履带自走式风送喷雾机远程遥控设计与试验研究
丘陵山地动力底盘发展现状与展望
第５１卷㊀第５期２０２３年５月㊀㊀林业机械与木工设备ＦＯＲＥＳＴＲＹＭＡＣＨＩＮＥＲＹ＆ＷＯＯＤＷＯＲＫＩＮＧＥＱＵＩＰＭＥＮＴＶｏｌ５１Ｎｏ.５Ｍａｙ.２０２３综㊀㊀述丘陵山地动力底盘发展现状与展望向文博１ꎬ２ꎬ３ꎬ㊀汤晶宇１ꎬ２ꎬ３∗ꎬ㊀范志远１ꎬ２ꎬ３ꎬ㊀杨㊀兰１ꎬ２ꎬ３ꎬ㊀张丽平１ꎬ２ꎬ３ꎬ㊀王㊀东１ꎬ２ꎬ３ꎬ㊀寇㊀欣１ꎬ２ꎬ３(１.国家林业和草原局哈尔滨林业机械研究所ꎬ黑龙江哈尔滨１５００８６ꎻ２.国家林业和草原局林业机电工程重点实验室ꎬ黑龙江哈尔滨１５００８６ꎻ３.国家林业和草原局林业装备工程技术研究中心ꎬ黑龙江哈尔滨１５００８６)摘㊀要:动力底盘是丘陵山地移动式动力机械的重要组成部分ꎬ是决定丘陵山地机械化装备技术发展的关键ꎮ按底盘行走方式分类ꎬ阐述了几种底盘的结构和性能特点ꎬ提出了丘陵山地动力底盘与地面耦合机理㊁多功能轻量化㊁智能化和信息化的发展研究方向ꎮ关键词:丘陵山地ꎻ动力底盘ꎻ研究现状ꎻ发展趋势中图分类号:Ｓ２２㊀㊀文献标识码:Ａ㊀㊀文章编号:２０９５－２９５３(２０２３)０５－０００４－０７ＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔＳｔａｔｕｓａｎｄＰｒｏｓｐｅｃｔｏｆＨｉｌｌｙＭｏｕｎｔａｉｎＤｙｎａｍｉｃＣｈａｓｓｉｓＸＩＡＮＧＷｅｎ￣ｂｏ１ꎬ２ꎬ３ꎬＴＡＮＧＪｉｎｇ￣ｙｕ１ꎬ２ꎬ３∗ꎬＦＡＮＺｈｉ￣ｙｕａｎ１ꎬ２ꎬ３ꎬＹＡＮＧＬａｎ１ꎬ２ꎬ３ꎬＺＨＡＮＧＬｉ￣ｐｉｎｇ１ꎬ２ꎬ３ꎬＷＡＮＧＤｏｎｇ１ꎬ２ꎬ３ꎬＫＯＵＸｉｎ１ꎬ２ꎬ３(１.ＨａｒｂｉｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＦｏｒｅｓｔｒｙＭａｃｈｉｎｅｒｙꎬＮａｔｉｏｎａｌＦｏｒｅｓｔｒｙａｎｄＧｒａｓｓｌａｎｄＡｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｉｏｎꎬＨａｒｂｉｎＨｅｉｌｏｎｇｊｉａｎｇ１５００８６ꎬＣｈｉｎａꎻ２.ＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＦｏｒｅｓｔｒｙＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬＮａｔｉｏｎａｌＦｏｒｅｓｔｒｙａｎｄＧｒａｓｓｌａｎｄＡｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｉｏｎꎬＨａｒｂｉｎＨｅｉｌｏｎｇｊｉａｎｇ１５００８６ꎬＣｈｉｎａꎻ３.ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＲｅｓｅａｒｃｈＣｅｎｔｅｒｏｆＦｏｒｅｓｔｒｙＥｑｕｉｐｍｅｎｔꎬＮａｔｉｏｎａｌＦｏｒｅｓｔｒｙａｎｄＧｒａｓｓｌａｎｄＡｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｉｏｎꎬＨａｒｂｉｎＨｅｉｌｏｎｇｊｉａｎｇ１５００８６ꎬＣｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｐｏｗｅｒｃｈａｓｓｉｓｉｓａｎｉｍｐｏｒｔａｎｔｐａｒｔｏｆｍｏｂｉｌｅｐｏｗｅｒｍａｃｈｉｎｅｒｙｉｎｈｉｌｌｙａｎｄｍｏｕｎｔａｉｎｏｕｓａｒｅａｓａｎｄｔｈｅｋｅｙｔｏｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｍｅｃｈａｎｉｚａｔｉｏｎｅｑｕｉｐｍｅｎｔｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｎｈｉｌｌｙａｎｄｍｏｕｎｔａｉｎｏｕｓａｒｅａｓ.Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｗａｌｋｉｎｇｍｏｄｅｏｆｃｈａｓｓｉｓꎬｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｓｅｖｅｒａｌｋｉｎｄｓｏｆｃｈａｓｓｉｓａｒｅｄｅｓｃｒｉｂｅｄｆｒｏｍｔｈｅａｓ￣ｐｅｃｔｓｏｆｗｈｅｅｌｔｙｐｅꎬｔｒａｃｋｅｄｔｙｐｅꎬｗｈｅｅｌ－ｔｒａｃｋｃｏｍｂｉｎｅｄｔｙｐｅａｎｄｂｉｏｎｉｃｔｙｐｅꎬｅｔｃ.Ｔｈｅｃｏｕｐｌｉｎｇｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｈｉｌｌｙｍｏｕｎｔａｉｎｐｏｗｅｒｃｈａｓｓｉｓａｎｄｇｒｏｕｎｄꎬｍｕｌｔｉ－ｆｕｎｃｔｉｏｎｌｉｇｈｔｗｅｉｇｈｔꎬｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｃｅａｎｄｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｒｅｐｕｔｆｏｒｗａｒｄ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｈｉｌｌｓａｎｄｍｏｕｎｔａｉｎｓꎻｐｏｗｅｒｃｈａｓｓｉｓꎻｒｅｓｅａｒｃｈｓｔａｔｕｓꎻｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｔｒｅｎｄ㊀㊀收稿日期:２０２３－０３－０３基金项目:国家重点研发计划项目 油茶等木本油料轻简栽培和高效采收装备 (２０２２ＹＦＤ２２０２１００)ꎻ国家林业和草原局应急科技项目 油茶采收机械研发 (２０２２０２)第一作者简介:向文博ꎬ硕士研究生ꎬ主要从事营林机械技术装备研究ꎬＥ－ｍａｉｌ:ｘｗｂ９７０５２９＠１６３.ｃｏｍꎮ∗通讯作者:汤晶宇ꎬ研究员ꎬ硕士研究生导师ꎬ硕士ꎬ主要从事营林技术装备基础研究与开发ꎬＥ－ｍａｉｌ:ｈｌｊｔｊｙ＠１６３.