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果树株间避障除草机设计与试验

吉林大学学报（工学版） 2023年第8期53卷 2410-2420页

作者：王永烁康建明彭强吉陈英凯方会敏牛萌萌王少伟山东省农业机械科学研究院济南250110 山东省农业科学院济南250110

针对果树株间除草作业复杂、杂草除净率低的问题,基于机构往复式伸缩运动思想,设计了一种用于清理果树株间杂草的自动避障除草机。通过对除草机各部件进行理论分析,确定了工作幅宽调节机构、信号采集机构、自动避障机构和除草刀等关键... 详细信息

针对果树株间除草作业复杂、杂草除净率低的问题,基于机构往复式伸缩运动思想,设计了一种用于清理果树株间杂草的自动避障除草机。通过对除草机各部件进行理论分析,确定了工作幅宽调节机构、信号采集机构、自动避障机构和除草刀等关键部件的结构及参数。利用弧形触杆和液压系统的协同作用,构建了自动避障控制系统,可根据触杆的不同位置状态,动态控制除草刀避开果树植株。在ADAMS中建立了虚拟样机模型,并进行了单因素仿真试验,确定了影响株间避障除草的关键因素。以避障液压缸速度、机器前进速度和复位弹簧弹性系数作为主要影响因素,杂草除净比为评价指标,利用Box-Benhnken试验设计原理,采用三因素三水平响应面分析方法,设计了二次回归组合试验,建立了杂草除净比的回归模型,得到最优参数分别为:避障液压缸速度126 mm/s,机器前进速度1.57 km/h,弹性系数21。以最优参数进行了田间验证试验,结果表明,所设计的除草机平均杂草除净比为92.65%,达到了果园除草农艺要求。研究结果为果园及其他作物株间除草机的进一步优化提供了参考。

关键词：农业工程除草机株间杂草自动避障 ADAMS

篱架式栽培葡萄株间除草机自动避障机构优化设计

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农业工程学报 2018年第7期34卷 23-30页

作者：徐丽明于畅畅刘文袁全春马帅段壮壮邢洁洁中国农业大学工学院北京100083

针对篱架式栽培葡萄株间自动避障除草机作业时需要避开葡萄藤的要求,该文设计了一种自动避障机构,分析了自动避障机构躲避葡萄藤的工作原理。自动避障机构包括平行四连杆机构和避障触发机构,避障触发机构的关键部件是触杆,触杆由两段直... 详细信息

针对篱架式栽培葡萄株间自动避障除草机作业时需要避开葡萄藤的要求,该文设计了一种自动避障机构,分析了自动避障机构躲避葡萄藤的工作原理。自动避障机构包括平行四连杆机构和避障触发机构,避障触发机构的关键部件是触杆,触杆由两段直线及连接两者的圆弧部分构成。在ADAMS中建立了参数化除草机模型,以触杆较长直线部分的长度L、中间过渡圆弧的角度θ和触杆与除草部件边缘的3个距离d1、d2、d3的组合D为试验因素,以作业后未除杂草面积S3为指标进行正交试验,得出D为显著因素。以D作为优化变量,对S3进行优化。优化结果表明,当D为225、300、212 mm时,S3取得最优值。田间试验表明,优化后平均除草作业覆盖率比优化前提高8个百分点以上,除草作业覆盖率的标准差降低,作业稳定性较好,可为篱架式栽培葡萄株间自动避障除草机优化设计提供参考。

关键词：农业机械设计试验篱架式栽培葡萄株间避障除草机优化

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轻简式前胡除草机的设计与试验

轻简式前胡除草机的设计与试验

作者：向旺安徽农业大学

学位级别：硕士

前胡是一种药用价值较高的经济作物,宁国市是前胡的主产区之一,地处丘陵山区,空气湿润,土壤中含有较多碎石。在宁国市引入市面上常见除草机进行机械除草时存在着诸多问题:除草部件击飞碎石对操作人员和前胡植株带来极大的安全隐患,同时... 详细信息

