小麦收获机柔性拨禾关键技术研究

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小麦作为世界第二大粮食作物,在我国具有重要地位。随着我国内部环境和外部环境的复杂变化,粮食安全重要性愈发凸显,所以要注重小麦的种植与收获,在育良种的同时降低收获损失。虽然近些年来科技不断进步,我国对小麦收获机的研究有了较大进展,但是与国外大马力、宽割幅、高度智能化的小麦联合收获机相比还具有较大差距。国内小麦收获机的智能化程度较低,严重制约了小麦产业的发展。小麦收获机的智能化、机械化程度迫切需要提高。在收获过程中,由于各个地区、地块以及小麦品种的不同,在收获的过程中需要驾驶员根据驾驶经验和实际情况不断地进行割台各部件的调整。并且不同材料及形状的弹齿也会在收获的过程中对小麦果穗造成一定的击打损失。针对上述问题,本文在原有收获机的整体结构上加装了各种传感,对多种工作部件进行信息采集,设计了柔性拨禾自动控制系统,并且设计了不同的弹齿进行仿真分析,判断对小麦的击打损失,最后进行田间试验,对理论分析的结果进行试验验证。本文主要研究内容如下:(1)对小麦联合收获机拨禾轮的运动参数进行分析,建立拨禾轮的转速数学模型,并且根据收获机的行进速度与转速进行匹配,设计了基于模糊PID算法的拨禾轮转速控制方法。对柔性拨禾装置进行软件设计,设计了拨禾轮转速及高度的信号采集程序,执行元件的控制程序并设计了基于模糊PID算法的优化程序。(2)设计了几种不同形状的拨禾轮弹齿,利用两种材料:尼龙塑料和弹簧钢,设计了六种不同的弹齿,分别是长度为17 cm、21 cm和25 cm的尼龙塑料弹齿,长度为17cm、21 cm和25 cm的弹簧钢弹齿,并且利用ANSYS workbench软件分别对它们的受力与变形进行仿真分析,确定6种弹齿的可实用性,用Solid Works软件和EDEM软件进行小麦收获机和小麦植株模型建立,将小麦模型与小麦收获机割台模型导入离散元仿真软件EDEM中,通过更换不同的弹齿以及不同拨禾轮转速进行仿真分析,选择小麦收获时最合适的收获速度和弹齿。通过离散元仿真得出在选用21 cm长的尼龙塑料弹齿、转速为37 r/min时对小麦植株造成的击打损失最小。(3)在完成设计与仿真分析后,进行车间内拨禾轮转速、收获机行驶速度的信号检测,对比误差,对拨禾轮高度进行车间内的标定,以及拨禾轮随车速改变的试验标定进行公式拟合。通过车间内试验可以得出,在空载的情况下各项采集数值与真实测量数值误差较小。对改装调试好的小麦收获机进行田间试验以第三方检测,在田间试验过程中进行手动按键板控制时拨禾轮转速误差要小于7.1%,高度控制误差小于4%,在进行田间试验时拨禾轮转速控制误差为6.2%。各项指标都达到了项目要求的控制精度90%以上。并且对长度为21 cm的尼龙塑料弹齿和弹簧钢弹齿进行了田间试验,通过试验数据分析试验结果得出21 cm长的尼龙塑料弹齿比弹簧钢弹齿对小麦植株的击打程度更低,选择出了一种更好的弹齿。
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