摘要：针对温室环境下农用车辆定位精度低的问题,开发了适用于温室环境的超宽带技术(Ultra wide band,UWB)室内定位试验平台。首先,以Ubisense射频芯片作为硬件基础,设计了定位平台标签和基站,并采用到达时间差(Time difference of arrival,TDOA)定位测距方法获得定位结果;然后,分别利用K-means聚类与截段处理的方法进行静态、动态定位信息优化计算,以减小脉冲信号传播特性和单一测距方式等导致的测量误差,获得准确的定位信息,实现温室内农用车辆的精确作业;最后,在温室环境下分别进行了静态定位试验与动态定位试验。试验结果表明,优化后的静态定位精度平均值为0.063 4 m,改进后的动态定位精度精确到8 cm的概率是原先TDOA算法的3.7倍。所搭建的定位试验平台满足温室农用车辆定位的实际应用要求,可为温室环境下农用车辆的定位和导航提供参考。

摘要：为了探究局部按压对白熟期、转色期、粉红期番茄机械损伤的影响规律,该研究采用水果硬度计对番茄进行按压,并用扫描电镜观察按压处番茄组织微观结构变化,以腐烂、褶皱、有压痕、无压痕4个损伤等级和损伤显象天数作为评价标准,通过按压试验,分析局部按压压强对各级损伤的影响规律,得到不同成熟度番茄各损伤等级的压强分布区间,建立番茄局部机械损伤评估分类模型。最后,通过三指电爪进行了抓取试验。结果表明:1)各成熟度番茄的损伤程度随按压压强和成熟度升高而增大;2)各成熟度番茄的显象天数随成熟度升高而减小,腐烂天数与按压压强相关性很小,褶皱天数随按压压强升高而减小;3)以中位数作为代表压强,一级损伤代表压强按成熟度由低到高依次为:366、355、337 kPa,比二级损伤代表压强265,245,225 kPa均提高了30%左右;出现三级损伤的代表压强按成熟度由低到高依次为:165,115,90 kPa;腐烂天数范围为3~7 d,相较于褶皱天数范围7~17 d提前了50%左右,抓取试验结果与评估分类模型吻合度均大于等于95%,验证了损伤评估分类模型的正确性。研究结果可为番茄多指采摘机械手的设计与开发提供参考。

摘要：针对设施园艺作业场景下电驱移动平台的低速大扭矩牵引作业需求,该研究设计了一种减速内转子轴向磁通轮毂电机,建立电机的电磁有限元模型并分析其电磁和损耗特性。考虑到绕组电阻率受温度变化影响,构建基于热网络法的轮毂电机磁-热耦合改进模型。与台架试验结果相比,基于改进模型获得的转矩预测值较传统模型的精度提高了5.33%,验证了模型的正确性。利用改进模型分析了温度和相电流对电机转矩特性的影响,仿真结果表明,输出转矩随电机温度增加而降低;在0~20 A,电机平均输出转矩与相电流呈线性关系。试验结果表明,轮毂电机功率随转速增加而增大,峰值功率可达4.59 kW,而转矩基本保持恒定;在转速450~900 r/min、转矩300~600 N·m时,电机效率高达93.2%。研究结果可为轴向磁通电机初步设计与多场耦合影响下电机性能分析提供思路。

摘要：传统旋转间隙关节接触模型假定衬套和销轴的接触面是光滑的并仅考虑接触区域的初始接触点的影响,常忽略接触区域中其它接触点的作用,不可避免导致模型分析精度下降。为此,提出一种含角接触球轴承和粗糙间隙表面滑动轴承关节的平面柔性多连杆机构动力学建模、分析与优化的计算方法。考虑粗糙旋转间隙关节多点接触状态,建立了一个新颖粗糙间隙接触模型,运用一种无剪切锁定变形梁单元对柔性连杆进行离散化。同时,基于赫兹理论,推导了角接触球轴承的动态径向等效刚度。与基于传统光滑间隙模型的结果相比,基于所提出的粗糙间隙模型的多连杆机构动态响应更接近于试验值,验证了所提出计算方法的有效性。仿真结果表明,粗糙的关节接触面能够降低滑块速度和加速度偏差,却增加滑块的位移偏差。冲压工况下含角接触球轴承和粗糙间隙表面滑动轴承关节的平面柔性多连杆机构的动态响应偏差大于空载工况下的结果,冲压载荷易增加滑块的动态响应偏差。此外,基于NSGA-II算法对平面柔性多连杆机构中滑动轴承关节间隙进行优化设计并得到优化的间隙尺寸值。