前胡是一种药用价值较高的经济作物,宁国市是前胡的主产区之一,地处丘陵山区,空气湿润,土壤中含有较多碎石。在宁国市引入市面上常见除草机进行机械除草时存在着诸多问题:除草部件击飞碎石对操作人员和前胡植株带来极大的安全隐患,同时土壤与杂草混合物被共同抛出,杂草被土壤覆盖后因丘陵山区空气湿润而再次复生。为了解决丘陵山区机械除草难的问题,本文通过理论计算和仿真分析优化设计生产了一款轻简式前胡除草机,通过田间试验验证,其配备的抛推组合式草土分离除草轮能够将土以低速推向两侧,避免碎石飞射伤人,刀齿将杂草抛向后方实现草土分离,防止杂草复生。本文的主要研究内容如下:(1)通过查阅文献、实地调研等方式对前胡的生长环境进行调查,了解前胡的种植农艺要求与除草期内前胡与杂草的生长性状。(2)针对前胡的生长环境与需要解决的问题,结合当前主流除草机的结构、工作原理及特点,提出一种基于草土分离原理的对称螺旋结构除草轮,并对除草轮的关键结构参数进行设计。(3)对工作状态下的除草轮进行运动分析,分别建立除草轮-杂草、除草轮-土壤运动模型,为除草轮的草土分离功能提供理论基础。(4)通过有限元与离散元耦合仿真分析,检验除草轮的草土分离效果并对除草轮的结构、材料进行强度校核。制作测试用除草轮搭载在手持式除草机上进行试验,结合仿真结果测试除草轮的草土分离性能。(5)按照前胡中耕过程中的农艺要求,以及农机与农艺结合的相关条件,确定轻简式前胡除草机的整机设计方案并制作样机。(6)样机入田,开展田间实验,对样机的实际工作情况进行记录,对出现的问题展开分析总结,根据试验的结果再进行改进,并获取到轻简式前胡除草机的最优工作参数组合,对机械进行优化改进。

关键词：前胡除草机抛推组合式耦合仿真

猕猴桃株间机械避障除草机作业性能优化与试验

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农机化研究 2023年第10期45卷 134-142页

作者：赵诗建卢彩云李守忠徐丽明马帅牛丛闫成功谭好超中国农业大学工学院北京100083

现有果园株间机械避障除草机针对树干直径不同的果树均采用同一刚性系数弹簧,无法适应不同直径树干弯曲载荷承受能力,树干直径较小的果树损伤严重,树干直径较大的果树除草作业覆盖率有待提高。针对上述问题,在前期研究机械结构基础上,... 详细信息

现有果园株间机械避障除草机针对树干直径不同的果树均采用同一刚性系数弹簧,无法适应不同直径树干弯曲载荷承受能力,树干直径较小的果树损伤严重,树干直径较大的果树除草作业覆盖率有待提高。针对上述问题,在前期研究机械结构基础上,依据不同直径猕猴桃树干弯曲载荷承受能力,确定不同直径猕猴桃树干对应的弹簧刚性系数与机器作业速度的最优工作组合,以保证不损伤果树的前提下达到较高除草作业覆盖率和机器作业效率。利用电子万能材料试验机进行猕猴桃树干弯曲试验,测定不同直径树干临界弯曲载荷;利用Recurdyn模拟机械避障过程,在最大机器作业速度440mm/s下对不同直径猕猴桃树干对应的弹簧刚性系数进行标定;以机器作业速度为试验因素、除草作业覆盖率为评价指标进行仿真试验,确定不同直径猕猴桃树干对应的弹簧刚性系数与机器作业速度的最优工作参数组合。以仿真试验得出最优工作参数组合进行田间验证试验,结果表明:除草作业覆盖率均可达90%以上,仿真试验相对于田间试验的最大偏差为3.13%,且对果树零损伤。研究可为果园株间除草作业机械化的发展提供参考。

关键词：除草机机械避障株间优化设计

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电动除草机底盘控制系统的设计及试验研究

电动除草机底盘控制系统的设计及试验研究

作者：吕辉中南林业科技大学

学位级别：硕士

除草是种植业不可或缺的重要环节,目前除草普遍依赖人工。为实现机械化智能化除草,科研工作者开展了大量研究工作,但仍存在除草作业效率不高、动力底盘适应性不强、设备操控性不好等问题。针对以上现状,本文设计一种基于GD32单片机的通... 详细信息

