手扶自走式电动微耕机设计与试验

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作者 杨晓 樊宝龙 +1 位作者 温昌凯 谢斌 《智能化农业装备学报(中英文)》 2025年第3期11-21,共11页

针对传统油动微耕机使用环境受限、热效率低和环境污染严重等问题,研究设计一种轮边驱动式电动微耕机。根据典型作业场景,分析微耕机的功能需求,确定电动微耕机的关键性能参数和动力参数,设计操纵界面与电气系统。基于离散元法对电动微... 针对传统油动微耕机使用环境受限、热效率低和环境污染严重等问题,研究设计一种轮边驱动式电动微耕机。根据典型作业场景,分析微耕机的功能需求,确定电动微耕机的关键性能参数和动力参数,设计操纵界面与电气系统。基于离散元法对电动微耕机的作业过程进行仿真分析,选取扭矩作为电动微耕机作业稳定性仿真的评价指标,在稳定作业阶段(0.68~1.2 s)的数据,转矩的最大值为81.12 N·m,最小值为36.24 N·m,平均转矩为51.26 N·m。对整机功率消耗进行分析,当机组前进速度为0.3 m/s,旋耕刀转速为300 r/min,耕作深度为12 cm的条件下,旋耕作业消耗的平均功率为1.61 kW。采用平均抛土质量作为旋耕机抛土性能仿真的评价指标,在0.68~1.2 s的稳定作业期间,平均抛土质量为1.96 kg。最终,开展电动微耕机的田间旋耕性能测试,结果表明:平均旋耕深度为122.3 mm,符合中小型旋耕机的耕深标准(≥100 mm),同时也满足丘陵旋耕作业要求(≥110 mm),平均旋耕幅度为703.1 mm,已达到中小型微耕机的耕深标准(≥70 mm),行走驱动电机的最大平均功率为1922.65 W,满足旋耕作业要求。此外,旋耕深度和宽度的稳定系数分别为86%和94%,表明旋耕作业具有较高的稳定性。通过验证,样机性能符合设计标准与作业需求。 展开更多

关键词 电动微耕机 旋耕作业 离散元 仿真 耕深

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履带式电动微耕机自动导航系统设计与试验 被引量：1

2

作者 王家博 魏文波 +4 位作者 王广阔 高菊玲 肖茂华 鲁植雄 王光明 《农业工程学报》 CSCD 北大核心 2024年第23期63-72,共10页

为提高微耕机智能化程度,满足日益增强的“以机代人”需求,该研究设计了一种适用于园艺环境的履带式自动导航电动微耕机。首先,以搭载ROS系统(robot operating system)的英伟达Jetson Orin Nano为主控,建立导航控制系统,并与电动微耕机... 为提高微耕机智能化程度,满足日益增强的“以机代人”需求,该研究设计了一种适用于园艺环境的履带式自动导航电动微耕机。首先,以搭载ROS系统(robot operating system)的英伟达Jetson Orin Nano为主控,建立导航控制系统,并与电动微耕机底层通讯。其次,基于卡尔曼滤波法和扩展卡尔曼滤波法,根据粗差对扩展卡尔曼滤波状态估计的影响,提出改进抗差自适应扩展卡尔曼滤波法,以纠正单项错误和多个特殊误差,从而最大程度限制并降低粗差对北斗引导PVT(position、velocity、time)解算的负面影响,并提高定位精度和信号稳定程度。采用梭式路径规划方法开展导航试验并记录定位数据,对比不同定位数据处理方法x、y、z轴定位误差标准差。结果表明,本研究提出的改进抗差自适应扩展卡尔曼滤波法在提高定位精度和信号稳定性方面具有一定优势。以车速、耕深、旋耕刀转速为试验因素,以碎土率为评价指标,设计Box-Behnken试验;对试验结果进行方差分析,建立评价指标与试验因素的回归模型。以提高碎土率为寻优目标,对作业速度、耕深、旋耕刀转速进行寻优求解,获得较优参数组合为作业速度1.4 km/h,耕深6 cm,旋耕刀转速234 r/min。开展田间耕作试验,碎土率可达95.8%,表明履带式自动导航电动微耕机具有较优的作业质量,满足园艺环境的旋耕作业要求。 展开更多