ｃｏｍꎮ丘陵是指海拔高度在５００ｍ以下ꎬ地面起伏小ꎬ坡度较缓ꎬ并且连成片的地区ꎮ山地是指海拔高度在５００ｍ以上ꎬ相对高度差２００ｍ以上的高地ꎬ地面起伏大ꎬ坡度陡峭ꎬ多以脉状分布ꎮ我国丘陵山地面积６.６６亿ｈｍ２ꎬ占国土总面积的６９.４％ꎬ全国有１９个省份(包括中国台湾地区)５０％以上的地域是丘陵山地[１ꎬ２]ꎮ丘陵山地动力底盘是指用于丘陵山地环境下的农林生产ꎬ具有较好的爬坡和越障能力ꎬ以及较第５期向文博ꎬ等:丘陵山地动力底盘发展现状与展望高的行驶稳定性和平顺性的作业装备ꎮ我国的耕地主要集中在丘陵山区㊁高原ꎬ据有关资料统计ꎬ山区粮食产量及油料作物的产量占全国总产量的５０％左右[３ꎬ４]ꎮ由于丘陵山地地形复杂ꎬ高低起伏ꎬ地面凹凸不平ꎬ坡度大ꎬ所以目前适合丘陵山地使用的农林机械较少ꎬ主要依靠人工作业ꎬ劳动强度大ꎬ成本高ꎬ效率低ꎬ机械化程度与当前发展需求不匹配ꎮ因此ꎬ实现丘陵山地机械化作业的前提是实现装备的 上山入林 ꎬ解决装备底盘问题是发展丘陵山地作业装备的基础ꎬ是实现装备顺利上山入林的关键ꎬ底盘的好坏制约着丘陵山地机械化作业的发展ꎮ丘陵山地动力底盘有多种不同的分类方式ꎮ按作业环境可分为果园㊁田间和设施动力底盘ꎮ果园作业底盘包括栽植抚育㊁喷药除草㊁采收运输等ꎻ田间作业底盘包括播种施肥㊁除草浇水㊁采收运输等ꎻ设施作业底盘包括森林灭火㊁林间巡检㊁信息收集等ꎻ按行走方式的不同可分为轮式㊁履带式㊁轮履结合式和仿生式ꎮ本文按照行走方式的不同阐述了国内外丘陵山地动力底盘的研究现状ꎬ结合不同环境分析了底盘的特点与适用场景ꎬ在我国现阶段发展基础上对未来的发展方向进行展望ꎬ为其发展提供参考ꎮ１㊀丘陵山地轮式动力底盘轮式动力底盘是以轮胎作为行走装置的移动平台ꎬ是最常见的底盘形式之一ꎬ具有结构简单㊁速度快㊁机动性强㊁质量轻的特点ꎻ轮胎的刚度与地面相比较低ꎬ对地表的破坏较小ꎬ被广泛应用于拖拉机㊁林间抚育机㊁采收运输机等ꎮ轮式底盘可分为轮桥式和轮摆式ꎬ共同点是都有折腰转向结构和轮式行走系统ꎮ轮桥式底盘按照轮胎数量不同又分为四轮㊁六轮和八轮三种ꎮ丘陵山地地形复杂㊁道路崎岖不平ꎬ四轮底盘难以适应复杂的路况ꎬ相关的应用和研究较少ꎮ六轮底盘自由度大ꎬ车桥的左右摆动增加了轮胎与地面的接触面积ꎬ避免了轮胎悬空造成的侧翻和倾覆ꎬ增强了底盘的行驶稳定性和通过性ꎮ八轮底盘结构与六轮类似ꎬ多自由度的结构特点使得底盘可以根据路面变化情况动态调整车身ꎬ行驶稳定性和通过性强ꎬ其整体体积相对较大ꎬ质量大ꎬ多应用于林木采伐作业环境ꎮ轮摆式底盘是指具有摆臂结构的轮式底盘ꎬ该结构将底盘上车架通过摆臂结构与轮胎连接在一起ꎬ具有地形适应性强㊁动力强劲㊁通过性与稳定性好的特点[５]ꎮ孙治博[６]等为提高林区作业机器人的越障平稳性ꎬ实现智能化越障功能ꎬ设计了一种主动摆臂六轮腿式底盘(图１)ꎮ底盘由前后两部分组成ꎬ前半部分由前车架和两组双摆臂轮腿组成ꎬ后半部分由后车架和两个独立的摆臂轮组成ꎬ运动时通过轮腿的摆动和折腰转向能够实时调整车身平稳度以及轮胎与地面的接地面积ꎬ保证了底盘行驶稳定性ꎬ增强了底盘在林区作业的通过性和安全性ꎮ图１㊀主动摆臂六轮腿式底盘丁素明[７]等针对丘陵山地果园植保机械通过性低的问题ꎬ研发了一种低矮型自走式果园喷雾机动力底盘(图２)ꎮ采用液压四轮驱动ꎬ提高了整车的动力性ꎬ增强了爬坡和越障能力ꎻ驾驶室前置ꎬ发动机后置ꎬ扩展驾驶员视野的同时保证了整体车辆的行驶稳定性ꎻ在底盘后部增加了可铰接不同形式的雾化作业装置ꎬ实现一机多用ꎮ图２㊀低矮型自走喷雾机底盘Ｊｏｈｎｄｅｅｒｅ公司生产的１４７０Ｇ六轮式收获机(图３)采用前四后二的布置方式ꎬ驾驶室置于底盘中部ꎬ能实现２９０ʎ旋转ꎬ保证驾驶员获得全方位视图ꎬ增强作业安全性ꎻ采用双液压驱动ꎬ可同时驱动作业臂和末端执行器ꎻ底盘前后连接采用铰接技术ꎬ提高了底盘的转向能力ꎬ增强了车辆灵活性ꎮ程钰晶[８]等为解决丘陵山地林用六轮摆臂底盘在林区崎岖路况下转向能力差等问题ꎬ基于旋量理论ꎬ设计了一种六轮摆臂底盘(图４)ꎬ改变摆臂液压缸的变化量ꎬ调节底盘的高度和重心高度ꎬ仿真实验表明整体稳定度提升１０％ꎬ有效提高底盘的行走稳定性ꎮ王东[９]等设计了振动式油茶果采收机六轮仿形高越障动力底盘ꎬ解决丘陵山地复杂立地条件下油茶采收机械通过难的问题(图５)ꎮ底盘采用前置摆动仿形轮ꎬ底盘工作平台安装采摘机械臂ꎬ驾驶室后置ꎬ重心后移ꎬ提高了驾驶的安全性和行驶的稳定性ꎬ爬坡能力强ꎮ５林业机械与木工设备第５１卷图３㊀六轮底盘收获机图４㊀六轮摆臂底盘虚拟样机图５㊀振动式油茶采收机底盘２㊀丘陵山地履带式动力底盘履带式底盘是以履带作为行走装置的底盘ꎬ主要由传动系㊁制动系㊁转向系㊁履带和回转轮(驱动轮㊁导向轮㊁支重轮和张紧轮)等组成[１０]ꎮ按履带材质的不同可分为橡胶履带底盘和钢制履带底盘ꎻ按履带数量的不同又可分为双履带底盘和多履带底盘ꎮ履带式底盘通常将车架和履带部分焊为一个整体ꎬ少部分采用前后车架铰接的连接模式ꎮ前者作为一体式底盘具有结构紧凑㊁转向半径小㊁机动灵活的特点ꎻ后者与轮式底盘类似ꎬ可看成是将履带作为轮式底盘的行走装置ꎮ履带式底盘具有较好的越障和爬坡能力ꎬ稳定性好㊁牵引力大ꎮ王斌斌[１１]等设计了履带自走式风送喷雾机(图６)ꎬ外形尺寸为３４３０ｍｍˑ１６３０ｍｍˑ１２６０ｍｍꎬ行驶速度最高可达５.６ｋｍ/ｈꎬ底盘机架与支重轮在中部铰接ꎬ行驶时支重轮可绕铰接点转动ꎮ依据地形实时调整整车行驶状态ꎬ有效降低行驶过程中受到的震动ꎬ提高驾驶员舒适性与整车通过性ꎬ能满足丘陵山地果园的喷雾需求ꎮ图６㊀自走式果园风送喷雾机杨子增[１２]等针对甘蔗在我国丘陵山地的种植特点ꎬ设计了履带式自走切段收获机(图７)ꎮ履带宽度为０.３５ｍꎬ轨距为１.３５ｍꎬ满足当前甘蔗农艺种植要求ꎬ在进行收割机作业的同时不会对其他甘蔗造成破坏ꎮ底盘采用 一 字型设计ꎬ降低整车重心ꎬ增加该收获机在丘陵山地的作业能力与环境适应性ꎬ具有转向灵活㊁转弯半径小ꎬ对甘蔗根系破坏小等特点ꎮ图７㊀４ＧＱ－１Ｃ型甘蔗收获机徐高伟[１３]等为解决现有电动式山地果园底盘动力不足的问题ꎬ设计了一种新型电动自走式履带底盘(图８)ꎮ底盘利用无线遥控进行控制ꎬ实现无人作业ꎮ通过控制两侧电机转速来调节履带行驶速度ꎬ实现底盘的各种转向ꎬ省略了差速器装置ꎬ简化了底盘控制系统结构ꎮ最高行驶速度均值为６.