丘陵山地小型牧草收获机械设计与试验

○贵州农业职业学院 肖连军 黄玉芳 杨光龙

我国南方草场多以丘陵山地为主，由于自然地块狭小、土地形状不规则，机械作业环境差，成套的大型机械无法进场收获牧草，主要依靠人工完成，劳动强度大，功效低，严重制约草业的发展。因此研制小型轻便，性能稳定、可靠性好、适用性强的牧草收割机械，具有一定的现实意义。

一、系统设计方案

该牧草收割机械主要由收割系统、电机传动系统、蓄电池动力系统、行走系统和手机终端系统等基本模块组成，拓展模块为云平台服务系统、植株识别视觉系统，牧草智能打包系统，其结构如图1所示。

图1 牧草收割机结构框图

二、 硬件设计

牧草收获机械设计指标见表1。

表1 牧草收割机械设计指标参数

1.机身设计。机身设计采用Siemens PLM Software的一款应用软件（Unigraphics NX）进行设计制作，如图2所示。

图2 机身三维设计

2.主控芯片选型。主控芯片选择STM32F103，该器件采用Cortex-M3内核，CPU最高速度达72 MHz，实时性较好，能够满足系统的实时控制需求。STM32芯片功能强大，为后期研制牧草收获功能拓展预留研发空间。

3.电机驱动模块选择。利用电机驱动模块的作用是借助电机传动驱动行走机械动作，驱动模块所选择的型号为AQMH3615NS。该模块利用两输入的高低电平逻辑关系PWM（脉冲宽度调制）波控制牧草收割机械调速、正反转及刹车。

表2 电机驱动模块的驱动逻辑

3.动力蓄电池选择。针对现存的燃油动力收割机械，作业时环境污染大，本项目利用蓄电池为系统供电，牧草收割作业全程无污染，清洁环保且运行使用成本低。选择的蓄电池品牌为玺霸，其主要参数如表3所示。

表3 动力蓄电池主要性能参数

4. WIFI模块选型。选用ESP8266无线模块，一款超低功耗的UART-WiFi 透传模块，拥有业内极富竞争力的封装尺寸和超低能耗技术，专为移动设备和物联网应用设计，可将用户的物理设备连接到WIFI无线网络上，进行互联网或局域网通信，实现联网功能。

三、 样机试验

1.试验条件。牧草收割机械理论前进速度0.25m/s。

2.试验牧草种类。种类1：甜象草，分蘖能力极强、生长快，特点为草茎刚强，牧草高度约40cm；种类2：多年生黑麦草，特点为草茎柔软，牧草高度约15cm。

3.试验方法。将对2种牧草试验区域进行等面积块划分为3大块，每块再分为等面积的2小块。

4.割草刀具的选择。类型1为2叶片，特点为刀刃稍钝，类型2类3叶片，刀刃锋利。

图3 牧草收割样机

表4 牧草种类1试验数据

表5 牧草种类2试验数据

5.试验结果分析。通过试验数据可知，对于牧草种类1，草茎刚强，选择刀刃锋利的刀具割草，割草率高；而对于牧草种类2，草茎柔软，当收割刀具为2叶刀具时，割草率不如刀具2，出现漏割的现象。

本文从丘陵山地小型化牧草收割机械的设计、研制和试验出发，通过试验验证了方案的可行性，同时为多功能的牧草收割机械以及精准作业机械的研究奠定了基础。