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木薯收获机抖动链式筛土装置的设计与实验

农机化研究 2020年第6期42卷 41-45页

作者：刘炳先廖宇兰熊佳益爱丽王高远海南大学机电工程学院

针对目前木薯收获机在挖掘作业后木薯块根黏附大量土壤的问题,结合高性能的犬趾型仿生挖掘铲,研制出一种升运抖动链式筛土装置。介绍了筛土装置的结构组成和工作原理,通过对整个机具工作状态的研究及土薯混合物的理论分析,确定了升运筛... 详细信息

针对目前木薯收获机在挖掘作业后木薯块根黏附大量土壤的问题,结合高性能的犬趾型仿生挖掘铲,研制出一种升运抖动链式筛土装置。介绍了筛土装置的结构组成和工作原理,通过对整个机具工作状态的研究及土薯混合物的理论分析,确定了升运筛杆、抖动器等关键部件的工作参数,得到了影响土薯分离的主要因素,并利用SolidWorks软件对整个机具进行了三维建模。以明薯率、伤薯率、净薯率及生产效率作为该装置工作性能的测试指标进行田间试验,结果表明:当机具前进速度为1.2m/s、筛杆升运速度为1.3m/s、抖动器转速为205r/min时,明薯率为93.8%,伤薯率为2.5%,挖净率为98.7%,生产效率为0.38hm^2/h,整个装置的工作性能稳定可靠,能够满足筛土作业的要求。

关键词：木薯收获机筛土装置土薯分离抖动器三维建模

振动链式木薯收获机挖掘深度自动控制系统设计与测试

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华中农业大学学报 2022年第2期41卷 217-226页

作者：熊成成周德强邓干然李国杰崔振德何冯光李玲江南大学机械工程学院无锡214122 中国热带农业科学院农业机械研究所湛江524088 农业农村部热带作物农业装备重点实验室湛江524091 中国热带农业科学院热带作物品种资源研究所海口571101

为了解决现有4UML-130型振动链式木薯收获机挖掘深度不稳定,从而造成木薯破损、漏收率大和能耗大的问题,设计了一套木薯挖掘深度自动控制系统。该系统包括仿形机构、挖掘深度检测机构、液压系统和控制系统,运用积分分离式模糊PID算法实... 详细信息

为了解决现有4UML-130型振动链式木薯收获机挖掘深度不稳定,从而造成木薯破损、漏收率大和能耗大的问题,设计了一套木薯挖掘深度自动控制系统。该系统包括仿形机构、挖掘深度检测机构、液压系统和控制系统,运用积分分离式模糊PID算法实时调节挖掘深度,有效实现了挖掘深度的精准控制。仿真与室内试验结果表明:在阶跃响应试验中,使用积分分离式模糊PID算法的控制系统超调量最小,并且达到稳定的时间最短;在正弦响应试验中,使用积分分离式模糊PID算法的控制系统的误差为±0.5 cm,明显优于其他方法。

关键词：木薯木薯收获机挖掘深度自动控制模糊PID 仿形机构积分分离精准控制

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木薯收获机块根拔起机构自适应控制算法研究

农机化研究 2017年第4期39卷 12-20页

作者：郑贤陈科余杨望杨坚李杨广西大学机械工程学院南宁530004

针对挖拔式木薯收获机无法根据木薯块根生长情况和土质情况的变化实现精确控制木薯块根拔起,且在木薯块根生长情况和土质情况变化大时其块根拔断损失率高的情况,采用联合仿真技术,以较优块根拔起速度模型为基础,根据拔起力变化,控制木... 详细信息

针对挖拔式木薯收获机无法根据木薯块根生长情况和土质情况的变化实现精确控制木薯块根拔起,且在木薯块根生长情况和土质情况变化大时其块根拔断损失率高的情况,采用联合仿真技术,以较优块根拔起速度模型为基础,根据拔起力变化,控制木薯收获机拔起速度使其达到减少块根拔断损失率的目标,对木薯块根拔起过程进行模糊PID自适应控制,且对模糊PID自适应控制算法进行了优化和物理试验验征。结果表明:在木薯块根拔起过程中,优化的模糊PID控制算法能使齿轮齿条摆动液压缸转速很好地跟踪给定转速曲线,且整机的自适应控制效果好,能适应不同的工作载荷。