５２ｋｍ/ｈꎬ续航里程可１７.８ｋｍꎬ能满足果园作业动力与续航需求ꎮ陈继清[１４]等为解决现有的以轮式拖拉机和卡车为承载车的绿篱修剪装备环境适应性差等问题ꎬ６第５期向文博ꎬ等:丘陵山地动力底盘发展现状与展望图８㊀电动自走式履带底盘设计了一款以履带底盘为承载结构的小型绿篱修剪机(图９)ꎮ通过试验得出结论:建立的底盘模型最大爬坡角３２ʎꎬ最大跨越壕沟宽度２７５ｍｍꎬ最大翻越垂直壁高度１４５ｍｍꎮ与轮式相比ꎬ履带式底盘在狭窄㊁高低起伏不平等复杂路面有较好的通过性ꎬ行驶稳定性㊁爬坡和越障能力都有所增强ꎮ图９㊀小型绿篱修剪机履带底盘孙术发[１５]等通过对第一代消防车履带底盘进行优化改造ꎬ设计了一台大型履带式消防车(ＬＦ１３５２ＪＰ)(图１０)ꎮ履带底盘在结构上采用５个支重轮ꎬ增大了轴间距与轨距ꎬ增加了排障器装置ꎻ在动力上将发动机功率提高到９９.３ｋＷꎮ改进后的履带式底盘有更高的行驶稳定性ꎬ发动机动力的增强提高了底盘的爬坡和越障能力ꎬ行进时能实时清除杂草㊁碎石等路障ꎬ使得消防车能更快到达火灾现场ꎮ图１０㊀ＬＦ１３５２ＪＰ履带式消防车韩振浩[１６]等为提高山地果园运输车在不同复杂地形下的通过性与适应性ꎬ基于重心位置变化对运输机械作业性能的影响规律ꎬ设计了重心自适应调控的山地果园运输车(图１１)ꎮ通过控制可移动载物台的相对位置从而对底盘的重心位置进行实时调节ꎬ使得整车最大牵引力㊁极限侧翻角㊁最大越障高度与跨越壕沟宽度均不同程度增加ꎬ提高了果园山地运输车在复杂路况下的环境适应性ꎮ图１１㊀重心自适应调控山地果园运输车祝露[１７]等设计了履带式林间草带收割机(图１２)ꎬ采用履带底盘使得整机在林木间距小㊁地形狭窄㊁地表不平的路况下仍然有较好的通过性ꎮ使用旋转式切割器相较于往复式切割器对长势茂盛的硬质杂草具有更好的适应性ꎬ同时提升了整机的适用性ꎮ图１２㊀履带式林间草带收割机杜小强[１８]等设计了集采收于一体的履带式高地隙油茶果振动采收机(图１３)ꎮ整机尺寸为３９６５ｍｍˑ３８５０ｍｍˑ２８００ｍｍꎬ四个液压驱动三角履带轮为行走装置ꎮ设备动力强劲ꎬ具有较好的行驶稳定性与通过性ꎮ３㊀丘陵山地轮履结合式动力底盘传统的轮式底盘具有机动灵活㊁速度快的特点ꎬ适用于路况良好的地面ꎬ可在相对崎岖㊁凹凸不平的路面通过ꎻ履带式底盘能适应复杂路况ꎬ在障碍和泥泞道路通过性高㊁越障能力强ꎬ对地面原有结构有相７林业机械与木工设备第５１卷图１３㊀履带式高地隙油茶果采收机对破坏ꎮ针对两者在使用工况上的局限性和单一性ꎬ国内外研究学者将两者结合ꎬ研发出了轮履结合式移动底盘ꎮ根据结构不同ꎬ轮履结合式底盘分为两类:一类是同时安装轮胎和履带两种行走装置ꎻ第二类是采用轮履复合变形方式[１９]ꎮ轮履结合式底盘既有轮式底盘的高机动性和灵活性ꎬ同时也具有履带式底盘较强的越障能力和稳定性的特点ꎬ给未来林用动力底盘的发展提供了新的方向[２０]ꎮ陈铭[２１]等结合轮式和履带式底盘在林业应用中的优缺点ꎬ设计了轮－履复合可变换底盘(图１４)ꎮ由可变履带轮与车轮组成ꎬ在以林地为主要作业环境时采用履带式行走模式ꎻ当使用环境为正常地面时可以切换为轮式行走模式ꎮ通过地形的变换切换适宜的行走模式ꎬ提高了底盘在不同路况下的环境适应性ꎬ提高了整车的通过性ꎮ图１４㊀轮－履可变换底盘１.履带张紧轮ꎻ２.前支撑架ꎻ３.履带支撑轮ꎻ４.中间支撑架ꎻ５.变形调节下杆ꎻ６.履带支撑轮ꎻ７.后支撑杆ꎻ８.车轮ꎻ９.车轮支撑杆ꎻ１０.履带驱动轮ꎻ１１.驱动轮支撑杆ꎻ１２.变形调节上杆ꎻ１３.铰接点ꎻ１４.机架ꎻ１５.履带胡军中[２２]等针对现有的轮履复合底盘操作复杂ꎬ结构单一ꎬ缺乏实用性等问题ꎬ基于轮履复合技术ꎬ提出了一种新型轮履变体式结构设计方案(图１５)ꎮ轮履复合底盘包括液压驱动机构㊁伸展机构和变形轮等机构ꎬ液压驱动机构调节变形履带ꎬ实现轮履状态的切换ꎮ在普通路面上行驶时采用轮式状态ꎻ在遇到障碍物时收缩在车轮表面的变形履带在伸展轮的拉力作用下延伸至三角履带状态ꎬ利用履带轮顺利通过障碍物ꎬ在雪地㊁泥泞和草地等复杂路面有较好的通过性与机动性ꎮ图１５㊀变体轮整体聂建军[２３]等针对丘陵山地狭窄的工作环境设计了弓腰式移动底盘(图１６)ꎮ采用前履后轮的布置方式ꎬ履带轮为驱动轮ꎬ当遇到无法越过的障碍物时ꎬ履带轮抬起一定高度ꎬ带动整车完成爬坡与越障ꎮ折腰转向的方式增加了底盘转向的灵活性ꎬ更有利于在狭小地块工作ꎮ底盘上布置了两条传动路线ꎬ能分别用于耕作与驱动工作ꎮ图１６㊀弓腰式移动底盘１.履带牵引驱动装置ꎻ２.发动机ꎻ３.从动车体装置ꎻ４.动力输出装置ꎻ５.车架ꎻ６.转向装置４㊀丘陵山地仿生式动力底盘丘陵山地动力底盘需要在布满沟壑㊁山石障碍物以及植株的环境中工作ꎬ地形复杂ꎬ不确定性大ꎮ轮式底盘灵活性强ꎬ地形适应性和爬坡越障能力相对较差ꎻ履带式底盘在非结构路面下的适应性优于轮式ꎬ对丘陵山地的复杂地形适应也有局限性ꎮ研究人员从自然界中对地形适应能力极强的动物中获得灵感ꎬ将目标转向仿生类底盘的研究ꎮ美国波士顿公司设计的ＢｉｇＤｏｇ机器人采用的是四足底盘ꎬ质量为２０ｋｇꎬ长度约为１.１ｍꎬ强大的８第５期向文博ꎬ等:丘陵山地动力底盘发展现状与展望平衡能力和环境适应性使得其能在山地行走自如ꎬ是世界上第一个能在野外行走的机器人(图１７ａ)ꎮ２０１６年该公司又推出了ＳｐｏｔＭｉｎｉ四足仿生机器人(图１７ｂ)ꎬ与大型四足仿生机器人相比更小更轻ꎬ在崎岖山地的适应能力更强[２４]ꎮ图１７㊀波士顿公司仿生机器人㊀㊀国内的仿生类底盘起步较晚ꎬ取得了一些突出成果ꎮ宇数科技公司推出的一款名为 莱卡狗 四足机器人(图１８)ꎬ高０.６ｍ㊁长０.５６ｍ㊁宽０.