【《玉米收获机液压系统设计开题报告文献综述》6200字】

玉米收获机液压系统设计开题报告文献综述目录TOC\o"1-3"\h\u30365玉米收获机液压系统设计开题报告文献综述 1192191.1研究背景及意义 1313791.1.1研究背景 1106491.1.2研究意义 2223731.2国内外发展现状 37921.2.1玉米收获机发展现状 3285861.2.2收获机液压技术发展现状 6281951.2.3收获机智能化发展现状 7114211.3研究内容及技术路线 7287241.3.1研究内容 7251651.3.2技术路线 926517参考文献 9研究背景及意义研究背景玉米一直是我国主要农作物，占据了广大的种植面积，截至到2019年我国玉米种植面积已达到4496.8万公顷，但是，目前我国玉米机收水平远低于其它农作物的机械收获水平[1]。玉米籽粒的收获是在玉米种植的过程中十分重要的工作，其收获过程十分繁琐，而且必须要在很短的时间内完成整个收获过程，否则就会影响下一波农作物的耕种，而且我国大部分地区的玉米收获季节多处于雨季，倘若不及时收获就会导致玉米产量降低，不仅对经济造成影响还会影响我国玉米储备量[2]。所以，在玉米种植广泛的地区大力推广玉米收获机的使用是十分必要的。目前市场上大部分传统收获机传动方式都是采用了纯机械传动，机械传动方式虽然成本低、效率高，但同时也存在传动机构占用的空间大、容易出现故障等问题[3]。而且传统纯机械传动的玉米收获机还存在操作繁琐、驾驶员易疲劳、智能化程度低等缺陷[4]。当前，虽然我国农用收获机的发展已经有了很大的进步，但是在一些结构及智能化方面依旧属于比较落后的地位，对于收获机行走系统的设计研发依旧处于探索过程中[5]，因此对于目前市面上的玉米收获机进行相应的结构改进优化实现智能化控制且对玉米收获机行走系统进行相应的改进及仿真验证对于我国农用机械的发展是十分必要的。研究意义玉米收获机的行走系统、割台系统及脱粒清选系统是收获机最重要的三个部分，决定了整个收获机工作的状态及收获的有效率[6]。传统玉米收获机的行走系统大部分采用链传动及皮带传动等机械传动方式完成动力输出，机械传动虽然具有成本低、使用便捷等优势，但同时也存在着故障率高、维修复杂、操控复杂等问题，所以针对目前机械传动存在的种种问题，通过了解目前液压传动的发展趋势可知液压传动方式结构简单、占用空间小而且可以实现无级变速等优点，所以决定利用液压传动方式代替传统机械传动方式，设计出符合该玉米收获机的液压行走系统，并进行仿真分析，可以有效避免传统收获机行走时的功耗问题。根据玉米收获机割台系统的工作原理可知，割台的工作速度与其喂入量的大小息息相关，而且由于割台的结构较为复杂，在工作时倘若无法根据当前喂入量大小进行合理的调节，就容易造成割台零部件损坏，无法正常进行收获作业[7]。所以基于以上问题，对割台喂入量数据检测及割台速度调节方式进行控制结构改进，利用传感器进行相关数据的检测，使其可以实现通过检测当前喂入量数值，采取控制技术对割台运行速度进行调整，可以改进玉米收获机收获率。脱粒清选系统是收获机确保收获成功率的最重要的部件之一，对于籽粒含杂率及脱净率有着决定性的作用，通过了解脱粒清选系统的基本结构及工作原理可知，凹板筛间隙的合理性是确保其不会堵塞是影响其脱粒清选效率的最主要因素，间隙不合理容易导致玉米籽粒含杂率高，大量的堵塞会直接造成收获机的零部件损坏，极大地降低了收获机作业的可能性[8]。而且脱粒滚筒转速及清选风机转速直接影响脱净率与含杂率，所以针对这两个方面，设计安装控制元件，利用控制器控制其动作状态，根据玉米籽粒情况调节凹板筛间隙，并且对清选风机转速调节方式及脱粒滚筒转速调节方式进行智能化优化，使其可以根据当前玉米籽粒含水率及割台喂入量大小进行自动调整，建立玉米收获机自动监测及控制系统，使驾驶员可以实时掌握收获机各部位参数，并根据参数实时进行控制调整，防止凹板筛大量堵塞，保持合理的玉米籽粒破损率，使收获机可以正常工作。