發(fā)布時(shí)間：2020-08-12 15:11

【摘要】：隨著農(nóng)業(yè)技術(shù)的發(fā)展,傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式已經(jīng)逐漸被現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式所取代。而在現(xiàn)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中,化學(xué)防治成為了植物保護(hù)、提高產(chǎn)量的重要方式。大型植保機(jī)械的運(yùn)用,提高了植物保護(hù)過程中的噴藥效率,其可靠性、高效性、安全性已經(jīng)被業(yè)內(nèi)認(rèn)可。但是由于農(nóng)田作業(yè)環(huán)境復(fù)雜,噴桿系統(tǒng)的減振和平衡效果,成了噴桿噴霧量分布均勻性的關(guān)鍵因素。大型噴桿噴霧機(jī)在田間作業(yè)時(shí),由于田間的復(fù)雜情況所造成的噴桿的俯仰,滾動(dòng)和偏航會(huì)使噴桿產(chǎn)生振動(dòng)并偏離最佳的施藥位置。由于噴桿噴霧機(jī)的大型化,振動(dòng)也會(huì)使噴桿產(chǎn)生彈性形變。這極大的影響了噴霧機(jī)的噴藥質(zhì)量,導(dǎo)致過噴、漏噴,嚴(yán)重的振動(dòng)和形變甚至可以使噴桿刮傷農(nóng)作物,導(dǎo)致嚴(yán)重的損失。本文針對(duì)大型植保機(jī)噴桿所常用的剛架結(jié)構(gòu)噴桿,將噴桿剛架結(jié)構(gòu)的彈性形變考慮在內(nèi)。將24m長的噴桿剛架結(jié)構(gòu)分為27個(gè)節(jié)點(diǎn),并采用有限單元法進(jìn)行了模型的建立。根據(jù)振動(dòng)情況的不同,本文將噴桿剛架的垂直振動(dòng)和水平振動(dòng)分開考慮,以減少建模時(shí)考慮的自由度的數(shù)量,提高計(jì)算效率。在建模之后,針對(duì)田間情況對(duì)噴桿的擾動(dòng)所產(chǎn)生的振動(dòng)頻率范圍(垂直方向0-10Hz,水平方向0-3Hz),對(duì)噴桿剛架進(jìn)行了在此頻率范圍內(nèi)的自由振動(dòng)分析,并通過模態(tài)振型圖找到了各節(jié)點(diǎn)的振幅,決定采用1,14節(jié)點(diǎn)來評(píng)判控制的有效性。針對(duì)植保機(jī)噴桿田間作業(yè)時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)所引起的彈性形變,本文采用了線性二次型最優(yōu)控制方法,對(duì)所建立的植保機(jī)噴桿剛架垂直方向振動(dòng)模型進(jìn)行了控制器的設(shè)計(jì)。針對(duì)不同的施加控制力的位置,進(jìn)行了仿真,驗(yàn)證了控制器的有效性。接著采用了更貼進(jìn)工程的模態(tài)控制方法,將植保機(jī)噴桿剛架水平振動(dòng)模型進(jìn)行了模態(tài)變換,變成模態(tài)空間。并針對(duì)在對(duì)應(yīng)頻率范圍內(nèi)的模態(tài)進(jìn)行了控制,驗(yàn)證控制方法的有效性。
【學(xué)位授予單位】：沈陽工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：S49;TP273
【圖文】：