关键词：木薯收获机拔起机构自适应控制算法优化

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木薯收获机挖掘铲挖深控制系统设计

农机化研究 2018年第2期40卷 100-105页

作者：吕凯英廖宇兰益爱丽陈炎杰熊佳海南大学机电工程学院海口570228

木薯挖掘过程中,带有一定入土角的挖掘铲一直有朝深度方向挖掘的趋势,导致机具动力消耗过大;挖掘铲在切土、碎土过程中,对挖掘铲的入土倾角要求也有所不同。针对上述问题,设计了一种平行四杆机构,使挖掘铲的运动满足一定的运动轨迹;为... 详细信息

木薯挖掘过程中,带有一定入土角的挖掘铲一直有朝深度方向挖掘的趋势,导致机具动力消耗过大;挖掘铲在切土、碎土过程中,对挖掘铲的入土倾角要求也有所不同。针对上述问题,设计了一种平行四杆机构,使挖掘铲的运动满足一定的运动轨迹;为了实现挖掘铲运动的精确控制,设计出地表检测机构。工作时,两种机构结合,利用传感器测出挖掘过程中的信号,经过运算处理后控制电磁换向阀换向,可以精确控制液压缸动作,从而调节木薯挖掘铲挖掘深度,实现木薯挖掘过程中挖掘深度的自动精确控制。

关键词：木薯收获机挖掘铲平行四杆机构地表检测机构液压控制系统

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木薯收获机仿生挖掘铲减阻设计与研究

木薯收获机仿生挖掘铲减阻设计与研究

作者：端木令坚吉林大学

学位级别：硕士

作为木薯收获机具的关键部件,挖掘铲的挖掘阻力与适应性是影响木薯产业化发展的制约因素。本研究利用仿生减阻理论、仿生设计技术方法、离散元仿真及土壤破碎理论,设计了铲齿式仿生木薯挖掘铲,利用仿真分析与田间试验研究了挖掘铲的减... 详细信息

作为木薯收获机具的关键部件,挖掘铲的挖掘阻力与适应性是影响木薯产业化发展的制约因素。本研究利用仿生减阻理论、仿生设计技术方法、离散元仿真及土壤破碎理论,设计了铲齿式仿生木薯挖掘铲,利用仿真分析与田间试验研究了挖掘铲的减阻效果,主要研究内容及结论如下:本研究选取黄毛鼠前足爪趾为仿生原型,通过冰冻切片法切取完整的黄毛鼠前足爪趾趾尖中切面,利用正置显微镜进行图像采集,采用MATLAB和ORIGIN软件对趾尖轮廓特征参数进行拟合。以传统挖掘铲的铲面尺寸为基础,利用逆向工程方法与仿生技术改进设计木薯挖掘铲铲齿,铲齿数目分别设计为8、10和12个,仿生铲齿的宽度分别为30、40和50mm,通过单因素试验设计方法,设计了9种铲齿式仿生挖掘铲。利用物理试验与仿真试验相结合的方法,标定不同深度的土壤颗粒间的模型参数,以及不同深度土壤颗粒与挖掘部件之间的模型参数,以“Hertz-Mindlin with JKR Cohesion”为接触模型,采用离散单元法横向比较铲齿式仿生木薯挖掘铲的减阻效果。结果表明:仿生挖掘铲受到的平均水平阻力小于传统挖掘铲,而铲齿宽度为40mm,铲齿数目为10的5型仿生挖掘铲减阻效果优于其它仿生挖掘铲。应用农用机械动力学参数无线测试系统对0型(原型挖掘铲)、3型(铲齿数为8,齿宽50mm)、5型(铲齿数为10,齿宽40mm)、7型(铲齿数为12,齿宽30mm)仿生挖掘铲进行田间试验,其中拖拉机后输出轴转速为540rpm、机具工作速度为1km/h,结果表明:各型仿生挖掘铲测得的阻力值均小于0型(原型)挖掘铲,其中安装5型挖掘铲的木薯收获机具测得的三点水平合力平均值为31796.85 N,而安装0型(原型)挖掘铲的木薯收获机具测得的三点水平合力平均值为35726.80 N,该条件下仿生木薯挖掘铲5型与木薯挖掘铲原型相比,阻力降低了11%。试验区内的明薯率为97.84%、断薯率为4.36%。在田间实际工作条件下,铲齿式仿生挖掘铲具有较好减阻效果,具有较好的应用前景。