设计整机智能化控制系统方案，利用控制器对各传感器所测的数值进行处理，通过实时数据参数控制整机控制元件，使玉米收获机可以始终保持良好的工作状态。对实现我国收获机智能化的发展提供一定的参考意义。国内外发展现状玉米收获机发展现状国外对于玉米收获机的研究较早，随着国外技术的不断更新迭代，截止到现在，国外玉米收获机对各个方面的发展都已比较完善，采用了先进的智能化技术，对收获机结构的进行了合理的优化改进[9]。美国在1939年成功研制出了第一台自走式玉米收获机，从此开始美国在玉米收获领域基本实现了机械化[10]。进入20世纪之后，随着各项技术的不断发展，玉米收获机得到了足够的技术支持，在各个方面都实现了快速发展，随着电子信息技术、视觉传感技术、导航技术等先进智能化技术的不断进步，玉米收获机也融合了许多的智能化技术而且得到了推广发展[11]。基于成熟、稳定的玉米种植技术，玉米收获机得到了快速地发展，一些欧洲国家在已有收获机械的基础上研发出了多种类型的玉米收获机[12]。根据地形与环境的影响，所生产的收获机大部分为大功率、大型收获机，如图1.1所示。日本的收获机水平也是十分发达的，特别是在智能化程度和收获性能方面都有很高的水平，例如我们熟悉的收获机品牌洋马、久保田等很多日本企业制造的收获机，其整体技术已经在世界处于领先的地位[13]，如图1.2所示。图1.1克拉斯玉米收获机（a）久保田玉米收获机（b）洋马玉米收获机图1.2日本产玉米收获机综合所查文献，总结国外玉米收获机的整体特点如下：发动机功率大，动力足，可以实现收获机整机多模块共同工作，进行一机多用操作，总体向大型、高速、多行数的趋势发展。JohnDeere公司所研发制造的玉米收获机，改进了其脱粒滚筒的结构，利用切流式脱粒滚筒加轴流板齿分离滚筒结构组成，进而提高了玉米收获机的脱粒性能，降低了籽粒的破碎率[14]。脱粒清选系统设计先进，通过调节各工作参数及对结构进行相应的调节，可以实现较低的籽粒破损率，能够高质量完成玉米收获工作。A.C.Ukatu等研制了一种新型的收获机脱粒装置，通过降低滚筒转速和修改滚筒结构降低滚筒对谷物的冲击力，调节滚筒间隙减少谷物籽粒的损伤，提高了收获机脱粒装置的性能[15]。具有先进的制造技术，利用虚拟仿真技术进行各零部件的力学性能及整机的工作过程进行仿真分析，在收获机零部件制造和各零部件装配过程中都可以保持很高的精度，确保整机运行的可靠性及平稳性[16]。智能化水平高，在机电一体化、智能控制以及人体力学方面都有着十分规范的要求，不管是在操控性还是舒适度方面都做到了极大程度的提升。YinY等人搭建了能够实现数据采集、传输和处理的CAN总线的分布式系统，采用ARM嵌入式处理器对系统内传感器采集数据进行采集处理，同时提出同步数据采集策略，提高收获机的工作效率，为之后收获机多信息采集提供有力支撑[17]。远程监控系统完善，可以精准的监控收获机的各个指标参数，并且可以通过导航定位实现对收获机的远程调度，更方便玉米的收获情况。CoenT等人研究一种针对联合收割机的鲁棒自动导引系统，通过采用推导出的收获机模型，利用期望轴承变化为函数，计算出期望收获机车轮的位置，将期望车轮达到的位置通过CAN总线传递给执行机构，实现收获机的自动驾驶[18]。我国玉米收获机起步较晚，在理论研究和产品设计等方面与县先进国家相比还有着十分大的差距[19]。目前我国的玉米收获机普及率比较低，其主要原因是因为我国的地理环境比较复杂，有些地区无法实现完全机械化作业[20]。我国的玉米收获机发展从刚开始引进国外机型到现在的国产品牌历经了十分漫长的过程，在这一段时间里，我国的玉米收获机械取得了突飞猛进的进步，主要分为以下几个方面：对国外的先进机型进行引进并仿制。从1949年开始，我国从多个国家引进先进的自走式联合收获机，并对其在我国地势上进行了相应的试验研究。经过了多年的试验研究，成功制造出了自己的收获机械，虽然当时所制造出来的机型在许多方面上与国外先进国家的产品存在差距，但是这已经表明着我国已经可以自己生产收获机械[21]。