３５ｍꎬ仅重２５ｋｇꎬ瞬时输出功率高达１８ｋＷꎮ它能在草地坡度２０ʎ左右的地形自主行走ꎬ在外力的干扰下也能保持极强的稳定性ꎮ图１８㊀莱卡狗机器人罗红艳[２５]等通过摄影机对生物狗运动轨迹的捕捉ꎬ参考其生物学特征ꎬ设计了一款仿生四足机器人(图１９)ꎮ足端轨迹的Ｗａｌｋ步态㊁Ｔｒｏｔ步态分别以直线㊁多项式的方式规划ꎬ仿真结果表明该设计能在规划的单一步态下平稳运动ꎬ可完成快速步态切换ꎮ张建婷[２６]等基于路径规划ꎬ结合山羊行进步态㊁迈步顺序㊁各关节角变化范围等ꎬ设计了仿山羊步态的林地底盘(图２０)ꎮ实验结果表明ꎬ底盘质心行驶过程中变化稳定ꎬ偏移程度较小ꎬ没有发生跳跃或倾翻ꎬ能有效提升林地作业底盘的行驶稳定性与环境适应性ꎮ图１９㊀仿生四足机器人三维模型与腿部结构１.电机ꎻ２.连杆Ⅰꎻ３.大腿肢段ꎻ４.连杆Ⅱꎻ５.连杆Ⅲꎻ６.小腿肢段ꎻ７.足端肢段ꎻ８.髋关节ꎻ９.膝关节ꎻ１０.踝关节ꎻ１１.腰部图２０㊀仿山羊步态的林地底盘５㊀展望目前ꎬ针对丘陵山地动力底盘研究成果从国内外相关研究来看多处于理论和实验室研究阶段ꎬ相关基础理论与技术仍需探明和突破ꎬ与实际应用还有差距ꎬ难以满足 上山入林 的要求[２７]ꎮ为促进丘陵山地动力底盘的发展ꎬ缩短理论与实用差距ꎬ将从多方面开展研究探索ꎬ以加速完成其从理论研究到实际应用的转变ꎮ(１)底盘与地面作用机理基础研究丘陵山地动力底盘行驶安全性㊁稳定性㊁通过９林业机械与木工设备第５１卷性㊁平顺性和越障爬坡能力均可受到丘陵山地特殊地形㊁地貌影响ꎬ当前国内外专家学者对车辆行驶性能做了较多的研究ꎬ大都是针对拖拉机㊁工程机械等大型设备ꎬ对丘陵山地农林设备研究较少[２８]ꎮ研究丘陵山地不同路面的动力学响应和路面结构的应变㊁位移变化等ꎬ探究丘陵山地地面－底盘耦合作用机理ꎬ明确影响底盘行驶性能的关键因素ꎮ(２)底盘多功能模块化和轻量化研究底盘通用化是丘陵山地动力底盘的发展趋势和要求ꎬ当前我国丘陵山地作业装备的通用性较差ꎬ作用场景单一ꎮ加强通用化研究ꎬ通过更换行走装置㊁调整轴/轨距和安装其它功能性附件等方式ꎬ增强底盘在山区㊁果园㊁农田㊁林间等不同作业环境下的适应性ꎮ由于果园ꎬ农作物等作物栽植面积大㊁间距小㊁杂草丛生等导致留给林间作业设备的可用空间小ꎬ加强底盘轻量化研究ꎬ通过选用轻质材料㊁采用先进的制造工艺和优化底盘结构设计等使得底盘整体机构紧凑ꎬ降低质量ꎬ减少对地面和农林作物的破坏ꎮ(３)底盘智能化和信息化研究随着物联网㊁无人驾驶㊁卫星导航等技术的快速发展ꎬ丘陵山地动力底盘作为移动式丘陵山地动力机械的 双腿 ꎬ也将会朝着智能化和信息化方向发展ꎮ通过智能化控制技术㊁信息化技术与传统底盘结构设计的融合ꎬ突破底盘行走系统㊁制动系统㊁转向系统和传动系统与环境感知机理等技术ꎬ建立底盘内外智能调控系统ꎬ实现底盘的智能感知㊁决策㊁驱动㊁作业等技术和功能ꎮ参考文献:[１]㊀高巧明ꎬ潘栋ꎬ张星ꎬ等.全履带模块化无人农用动力底盘设计与仿真[Ｊ].农业机械学报ꎬ２０２０ꎬ５１(Ｓ２):５６１－５７０. [２]㊀宋建武ꎬ刘恒新.加快突破丘陵山区农业机械化的发展瓶颈[Ｊ].中国农机化ꎬ２０１０(２):１６－１９.[３]㊀张小明.我国丘陵山地农业机械化的现状与发展:全国丘陵山地农机化技术发展高层论坛论文集[Ｃ].贵州:中国农业机械化发展论坛ꎬ２０１１.[４]㊀张小明ꎬ王芳莉ꎬ肖宏儒.丘陵山地小型农机具技术研究与示范[Ｊ].贵州农机化ꎬ２０１１(５):１３－１６.[５]㊀孙治博.六轮摆臂林用底盘稳定性分析与防倾翻研究[Ｄ].北京:北京林业大学ꎬ２０１６.[６]㊀孙治博ꎬ刘晋浩ꎬ于春战ꎬ等.变幅轮腿机器人智能越障步态规划与平稳性分析[Ｊ].农业工程学报ꎬ２０１５ꎬ３１(１６):１－７. [７]㊀丁素明ꎬ傅锡敏ꎬ薛新宇ꎬ等.低矮型自走式果园喷雾机动力底盘设计[Ｊ].农业机械学报ꎬ２０１３ꎬ４４(Ｓ１):１００－１０６. [８]㊀程钰晶ꎬ王典ꎬ刘晋浩ꎬ等.林用六轮摆臂底盘转向稳定性分析与控制策略[Ｊ].林业机械与木工设备ꎬ２０２０ꎬ４８(４):３４－４０. [９]㊀王东ꎬ汤晶宇ꎬ范志远ꎬ等.振动式油茶青果采收机设计及试验[Ｊ].林业机械与木工设备ꎬ２０２０ꎬ４８(６):４－７＋１４. [１０]㊀鲁鸣.电动履带式果园管理机动力平台设计[Ｄ].南京:南京农业大学ꎬ２０１８.[１１]㊀王斌斌ꎬ岳丹丹ꎬ陈中武ꎬ等.３ＷＺ－６００型自走式果园风送喷雾机设计[Ｊ].南方农机ꎬ２０２２ꎬ５３(３):１－４.[１２]㊀杨子增ꎬ曾伯胜ꎬ陆愈天ꎬ等.４ＧＱ－１Ｃ型甘蔗收获机的设计与试验[Ｊ].现代农业装备ꎬ２０２０ꎬ４１(４):１６－２１.[１３]㊀徐高伟ꎬ宋裕民ꎬ邱绪云ꎬ等.果园电动自走式履带底盘动力系统匹配设计与试验[Ｊ].农机化研究ꎬ２０２２ꎬ４４(４):２５１－２５５. [１４]㊀陈继清ꎬ黄仁智ꎬ莫荣现ꎬ等.基于ＲｅｃｕｒＤｙｎ小型绿篱修剪机履带底盘越障性能分析与仿真[Ｊ].中国农机化学报ꎬ２０２０ꎬ４１(１０):８９－９８.[１５]㊀孙术发ꎬ任春龙ꎬ李涛ꎬ等.基于履带式底盘的改进型森林消防车通过性[Ｊ].农业工程学报ꎬ２０１８ꎬ３４(１７):６１－６７. [１６]㊀韩振浩ꎬ朱立成ꎬ苑严伟ꎬ等.基于重心自适应调控的山地果园运输车设计与试验[Ｊ].农业机械学报ꎬ２０２２ꎬ５３(２):４３０－４４２. [１７]㊀祝露ꎬ王德成ꎬ尤泳ꎬ等.履带式林间草带收割机设计与试验[Ｊ].农业机械学报ꎬ２０２１ꎬ５２(４):１２６－１３３.[１８]㊀杜小强ꎬ宁晨ꎬ贺磊盈ꎬ等.履带式高地隙油茶果振动采收机设计与试验[Ｊ].农业机械学报ꎬ２０２２ꎬ５３(７):１１３－１２１. [１９]㊀芮宏斌ꎬ曹伟ꎬ李路路.基于变位齿轮的轮履复合变形轮结构设计与越障能力分析[Ｊ].机械设计ꎬ２０２２ꎬ３９(７):７４－８３. [２０]㊀汤晶宇ꎬ寇欣ꎬ徐克生ꎬ等.丘陵地区经济林内动力底盘研究现状分析[Ｊ].林业机械与木工设备ꎬ２０１９ꎬ４７(１２):４－８. [２１]㊀陈铭ꎬ李耀翔ꎬ刘世国.林用轮－履复合底盘变形机构参数分析[Ｊ].木材加工机械ꎬ２０１８ꎬ２９(２):２９－３３＋２３.[２２]㊀胡军中ꎬ黄林ꎬ康少华ꎬ等.轮履复合变体轮的结构设计与动力学仿真分析[Ｊ].中国工程机械学报ꎬ２０１５ꎬ１３(２):１３０－１３４. [２３]㊀聂建军ꎬ闫修鹏ꎬ马宗正ꎬ等.新型弓腰式移动底盘的设计及通过性分析[Ｊ].吉林大学学报(工学版)ꎬ２０２２ꎬ５２(３):５１５－５２４. [２４]㊀杨钧杰ꎬ孙浩ꎬ王常虹ꎬ等.四足机器人研究综述[Ｊ].导航定位与授时ꎬ２０１９ꎬ６(５):６１－７３.[２５]㊀罗红艳ꎬ魏莉ꎬ李彰ꎬ等.仿生四足机器人运动规划与步态转换[Ｊ].数字制造科学ꎬ２０１８ꎬ１６(１):６－１１.[２６]㊀张建婷ꎬ刘晋浩ꎬ黄青青ꎬ等.仿山羊步态的林地底盘设计及仿真[Ｊ].北京林业大学学报ꎬ２０２１ꎬ４３(６):１５２－１６２. [２７]㊀曲振兴ꎬ向文博ꎬ胡景阳ꎬ等.林业复杂地形动力底盘性能主要影响因素分析[Ｊ].林业机械与木工设备ꎬ２０２２ꎬ５０(６):１０１－１０４. [２８]㊀殷楚晴.丘陵山区履带式电动底盘的研制[Ｄ].长沙:湖南农业大学ꎬ２０２１.０１。
