半喂入花生聯(lián)合收獲機(jī)自動(dòng)限深技術(shù)研究.x課件

半喂入花生聯(lián)合收獲機(jī)自動(dòng)限深技術(shù)研究花生是世界四大油料作物之一,亦是我國(guó)最具國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的優(yōu)質(zhì)優(yōu)勢(shì)油料作物。2015年我國(guó)花生種植面積達(dá)7023.0萬(wàn)畝,總產(chǎn)量達(dá)1697.2萬(wàn)噸,均居世界前列。然而,花生生產(chǎn)機(jī)械化發(fā)展卻嚴(yán)重滯后,尤其是收獲作業(yè),主要依靠人工和半機(jī)械化完成。目前,花生主產(chǎn)區(qū)正在積極推廣半喂入聯(lián)合收獲技術(shù),其集成度高,作業(yè)環(huán)節(jié)多,技術(shù)難度大,尤其是在挖掘作業(yè)時(shí),對(duì)設(shè)備挖掘深度控制要求較高。田間壟面起伏變化,挖掘收獲機(jī)械若不能及時(shí)作出調(diào)整,有效控制挖掘深度穩(wěn)定,不僅導(dǎo)致果實(shí)漏挖、破損嚴(yán)重,還會(huì)增大收獲機(jī)功耗。因此,研究挖掘深度自動(dòng)控制技術(shù)對(duì)提高半喂入花生收獲機(jī)械自動(dòng)化水平和作業(yè)性能具有重要且迫切的現(xiàn)實(shí)意義。本研究以自研的4HLB-4型半喂入花生聯(lián)合收獲機(jī)為載體,結(jié)合主產(chǎn)區(qū)花生的植株特性和種植模式,進(jìn)行自動(dòng)限深技術(shù)研究和系統(tǒng)設(shè)計(jì)。本研究可為花生及其他土下果實(shí)自動(dòng)限深收獲技術(shù)的研發(fā)提供借鑒與參考。主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)論如下:1)研究分析我國(guó)花生主產(chǎn)區(qū)的種植模式、收獲模式以及典型花生植株特性。據(jù)此,提出半喂入花生聯(lián)合收獲機(jī)自動(dòng)限深系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求,對(duì)各子系統(tǒng)進(jìn)行多輪方案設(shè)計(jì)、論證和確定,完成總體方案設(shè)計(jì),確定系統(tǒng)結(jié)構(gòu)總布置和工作原理。自動(dòng)限深系統(tǒng)主要由限深仿形機(jī)構(gòu)、液壓調(diào)整系統(tǒng)、電子控制系統(tǒng)以及信號(hào)反饋系統(tǒng)組成。2)設(shè)計(jì)限深仿形機(jī)構(gòu)的主要結(jié)構(gòu)及關(guān)鍵尺寸,并確定角度傳感器型號(hào)。設(shè)計(jì)一種大直徑輻桿式仿形輪（R=340mm）,能有效避免因壓倒花生秧蔓而影響信號(hào)提取精度。輻桿式仿形輪通過(guò)擺桿（L=460mm）與安裝基座鉸接,鉸接軸與角度傳感器輸出軸通過(guò)聯(lián)軸器和外部法蘭固定連接。角度傳感器型號(hào)為長(zhǎng)春榮德有限公司的絕對(duì)式單圈光電編碼器RDE58BS10。正常工作狀態(tài)下,光電編碼器的初始角度為α₀=β₀=60°,仿形機(jī)構(gòu)的仿形量區(qū)間為-120^-20mm和+20⁺120mm。3)設(shè)計(jì)液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)的工作原理和左右挖掘深度調(diào)整機(jī)構(gòu),并進(jìn)行液壓控制系統(tǒng)穩(wěn)定性理論分析。經(jīng)過(guò)綜合分析,選擇系統(tǒng)供油壓力為16MPa;計(jì)算液壓缸主要結(jié)構(gòu)尺寸,確定電磁閥參數(shù)和型號(hào)以及系統(tǒng)集成方式。建立液壓控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型,導(dǎo)出系統(tǒng)開環(huán)傳遞函數(shù),并利用Matlab軟件繪制系統(tǒng)傳遞函數(shù)的Bode圖,由圖分析知左液壓控制支路系統(tǒng)為穩(wěn)定系統(tǒng),右液壓支路控制系統(tǒng)為不穩(wěn)定系統(tǒng)。根據(jù)液壓控制系統(tǒng)的特性,本研究采用模糊PID控制算法校正液壓調(diào)整控制系統(tǒng)。4)設(shè)計(jì)電子控制系統(tǒng),主要包括硬件選型、硬件電路設(shè)計(jì)、控制算法設(shè)計(jì)、模糊PID控制器設(shè)計(jì)以及軟件程序設(shè)計(jì)。在Simulink環(huán)境下以框圖模塊組合的方法創(chuàng)建自動(dòng)限深動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的虛擬仿真模型,進(jìn)行電液控制系統(tǒng)聯(lián)合仿真試驗(yàn)。仿真結(jié)果顯示,采用模糊PID控制算法,左液壓支路系統(tǒng)的超調(diào)僅為7.1%,調(diào)整時(shí)間僅為0.093s,無(wú)穩(wěn)態(tài)誤差,與常規(guī)PID控制器相比,系統(tǒng)超調(diào)降低了4.9個(gè)百分點(diǎn),調(diào)整時(shí)間縮短了0.026s,約降低了21.8%;右液壓支路系統(tǒng)的超調(diào)僅為6.13%,調(diào)整時(shí)間僅為0.079s,無(wú)穩(wěn)態(tài)誤差,與常規(guī)PID控制器相比,系統(tǒng)超調(diào)降低了12個(gè)百分點(diǎn),調(diào)整時(shí)間縮短了0.031s,約降低了28.2%。5)進(jìn)行樣機(jī)試制、臺(tái)架和田間試驗(yàn)。經(jīng)Inventor虛擬樣機(jī)設(shè)計(jì)、驗(yàn)證系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可行性后進(jìn)行樣機(jī)試制。以液壓系統(tǒng)反應(yīng)時(shí)間作為試驗(yàn)指標(biāo),液壓流量和供油壓力作為試驗(yàn)因子進(jìn)行液壓系統(tǒng)臺(tái)架試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果顯示,液壓系統(tǒng)的反應(yīng)時(shí)間均隨液壓流量和供油壓力的增大而先減小后增大,當(dāng)液壓流量為20L/min,供油壓力為16MPa時(shí),液壓系統(tǒng)的反應(yīng)時(shí)間最小。以漏挖率、破損率和平均挖掘深度為主控指標(biāo)進(jìn)行田間試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明,采用自動(dòng)限深系統(tǒng)后,平均漏挖率為1.08%,平均破損率為0.94%,平均挖掘深度為123