率谱密度、穿级/雨流计数和统计值参数等方面对比,分析伪损伤保留量对加速载荷谱质量的影响。通过车架耐久性仿真对比不同编辑方案对耐久性分析精度和效率的影响。对比结果表明,伪损伤保留量不低于90%才能保证加速载荷谱的质量。仿真结果表明,车架最小寿命历程大约为65000 km,根据果园作业平台使用条件和用户使用情况调查,了解果园作业平台每年大约行驶8100 km,使用年限为8年,该车架满足要求。且伪损伤保留量为95%时为最佳编制方案,加速载荷谱时间压缩量为55%,车架耐久性仿真分析误差能控制在5%内且仿真效率提高391%,本文为提高农用机械部件耐久性载荷的编辑质量提供参考。

轮式果园多功能自主导航作业平台设计

为实现果园作业机械的多功能应用,设计一款具备割草、喷药、搬运等功能的轮式果园多功能自主导航作业平台。根据作业需求对多功能平台进行总体设计,平台包括动力系统、行走系统、导航系统、控制系统、作业装置等。根据搬运需求计算确定整机驱动电机选型;对割刀进行运动和动力学分析,根据切削范围和稳定需求,计算确定割刀电机和电动推杆的型号;根据流体力学知识,计算确定满足喷药喷幅的药泵型号,并对其他关键部件进行计算选型。对样机进行最小转弯半径、割草性能、喷雾性能等基本性能试验。试验结果表明,所设计的平台最小转弯半径为120.75 cm,满足果园行间地头良好的通过性要求;割刀转速和高度可调,留茬高度可控制在5 cm以内,割草作业覆盖率在91.25%以上;喷药泵可根据车速、树形等进行压力调节,喷雾量均匀性变异系数在8.01%以内,保证喷雾均匀的同时减少农药浪费。

基于.NET的番茄果园视觉特征管理系统

介绍了一种基于.NET平台的番茄果园视觉特征管理系统,旨在提高番茄果实的检测和识别效率,促进农业生产的智能化发展。随着信息技术的发展与普及,越来越多的农业生产活动开始向数字化、智能化的方向转变。同时,随着人口增长和城市化进程的加速,人们对蔬菜和水果的需求越来越大,对水果品质的要求也越来越高。而作为现代农业中重要的经济作物之一,番茄的种植和管理对于果农们来说至关重要。为了提高番茄种植的生产效率和品质,帮助果农实现对番茄种植全过程的管理。以位于辽宁省大连市旅顺口区某番茄果园为例,对系统框架的搭建,包括系统的数据结果和框架,同时对传感器数据和图像数据进行处理和数据分析,实现对果园内番茄的生长状态和品质的实时监测和管理,提高番茄果园的生产效率和品质,增加果农的生产效益和经济效益。

面向果园车辆自主导航算法的仿真测试平台设计

为测试和评价果园车辆自主导航算法的性能,采用数学分析软件MATLAB搭建面向果园车辆自主导航算法的仿真测试平台。仿真测试平台通过构建果园种植模型、激光雷达(Light detection and ranging,LiDAR)测量模型、车辆运动学模型、车辆动力学模型和电机控制模型实现虚拟果园测量和车辆运动过程模拟,通过可视化测量数据、导航过程和导航偏差显示导航结果并评价导航算法性能。对单一模型和平台整体的性能测试结果表明,仿真测试平台可靠,针对基于2D LiDAR的导航路径生成和跟踪算法,仿真测试平台能够有效测试和评价不同果园种植参数及车辆初始状态下的算法性能,满足果园车辆自主导航算法的测试需求。

果园作业平台关键技术研究进展

果园机械化是提升生产效率、增加果农经济收入的重要手段。总结国内外果园作业平台关键技术研究进展,分析作业平台最新的研究成果,对比不同类型底盘结构之间的性能差异,概括常见作业平台升降机构、自动调平机构的类型与特点以及安全与稳定性方面的研究进展,探讨无人驾驶技术在作业平台中的应用情况并阐述常见路径规划技术路线。指出果园机械化发展存在配套设施不完善以至平台扩展性差、智能化程度低等问题,并提出果园作业平台应向着适应性强、底盘专用化、整机高度智能化、调平精度高等发展建议。