温室履带式智能施药机器人设计与试验
温室履带式智能施药机器人设计与试验
张燕军;杨天;徐勇;吕晓兰;缪宏;张善文
【期刊名称】《农机化研究》
【年(卷),期】2022(44)8
【摘要】为了满足篱架型黄瓜施药作业的高效化、无人化和智能化的需求,基于模糊PID理论,研制了温室履带式智能施药机器人,分析了不同速度对施药机器人行走和施药作业的影响。
施药机器人主要由主控制器、驱动控制系统、施药系统和云监测系统4部分组成,可实现施药机器人自主导航、行驶路径的快速纠偏和自动施药。
施药过程中,行走偏差、施药次数和施药量等数据在OneNET云端显示,具有远程云端监测功能。
试验结果表明:①较之常规PID控制算法,本设计具有更为快速的导航纠偏能力,能够保证机器人运行时的稳定性和路径跟踪的有效性;②行驶速度低于
0.6m/s时,机器人施药雾滴的沉积密度与覆盖率能够满足施药要求。
研究结果可为施药机器人温室行走稳定性和黄瓜施药自动化提供技术支撑。
【总页数】8页(P97-104)
【作者】张燕军;杨天;徐勇;吕晓兰;缪宏;张善文
【作者单位】扬州大学机械工程学院;江苏省农业科学院农业设施与装备研究所【正文语种】中文
【中图分类】S625.2;TP242
【相关文献】
1.温室轨道施药机器人系统设计
2.温室智能装备系列之四十一温室精准施药机设计
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5.施药机器人对行施药系统的设计与试验
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风送式超低量喷雾装置内流场数值模拟研究.
武汉理工大学硕士学位论文风送式超低量喷雾装置内流场数值模拟研究姓名：彭军申请学位级别：硕士专业：机械制造及其自动化指导教师：柴苍修20061001武汉理工大学硕士学位论文摘要低容量喷雾和风送远射程喷雾技术是近年来世界植保机械领域研究的新技术。
其独特的优点是省工、省药、费用低，对农药的剂型、气象条件要求不严格等。
但我国在此领域与发达国家还有很大差距，主要体现在旌药工效低和农药有效利用率低等。
因此积极开展我国施药器械和施药技术的基础理论研究，尽快提高我国农药使用技术水平便成为当务之急。
ＣＦＤ（ＣｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌＦｌｕｉｄＤｙｎａｍｉｃｓ）技术发展到今天，已逐渐作为一种新手段而日益受到重视并得以广泛地应用和发展，并在诸如航空航天等高科技领域中得到了众多工程实践的证实。
ＣＦＤ技术对这些领域中流动、传热、燃烧、化学反应、多相流等问题的高精度数值预测使其在越来越多的工程中得到推广和应用。
・本文基于６ＷＣ．３０Ｙ－Ｇ型车载式超低容量喷雾机的喷雾装置，结合喷雾装置流场区域内流场的湍流特性，建立合适的湍流模型。
基于ＣＦＤ通用软件ＦＬＵＥＮＴ，确定了一套喷雾装置内流场的数值模拟方法。
首先，从理论上分析雾滴破碎的机理，找出影响雾滴尺寸和均匀性的主要因素。
其次，针对喷雾装置内流场的流动情况，建立合适的湍流模型，并寻找合理的数值求解算法。
结合喷雾区域流场的流动状态对喷雾装置内流场数值模拟的过程及关键问题进行了阐述。
第三，利用ＦＬＵＥＮＴ软件对喷雾装置内流场进行模拟分析。
通过对起涡器和喷筒选取不同的参数，分别进行模拟分析，比较模拟结果找到最优的起涡器参数，给喷雾装置的设计提供理论依据。
【关键词】喷雾机，风送喷雾，农药施用，雾滴漂移，流场模拟ＡｂｓｔｒａｃｔＵｌｔｒａ－ｌｏｗｖｌｏｕｍｅｓｐｒａｙｍｇａｎｄｌｏｎｇ－ｒａｎｇｅａｉｒ－ａｓｓｉｓｔｅｄｓｐｒａｙｉｎｇａｒｅｔｈｅｎｅｗｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃｅｓａｒｉｓｅｎｒｅｃｅｎｔｌｙｉｎｔｈｅｆｉｅｌｄｏｆｐｌａｎｔｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎｅｑｕｉｐｍｅｎｔ．Ｉｔｓｓｐｅｃｉａｌｍｅｒｉｔｓ：ｓａｖｉｎｇｌａｂｏｒａｎｄｄｒｕｇ，ｌｏｗｃｏｓｔ，ｔｉｍｅｌｙｐｒｅｖｅｎｔｉｎｇａｎｄｃｕｒｉｎｇ，ａｎｄｂｅｉｎｇｎｏｔｓｔｒｉｃｔｔｏｔｈｅｓｏｒｔｓｏｆｄｒｕｇａｎｄｗｅａｔｈｅｒｅｏｎｄｉｔｉｏｎｅｔｅ．ｗｈｉｃｈｈａｖｅｍａｄｅｔｈｅｓｅｎｅｗｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓｗａｌｋｉｎｔｈｅｆｉｒｓｔｒａｎｋｉｎｔｈｅｆｉｅｌｄｏｆｐｌａｎｔｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎｅｑｍｐｍｅｎｔ．Ｂｕｔｏｕｒｃｏｕｎｔｒｙｔｒａｉｌｅｄｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｅｄｃｏｕｎｔｒｙｉｎｔｈｅｆｉｅｌｄ，ａｂｏｕｔｔｈｅｌｏｗｅｒｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｏｆｃｒｏｐ－ｄａｓｔｉｎｇａｎｄｕｔｉｌｉｚｅ．Ｓｏｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇｐｌａｎｔｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎｅｑｕｉｐｍｅｎｔａｃｔｉｖｅｌｙａｎｄｓｔｕｄｙｉｎｇｃｒｏｐ—ｄｕｓｔｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙａＩ；ｅｕｒｇｅｎｔａｆｆａｉｒｓ．ＳｉｎｃｅＣＦＤ（ＣｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌＦｌｕｉｄＤｙｎａｍｉｃｓ）Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｗａｓｉｎｖｅｎｔｅｄ，ｉｔｈａｓｂｅｅｎａｔｔａｃｈｅｄｇｒｅａｔｉｍｐｏｒｔａｎｃｅａｓａｎｅｗｔｅｃｈｎｉｑｕｅａｎｄｈａｓｂｅｅｎｇｒｅａｔｌｙｄｅｖｅｌｏｐｅｄ．Ｄｕｅｔｏｂｅｉｎｇｐｒｏｖｅｄｔｒｕｅｂｙｔｈｅｈｉｇｈｐｒｅｃｉｓｅｎｕｍｅｒｉｃａｌｆｏｒｅｃａｓｔｓｏｆｆｌｏｗ，ｈｅａｔｔｒａｎｓｆｅｒｅｎｃｅ，ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ，ｃｈｅｍｉｃａｌｒｅａｃｔｉｏｎ，ｍｕｌｔｉｐｈａｓｅｆｌｏｗｉｎｍａｎｙｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｐｒａｃｔｉｃｅｓｉｎｈｉｇｌｌｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｎｄｕｓｔｒｙｓｕｃｈａｓａｖｉａｔｉｏｎｓｐａｃｅｆｌｉｇｈｔｅｔｃ，ｔｈｅｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｌｙｂｅｃｏｍｅｓｐｏｐｕｌａｒｉｚｅｄａｎｄａｄｏｐｔｅｄｉｎｍａｎｙｏｔｈｅｒｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ．Ｔｈｅｐａｐｅｒｂａｓｅｄｏｎｔｈｅ６ＷＣ－３０Ｙ－Ｇｍｏｄｅｌｔｒｕｃｋ－ｍｏｕｎｔｅｄｕｌｔｒａ－ｌｏｗｖｌｏｕｍｅｓｐｍｙｅｒａｎｄｕｎｉｔｅｄｔｈｅｔｕｒｂｕｌｅｎｔｓｐｅｃｉａｌｉｔｙｏｆｉｎｎｅｒｆｌｏｗｆｉｅｌｄｉｎｔｈｅａｒｅａｏｆｓｐｒａｙｉｎｇｆｉｅｌｄ，ｅｓｔａｂｌｉｓｈｔｈｅｒｉｇｈｔｔｕｒｂｕｌｅｎｔｍｏｄｅｌａｎｄｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｂａｓｅｄｔｈｅＣＦＤｃｏｍｍｅｒｃｉａｌｓｏｆｃｗａｒｅＦＬＵＥＮＴ．Ｆｉｒｓｔｌ％ｔｈｅｐａｐｅｒａｎａｌｙｓｅｔｈｅｔｈｅｏｒｙｏｆｆｏｇｄｒｏｐｆｒａｇｍｅｎｔａｔｉｏｎａｎｄｆｉｎｄｔｈｅｐｒｉｍａｒ），ｆａｃｔｏｒｓａｂｏｕｔａｆｆｅｃｔｉｎｇｆｏｇ＆ｏｐｓｉｚｅｓａｎｄｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙ．Ｓｅｃｏｎｄｌｙ，ｅｓｔａｂｌｉｓｈｔｈｅｒｉｇｈｔｔｕｒｂｄｅｎｔｍｏｄｅｌａｎｄｆｒｅｄＩｏｇｉｅａｌｎｕｍｅｒｉｃａｌｌｙｓｏｌｖｉｎｇａｒｉｔｈｍｅｔｉｃａｉｍｅｄａｔｔｈｅｉｎｎｅｒｆｌｏｗ．Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｎｇｔｈｅｆｌｏｗｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｔｈｅｓｐｒａｙｉｎｇｉｎｎｅｒｆｌｏｗｆｉｅｌｄ，ｅｘｐｏｕｎｄｔｈｅｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓａｎｄｋｅｙｐｒｏｂｌｅｍｓ．１ｒｔ忙ｔｈｉｒｄ．ｕｓｅｔｈｅＦＬＵＥＮＴｓｏｆｔｗａｒｅｓｉｍｕｌａｔｅｔｈｅｉｎｎｅｒｆｌｏｗｏｆｔｈｅａｉｒ－ａｓｓｉｓｔｅｄｈｙｄｒａｕｌｉｃｕｌｔｒａ－ｌｏｗｖｌｏｕｍｅｓｐｒａｙｅｒｄｅｖｉｃｅ．Ｔｈｒｏｕｇｈｓｅｌｅｃｔｉｎｇｔｈｅｄｉｆｆｅｒｅｎｔｐａｒａｍｅｔｅｒｏｆｔｈｅｓｅｉｒｌｌａｍｉｎａａｎｄｎｏｚｚｌｅ．ｓｉｍｕｌａｔｅｔｈｅｉｎｎａｒｆｌｏｗ，ａｎｄｆｉｎｄｔｈｅｂｅｓｔｐａｒａｍｅｔｅｒｃｍｎｐａｒｅｄｔｏｅａｃｈｏｔｈｅｒ．Ｓｏｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｐｒｏｖｉｄｅｔｈｅａｃａｄｅｍｉｃｇｉｓｔｆｏｒｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｔｈｅａｉｒ－ａｓｓｉｓｔｅｄｈｙｄｒａｕｌｉｃｕｌｔｒａ－ｌｏｗｖｌｏｕｍｅｓｐｒａｙｅｒｄｅｖｉｃｅ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｓｐｒａｙｅｒ，Ａｉｒ－ａｓｓｉｓｔｅｄｓｐｒａｙｉｎｇ，Ｃｒｏｐ—ｄｕｓｔｉｎｇ，Ｄｒｏｐｌｅｔｄｒｉｆｔ，Ｆｌｏｗｓｉｍｕｌａｔｉｎｇ．Ｖ第一章绪论１．１本课题的研究背景２０世纪中叶，环境污染问题已引起国际社会的严重关注。
果园风送式喷雾机气流速度场模拟及试验验证
果园风送式喷雾机气流速度场模拟及试验验证
傅泽田;王俊;祁力钧;王洪涛
【期刊名称】《农业工程学报》
【年(卷),期】2009(25)1
【摘要】为了研究果园风送式喷雾机气流速度场速度分布特性及各因素的影响规律,揭示果园风送式喷雾机的工作机理,基于CFD模拟建立了Hardi LB-255犁果园风送式喷雾机气流场速度分布模型.设计试验验证了模拟结果,并模拟获得了其气流速度场的分布特性.研究表明,进口气流速度变化对喷雾机气流速度场分布特性无显著影响;与风扇中心距离不同的截面上气流速度分布的规律有差异;而喷头体对气流速度场分布特性有显著影响,能使气流速度分布产生波动.模拟和试验结果的对比表明,不同条件下,所建模犁能较准确模拟喷雾机气流速度场的分布.