关键词：木薯收获机挖掘铲仿生设计离散单元法减阻

基于改进蜘蛛群集算法的木薯收获机块根拔起速度优化

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农业工程学报 2018年第4期34卷 29-36页

作者：杨望李杨郑贤陈科余杨坚莫建霖隋明君广西大学机械工程学院南宁530004 广西大学工程实践与训练中心南宁530004 广西农业机械研究院南宁530007

针对挖拔式木薯收获机由于较难获得块根拔起速度控制系统最优化控制参数,造成块根拔起速度控制精度较低,木薯块根收获拔断损失率较大的问题,开展拔起机构块根拔起速度控制系统控制参数优化的算法研究。该文以模糊PI作为块根拔起速度控... 详细信息

针对挖拔式木薯收获机由于较难获得块根拔起速度控制系统最优化控制参数,造成块根拔起速度控制精度较低,木薯块根收获拔断损失率较大的问题,开展拔起机构块根拔起速度控制系统控制参数优化的算法研究。该文以模糊PI作为块根拔起速度控制算法,采用多领域的动力学仿真技术,构建木薯收获机块根拔起机构控制系统的联合仿真模型,以较优块根拔起速度模型为控制目标,块根拔起阻力为条件,开展结合局部搜索算子的蜘蛛群集算法的模糊PI控制参数的优化研究,且进行了田间木薯块根拔起试验。结果表明,结合局部搜索的蜘蛛群集算法比蜘蛛群集算法具有较快的收敛速度和较高的搜索精度,模糊PI控制参数的优化结果,控制参数K_p为0.841,K_i为0.203 9,在优化的控制参数条件下,块根拔起速度能较好跟随较优块根拔起速度,木薯块根的垂直拔起速度与块根拔起较优速度的平均相对误差为4.5%,滑块位移与理论值的平均相对误差为3.7%。

关键词：机械化控制算法木薯收获机拔起机构联合仿真局部搜索算子

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木薯收获机夹持输送机构设计与力学分析

农机化研究 2015年第8期37卷 74-80页

作者：余瑞明廖宇兰刘世豪王涛袁成宇海南大学机电工程学院海口570228

针对现有挖拔式木薯收获机夹持输送机构出现夹持掉带掉薯、夹持对中困难及木薯茎秆难以进入夹持输送机构等问题,研究设计了夹持输送机构。该机构采用拉簧安装在移动杆凹槽内,移动杆与机架间为移动副连接的方式夹紧木薯茎秆,并将其与摇... 详细信息

针对现有挖拔式木薯收获机夹持输送机构出现夹持掉带掉薯、夹持对中困难及木薯茎秆难以进入夹持输送机构等问题,研究设计了夹持输送机构。该机构采用拉簧安装在移动杆凹槽内,移动杆与机架间为移动副连接的方式夹紧木薯茎秆,并将其与摇杆与机架间为转动副连接的方式进行了对比分析。结果表明:移动副连接使拉簧的拉力全部提供为夹持力,无拉力损失,夹持力最大;同时,自动调节带间距,夹持牢固。根据土薯生物环境特性,设计了夹持轮、带轮、夹持带、张紧装置和导向装置等主要结构,并对各结构进行了分析,确定了主要结构参数。根据木薯块根拔起时的速度分解图,建立了块根拔起时的力学模型,且通过分析推导得到了夹持输送机构对块根的拔起力和对茎秆的夹持力计算公式。该研究对于快速拔出、输送薯块、减少薯块损失、降低伤薯率、提高挖拔式木薯收获机整机性能具有重要意义。