在建国之后，我国的收获机械发展十分迅速，有大批企业开始投入到收获机行业，通过不断地创新和改造使我国自主制造的收获机械在各个方面都有了极大的提升。进入70年代末，我国玉米收获机进行已经出现了许多种类，一些代表性的机型也已经开始了量产，经过这一段时期的发展，我国已经具备独立设计和研制新产品的能力[22]。进入改革开放时期，我国通过不断引进国外先进的制造技术，研发制造了各种各样的新机型，其中最主要的是中小型悬挂式机型，到了90年代末端，我国所制造的各种机型的玉米收获机已经比较完善。进入21世纪，我国科学技术不断发展，在玉米收获机领域也得到了很多的技术支持，在电子信息技术的带动下，利用相应的传感器对玉米收获机各部件进行数据监测。并且各大收获机厂家与各个高校进行产学结合，研究制造出各种不同的机型。江苏大学汪树青等人重点研究了一种割台参数调节装置，能够实现割台参数的调节功能，同时，能够自动控制收获机拨禾轮转速，为之后的工程实际应用奠定了基础[23]；济南大学张琨等人对玉米收获机脱粒清选系统开展研究，针对在收获过程中脱粒清选系统不能实时进行监控，设计了一套监控系统实时检测收获机脱粒清选系统，当检测值超过设计值时，检测报警装置就会触发，有效的提高了收获可靠性[24]；安徽理工大学的袁蹈等人开展了基于GPS/SINS的车载组合导航监控技术研究，并对该技术进行实际应用，通过采取GPS/SINS技术实现了对收获机远程监控的功能，并将该技术应用到收获机行走导航，大大提高了收获机的自动化程度[25]。目前，随着我国大力发展农村经济，在玉米收获机领域也越来越重视，但是国内市场上高端玉米收获机依旧被国外占据[26]，我国自主研发品牌如雷沃、金大丰、中农发巨明等生产的机型依旧处于中低端水平，如图1.3所示。（a）福田雷沃玉米收获机（b）巨明玉米收获机（c）金大丰玉米收获机图1.3国内厂家生产的玉米收获机收获机液压技术发展现状国内外收获机的机械传动已趋于成熟，随着社会的进步，对收获机可靠性和节能性不断地提出更高要求，由于液压传动比机械传动有很多的优势，国内外开始对收获机领域液压技术进行深刻的研究与应用[27]。如下所示:KanYZ等人针对传统的轮式装载机液压传动系统效率低下问题，提出了一种带有容量调节装置的功率回流式液压传动系统，该系统既能保持液压传动优点，同时也可以使传动系统的输出保持在低转速和高转矩状态，提高液压传动的效率[28]。DomoshM等人根据油菜收获机中各收获部件的工作要求和在收获过程中出现的各种问题，设计出了一种油菜收获机液压系统，并对其进行了仿真分析[29]。SelimSolmaz等人通过分析谷物收获机收割台的工作要求，设计了一种割台液压系统控制方案，利用仿真软件对主要元件进行仿真分析[30]。杨冰心等人针对设计了一套适用于甘蔗收获机的液压系统并开展系统实验研究，对收获机的液压马达进行动态特性分析[31]。王华等人对油菜联合收获机中液压系统回路进行功耗分析，针对出现的能耗问题，设计一种双泵多马达液压系统，提高了油菜收获机工作效率[32]。牛利田等人对玉米收获机的行走系统进行理论分析研究，设计了适用于玉米收获机行走液压系统，并通过建立其数学模型进行分析研究，完成对收获机行走系统的优化设计[33]。收获机智能化发展现状通过查询相关资料，目前国外联合收获机已具有高度智能化，通过采用各种传感器对机器运行参数进行了实时监测并实现控制器根据所检测数据进行控制，同时设计处收获机辅助系统，实现收获机高度智能化。美国Case公司的AFS智能化联合收获机通过安装触摸显示屏，可以对谷物产量和含水率信息数据进行实时检测，同时设计控制系统调节收获机在收获过程中各个工作部件[34]。比利时GeertCraessaerts等通过研究分析出了影响籽粒含杂率的主要因素，进而建立了谷物含杂率非线性预测方式[35]。MahirahJahari等人提出了双灯源照明方式，将其在自理含杂率检测系统中进行使用，完善了谷物破损率与含杂率监测系统[36]。当前，国内市场上所售机型智能化程度相对国外先进机型较低，没有利用车载控制器根据传感器监测到的相关参数值对相关部件进行控制的机型，而且对多项数据参数联合控制的研究也相对较少。