除草是种植业不可或缺的重要环节,目前除草普遍依赖人工。为实现机械化智能化除草,科研工作者开展了大量研究工作,但仍存在除草作业效率不高、动力底盘适应性不强、设备操控性不好等问题。针对以上现状,本文设计一种基于GD32单片机的通用电动除草机底盘控制系统,基于通用的动力底盘,能在搭载不同工作头的情况下实现各类环境下的除草工作,同时设计精确的运动控制程序,能够配合上位机平台实现无人智能控制,极大降低人工作业强度,提高作业效率。该控制系统能够融合传感器数据实现对电机动作的精准控制,并可以通过无线模块向上位机对自身运动状态进行实时反馈,该电动底盘能够搭载不同作业头满足不同环境下的各类作业要求。具体研究工作如下:（1）针对通用平台目标,设计适用于大多数环境的电动履带式底盘,并对该底盘在不同运动状态下的力学特性进行仿真分析,根据仿真结果进行相应的结构优化,从而满足适应大多数场地作业的需求。（2）在满足安装体积要求的情况下,基于模块化的设计理念,搭建控制系统硬件平台。按功能的不同将整个电路分为主控模块,陀螺仪模块,电子罗盘模块,显示模块,电机驱动模块等多个部分。模块化的电路系统方便系统调试和问题的排查,在实际作业过程中能够根据需求,更换相同接口的其他模块。完成PCB设计工作后,进行打样和PCB电路板的焊接和调试。（3）基于FreeRTOS系统的控制程序框架,构建电动履带式底盘的控制软件,实现电动除草机底盘控制系统的各项功能,并对PID运动控制算法和传感器数据处理算法进行性能测试和参数优化,最后进行控制软件性能的仿真研究,验证电动除草机底盘控制系统综合性能。（4）对电动履带式底盘控制系统进行抗干扰性能仿真试验,并实施整体实机运行试验,测试电动除草机底盘的性能,根据实际试验数据调整系统运行参数,使电动履带式底盘的控制系统满足工程实际要求。

关键词：除草机电动底盘运动控制 FreeRTOS PID控制

丘陵山地果园小型除草机的结构设计及仿真分析

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丘陵山地果园小型除草机的结构设计及仿真分析

作者：粟生强重庆三峡学院

学位级别：硕士

水果是我国丘陵山区优势经济作物,已经成为农村经济发展中的支柱型产业,是农民增收的重要渠道之一。果园生产管理是影响水果产业发展的重要因素,而杂草清理是果园生产管理中的难点之一。当前适用于丘陵山地果园的小型除草机大多处于研... 详细信息

水果是我国丘陵山区优势经济作物,已经成为农村经济发展中的支柱型产业,是农民增收的重要渠道之一。果园生产管理是影响水果产业发展的重要因素,而杂草清理是果园生产管理中的难点之一。当前适用于丘陵山地果园的小型除草机大多处于研究与试验阶段,人工除草仍然占据主流。丘陵果园亟需小型除草机械进行作业,降低劳作强度。为此,论文设计了一种小体积、低重心、原地转向、果树行间与株间可同时除草的小型除草机,对矮坎斜面杂草的清理也有一定适应能力。具体工作如下:(1)阅读文献与实地调研后对果园地形、果树种植间距及除草机使用情况作了小结,对丘陵果园除草机械化发展面临的主要问题与除草作业需求作了归纳,确定了留茬高度在40～80mm范围。(2)对整机方案包括除草装置、升降机构、回转机构、行走机构进行了分析,设计了2套方案。设计方案1配备了三具除草装置,中间除草装置只具备竖直方向的升降功能,两侧除草装置增加了向两侧90°范围内回转的功能,整个除草装置以平行四边形连杆实现升降。设计方案2配备了两具除草装置,一具用于行间除草,另一具用于株间与矮坎斜面除草,整个除草装置以机械臂实现升降。通过结构与作业模式等方面的对比,结合作业环境确定最终设计方案为方案2。(3)对主要部件进行了设计,点明了各机构的运行原理。计算确定了橡胶履带的型号与底盘轮系的直径,分析确定了爬坡角度为25°;以电机驱动作为动力驱动方式,完成了电机的计算选型。设计刀架为十字凸起形状,刀片刃角25°,厚度5 mm,刀具回转直径355.10 mm,割幅355.10～700 mm,刀具转速1900 r/min。对刀具刀刃外部端点进行了运动轨迹计算作为仿真验证条件,计算了各电动推杆的安装距离等参数,以便选型。(4)使用Ansys与Adams软件进行仿真分析验证。对刀具刀刃外端点进行了不同前进速度下的轨迹仿真,证明刀具没有漏割现象;对刀具进行了模态分析,证明刀具没有共振现象,设计合理;对矮坎斜面杂草清理时的角度调节进行运动仿真,校核了辅助转动臂强度;对除草装置进行让树运动分析,验证了除草机能进行果园行间与株间同时除草作业。