关键词：木薯收获机夹持输送机构拉簧移动杆木薯茎秆力学分析

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木薯收获机多阶挖掘铲设计及其力学特性分析

农机化研究 2015年第10期37卷 50-54页

作者：王涛廖宇兰杨怡郑美云袁成宇海南大学机电工程学院海口570228

基于土壤的碎裂理论，参考薯类等块根类收获挖掘铲设计出了多阶挖掘铲。此挖掘铲轮廓呈弓形，有利于铲在土壤中运动；铲板增添纵向铲刃以增强铲板对土壤的剪切。将其与普通平面铲牵引阻力做对比分析，得出入土倾角取30＆#176;较合理，... 详细信息

基于土壤的碎裂理论，参考薯类等块根类收获挖掘铲设计出了多阶挖掘铲。此挖掘铲轮廓呈弓形，有利于铲在土壤中运动；铲板增添纵向铲刃以增强铲板对土壤的剪切。将其与普通平面铲牵引阻力做对比分析，得出入土倾角取30＆#176;较合理，牵引阻力降低6．93％；分析铲板宽度与牵引阻力关系，得出铲板宽度取10～15cm较适宜。通过有限元分析其静力学性能，旨在为进一步的木薯收获机械挖掘铲设计提供参考。

关键词：木薯收获机挖掘铲力学分析有限元分析

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振动链式木薯收获机挖深控制系统设计与研究

振动链式木薯收获机挖深控制系统设计与研究

作者：熊成成江南大学

学位级别：硕士

木薯是全球产量超亿吨的七大作物之一,是全球10亿人口的主要粮食作物。然而木薯种植相关的机械却并不普及,再加上木薯的耐旱和经济性较差的特点,我国木薯主要种植在崎岖的山地,这也给木薯农业机械的普及带来了巨大的困难。本研究针对现... 详细信息

木薯是全球产量超亿吨的七大作物之一,是全球10亿人口的主要粮食作物。然而木薯种植相关的机械却并不普及,再加上木薯的耐旱和经济性较差的特点,我国木薯主要种植在崎岖的山地,这也给木薯农业机械的普及带来了巨大的困难。本研究针对现有的振动链式木薯收获机在收获中出现挖掘深度不方便调整,性能不稳定,从而造成木薯损伤率较高、机器损耗较大的问题,提出一种木薯挖掘深度自动控制的方法。主要研究内容如下:首先,了解木薯的机械化种植模式、生长特点,并研究4UML-130型振动链式木薯收获的工作原理和作业环境。由此提出设计要求,并提出总体设计方案,包括执行机构,仿形机构和控制器。其次,设计并分析仿形机构,并阐述检测原理。由于挖掘铲的挖掘深度较大,在挖掘铲前方的垄面上会产生较大长度的隆起,给挖深检测带来了困难。为此,本文设计了一种多传感器联合间接检测挖深的方法。设计了仿形机构,并通过力学分析和仿真得出其能够安全行走的最大坡度角。为了避免共振,对仿形机构安装板进行了模态分析,得出其前四阶固有频率,通过避开这些频率可降低振幅,减小检测误差。最后对传感器进行选型。然后,进行液压系统的总体设计,建立其数学模型,分析其稳定性。根据拖拉机的性能和木薯收获机的受力情况,选定液压系统的工作压力为10MPa。根据拖拉机的流量大小,选择合适的液压缸、油管、电磁比例方向阀和分流集流阀。创建液压缸和电磁比例方向阀的数学模型,从而得到系统的开环传递函数,并由此绘制系统的Bode图,用以分析其稳定性。之后,进行控制系统的元件选型和控制算法的仿真,以及积分分离式模糊PID控制算法在PLC中的编程。针对传统意义上的控制算法很难得到满意的效果,提出一种积分分离式模糊PID控制算法。通过Simulink仿真,结果表明积分分离式模糊PID控制算法的效果较好。并将该算法的原理应用于西门子1200PLC中,编写了基于查表法的积分分离式模糊PID控制算法。最后,进行室内试验和田间试验。在室内实验中,为了较好的表现出控制的效果,制作了一套模拟垄面机构。分别进行阶跃响应和正弦响应试验,检验控制系统的控制效果。田间试验以实际挖掘深度为指标,检验控制系统的实际控制效果。

关键词：木薯收获机挖掘深度仿形机构积分分离式模糊PID