江苏大学梁振伟、赵湛等人研究设计出了可以间接测量玉米籽粒破损率的传感器，可以实时监测籽粒破损率[37]。黄治根等通过研究收获机主要工作部件参数与脱粒滚筒运动之间的联系，设计了基于ARM的负荷反馈控制系统[38]。济南大学申昊等人建立了玉米收获机整机液压系统控制系统，实现了收获机智能化水平的进一步发展[39]。研究内容及技术路线研究内容本课题以提高玉米收获机收获效率、降低结构成本、减少人工操作、可实现远程监控为目标对玉米收获机进行优化及设计智能化控制方式，拟定采用机械设计、机械原理、液压系统设计及农用机械智能化控制方式作为理论基础，利用三维软件Solidworks、液压系统仿真软件AMESim为技术支持，设计玉米收获机液压行走驱动方案，建立液压系统图，对玉米收获机割台系统、脱粒清选系统进行合理的改进，建立玉米收获机行走液压系统、智能化割台喂入量检测及割台运行速度智能调控方式、智能化脱粒清选系统，最后设计整机智能化控制方案，完成课题要求。具体研究内容如下所示：设计玉米收获机液压驱动系统，建立液压系统仿真模型，在AMESim中进行仿真，分析收获机在不同负载下液压泵与液压马达变化规律，丛而验证所设计液压系统是否合理。设计安装喂入量实时检测装置，设计割台速度自动化调节方式，对其进行控制方案制定。研究玉米收获机脱粒清选系统中影响脱粒清选效率的主要原因，分析解决方法，对凹板筛间隙调节、清选风机调速方式及脱粒滚筒调速方式进行控制改进，设计玉米籽粒含水率实时检测方式，利用控制技术实现可根据玉米籽粒含水率变化对脱粒清选系统各工作部件进行自动调整。采用C490控制器各传感器数据进行处理，控制各元件，实现整机控制系统设计。利用控制器与FBOX之间的MODBUS协议进行通讯，将采集到的数据上传到云端，实现玉米收获机远程监控系统。技术路线图1.4技术路线参考文献国家统计局.2020中国农村统计年鉴[M].北京:中国统计出版社,2020.方师乐,卫龙宝,伍骏骞.农业机械化的空间溢出效应及其分布规律—农机跨区服务的视角[J].管理世界,2017(11):65-78.耿爱军,杨建宁,张兆磊等.国内外玉米收获机械发展现状及展望[J].农机化研究,2016,38(04):251-257.王保民.玉米收获机械现状及其发展趋势[J].农业技术与装备,2013,(6):25-26.何琼.我国农机产业集群演化机制与可持续发展路径研究[D].北京:中国农业大学,2017.王子佳.4YZ-2自走式玉米联合收获机总体设计及关键部件的研究[D].长春:吉林大学,2013.辛尚龙.立辊式玉米摘穗机理与关键技术研究[D].兰州:甘肃农业大学,2020.郝俊发.玉米种子脱粒机清选装置的研究[D].北京:中国农业机械化科学研究院,2016.师丽娟.中外农业工程学科发展比较研究[D].北京:中国农业大学,2016.生萍.4YZ-4B型玉米联合收获机的设计仿真及虚拟培训系统的搭建[D].济南:山东大学,2017.ChenXS,LiH,CaoSK,etal.StudyonIntelligentFaultMonitoringSystemforCornCombineHarvester[P].3rdInternationalConferenceonAppliedMechanicsandMechanicalAutomation(3rdAMMA2017),2017:181-186.ShinnersKJ,BoettcherCC,HolfmanDS,etal.Single-passHarvestofCornGrainandStover:PerformanceofThreeHarvesterConfigurations[J].TransactionsoftheASABE,2009,52(1):51-60.郝付平,陈志.国内外玉米收获机械研究现状及思考[J].农机化研究,2007(10):206-208.O'Keeffe,Matt.JohnDeere'sNew