关键词 农业机械 定位 自动导航 旋耕 履带式电动微耕机 参数优化

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温室大棚用电动微耕机研制 被引量：25

3

作者 高辉松 朱思洪 +4 位作者 史俊龙 杨井华 徐筱禄 常亚磊 陈勇 《机械设计》 CSCD 北大核心 2012年第11期83-87,共5页

根据设施农业环境特点,设计了电动微耕机结构形式及传动系参数,开发了温室大棚用供取电系统及单输入三输出变频调速系统,并对电动机及变频调速系统进行了试验研究,研制了一种温室大棚用电动微耕机系统。研究结果表明:在变频调速系统控... 根据设施农业环境特点,设计了电动微耕机结构形式及传动系参数,开发了温室大棚用供取电系统及单输入三输出变频调速系统,并对电动机及变频调速系统进行了试验研究,研制了一种温室大棚用电动微耕机系统。研究结果表明:在变频调速系统控制下的电动机具有低速恒转矩、高速恒功率的输出特性,能够较好地满足温室大棚作业工况需求;随着转速增大电动机输出效率增大,当转速达到1 500 r/min时,最高效率达到84.6%;当输出转速降至1 200 r/min时,电动机效率仍能够达到81.7%,具有较宽的高效调速范围;所研制电动微耕机安全性能等指标符合相关标准规定,且具有低噪声、零污染的特点;其单位小时的耕作效率约为2.29亩,略高于同功率汽油微耕机;每亩耗电量约为0.46kW.h,其经济性能远高于同功率的汽油微耕机。 展开更多

关键词 温室大棚 电动微耕机 耕作效率

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温室电动微耕机的设计 被引量：6

4

作者 赵润华 吴彦强 +2 位作者 刘中正 王勇华 侯加林 《山东农业科学》 2015年第2期129-130,I0001,131,共4页

针对设施农业的发展趋势,设计了一种电动微耕机,该微耕机动力系统为电动机,污染较小,可以实现两档换挡,具有转向离合器,可以实现在狭小环境下轻松转向。

关键词 温室大棚 电动微耕机 转向离合器

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基于STM32单片机控制的电动微耕机研制 被引量：6

5

作者 张强 杨光友 《农机化研究》 北大核心 2019年第7期100-104,109,共6页

以大棚内工作环境和作业要求为依据设计了一种纯电动微耕机,以STM32F4芯片作为微耕机主控芯片,附加惯性导航传感器、无线遥控等设备,实现微耕机的远程遥控作业,以此达到节能环保、减轻劳动强度、提高作业效率的目的。试验结果表明:该微... 以大棚内工作环境和作业要求为依据设计了一种纯电动微耕机,以STM32F4芯片作为微耕机主控芯片,附加惯性导航传感器、无线遥控等设备,实现微耕机的远程遥控作业,以此达到节能环保、减轻劳动强度、提高作业效率的目的。试验结果表明:该微耕机作业效率为3. 3h/hm2,耗电量为18k W·h/hm2,经济性和工作效率远高于市面上同规格其它类微耕机,且其相关技术要求符合国家出台的机械行业微耕机技术标准,具有广阔的市场应用前景。 展开更多

关键词 电动微耕机 惯性导航传感器 远程遥控作业 节能环保

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电动微耕机振动特性分析与减振研究 被引量：10

6

作者 金政宏 陈建 +4 位作者 王炎林 牛坡 王磊 张勉 莫婷 《西南大学学报（自然科学版）》 CAS CSCD 北大核心 2021年第10期92-99,共8页

为了推进电动微耕机在丘陵山区的应用,需要解决耕深大于10 cm的锂电池组电动微耕机振动的定量化研究问题.采用对整机动力学模型进行简化,建立整机振动数学模型和构建基于Matlab/Simulink整机振动模型仿真的方法;利用田间试验对比验证模... 为了推进电动微耕机在丘陵山区的应用,需要解决耕深大于10 cm的锂电池组电动微耕机振动的定量化研究问题.采用对整机动力学模型进行简化,建立整机振动数学模型和构建基于Matlab/Simulink整机振动模型仿真的方法;利用田间试验对比验证模型精确度,得到了电动微耕机扶手架、支撑架平板在快挡工况下竖直方向振动加速度均方根值对比数据误差为9.06%和19.50%,仿真与试验的扶手架振动加速度均方根值均大于人手适宜的10 m/s 2.利用Ansys软件进行有限元分析,对支撑架和扶手架采取不同方案的结构优化并进行优化后的仿真分析,结果显示支撑架质量相对减少了1.43 kg,扶手架质量相对增加了1.25 kg.利用仿真结果加工出优化后的支撑架与扶手架并进行优化后试验,与未优化试验结果相比,传递到人手处的振动加速度均方根值降低了24.5%. 展开更多

