摘要：针对喷雾机喷杆结构动力学特性原始设计缺陷,该文提出了一种基于遗传算法的多变量优化方法。以平面十八杆桁架单元为基础结构,在Abaqus平台中建立了单侧喷杆参数化有限元模型。基于Isight多学科多目标优化平台提取模型设计变量组及优化目标,采用多岛遗传算法(multi-island genetic algorithm,MIGA)对喷杆桁架结构形状及杆件截面尺寸进行优化,得到了一阶固有频率为10.87 Hz,质量为35.82 kg,幅宽为5 m的单侧喷杆结构模型。根据优化后模型的结构参数制造喷杆样品,通过对其进行模态试验验证了数值模型的准确性。针对优化前、后喷杆模型进行了以位移功率谱密度(power spectrum density,PSD)函数为激励的随机振动仿真,结果表明,优化后喷杆模型的质量下降并没有明显增加其在竖直方向上振动位移响应量。该文研究结果可为进一步研究喷雾机喷杆结构的动力学性能优化提供依据。

摘要：因田间地表起伏,高地隙施药机在作业过程中车体极易发生横滚方向的倾斜,同车体刚性连接的喷杆同时倾斜,甚至与作物、地面碰触,影响喷药均匀性和作业安全性。为此基于机电液一体化控制方法,设计了高地隙施药机喷杆自动调平系统。设计电控液压调平机构,使喷杆与车体柔性联接,实现在横滚方向上喷杆与车体的相对转动。采用姿态测量方法实时检测喷杆横滚角度,对横滚角度进行平均值滤波以准确感知喷杆姿态。采用增量式PID算法计算并输出信号至液压电磁阀以控制调平油缸动作,实时调节喷杆在横滚方向上的姿态。以华盛泰山3WP500G型施药机为平台,在场地试验过程中,通过改变响应阈值与平均值滤波器参数,对系统响应速度、稳定性和控制误差进行对比分析,确定了喷杆自动调平参数最优组合,测试调平误差最大值为1.84°,均方根误差小于等于0.689°。田间试验结果表明,调平误差最大值为1.53°,平均值为0.135°,均方根误差为0.454°,喷杆调平后角度保持1°以内,70%时间角度在0.5°以内,满足喷杆自动调平控制要求。

摘要：针对不同激励源下喷杆运动特性的分析问题,该文根据宽幅喷雾机悬架和喷杆的几何特征建立了带弹簧阻尼器的悬架-喷杆模型,在频域内对模型进行综合分析,并根据其脉冲响应、阶跃响应和频率响应特性优选出理想的弹簧阻尼系数并对模型进行了动态仿真分析,观察了模型在不同激励源下喷杆和悬架末端的位移变化情况。研究表明:弹簧阻尼器的安装位置不是影响悬架性能的主要参数;旋转运动对喷杆的影响远大于平移运动对喷杆的影响;带弹簧阻尼器的模型可以满足设计要求。

摘要：在ANSYS中建立了喷杆的参数化有限元模型,并验证了模型的准确性。根据喷杆的模态分析结果在ANSYS中对喷杆结构进行了优化,在质量增加8.4%的情况下,喷杆一阶固有频率从9.16 Hz增加到了10.41 Hz,避开了路面激励的频率区间。结合ADAMS对喷杆优化前、后作业时的弹性变形作了对比,结果表明:优化前喷杆末端在水平方向最大弹性变形Dbmax为39.6 mm,均方根为12.6 mm;优化后喷杆在水平方向最大弹性变形Damax为10.1 mm,均方根为2.9 mm,喷杆经过优化后其水平方向弹性变形明显减小。

摘要：针对喷杆喷雾雾量分布不均的问题，采用数值计算与试验结合，分析了喷杆高度、喷头安装倾角、喷头间距、喷杆水平转动角度及喷杆的垂直和水平振动对雾量分布变异系数的影响，以指导改进喷雾机喷杆设计，改善喷杆喷雾分布均匀性，提高农药利用率．研究发现：增加喷杆的工作高度和喷头间距，可以有效地减小喷杆雾量分布的变异系数；喷头安装倾角在其变化范围内（5°～15°）对水平喷杆雾量分布状态的变异系数影响很小；喷杆的水平转动角度在顺时针变化范围内对雾量分布的变异系数影响逐步加大，但总的变动范围较小；在相同情况下，喷杆的水平振动对喷杆雾量分布均匀度的影响要比竖直振动影响大得多；增加喷头数、减小喷头间距或增加喷杆的工作高度，可以有效降低竖直振动对喷杆雾量分布均匀度的影响，但对降低水平振动对喷杆雾量分布均匀度的影响很小．

