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农机化研究 2017年第6期39卷 69-73,78页

作者：卢彦群孔江生卢玉坤张哲河北工程大学装备制造学院河北邯郸056038

太行山区果园地表贫瘠、耕层土壤少、石砾多,果树生长的同时果园内野草蔓生。除草的难题不仅在于山区果园地域广袤,青壮劳动力匮乏,而且人工成本日益攀升,再加上果树株行距较小、地面崎岖不平,以及遍布各处的、大小与形状各异的石块与... 详细信息

太行山区果园地表贫瘠、耕层土壤少、石砾多,果树生长的同时果园内野草蔓生。除草的难题不仅在于山区果园地域广袤,青壮劳动力匮乏,而且人工成本日益攀升,再加上果树株行距较小、地面崎岖不平,以及遍布各处的、大小与形状各异的石块与树枝等杂物,传统除草机械在此环境中无法运行,开发一款适应山区果园的新型除草机械迫在眉睫。以"特色农机装备研究与开发"项目为依托,开发了一款挠性除草部件离心式除草机,配备小型四轮拖拉机,具有机动灵活、除草效果好、适应多砾石果园等特点;但其高速旋转的工作部件(动刀头—特型挠性结构)不可避免地会与草间石块等异物发生碰撞,致使动刀头应力过大而崩裂。为此,对动刀头与石块撞击后的受力进行了理论分析与参数结构设计,经实地检验,该机具清除杂草0.13hm2/h左右,除草效果良好,且具有相对较长的使用寿命[1-2]。

关键词：果园除草机挠性刀头参数分析参数设计

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果园除草机避让系统设计及仿真

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江苏农业科学 2019年第9期47卷 248-251,262页

作者：李建新李文春陈廷官张宏文张勇石河子大学机械电气工程学院新疆石河子832003 阿拉尔万达农机有限公司新疆阿拉尔843300

针对国内果园除草机械大多仅实现行间除草,少数能实现株间除草的设备因各种因素未能普及,须要大量的人力进行2次作业的现状,设计了一种新疆果园专用的除草设备,采用错开的2组弹齿耙与旋转的除草刀具,可完成株间、行间除草。利用Adams软... 详细信息

针对国内果园除草机械大多仅实现行间除草,少数能实现株间除草的设备因各种因素未能普及,须要大量的人力进行2次作业的现状,设计了一种新疆果园专用的除草设备,采用错开的2组弹齿耙与旋转的除草刀具,可完成株间、行间除草。利用Adams软件建立避让装置模型并对其进行运动仿真,可得除草刀具运动学特性曲线,通过对结果的分析可以验证设计的合理性,并为后续的设计与研究提供理论依据和参考。

关键词：果园除草机避让系统设计仿真

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针对黄土高原地区果园（苹果）小型除草机的设计研究

针对黄土高原地区果园（苹果）小型除草机的设计研究

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作者：李亚雄北京理工大学

学位级别：硕士

作为一个正在转型中农业相对落后的大国,农业科技的发展水平是关系9亿农民切身利益的大事,近年来农业科技的发展,已经纳入了国家发展战略的重要组成部分。在国家惠农政策的推动下,农业科技已经有了一定的发展,农民问题是我国的根本问题... 详细信息

作为一个正在转型中农业相对落后的大国,农业科技的发展水平是关系9亿农民切身利益的大事,近年来农业科技的发展,已经纳入了国家发展战略的重要组成部分。在国家惠农政策的推动下,农业科技已经有了一定的发展,农民问题是我国的根本问题,各行各业的从业人员都有义务和责任参与其中。尤其作为交叉性横向学科的工业设计,更应该响应国家号召,应积极参与到提高我国农业和农业科技的国际竞争力,全面推动农业发展,提升广大农民的生活水平和质量的事业中。在与自身实际情况相结合之后,将本次研究课题设定为——针对黄土高原地区果园小型除草机的设计研究。首先对现有普通农用除草机和果园除草方式进行了解,应用工业设计的相关知识——人机工程学、产品造型方法、设计心理学,对目前使用的除草机进行分析。接着对该地区的果园面积布局、土质情况、杂草种类、果树空间布局、果农舒适的劳作范围、主要除草方式、果农的生理和心理状况进行详细的研究分析,得到当前果园除草机械的主要问题和该地区对果园除草机械的特殊设计要求,最后进行相应产品的设计。主要设计方面包括:除草原理、整体结构、产品造型、操作方式、易用性、安全性和使用维护等。总之,希望可以通过本文的研究,为该地区的果农设计一款价格低廉,在人机关系、易用性、安全性都充分考虑的果园除草机,减轻他们的劳作负担。同时为以后该地区农业机械的设计提供一定的参考价值,以及呼吁更多的设计师为贫困地区的农民服务,贡献自己的一份力量。