关键词 电动微耕机 振动分析 仿真 田间试验 优化

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两轮独立驱动电动微耕机的控制系统研究 被引量：3

7

作者 蔡堃 张建瓴 +3 位作者 可欣荣 邓继忠 何敦清 钟柏活 《广东农业科学》 CAS CSCD 北大核心 2013年第14期179-181,共3页

研制了一种小型手扶式两轮独立驱动的电动微耕机。针对该电动微耕机的驱动控制,设计了基于模糊控制方法的模糊PID控制器,可明显提高微耕机直线行驶能力,有效改善其操作性能,减少驾驶员的操纵强度。经试验测试,该微耕机在20 m直线行驶试... 研制了一种小型手扶式两轮独立驱动的电动微耕机。针对该电动微耕机的驱动控制,设计了基于模糊控制方法的模糊PID控制器,可明显提高微耕机直线行驶能力,有效改善其操作性能,减少驾驶员的操纵强度。经试验测试,该微耕机在20 m直线行驶试验中的平均偏移率小于1.73%。 展开更多

关键词 电动微耕机 模糊控制 航向角修正

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基于轮毂电机驱动的电动微耕机机架设计与分析 被引量：3

8

作者 刘学林 王晶 高辉松 《安徽农业科学》 CAS 2013年第14期6557-6560,共4页

[目的]设计适合设施农业用电动微耕机作业工况及功能要求的机具。[方法]应用ANSYS软件对机架进行有限元分析,按照适合高效设施农业作业的结构尺寸和实际工作条件,建立耕机机架三维模型,进行旋耕受力分析和机架有限元分析。通过分析与计... [目的]设计适合设施农业用电动微耕机作业工况及功能要求的机具。[方法]应用ANSYS软件对机架进行有限元分析,按照适合高效设施农业作业的结构尺寸和实际工作条件,建立耕机机架三维模型,进行旋耕受力分析和机架有限元分析。通过分析与计算,确定其工作受力和结构参数,并制作机架实体,进行相关试验验证。[结果]通过有限元分析,得到了机架有效数据。根据优化设计参数制作了机架实体。经试验验证,新设计的机架结构可满足各种工况需求。[结论]该研究为进一步的轮毂电机驱动的微型农机具结构优化设计提供了理论依据。 展开更多

关键词 轮毂电机 电动微耕机 机架设计

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电动微耕机及其防倾覆装置的设计与仿真 被引量：3

9

作者 郭晨星 牛志刚 朱建军 《机械设计与制造》 北大核心 2020年第2期179-182,共4页

针对现有电动微耕机存在的一些重心过前、机架强度不足、电池闲置损坏等问题,设计了新型电动微耕机。该微耕机具有整体式框架结构,强度更高,可承受更大的牵引力,可拆卸电池箱提高了蓄电池的利用率。运用ANSYS Workbench对机架进行了有... 针对现有电动微耕机存在的一些重心过前、机架强度不足、电池闲置损坏等问题,设计了新型电动微耕机。该微耕机具有整体式框架结构,强度更高,可承受更大的牵引力,可拆卸电池箱提高了蓄电池的利用率。运用ANSYS Workbench对机架进行了有限元静力学分析,结果表明机架强度和刚度符合要求。为防止微耕机向前翻倒造成伤人事故,设计了防倾覆装置,使微耕机更加安全,操作更加方便。运用ADAMS对该装置进行了运动学仿真分析,结果表明装置的运动符合设计要求。 展开更多

关键词 电动微耕机 有限元 防倾覆装置 运动学仿真

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电动微耕机的研究现状及分析 被引量：11

10

作者 王磊 陈建 +3 位作者 胡陈君 张勉 罗泽涌 方晶晶 《中国农机化学报》 北大核心 2020年第1期229-236,共8页

电动微耕机作为一种无污染的耕整地机型,具有良好的发展前景。本文阐述国内外电网类微耕机、蓄电池类微耕机及电网与蓄电池共同供电类微耕机的开发历程与研究现状,指出制约电动微耕机推广应用的主要原因:电网供电类微耕机获取电力困难,... 电动微耕机作为一种无污染的耕整地机型,具有良好的发展前景。本文阐述国内外电网类微耕机、蓄电池类微耕机及电网与蓄电池共同供电类微耕机的开发历程与研究现状,指出制约电动微耕机推广应用的主要原因:电网供电类微耕机获取电力困难,操作范围有限;蓄电池供电类微耕机成本高、续航时间不足。但近些年来蓄电池的性能不断提高、成本不断降低,可以预计蓄电池供电类微耕机更具前景。最后提出蓄电池类微耕机向多功能化与智能化等方向发展的趋势。 展开更多