摘要：针对设施园艺特殊作业场景对电驱移动平台灵活作业与高操纵稳定性需求,该研究设计了一种四轮轮毂电机独立驱动的分布式设施园艺电驱移动平台,并提出了一种可提高转向灵活性与稳定性的自适应防滑控制策略。在该控制策略中,首先构建电驱移动平台动力学模型与Ackermann差速转向模型,结合速度瞬心原理及轮胎侧偏角确定各车轮转向目标转速;其次,为提高电驱移动平台对时变附着系数的适应能力,采用改进的强跟踪自适应无迹卡尔曼滤波算法设计复杂路面识别器,实现对路面附着系数准确估计;最后,设计基于自适应滑模算法的防滑控制器,根据路面附着系数估计值确定车轮相对最佳滑转率并实时控制滑转率。为验证所提控制策略的有效性,开展了Carsim-MATLAB/Simulink联合仿真与分布式设施园艺电驱移动平台实车试验。试验结果表明,所提控制策略可准确估计复杂道路下路面附着系数,降低车轮滑转率误差;在不变路面、对接路面与对开路面3种工况下,左侧车轮滑转率误差分别为0.031、0.015和0.038,右侧车轮滑转率误差分别为0.026、0.005和0.028;在不变路面与随机路面实测路况下,电驱移动平台路面附着系分别数约为0.44和0.47,最大滑转率分别约为0.69和0.68,有效抑制了轮胎转向时的过度滑转,提高了电驱移动平台的行驶稳定性。研究可为设施园艺车辆驱动防滑控制提供具体理论依据和实施方案。

摘要：[目的]为提升拖拉机的乘坐舒适性和驾驶安全性,建立了轮式拖拉机/农具系统的振动模型并分析了犁耕作业工况下的振动特性。[方法]基于ABAQUS有限元软件建立铧式犁的土壤切削有限元模型,通过试验验证模型的正确性,研究耕速和耕深等因素对犁具阻力的影响规律。在此基础上,以常发CF700轮式拖拉机为研究对象,构建轮式拖拉机/农具系统的振动模型,推导其振动微分方程组,获得道路运输、农田运输及犁耕作业3种工况下拖拉机系统的振动特性。[结果]与试验结果相比,仿真加速度接近于试验数据,验证了所建立振动模型的正确性。仿真结果表明:道路运输、农田运输及犁耕作业3种工况下拖拉机系统的固有频率基本保持不变,前桥、驾驶室、座椅及犁具的垂向振动固有频率分别为2.55、2.63、2.31及2.31 Hz;与道路运输工况下振动响应相比,农田运输和犁耕作业工况下拖拉机各部位垂向振动加速度显著降低。随着犁具耕作速度和深度的不断增加,拖拉机系统各部位的振动加速度也显著增大;当耕深或耕速一定时,前桥的垂向振动加速度最大。[结论]研究结果为拖拉机/农具系统的悬架结构设计提供参考。

摘要：为预测和评估免耕播种机触土部件的作业性能,有必要建立机具-土壤耦合系统的互作模型。传统模型将散落土表的秸秆视为刚体,无法模拟真实条件下秸秆的破裂与变形,导致模型的预测精度下降。为克服上述模型不足,该研究建立一种柔性秸秆模型,构建刀具-秸秆-土壤耦合系统的离散元模型,并通过土槽试验进行模型验证。同时,为解决标准旋耕刀片的缠绕和壅堵问题,提出一种梯形直刀结构,对比分析了旋耕作业工况下标准刀和梯形直刀作用后秸秆位移、刀轴扭矩、刀具碎茬与埋茬性能。仿真结果表明,梯形直刀的碎茬和秸秆掩埋性能均优于标准刀,标准刀和梯形直刀作业后开沟截面形状分别为梯形和三角形,刀轴扭矩呈现三角形冲击峰的形式,梯形直刀的刀轴扭矩大于标准刀情形,而标准刀的碎土性能优于梯形直刀。在此基础上,以弯折角、侧面角以及刀片高度为设计变量,采用响应面法构建旋耕扭矩和碎土率的回归方程。基于NSGA-II算法对梯形直刀结构进行优化,最佳的结构参数为:弯折角150°、侧面角60°、刀片高度88 mm。田间试验结果表明,优化后刀轴的平均扭矩较优化前减少11.70%,峰值扭矩减少6.28%,碎土率从82.53%提高至89.22%。

摘要：悬挂农具拖拉机在运输状态时,拖拉机整机振动模型物理参数多,设计目标和设计参数难以匹配。文中基于ADAMS虚拟样机技术,针对CF700型拖拉机考虑农具与拖拉机悬挂连接特性,把悬挂机构上拉杆视为柔性元件,用连接刚度和阻尼来模拟柔性元件动态特性,建立带有农具拖拉机的虚拟样机模型。运用灵敏度方法选择设计参数,分别以整机座椅垂向振动和俯仰振动为设计目标对机身轮胎刚度和阻尼动力学参数匹配研究,然后对连接动力学参数进行匹配研究。参数匹配结果表明,整机模型的仿真结果与试验结果相对误差小于5%,匹配模型计算精度较高。