关键词：黄土高原农民果园除草机

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果园新型避障除草机设计及其控制系统研究

果园新型避障除草机设计及其控制系统研究

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作者：陈凯南京农业大学

学位级别：硕士

果园经济一直以来是我国作为一个农业大国所产农业经济的重要组成部分,而果园作物产量对果园经济起着至关重要的作用,果园除草效率的高低是果园作物产量的直接影响因素之一。目前,化学药剂除草、果园机械除草、和人工除草是果园除草的... 详细信息

果园经济一直以来是我国作为一个农业大国所产农业经济的重要组成部分,而果园作物产量对果园经济起着至关重要的作用,果园除草效率的高低是果园作物产量的直接影响因素之一。目前,化学药剂除草、果园机械除草、和人工除草是果园除草的三大方式。长期使用化学药剂除草不仅有危害操作人员身体的风险,同时会对果园土壤和微生物系统产生一定的污染。人工除草与其他两种除草方式相比,耗费时间长、工作效率低。所以,果园机械除草成为了果农除草方式的首选。而目前我国果园机械化除草自动化程度不高,精细化程度不高,尤其缺少能在果树株间自动避障除草的果园除草机。为解决这一问题,本课题设计了一款具有株间自动避障除草功能的新型果园除草机。本课题的主要工作如下:设计果园自动避障除草机的机械平台。分别以两种牵引车辆作为新型果园避障除草机的载体,设计果园新型避障除草机前架的行间距离调节机构、垂直距离调节机构、仿形机构、执行机构,同时按照设计要求对各构件进行装配。使用ADAMS软件对新型果园除草机前架机械平台的设计方案1的关键部件(株间自动避障除草组件)进行动力学仿真分析,确定株间自动避障除草组件的摆臂旋转副X、Y、Z方向上最大载荷为:-4882.6N、2484.79N、-5299.6N,割草旋转副X、Y、Z方向上最大载荷为:4872.08N、-2693.6N、5310.95N。使用ANSYS软件对新型果园除草机的关键部件(株间自动避障除草组件)进行静力学分析、模态分析。对前架进行响应曲面优化设计,优化后割盘、摆臂、套筒所受最大应力降为0.8227MPa、14.15MPa、15.669MPa,优化率分别为:39.82%、39.03%、17.89%。对优化后的关键部件进行模态分析,在频率为397.72Hz的一阶模态下,最大变形量为19.192Hz。而割草电机的工作频率小于低阶频率,验证了前架设计方案1的合理性。以Windows平台为应用环境,使用SOLIDWORKS Motion为新型果园除草机前架机械平台的设计方案2进行Motion仿真,确定新型果园除草机前架机械平台的设计方案2的关键部件(株间自动避障除草组件)的设计尺寸。在避障角度52.5°的条件下,外壁和内壁总长为1500mm,摆臂、仿形机构、执行机构的总长为1030mm,摆臂液压缸固定座和活塞杆的长度为770.20mm。使用SOLIDWORKS Simulation对新型果园除草机的机械平台的关键部件进行有限元分析,求解到二号前架设计模型的最大应力为32.78MPa。探测1号L形支座上表面、上表面倒角应力分布为3MPa、1.6MPa,1号L形支座下倒角面应力为2.5MPa,1号L形支座上表面位移为0.0019mm。2号L形支座上表面、2号L形支座下表面倒角应力分布分别为1.4MPa、3MPa,2号L形支座下倒角面应力为0.4MPa。2号L形支座上表面位移为0.0022mm。摆臂的1阶振动频率为211.72Hz,小于除草电机的额定频率,验证了二号设计方案的合理性。设计整个新型果园除草机的株间主动避障除草控制系统。设计控制系统的控制算法—模糊控制算法来实现株间自动避障除草。在MATLAB软件中设计株间自动避障除草的模糊控制算法并求解。通过设计的模糊控制算法计算得知,当D=193cm、V=0.2m/s、A=52°的时候,输出值JD=52.5°。符合先前设计的模糊控规则,验证了模糊控制规则的合理性。设计新型果园除草机的紧急避障除草系统和除草机感知周围环境的数据感知系统。本课题分别对新型果园除草机以V=0.1m/s、V=0.2m/s、V=0.3m/s进行株间主动避障、紧急避障、正常避障试验。在低速、中速、高速株间主动避障试验中,误差率E平均值分别为 0.0563、-0.00673、0.0922,误差率 E 标准差为 0.0281、0.0383、0.0305,株间主动避障试验的避障率为96.7%。在低速、中速、高速株间紧急避障试验中,压力峰值的平均值分别为10.235N、11.233N、13.41N,株间紧急避障试验的避障率为96.7%。在低速、中速、高速株间正常避障试验中,误差率E平均值分别为0.03、-0.009、0.08,误差率E标准差为0.04、-0.06、0.31。株间避障试验结果验证了设计的新型果园避障除草机的避障系统合理性。