果园虫害监测系统硬件电路设计与实现

设计了一套基于STM32的虫害监测系统,该系统以STM32为主控,包括空气温湿度、光照度、土壤pH值、虫害监测、光诱捕、云平台等模块,经系统集成测试,实现了温湿度采集、土壤pH值检测、光照度检测、害虫识别拍照、数据上传云平台等功能。解决了果农在种植过程中,因果树生长环境异常造成损失的问题。虫害监测系统具有实时性强、数据检测准确等特点,市场前景广阔。

果园喷药机智能管控平台的建设研究

分析了我国果园喷药机以及农业智能管控平台的相关研究现状。从喷药机自身性能、果园种植管理标准及配套设施等方面指出了当前喷药机智能化管控平台建设存在的问题,给出了对应的建议,提出建设果园喷药机智能管控平台的初步方案,以期实现果园喷药全程自动化、智能化管理,提高喷药效率与农药利用率,实现经济与环境的可持续发展。

果园多功能作业平台机研究现状与问题分析

本文介绍了果园多功能作业平台国内外研究现状,分析了存在的不足,提出了建设性的建议,对相关企业和科研单位的研究有一定的借鉴作用。

丘陵地形果园多功能电动作业平台设计与性能研究

为解决丘陵地形农业机械化程度低、大型农机无法适应丘陵地形作业等问题,设计了多功能微型电动自动驾驶作业平台。按照双车头、无驾驶室设计理念,传动机构采用双电机驱动,行驶机构采用三角履带轮,转向机构采用四轮同向转向机构与差速转向控制系统,以便作业平台能够斜向行驶,以满足丘陵地形狭窄场景作业要求。建立了1∶5样机模型,据此对作业平台跨越壕沟能力与翻越垂直障碍能力进行了试验分析。结果表明,样机模型应对复杂地形能力较强,最大跨越壕沟宽度为4 cm,翻越垂直障碍高度为5 cm,最小转弯半径为20 cm,基本能够适应壕沟、坡道等场景。由此可知,本研究设计的作业平台技术方案可行,能够满足丘陵地形果园用户的实际需求。同时,采用理论计算、仿真分析、模型验证的产品开发过程,为节省农机新产品研发成本提供了新思路。

小型果园升降作业平台的设计与试验

针对南方丘陵山区水果生产中采摘、疏花等作业环节劳动强度大、机械设备少、人工作业效率低,已有设备在丘陵山区作业时通过性不强、易失稳等问题,设计制造了一种小型履带自走式剪叉升降作业平台,该机器具有较小的底盘尺寸,能够控制回转支承进行方位调节,通过液压油缸实现升降、角度调整,使得载人工作台可调平,以提高机器稳定性能。对样机进行了模拟工作环境下的爬坡角度、转弯半径、调平以及倾翻稳定性能测试,相关指标达到了设计要求。结果表明,样机可升降高度1.2 m,最大行驶速度0.25 m/s,最小转弯半径0.75 m,不同负载和升降高度下平台的坡地静态倾翻角集中在（15°-30°）之间等,满足了工作要求。同时,样机外形尺寸较小,操控简便,适合南方果园种植模式和使用要求。

丘陵山区果园作业平台的设计与试验

为解决目前丘陵山区修剪果树和采摘果实主要靠爬树、登梯容易造成失稳及现有机械不能自动调平的问题,设计了丘陵山区果园作业平台。经计算和分析,确定该机配套动力为13.2k W小四轮拖拉机,采用静液压三角形调平机构和180°回转结构,可实现工作平台的自动调平和回转。对升降平台进行性能检测,结果表明:其工作性能稳定,最大承载质量150kg,最大提升高度1.5m,回转转速0.1r/min,升降速度0.1m/s,水平面、10°和2 0°坡面上调平误差均在0°~3°范围内,满足设计要求。