頻率低，阻尼小，植保機(jī)行進(jìn)時(shí)，受到不均勻的土壤，轉(zhuǎn)向，速度變化等外部激勵(lì)會(huì)所產(chǎn)生振動(dòng)及彈性形變的情況，噴桿動(dòng)態(tài)特性由這種情況來描述。圖1.1 常見的植保機(jī)噴桿剛架結(jié)構(gòu)Fig1.1Commonplantprotectionmachineboomframestructure噴霧機(jī)吊桿的不必要的水平和垂直運(yùn)動(dòng)會(huì)造成噴霧液體的局部欠量或過量，從而導(dǎo)致無法獲得所需效果的情況和化學(xué)殘留物殘留在作物和土壤中的情況[5-12]。由于懸臂的垂直平移和滾動(dòng)，噴嘴與地面之間的距離與所需（或最佳）距離不同。噴嘴噴霧錐體的重疊受到干擾，噴霧液體沿著噴桿重新分布。在滾動(dòng)的情況下，這種現(xiàn)象在長臂的尖端最明顯，其中在軋制過程中，噴嘴甚至可能接觸土壤，因此大田作物的一些部分未被處理，而其他部分則接受大量過量[13]。在繁榮的另一端，噴嘴和大田作物之間的距離增加，使噴霧更容易漂移。水平懸臂運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致噴嘴的不等向前速度，導(dǎo)致在行駛方向上噴射沉積的速率不同。雖然拖拉機(jī)一側(cè)的吊桿以比拖拉機(jī)更高的速度前進(jìn)，但另一側(cè)的吊桿幾乎靜止不動(dòng)。結(jié)果，一側(cè)的噴霧濃度比另一側(cè)的噴霧濃度低得多。不均勻的噴霧分布會(huì)使對(duì)農(nóng)作物的施加藥物的劑量響應(yīng)曲線變平

4噴桿被固定在拖拉機(jī)身，或被拖拉機(jī)牽引，拖拉機(jī)通過輪胎與土壤相連。由于輪胎不影響拖拉機(jī)機(jī)體的自由度，所以整個(gè)噴桿有六個(gè)自由度：三個(gè)平移和三個(gè)旋轉(zhuǎn)，如圖1.2。圖1.2 噴桿自由度示意圖Fig1.2Schematic diagramofthe degreeoffreedomoftheboom圍繞 x，y 和z 軸的旋轉(zhuǎn)分別為噴桿的俯仰，滾動(dòng)和偏航運(yùn)動(dòng)，如圖 1.3。圖1.3 噴桿的俯仰，滾動(dòng)，偏航運(yùn)動(dòng)示意圖Fig1.3Boompitch,roll,yawmotion圖1.3 中，虛線為噴桿在產(chǎn)生俯仰，滾動(dòng)和偏航前的平衡位置，實(shí)線為由于俯仰，滾動(dòng)和偏航產(chǎn)生的振動(dòng)引起的噴桿彈性形變后，噴桿的位置。拖拉機(jī)的行駛速度，方向和輪胎的特性決定的土壤不均勻度的擾動(dòng)傳遞到拖拉機(jī)車身，并產(chǎn)生激勵(lì)從而導(dǎo)致了噴桿的振動(dòng)，噴桿的振動(dòng)引起了噴桿的彈性形變。田間實(shí)驗(yàn)和模型仿真實(shí)驗(yàn)表明，噴桿振動(dòng)是導(dǎo)致噴霧量在受保護(hù)植物上分布不均的主要因素

Fig1.2Schematic diagramofthe degreeoffreedomoftheboom圍繞 x，y 和z 軸的旋轉(zhuǎn)分別為噴桿的俯仰，滾動(dòng)和偏航運(yùn)動(dòng)，如圖 1.3。圖1.3 噴桿的俯仰，滾動(dòng)，偏航運(yùn)動(dòng)示意圖Fig1.3Boompitch,roll,yawmotion圖1.3 中，虛線為噴桿在產(chǎn)生俯仰，滾動(dòng)和偏航前的平衡位置，實(shí)線為由于俯仰，滾動(dòng)和偏航產(chǎn)生的振動(dòng)引起的噴桿彈性形變后，噴桿的位置。拖拉機(jī)的行駛速度，方向和輪胎的特性決定的土壤不均勻度的擾動(dòng)傳遞到拖拉機(jī)車身，并產(chǎn)生激勵(lì)從而導(dǎo)致了噴桿的振動(dòng)，噴桿的振動(dòng)引起了噴桿的彈性形變。田間實(shí)驗(yàn)和模型仿真實(shí)驗(yàn)表明，噴桿振動(dòng)是導(dǎo)致噴霧量在受保護(hù)植物上分布不均的主要因素，這種情況可以造成噴霧量過低或噴霧過量，且造成的噴霧劑量不足或過量的變化范圍很大。對(duì)于寬幅噴桿噴霧機(jī)，由于噴桿的長度很長（20m 以上）

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