关键词：果园除草机动力学分析静力学分析模糊控制自动避障

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多功能果园避障除草机器人机械及控制系统设计

多功能果园避障除草机器人机械及控制系统设计

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作者：贾耀文兰州理工大学

学位级别：硕士

我国是世界上苹果栽培面积最大的国家之一,种植面积多达66.7万公顷,产量占世界总产量的一半以上,是苹果出口、消费大国。近年来,果园除草机械发展迅速,但果园种植模式不断改变,国内果园专用型除草机械类型少,多为进口产品,价格昂贵,不... 详细信息

我国是世界上苹果栽培面积最大的国家之一,种植面积多达66.7万公顷,产量占世界总产量的一半以上,是苹果出口、消费大国。近年来,果园除草机械发展迅速,但果园种植模式不断改变,国内果园专用型除草机械类型少,多为进口产品,价格昂贵,不能满足果农们对果园除草机的迫切需求,导致除草率低,影响果树生长及果品质量,同时也延缓了果园除草作业机械化的进程。针对于西北黄土高原苹果产区,进行实地调研,了解已有果园除草机械的功能与不足。根据调研数据及园艺要求设计一款果园避障除草机器人,实现能够在一定程度上帮助人们完成除草作业、减轻劳动强度、减少农药使用、保护果园生态环境及提升果园管理机械的自动化与智能化水平。关于新型果园避障除草机器人的研制,主要设计研究内容如下:(1)结合西北果园特点及园艺要求,确定整机尺寸大小,设计多功能果园避障除草机器人的总体结构方案,主要包括前置式除草装置、双侧避障机构、升降机构、转向机构、驱动装置、扶手机构等,运用Solidworks进行三维建模,完成整体装配,并进行干涉检查。(2)对除草机器人避障机构与升降机构进行理论计算,得到避障机构与升降机构各个电动推杆的安装参数。对整机的爬坡倾角与最小转弯半径进行计算确定,验证整机设计的通过性。基于ANSYS Workbench对除草机器人的除草装置进行有限元分析,得到除草避障装置振型图、固有频率与最大变形位置,最大应变位置为转向连杆中心处,变形量为0.43 mm、变形量最大位置应力为38.629 MPa。(3)基于动力学仿真软件ADAMS对该除草机器人避障机构进行运动仿真分析,得到在不同果园行株距下避障机构电动推杆的伸缩量及受力情况,以及得到避障刀盘质心的运动轨迹、速度以及加速度等。(4)对除草机器人的控制系统进行设计。在满足功能要求的前提下采用西门子S7-200smart系列ST30PLC,硬件部分设计包含检测电路、各电机驱动电路,电动推杆驱动电路等;软件部分进行PLC程序设计、触摸屏控制界面设计,并进行调试。通过完成上述研究内容,设计了一款体形较矮、重心较低、转弯半径较小、幅宽可调和拥有自动避障功能的多功能果园避障除草机器人,适用于传统果园种植模式及新型矮砧密植果园,实现果园自动化除草,提升除草效率。

关键词：果园除草机双侧避障机构干涉检查运动分析仿真分析

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