丘陵山地小型牧草收獲機(jī)械設(shè)計(jì)與試驗(yàn)

○貴州農(nóng)業(yè)職業(yè)學(xué)院 肖連軍 黃玉芳 楊光龍

我國(guó)南方草場(chǎng)多以丘陵山地為主，由于自然地塊狹小、土地形狀不規(guī)則，機(jī)械作業(yè)環(huán)境差，成套的大型機(jī)械無(wú)法進(jìn)場(chǎng)收獲牧草，主要依靠人工完成，勞動(dòng)強(qiáng)度大，功效低，嚴(yán)重制約草業(yè)的發(fā)展。因此研制小型輕便，性能穩(wěn)定、可靠性好、適用性強(qiáng)的牧草收割機(jī)械，具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。

一、系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

該牧草收割機(jī)械主要由收割系統(tǒng)、電機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)、蓄電池動(dòng)力系統(tǒng)、行走系統(tǒng)和手機(jī)終端系統(tǒng)等基本模塊組成，拓展模塊為云平臺(tái)服務(wù)系統(tǒng)、植株識(shí)別視覺(jué)系統(tǒng)，牧草智能打包系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 牧草收割機(jī)結(jié)構(gòu)框圖

二、 硬件設(shè)計(jì)

牧草收獲機(jī)械設(shè)計(jì)指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 牧草收割機(jī)械設(shè)計(jì)指標(biāo)參數(shù)

1.機(jī)身設(shè)計(jì)。機(jī)身設(shè)計(jì)采用Siemens PLM Software的一款應(yīng)用軟件（Unigraphics NX）進(jìn)行設(shè)計(jì)制作，如圖2所示。

圖2 機(jī)身三維設(shè)計(jì)

2.主控芯片選型。主控芯片選擇STM32F103，該器件采用Cortex-M3內(nèi)核，CPU最高速度達(dá)72 MHz，實(shí)時(shí)性較好，能夠滿足系統(tǒng)的實(shí)時(shí)控制需求。STM32芯片功能強(qiáng)大，為后期研制牧草收獲功能拓展預(yù)留研發(fā)空間。

3.電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊選擇。利用電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊的作用是借助電機(jī)傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)行走機(jī)械動(dòng)作，驅(qū)動(dòng)模塊所選擇的型號(hào)為AQMH3615NS。該模塊利用兩輸入的高低電平邏輯關(guān)系PWM（脈沖寬度調(diào)制）波控制牧草收割機(jī)械調(diào)速、正反轉(zhuǎn)及剎車(chē)。

表2 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊的驅(qū)動(dòng)邏輯

3.動(dòng)力蓄電池選擇。針對(duì)現(xiàn)存的燃油動(dòng)力收割機(jī)械，作業(yè)時(shí)環(huán)境污染大，本項(xiàng)目利用蓄電池為系統(tǒng)供電，牧草收割作業(yè)全程無(wú)污染，清潔環(huán)保且運(yùn)行使用成本低。選擇的蓄電池品牌為璽霸，其主要參數(shù)如表3所示。

表3 動(dòng)力蓄電池主要性能參數(shù)

4. WIFI模塊選型。選用ESP8266無(wú)線模塊，一款超低功耗的UART-WiFi 透?jìng)髂K，擁有業(yè)內(nèi)極富競(jìng)爭(zhēng)力的封裝尺寸和超低能耗技術(shù)，專(zhuān)為移動(dòng)設(shè)備和物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用設(shè)計(jì)，可將用戶的物理設(shè)備連接到WIFI無(wú)線網(wǎng)絡(luò)上，進(jìn)行互聯(lián)網(wǎng)或局域網(wǎng)通信，實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)功能。

三、 樣機(jī)試驗(yàn)

1.試驗(yàn)條件。牧草收割機(jī)械理論前進(jìn)速度0.25m/s。

2.試驗(yàn)?zāi)敛莘N類(lèi)。種類(lèi)1：甜象草，分蘗能力極強(qiáng)、生長(zhǎng)快，特點(diǎn)為草莖剛強(qiáng)，牧草高度約40cm；種類(lèi)2：多年生黑麥草，特點(diǎn)為草莖柔軟，牧草高度約15cm。

3.試驗(yàn)方法。將對(duì)2種牧草試驗(yàn)區(qū)域進(jìn)行等面積塊劃分為3大塊，每塊再分為等面積的2小塊。

4.割草刀具的選擇。類(lèi)型1為2葉片，特點(diǎn)為刀刃稍鈍，類(lèi)型2類(lèi)3葉片，刀刃鋒利。

圖3 牧草收割樣機(jī)

表4 牧草種類(lèi)1試驗(yàn)數(shù)據(jù)

表5 牧草種類(lèi)2試驗(yàn)數(shù)據(jù)

5.試驗(yàn)結(jié)果分析。通過(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，對(duì)于牧草種類(lèi)1，草莖剛強(qiáng)，選擇刀刃鋒利的刀具割草，割草率高；而對(duì)于牧草種類(lèi)2，草莖柔軟，當(dāng)收割刀具為2葉刀具時(shí)，割草率不如刀具2，出現(xiàn)漏割的現(xiàn)象。

本文從丘陵山地小型化牧草收割機(jī)械的設(shè)計(jì)、研制和試驗(yàn)出發(fā)，通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證了方案的可行性，同時(shí)為多功能的牧草收割機(jī)械以及精準(zhǔn)作業(yè)機(jī)械的研究奠定了基礎(chǔ)。