关键词 电动微耕机 温室 丘陵山区 电网 蓄电池 电机

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基于超级电容辅能的电动微耕机复合电源系统研究与试验 被引量：6

11

作者 薛劭帅 蔡宗平 +3 位作者 李庆 杨崇山 刘威 李光林 《西南大学学报（自然科学版）》 CAS CSCD 北大核心 2023年第2期179-191,共13页

锂电池组为单一动力源的电动微耕机在丘陵山地复杂多变的作业工况中,锂电池频繁瞬时大电流波动放电,严重影响锂电池的能效及寿命,本文将超级电容应用在电动微耕机上构成复合电源,并对该复合电源的参数匹配及能量分配策略进行了研究.结... 锂电池组为单一动力源的电动微耕机在丘陵山地复杂多变的作业工况中,锂电池频繁瞬时大电流波动放电,严重影响锂电池的能效及寿命,本文将超级电容应用在电动微耕机上构成复合电源,并对该复合电源的参数匹配及能量分配策略进行了研究.结合电动微耕机实际作业情况,设计了逻辑门限控制策略,控制系统以主控芯片STM32F103为核心,使用C语言编程,对单一锂电池电源和复合电源两种工作模式下磷酸铁锂电池的工作电流、功率、温度、容量衰退速率等进行了试验与分析.田间试验表明,在一定土壤条件下,复合电源工作模式与单一锂电池电源相比,针对电机不同转速和不同地块,磷酸铁锂电池电流平均波动范围分别缩减14.37,13.07,14.3,15.23,13.77A,平均峰值功率分别下降43.6%,75.2%,77.4%,76.4%,60.3%.由于超出阈值的部分大电流由超级电容补充,磷酸铁锂电池输出电流变平缓,使磷酸铁锂电池组免受突变大电流的冲击;复合电源中磷酸铁锂电池组平均温升相较于单一电源锂电池组分别下降0.13,1.48,1.67,2.26,3.45℃;在试验作业时间内,复合电源中磷酸铁锂电池组平均容量衰退速率分别下降2.1%,9.1%,9.7%,9.2%,4.4%,在长期频繁使用情况下,复合电源系统微耕机的经济性和安全性要高于单一锂电池系统.该研究可为复合电源在农机装备上应用提供理论基础和技术参考. 展开更多

关键词 电动微耕机 磷酸铁锂电池 超级电容 复合电源 逻辑门限控制策略

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电动微耕机锂电池组风冷散热仿真分析 被引量：6

12

作者 莫婷 陈建 +3 位作者 郑延莉 金政宏 王磊 张勉 《农机化研究》 北大核心 2021年第12期247-253,共7页

为了推广电动微耕机在丘陵山区的应用,对一款耕深大于10cm的电动微耕机电池组进行了散热管理研究。利用ANSYS对电池组温度场进行仿真,结果显示:在25℃的环境下,电动微耕机持续工作时,电池组最高温度为48.065℃,最大温差6.201℃,均超出... 为了推广电动微耕机在丘陵山区的应用,对一款耕深大于10cm的电动微耕机电池组进行了散热管理研究。利用ANSYS对电池组温度场进行仿真,结果显示:在25℃的环境下,电动微耕机持续工作时,电池组最高温度为48.065℃,最大温差6.201℃,均超出电池组最佳工作温度范围。为此,提出了一种电池组强制风冷的散热方案,并针对入口风速、电池间距、排列方式和出入风口垂直距离进行单因素分析。仿真结果表明:对散热效果影响显著的因素为入口风速与电池间距。根据仿真数据,进一步研究电池间距及入口风速与温差之间的关系,得到了两者在满足散热要求时的取值区间。 展开更多