摘要：针对喷雾机田间作业工况开展了喷杆运动模拟平台Stewart并联机构的设计,确定了平台的性能指标(最大负载、幅值、频率)和机构运动学参数(铰关节位置、驱动腿行程、工作空间等),通过MATLAB和ADAMS建模与运动仿真,验证机构设计参数的合理性,并设计了6个伺服电动缸的分布式控制系统及上位机软件,搭建了六自由度喷杆运动模拟平台.通过正弦轨迹跟踪试验和扫频测试数据可知,模拟平台可以实现10.0 Hz以下时域波形的复现,并准确获取了28 m喷杆摆式悬架的频响特性.同时,使用基于双GPS辅助惯性姿态测量系统,采集喷雾机在农田作业时运动姿态数据,通过五点三次平滑预处理和低通滤波处理,在六自由度运动模拟器上进行了10.0 Hz以下田间运动时域全波形复现,动平台滚转角均方根误差为0.2970°,垂向位移均方根误差为15.7 mm.

摘要：在大豆玉米带状复合种植模式下,大豆和玉米生长过程中植株高度差异大,每段喷杆的高度需要独立调节,以保证喷头与作物距离一致。为此采用机电液一体化控制方法,设计用于高地隙喷杆施药机的每段高度可调的分段式喷杆高度调节机构和控制系统。所设计的四杆升降机构,通过电磁换向阀控制液压油缸伸缩,带动平行四杆机构来实现升降,使喷杆支架能够带动各分段式高度调节机构整体升降。所设计的分段式高度调节机构,通过控制电动推杆伸缩带动剪叉臂绕着各铰接点转动,带动喷杆上下调节,实现每段喷杆独立调节高度。以3WP-1000GS高地隙施药机为试验平台,对喷杆高度调节范围、高度调节一致性等进行对比分析。试验结果表明:平行四杆机构的调节范围为120 cm,最高离地高度可以达到162 cm,最低离地高度为42 cm,符合设计要求,能够满足玉米和大豆田间喷药的要求。分段式高度调节机构的高度调节范围为68 cm,五组分段式高度调节机构的高度调节范围绝对偏差最大值为-0.73 cm,相对偏差最大值为-1.08%。各分段式高度调节机构可调节高度范围大,具有良好的一致性,高度调节过程流畅无卡滞,能够满足大豆玉米带状复合种植模式下田间喷雾喷头与作物距离一致的需求。

摘要：为了使植保机喷杆在作业过程中能平稳施药,基于植保机喷杆状态空间模型,应用鲁棒保性能控制理论设计状态反馈控制器,使系统在考虑模型不确定性的情况下具有鲁棒性.引入了H∞理论来抑制外部扰动对被控输出带来的不良影响,以线性矩阵不等式(LMI)的形式给出了喷杆系统满足二次稳定、H∞性能约束和存在性能指标上界的条件.仿真结果表明,所设计的控制器能使存在不确定性和外部扰动的植保机喷杆系统具备较强的鲁棒性,有效抑制喷杆的有害振动.

摘要：对喷杆高度进行调节是提高喷杆喷雾机喷雾质量的有效途径。为了使喷杆喷雾机在大田喷雾作业过程中喷雾高度能够随田间地面的起伏变化而变化,设计了3段式的高度自动调节喷杆,采用3个安装在3段喷杆上的接触传感器实时检测喷杆与地面的高度,通过控制器控制液压油缸来调整每段喷杆的高度,从而达到仿形的目的。同时,对喷杆喷雾机的总体布局结构、高度检测关键部件和液压控制系统原理进行了设计分析,阐述了喷杆仿形原理,设计了喷杆高度调节控制系统,并通过试验检测喷杆高度变化范围和田间仿形效果。试验表明,延时时间T1为1s时,喷杆高度能够平稳地保持在45~53.3cm,并且在喷雾机行走速度不大于4.02km/h的情况下,喷杆高度调节系统能够很好地实现大田喷杆仿形功能。

摘要：为了提高农药喷洒效率并防止当地面不平时喷杆倾斜与地面发生碰撞,设计了一种高度可智能调节的农业喷杆控制系统。该系统以单片机MSP430F149为核心控制系统,包括超声波传感器测距设计、PWM驱动设计、PID变速调节设计及防抖动干扰设计。该系统可以进行地面仿形工作,根据地面高度来快速调节喷杆高度,以保证喷头处于合适的喷洒位置,从而提高了喷洒效率,也避免了喷头被碰撞损坏。通过实验可以看出:超声波测距结果在误差范围内可以接受,且当地面高度发生变化时,控制喷杆高度的电机转速也会发生变化。该系统的研究与设计在农业实践中具有重要的意义。