卷盘式喷灌机及其监控调度系统研究

作     者：赵华 

作者单位：中国矿业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李伟

授予年度：2022年

学科分类：082802[工学-农业水土工程] 08[工学] 0828[工学-农业工程] 09[农学] 0815[工学-水利工程] 0903[农学-农业资源与环境] 

主      题：卷盘式喷灌机 结构设计及优化 监控调度系统 物联网 

摘      要：卷盘式喷灌机是一种应用广泛的节水灌溉设备,具有适应能力强、操作方便、节水节力等优点,能够保护土地,高效灌溉土壤。随着农业规模的不断扩大,物联网技术的高速发展,传统卷盘式喷灌机的诸多弊端不断凸显,主要体现在调速范围小、精确度低、自动化水平低、均匀性差等问题。另外,喷灌服务没有实现规模化、系统化发展,喷灌机利用率低,需要人工管理监控,无法实现远程监控和远程调度,没有跟上农业现代化的步伐。针对以上卷盘式喷灌机存在的问题,为提高卷盘式喷灌机的智能化水平和服务质量,本文设计了一种卷盘式喷灌机及其监控调度系统。首先,根据卷盘式喷灌机需求分析,确定卷盘式喷灌机及悬臂式喷头车的总体设计参数,对供水系统及传动系统进行设计及相关部件选型;根据卷盘及悬臂式喷头车的需求分析确定设计参数,对主要结构进行详细设计及力学分析,并分别建立三维模型。其次,利用ANSYS Workbench对卷盘模型进行强度校核及优化,对悬臂架模型进行了强度校核和模态分析;建立悬臂架参数化有限元模型,经灵敏度分析提取主要设计变量,通过尺寸优化方法实现悬臂架轻量化;利用Adams建立悬臂式喷头车动力学模型,提取模型参数,对喷头车运动特性进行研究;研究关键参数对喷头车稳定性的影响,利用试验设计方法进行侧倾稳定性优化。然后,对卷盘式喷灌机监控调度系统进行详细设计,分析系统框架,完成系统硬件设计、选型及各模块软件设计;基于物联网,搭建监控调度平台,关联现场设备,实现喷灌服务可视化管理;基于嵌入式技术,通过传感器模块实时采集喷灌机作业参数,依托MQTT协议,实现数据上传,完成对喷灌机的远程监测与控制;基于遗传算法对喷灌机组调度分配方案进行优化。最后,完成喷灌机样机及控制终端试制,对系统各模块功能进行现场测试,验证样机结构及系统功能可行性。本论文有图94幅,表27个,参考文献82篇。