关键词：除草机果园管理小型农机仿真分析

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水田除草机液压底盘自适应优势研究

数字农业与智能农机 2023年第10期 16-18页

作者：嵇国俊康伟赵余祥路琴肖茂华埃森农机常州有限公司江苏常州213200 南京农业大学工学院江苏南京210031

为解决水田除草机作业容易陷困而导致的效率降低问题,设计了一种液压底盘驱动系统,并对液压底盘的自适应优势进行了研究。对理论模型开展设计,并进行了水田的滑转率测量实验。通过滑转率实验获得的数据进行液压系统压力、液压元件流量... 详细信息

为解决水田除草机作业容易陷困而导致的效率降低问题,设计了一种液压底盘驱动系统,并对液压底盘的自适应优势进行了研究。对理论模型开展设计,并进行了水田的滑转率测量实验。通过滑转率实验获得的数据进行液压系统压力、液压元件流量及排量的计算,并在相关液压元件选型后进行仿真实验。仿真结果表明,液压底盘具有自适应优势,在工作中可以维持扭矩输出在合理范围内,有效改善除草机工作陷困的状况。

关键词：除草机滑转率试验液压仿真

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水稻机械除草机发展现状及技术措施建议

农业开发与装备 2024年第3期 36-38页

作者：金晓刚刘伟华上海市农业机械鉴定推广站上海市201601

随着社会经济的发展,城市化进程的加速和人口结构的变化,大量年轻人离开农村,使得农业从业人员的年龄结构老化和数量减少,难以满足现代农业发展的需求。同时,由于老龄化程度加深,从业人员难以承担高强度、高效率的农业生产活动,导致农... 详细信息

随着社会经济的发展,城市化进程的加速和人口结构的变化,大量年轻人离开农村,使得农业从业人员的年龄结构老化和数量减少,难以满足现代农业发展的需求。同时,由于老龄化程度加深,从业人员难以承担高强度、高效率的农业生产活动,导致农业生产效率低下,为提高农业生产效率,减少用工成本,使农业生产更加集约化高效化,推动农业现代化进程。结合农业从业人员的老龄化现状以及水稻生产全程机械化的整体发展策略,迫切需要转变除草环节的农业生产模式,自动除草机械针对性解决水稻生产全程机械化的除草环节痛点。自动除草机械的应用,可解决水稻全程机械化中的除草问题,减少农民的劳动强度,兼顾提高农业生产的效率和效益。同时有效减少农田土壤的污染,保护农田土壤的质量,保护农田的生态环境。从而实现农业生产的可持续发展。阐述水稻机械除草机应用的重要意义和发展现状,提出技术改进措施建议,分析了其经济效益,生态效益和社会效益。

关键词：除草机发展现状技术措施

基于物联网的果园避障除草机定位导航控制系统研究

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农机化研究 2018年第9期40卷 223-226页

作者：刘玉洁陈聪珠海城市职业技术学院广东珠海519090

开发具有自主知识产权的智能农业机械,提高农业机械的自动化程度,对推进我国农机科技的进步具有重要意义。除草机是农业作业生产的重要机具,但还处于初试研究阶段,自动程度并不高。为了提高除草机械的自动化和智能化程度,将物联网技术... 详细信息

开发具有自主知识产权的智能农业机械,提高农业机械的自动化程度,对推进我国农机科技的进步具有重要意义。除草机是农业作业生产的重要机具,但还处于初试研究阶段,自动程度并不高。为了提高除草机械的自动化和智能化程度,将物联网技术引入到了除草机的自动化设计过程中,并采用无线传感网络节点定位技术,实现了除草机的自主定位和导航,从而可以有效地避开障碍物,对果园除草作业具有重要的作用。为了验证装置的可行性,对除草机的定位和导航性能进行了测试,结果表明:采用物联网定位技术可以成功地实现除草机的定位和避障,定位误差较小,避障准确率较高,可以满足果园自动化除草作业的需求,对于自动化除草机的研究具有重要的意义。

关键词：除草机无线传感网络定位导航物联网避障