【总页数】6页(P69-74)
【作者】傅泽田;王俊;祁力钧;王洪涛
【作者单位】中国农业大学工学院,北京100083;中国农业机械化科学研究院,北京100083;中国农业大学工学院,北京100083;中国农业大学工学院,北京100083【正文语种】中文
【中图分类】S491;TP15
【相关文献】
1.3WFXM-400型风送式果园喷雾机喷雾性能试验研究 [J], 王利源;殷梦杰;汪强;李建平;王鹏飞;杨欣
2.基于计算流体动力学的风送式喷雾机风送系统流场模拟及结构优化 [J], 徐奕蒙;朱晓文;刘志杰;胡耀华;谷芳
3.宽喷幅风送式喷雾机空间气流速度分布规律 [J], 宋淑然;洪添胜;刘洪山;阮耀灿;陈建泽
4.果园风送喷雾机气助式喷头风力性能数值模拟与试验 [J], 杨风波;张玲;薛新宇;金永奎;陈晨;孙涛
5.风送式果园喷雾机气流场优化及试验 [J], 张俊雄;朱祥森;刘景云;高金;张凯飞因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
果园多风道风送喷雾机送风机构模拟分析与试验
果园多风道风送喷雾机送风机构模拟分析与试验
李昕昊，王鹏飞，李建平，杨 欣，边永亮
（河北农业大学 机电工程学院，河北 保定 071000）
摘要：针对传统风送式喷雾机作业时雾滴漂移量较大的问题，设计了 1 种多风道送风机构以优化风场配置，利用
STAR CCM+ 软件对果园多风道风送喷雾机送风机构内部气流场进行模拟研究，分析送风机构主体部分气流场分
布特性，得出该喷雾机风道主体部分气压云图以及速度矢量图，寻找最佳送风参数，并通过田间试验进行验证。
试验结果表明：该喷雾机风道主体部分压力分布均匀，当涡轮速度在 20 m/s 时，出口速度集中在 57.2 m/s，雾滴 沉积密度在 20 滴 /cm2 以上，满足果园风送喷雾要求；喷雾机能够有效穿透果树冠层，叶面叶背雾滴沉积分布均匀，
有效的农药施用需要增加喷雾机雾滴在不同冠 层区域以及叶片表面的沉积和覆盖范围，同时最大
程度地减少喷雾漂移［1-3］。喷雾漂移被定义为风送 式喷雾机在使用过程中，通过喷雾机气流及环境风
收稿日期：2020-09-14 基金项目：河北省农业科技成果转化资金专项（19827201D）；国家现代农业产业技术体系建设专项资金资助 (CARS-27)；河北
Abstract: Aiming at the problem of droplet drift in wind driven sprayer, a multi-air-duct air supply mechanism is designed to optimize the wind farm configuration. STAR CCM+ software was used to simulate the internal airflow field of the air supply mechanism of the orchard multi-air-duct sprayer. The distribution characteristics of the airflow field in the main part of the air supply mechanism were analyzed, and the pressure cloud map and velocity vector diagram of the main part of the main shaft of the sprayer were obtained to find the best air supply parameters. The simulation results were verified by field experiments. The test results showed that the pressure distribution of the main part of the sprayer was uniform. When the turbine speed was at 20 m/s, the outlet velocity was concentrated at 57.2 m/s, and the droplet deposition density was more than 20 drops of/cm2, which satisfied the requirements of orchard wind spraying. The sprayer can effectively penetrate the fruit tree canopy. The droplet deposition distribution on the leaf surface is evenly distributed to meet the spray standard. The design meets the requirements. Keywords: wind driven sprayer; airflow field; STAR CCM+
自走式滩涂贝类采捕机研究设计与试验
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图 6 振动筛板结构示意图
Fig. 6 Structure diagram of vibrating screen plate
图 7 两级振动筛板及处理效果
Fig. 7 Two-stage vibrating screen plate and treatment effect
程中通过清理辊轮对滩涂贝类表面沙土进行清 涂表面,少量贝类表面混带的泥沙继续向后输送
理;随后通过振动筛板作进一步处理。
至振动筛板上处理。 经过两级处理过程,泥沙和
自走式滩涂贝类采捕机械工作环境为沿海滩 小规格滩涂贝类掉至沙滩,符合采捕规格的滩涂
涂,直接接触海水。 整机特别是关键部件应采用 贝类进入收集框,实现滩涂贝类采捕作业。
输链网、振动筛板、清理辊轮等运动部件工作,选
配涡轮增压柴油发动机,功率 60 kW。
3. 1. 2 履带接地强度校核
为方便采捕机械转场运输,设计自走式滩涂
贝类采捕机械可折叠( 图 2)。 作业时,整个机组
长约 6 m,折叠后整个采捕机长仅为 3. 1 m。 整机
质量 M = 2 400 kg;履带宽度 B = 0. 35 m;履带接
土后收集贝类作业模式,但清理沙土时多直接或 间接借助水冲洗,能适应无水滩涂环境下的贝类 采捕机械并不多见,在日益重视生产作业安全及 滩涂生态环境保护的今天,对适应无水滩涂作业 的贝类采捕机的需求越来越迫切[18-21] 。
随着采捕从业人员的老龄化趋势日益明显, 滩涂养殖企业面临越来越严重的用工荒,先进适 用的贝类采捕机械对提高生产效益,促进整个产 业健康发展具有十分重要的现实意义[22-25] 。 本 研究设计自走式采捕机械,可用于无水滩涂贝类 采捕作业,取大留小将符合规格贝类采捕,保证良 性生态循环,同时还可对滩涂进行机械化疏松。
3 WFQ-1600型牵引式风送喷雾机喷雾性能试验研究
中 ，苹果 种 植 面 积２ ３２８．５３ｋｈｍ ，占水 果 种 植 总 面 积 的
３ＷＦＱ－１６００型牵 引 式 风送 喷 雾机 主 要包 括 机 架 、
１８．１７％；苹 果 产 量 达 到４ ２６１．２９万 ｔ，占水 果 总 产 量 的 药箱 、风机、喷 头、牵 引架及 隔膜 泵等 部件 ，如 图 ｌ