基于工作空间的果园作业平台结构参数优化与试验

为提高果园作业平台的适用性和操作灵活性,根据乔砧密植的纺锤形苹果种植模式确定其目标工作空间,以工作空间尺寸偏差、工作空间体积和平均可操作度描述其可达工作空间性能,分析了平台主要结构参数杆长和关节变量(关节角、连杆偏移)对工作空间性能的影响。建立了以可达工作空间性能和结构紧凑为指标的优化模型,利用遗传算法求解得出最优参数为:杆2和杆4的长度分别为988、879 mm,关节1、3的关节角范围分别为[107°,256°]、[-118°,-76°],关节5、6的连杆偏移最大值分别为720、340 mm。优化后其可达工作空间尺寸偏差分别减小96.09%、95.60%,体积减小4.69%,平均可操作度增加1.43%。对优化后的果园作业平台进行了实地果园工作空间试验,结果表明:承载质量为65 kg、横坡坡度为15°、纵坡坡度为15°时,工作空间尺寸偏差最大,分别为16.2、16.7 mm,比原型分别减小93.89%、93.76%。

果园升降平台调平装置的设计与试验

对湖南农业大学工学院设计的果园升降平台设计了1种＂方向＋角度＂的调平装置,以改善升降平台的稳定性。调平装置通过液压马达驱动工作平台旋转,对工作平台横轴方向进行调节;通过液压缸伸缩调节工作平台纵轴与水平面的夹角实现对工作平台的调平。调试结果表明,该调平装置调平误差在±1°,能适应0~15°的调平要求。

果园采摘平台行走机构的研究现状及发展趋势

果园采摘平台是果实采摘过程中运用得最多的采摘机械。我国果树多种植在丘陵山地,地面崎岖不平,采摘机械行走机构性能的好坏关系到果园采摘作业效率和作业人员的安全。为此,从目前国内外常见的果园采摘平台行走机构典型应用分析入手,结合丘陵山地果园地貌特征以及小型机器人行走机构的部分应用,提出设计一种适合丘陵山地果园行走的、具有轻质化以及高离地间隙特征的仿形履带式行走机构。该机构在我国果园采摘平台的研制和推广上具有实际应用价值。

果园作业平台静态防侧翻系统的设计

为了提高果园作业平台的安全性和操控稳定性,针对果园特殊环境的作业特点,设计了一种静态防侧翻控制系统。该系统以STC89C52RC单片机为核心处理芯片,采用横向载荷转移率(LTR)作为平台稳定性判定指标,通过计算确定了侧翻阈值。实验结果表明,系统能够改善并提高平台作业稳定性。

基于AHP-TOPSIS的果园作业平台舒适性评价及优化

果园作业平台是重要的果园机械装备之一,为了优化果园作业平台的舒适性体验,提出了基于AHP-TOPSIS的果园作业平台舒适性评价及优化方法。首先,建立果园作业平台舒适性层次分析模型,对4款典型机型进行舒适性评价,评价结果显示,操控台的人机界面是影响果园作业平台舒适性的显著因素,工作台的移动平稳性是影响果园作业平台舒适性的重要因素;然后以3GP-160自走式果园作业平台的操控台为例,利用逼近理想解法(TOPSIS)确定操控台元件的优先排序,并结合人机界面设计原则对操控台进行了优化设计;最后采用RAMSIS客观评价法和量化主观评价法对优化设计方案进行评价,结果表明,优化后的操控台尺寸、布局满足人体模型的可视区域、可达区域要求,操作姿态比较轻松、舒适,能满足果农的舒适性要求。

果园采摘平台振动性能试验

以果园采摘平台为研究对象,建立了人-采摘平台两个自由度的振动模型,并在不同路况、不同车况下进行低速振动试验,且通过快速傅里叶变换(FFT)进行频谱分析。试验结果表明:不同路况和车况对采摘平台振动有不同程度的影响,路况对采摘平台的振动影响更明显;采摘平台的振动是低频振动,主要频率集中在0~1 6 Hz,在果品采摘运输作业中容易对果品造成损伤,应对其结构进行改进设计。