○貴州農業(yè)職業(yè)學院 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場收獲牧草，主要依靠人工完成，勞動強度大，功效低，嚴重制約草業(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系統(tǒng)、植株識別視覺系統(tǒng)，牧草智能打包系統(tǒng)，其結構如圖1所示。

圖1 牧草收割機結構框圖

二、 硬件設計

牧草收獲機械設計指標見表1。

表1 牧草收割機械設計指標參數(shù)

1.機身設計。機身設計采用Siemens PLM Software的一款應用軟件（Unigraphics NX）進行設計制作，如圖2所示。

圖2 機身三維設計

2.主控芯片選型。主控芯片選擇STM32F103，該器件采用Cortex-M3內核，CPU最高速度達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留研發(fā)空間。

3.電機驅動模塊選擇。利用電機驅動模塊的作用是借助電機傳動驅動行走機械動作，驅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系PWM（脈沖寬度調制）波控制牧草收割機械調速、正反轉及剎車。

表2 電機驅動模塊的驅動邏輯

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)內極富競爭力的封裝尺寸和超低能耗技術，專為移動設備和物聯(lián)網應用設計，可將用戶的物理設備連接到WIFI無線網絡上，進行互聯(lián)網或局域網通信，實現(xiàn)聯(lián)網功能。

三、 樣機試驗

1.試驗條件。牧草收割機械理論前進速度0.25m/s。

2.試驗牧草種類。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

表5 牧草種類2試驗數(shù)據

5.試驗結果分析。通過試驗數(shù)據可知，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作業(yè)機械的研究奠定了基礎。