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

我國南方草場多以丘陵山地為主，由于自然地塊狹小、土地形狀不規(guī)則，機械作業(yè)環(huán)境差，成套的大型機械無法進(jìn)場收獲牧草，主要依靠人工完成，勞動強度大，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、適用性強的牧草收割機械，具有一定的現(xiàn)實意義。

一、系統(tǒng)設(shè)計方案

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

圖1 牧草收割機結(jié)構(gòu)框圖

二、 硬件設(shè)計

牧草收獲機械設(shè)計指標(biāo)見表1。

表1 牧草收割機械設(shè)計指標(biāo)參數(shù)

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

圖2 機身三維設(shè)計

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，實時性較好，能夠滿足系統(tǒng)的實時控制需求。STM32芯片功能強大，為后期研制牧草收獲功能拓展預(yù)留研發(fā)空間。

3.電機驅(qū)動模塊選擇。利用電機驅(qū)動模塊的作用是借助電機傳動驅(qū)動行走機械動作，驅(qū)動模塊所選擇的型號為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）波控制牧草收割機械調(diào)速、正反轉(zhuǎn)及剎車。

表2 電機驅(qū)動模塊的驅(qū)動邏輯

3.動力蓄電池選擇。針對現(xiàn)存的燃油動力收割機械，作業(yè)時環(huán)境污染大，本項目利用蓄電池為系統(tǒng)供電，牧草收割作業(yè)全程無污染，清潔環(huán)保且運行使用成本低。選擇的蓄電池品牌為璽霸，其主要參數(shù)如表3所示。

表3 動力蓄電池主要性能參數(shù)

4. WIFI模塊選型。選用ESP8266無線模塊，一款超低功耗的UART-WiFi 透傳模塊，擁有業(yè)內(nèi)極富競爭力的封裝尺寸和超低能耗技術(shù)，專為移動設(shè)備和物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用設(shè)計，可將用戶的物理設(shè)備連接到WIFI無線網(wǎng)絡(luò)上，進(jìn)行互聯(lián)網(wǎng)或局域網(wǎng)通信，實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)功能。

三、 樣機試驗

1.試驗條件。牧草收割機械理論前進(jìn)速度0.25m/s。

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

3.試驗方法。將對2種牧草試驗區(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。類型1為2葉片，特點為刀刃稍鈍，類型2類3葉片，刀刃鋒利。

圖3 牧草收割樣機

表4 牧草種類1試驗數(shù)據(jù)

表5 牧草種類2試驗數(shù)據(jù)

5.試驗結(jié)果分析。通過試驗數(shù)據(jù)可知，對于牧草種類1，草莖剛強，選擇刀刃鋒利的刀具割草，割草率高；而對于牧草種類2，草莖柔軟，當(dāng)收割刀具為2葉刀具時，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械的設(shè)計、研制和試驗出發(fā)，通過試驗驗證了方案的可行性，同時為多功能的牧草收割機械以及精準(zhǔn)作業(yè)機械的研究奠定了基礎(chǔ)。