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大豆联合收获机割台仿形技术研究

大豆联合收获机割台仿形技术研究

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作者：刘岗微中国农业科学院

学位级别：硕士

大豆是典型的低结荚作物,收获时若割台高度调控不当,导致较大的漏割损失,同时易出现“泥花脸”,导致大豆收获品质差。本文针对大豆联合收获割台高度实时调控难题,研究大豆割台仿形技术,设计一种大豆收获仿形割台,包括仿形机构、横向倾... 详细信息

大豆是典型的低结荚作物,收获时若割台高度调控不当,导致较大的漏割损失,同时易出现“泥花脸”,导致大豆收获品质差。本文针对大豆联合收获割台高度实时调控难题,研究大豆割台仿形技术,设计一种大豆收获仿形割台,包括仿形机构、横向倾斜机构与电液控制系统三部分,实现割台纵向、横向自动仿形或手动调控,试制样机并进行田间试验。本文主要研究内容如下:1、大豆仿形割台方案设计。调研黄淮海地区主流大豆品种植株特性,包括皖宿01-15和齐黄34,底荚平均高度分别为153 mm、198 mm,最小底荚高度为100 mm。结合大豆植株特性,提出使割台高度保持在距离地面以上(100±25)mm范围内的纵向仿形调控目标和使割台与地面横向坡度保持平行的横向仿形调控目标。基于大豆联合收获模式,提出仿形割台总体结构,主要由割台、仿形机构、横向倾斜机构、液压执行系统、仿形控制系统等组成。2、仿形割台关键机构设计分析。设计了基于分禾器的机械接触式割台仿形机构,实现地形感知、割台高度测量功能,由分禾器、仿形凹板、角度传感器、地面信号放大机构组成。采用解析法设计了基于铰链四连杆机构的地面信号放大机构,放大倍数为3倍,包括机架、分禾器摇杆、连杆和角度传感器摇杆,各杆件长度分别为138 mm、150 mm、190 mm、40 mm。为实现割台横向姿态调整,设计了基于挂接板的横向倾斜机构,割台左、右倾斜角度为3.5°。3、采用ANSYS软件对仿形割台关键机构进行有限元分析。静力学分析表明,仿形机构最大应力2.733 Mpa,分禾器支架最大变形0.04 mm,横向倾斜机构最大应力105.67 Mpa,挂接轴与轴承配合位置变形0.4 mm,紧定螺栓自身变形几乎为0,各部件变形较小,最大应力均小于材料许用应力,说明仿形割台关键机构参数设计合理。模态分析表明,仿形机构前4阶固有频率分别为5.39 Hz、13.84 Hz、21.55 Hz、54.95 Hz,横向倾斜机构前4阶固有频率分别为1.81 Hz、55.6 Hz、101.37 Hz、132.86 Hz,与联合收获机激振频率偏差较大,作业时不会发生共振。4、研发电液控制系统,实现割台纵向、横向仿形和人机交互功能。设定液压系统工作压力为16 Mpa,设计了液压使能回路、纵向仿形回路及横向仿形回路。基于液压缸受力分析,确定了液压缸、电磁阀等液压元件的具体型号。采用AMEsim软件建立液压系统仿真模型。升降仿真表明,割台上升速率0.32 m/s,下降速率0.33 m/s,横向倾斜仿真表明,左倾速率2.8°/s,右倾速率2.5°/s,各仿真曲线均未出现剧烈振荡,表明液压系统设计合理。基于Co De Sys研发仿形控制系统。基于SPC-SFMC-X2424A运动控制器设计硬件电路,采用标定试验方法得到割台高度计算公式,采用PID算法实现割台纵向仿形,采用开关控制方法实现割台横向仿形。5、为检验仿形割台性能,试制了仿形割台样机,并进行田间试验。仿形割台样机作业幅宽3.2 m,配备挠性切割器。升降试验表明,割台上升速率0.26 m/s,下降速率0.32 m/s,符合JB/T11912-2014大豆联合收获机标准。横向倾斜试验表明,仿形割台最大左倾角度3.4°,最大右倾角度3.2°,左倾速率3.03°/s,右倾速率3.28°/s。田间仿形试验表明,最小割茬平均高度绝对误差1.8 mm,最小割茬高度变异系数0.08,最大仿形控制精度达到97%。割台仿形试验组各评价指标均优于对照组,说明大豆仿形割台能显著提高割茬高度稳定性,提高大豆收获质量。

关键词：大豆仿形割台纵向仿形横向仿形 CoDeSys

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