关键词 电动微耕机 电池组 风冷散热 仿真

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电动微耕机锂电池组热特性的研究 被引量：4

13

作者 张勉 陈建 +5 位作者 王卓 王磊 罗泽涌 方晶晶 郑延莉 王炎林 《农机化研究》 北大核心 2020年第6期19-24,35,共7页

以单体锂电池组成的电池组作为能量源的电动微耕机,其续航、寿命及安全性与电池组工作时的最高温度、最大温差紧密相关。为此,对一款新研发的耕深可达10cm的电动微耕机的电池组建立了仿真模型,并以电池组的最高温度及最大温差作为电池... 以单体锂电池组成的电池组作为能量源的电动微耕机,其续航、寿命及安全性与电池组工作时的最高温度、最大温差紧密相关。为此,对一款新研发的耕深可达10cm的电动微耕机的电池组建立了仿真模型,并以电池组的最高温度及最大温差作为电池组热特性的评估参数,仿真分析了放电倍率、电池间隙及环境温度对电池组热特性的影响;通过田间试验测得耕作时的放电电流,并以此电流值仿真分析了电池组的热特性。结果表明:放电倍率及环境温度对电动微耕机电池组的热特性影响较大,电池间隙对电动微耕机电池组的热特性影响相对较小;环境温度为35℃时,以实际耕作电流值放电1 700s,电池组最高温度为54.615℃,最大温差为9.741℃,远超锂电池适宜工作的温度上限40℃及温差上限5℃。因此,必须对电池组做出调整。该研究可为电动微耕机电池组热特性的分析及散热系统的设计提供参考。 展开更多

关键词 电动微耕机 电池组 热特性 仿真

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浅析电动微耕机发展现状 被引量：4

14

作者 甘鸿星 孟利清 《南方农机》 2022年第19期155-157,共3页

随着农业结构调整,我国温室大棚面积已居世界第1位。国内温室大棚多处于丘陵山区,受地形影响,大型农业机械无法进入大棚内正常作业,因此微耕机得以大量使用。目前市场上微耕机动力源大多为内燃机,作业时不仅会造成环境污染,还会伴随着... 随着农业结构调整,我国温室大棚面积已居世界第1位。国内温室大棚多处于丘陵山区,受地形影响,大型农业机械无法进入大棚内正常作业,因此微耕机得以大量使用。目前市场上微耕机动力源大多为内燃机,作业时不仅会造成环境污染,还会伴随着振动和噪声,而电动微耕机很好地弥补了这些缺陷,研究团队分析了我国电动微耕机的现状,阐述了电动微耕机相对于传统燃油微耕机在温室大棚生产作业中的优势,探讨了电动微耕机需要解决的问题,并提出了相关发展建议。电动微耕机由于无污染、零排放、高效益等优势,解决了传统微耕机的噪声大、振动高等问题,极大地减轻了作业人员的劳动强度,降低了对作业人员的危害,更好地适应了温室大棚的生产作业环境,应用前景广阔,有利于助推乡村振兴战略发展。 展开更多

关键词 电动微耕机 温室大棚 农机电动化

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一种恒转速控制电动微耕机电路的设计

15

作者 柴媛欣 石晶 朱志强 《农业装备与车辆工程》 2019年第9期85-87,共3页

设计了一种恒转速控制电动微耕机电路,以单片机为核心,通过控制PWM占空比来调节电机的转速,使其承担负荷后转速的跌落程度较小,从而达到提高电动微耕机作业质量,减少能耗,降低工作成本等目的。试验结果表明:该恒转速控制的电动微耕机在... 设计了一种恒转速控制电动微耕机电路,以单片机为核心,通过控制PWM占空比来调节电机的转速,使其承担负荷后转速的跌落程度较小,从而达到提高电动微耕机作业质量,减少能耗,降低工作成本等目的。试验结果表明:该恒转速控制的电动微耕机在工作时可在一定范围内进行速度的平滑调节,并在负载发生变化的情况下保持转速基本不变,并且具有良好的稳态、动态性能。 展开更多

关键词 电动微耕机 恒转速控制 减少能耗

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电动微型设施农业作业机械设计与试验 被引量：1

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作者 田伟 黄林青 +2 位作者 付海明 滕士忠 薛金林 《农业装备与车辆工程》 2017年第8期19-23,共5页

基于设施农业当前的发展现状和设施类型、设施农业环境的特点与要求,设计制造了一种适用于低成本农业设施的电动微型作业机械。从电动作业机械整机的布置方案、电动机及其控制器的计算选型、工作部件的设计计算等方面进行设计,对工作部... 基于设施农业当前的发展现状和设施类型、设施农业环境的特点与要求,设计制造了一种适用于低成本农业设施的电动微型作业机械。从电动作业机械整机的布置方案、电动机及其控制器的计算选型、工作部件的设计计算等方面进行设计,对工作部件与机架进行受力分析和仿真验证可靠性,最后对样机进行旋耕作业试验。由试验结果计算得出耕作效率约为1 207.8 m2/h,耗电量约为36.4 k W·h/hm2,同时具有较好的经济性。 展开更多

关键词 设施农业 电动微耕机 设计 试验

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