定 ；风 机 产 生 的气 流能 够 搅 动 叶 片 ，有 很 强 的 穿 透 能 力 ；有 效 喷 幅 满 足 工 作 要 求 ；药 液 在 叶 片 叶 面 与 叶 背 吸 附率
很 均 匀 、充 分 。
关 键 词 ：果 园 ；风 送式 ；喷雾 机 ；雾滴 沉 积 ；覆 盖率
中图分 类号 ：￥４９１
图 ｌ ３ＷＦＱ一１６００型牵 引式 风送喷雾 机 Ｆｉｇ．１ ３ＷＦＱ一１６００ Ｔｒａｃｔｉｏｎ ｔｙｐｅ ｏｒｃｈａｒｄ ｓｐｒａｙｅｒ
喷雾机与拖拉机形 成后牵引式 ，拖拉机 的下拉杆 与 喷雾 机 的牵 引架 连接 ，通 过 拖 拉 机 后 置 动 力 输 出 提 供动能来驱动喷雾 工作 。工作时 ，动力 由拖拉机后 置 动力输出经联轴器传递 到隔膜泵 ，再通过隔膜泵传递
２６２９２６５２１０＠ ｑｑ．ｃｏｒｎ 。
通 讯作者 ：杨 欣 （１９７４－），男 ，河北 定州 人 ，副教授 ，博 士 ，（Ｅ－ｍａｉｌ）
ｙａｎｇｘｉｎ＠ ｈｅｂａｕ．ｅｄｕ．ｃｎ。
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Ｚ
４
ｂ
ｔ５
，
１．风机辅助装 最 ２．喷头 ３．承重轴 ４．机 架 ５．药箱 ６．隔膜泵 ７．支架 ８．牵引架
文献标识码 ：Ａ
文章编 号 ：１００３－１８８Ｘ（２０１８）Ｏ９—０１６７一Ｏ５
喷雾高度可调的果园风送喷雾机的设计
喷雾高度可调的果园风送喷雾机的设计徐莎;翟长远;朱瑞祥;郭俊杰;李为;韩润哲【摘要】[目的]设计喷雾高度可调的牵引式果园风送喷雾机,以满足不同果树对喷雾机喷雾高度可调的要求.[方法]针对轴流风机式果园风送喷雾机难以满足不同果树喷雾高度可变的不足,基于喷雾高度可调的目的,设计了一种由1对转向相反的离心风机和角度可调的导流风箱为核心的牵引式果园风送喷雾机,在需求分析和虚拟三维建模的基础上,完成了各关键部件技术参数和整机结构的确定,并通过试验分析了该喷雾机在不同喷雾角度、风机转速、喷雾距离和喷雾压力条件下喷雾沉积量的分布情况.[结果]设计的以转向相反的离心风机和角度可调的导流风箱为核心的牵引式果园风送喷雾机,在离心风机转速为1 200 r/min、喷雾距离为2.5m、喷雾压力为0.7 MPa、导流风箱的角度为0°和15°时,喷雾沉积量适宜的施药高度分别为0.8～2.4m和1.6～3.2m.[结论]所设计的果园风送喷雾机可以满足果园对不同高度果树施药的农艺要求.【期刊名称】《西北农林科技大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2013(041)011【总页数】6页(P229-234)【关键词】果园喷雾机;喷雾高度;离心风机;农机设计【作者】徐莎;翟长远;朱瑞祥;郭俊杰;李为;韩润哲【作者单位】西北农林科技大学机械与电子工程学院,陕西杨凌712100;西北农林科技大学机械与电子工程学院,陕西杨凌712100;西北农林科技大学机械与电子工程学院,陕西杨凌712100;西北农林科技大学机械与电子工程学院,陕西杨凌712100;西北农林科技大学机械与电子工程学院,陕西杨凌712100;西北农林科技大学机械与电子工程学院,陕西杨凌712100【正文语种】中文【中图分类】S491我国果园面积居世界第一。
至2007年，我国水果栽培总面积达10.47万hm2，病虫害防治任务十分艰巨[1]。
据统计，果树在一年的生长期内要喷施农药8～15次[2]。
果园风送喷雾机出风口风场CFD建模与试验
2021年9月第3卷第3期Sept.2021Vol.3,No.3智慧农业（中英文）Smart Agriculture果园风送喷雾机出风口风场CFD建模与试验翟长远1，2，张燕妮1，3，窦汉杰1，2，3，王秀1，2，陈立平1，2，3*（1.北京市农林科学院智能装备技术研究中心，北京100097；2.国家农业智能装备工程技术研究中心，北京100097；3.西北农林科技大学机械与电子工程学院，陕西杨凌712100）摘要：塔式果园风送喷雾机是目前普遍使用的果园喷雾机，塔式结构易产生旋转和不规则的垂直气流，导致喷雾机出风口两侧风场分布不对称，且分布规律不易预测。
为探究适用塔式果园风送喷雾机出风口风场建模方法，本研究基于喷雾机出风口风场计算流体动力学（Computational Fluid Dynamics，CFD）建模方法，提出了用户定义函数（User-Defined Function，UDF）分段式三维风速入口边界条件设置方法，并研究了湍流模型和计算域尺寸对喷雾机CFD风场模拟结果的影响特性。
采用Fluent软件，建立了三种CFD模型：模型一以11个区域的平均风速作为边界条件；模型二采用UDF分段式三维风速入口作为边界条件；为进一步研究计算域尺寸对风场模拟的影响，建立了小计算域尺寸的模型三。
三种模型均采用基于雷诺时均控制（Reynolds-Averaged Navier-Stokes，RANS）方程的k-ε湍流模型和k-ω湍流模型进行风场计算。
为了验证模型的可靠性，设计了空间风场立体测量系统，实现了精确快速空间风速测量。
验证结果表明，Standard k-ε、Realizable k-ε、BSL k-ω和SST k-ω湍流模型较适合风场CFD建模，其中Standard k-ε湍流模型运算结果最优，模型决定系数R2为0.81。
基于UDF分段式三维风速入口边界条件设置方法不仅提高了仿真结果的准确性（提高了5%），而且降低了计算的复杂性。
植保精准施药技术装备
植保精准施药技术装备作者：来源：《农业工程技术·农业信息化》2017年第10期摘要：农作物化学植保是最重要的病虫害防除技术之一，在农业生产中发挥着重要的作用。
植保机械、农药与施药技术为植物化学保护的三大支柱，精良的植保机械与施药技术是农药发挥药效的重要手段与保证。
随着人们对农产品安全、环境保护意识的增强，精准施药技术装备成为植保领域的重点研究内容与发展方向，作为精准农业的重要组成部分，世界各国对精准变量施药技术装备的发展潜力及应用前景有广泛共识。
该文重点介绍了适用于不同专业作物的精准施药技术与装备及该领域的研究方法，分析、探讨了精准施药技术装备在植保作业中解决问题的途径与方法，对进一步提升我国现代化农业及减量施药提供新方法技术与精准施药装备。
关键词：植保机械，精准农业，变量施药，对靶喷雾自新千年始，我国农药产量与使用量居全球第一。
随着农药在农业生产中的广泛应用，农药用量大、施药次数多、操作人员中毒、农产品农药残留超标、环境污染等负面问题已严重威胁到我国从业人员、食品及环境的安全，造成了不应有的损失以及其他不良后果，其原因是我国施药机械与技术相对落后，农药有效利用率不足30%。
传统施药方式往往忽视一定区域内病虫害灾情的变化，采取一致的施药量，导致化学农药在部分作业区内用量不足，而在有些地方施量过度。
精准施药是精准农业的重要组成部分，能够满足越来越高的环保要求，实现了低量、精准施药、少污染、高功效、高防效的作业要求。
为了实现农药精确喷施，施药技术与施药装备机具正向着精准、低量、对靶、变量、自动化方向发展，它通过获取作物的病虫草害形貌与位置、密度与危害程度等喷雾对象信息，以及喷雾机位置、速度和喷雾压力等机器状态信息，对喷雾对象实施按需施药。
目前，国际上对精准施药技术在提高农药利用率、减少农药残留和降低环境风险等方面的前景和潜力已形成共识，各国均在加大研发力度，它代表了21世纪精准农业上植保精准施药的发展方向。