農(nóng)機(jī)具水平自動(dòng)控制器在整地作業(yè)中的應(yīng)用

李鑒方 樓江平 李革 吳金富

農(nóng)機(jī)具水平自動(dòng)控制器在整地作業(yè)中的應(yīng)用

李鑒方1樓江平2李革3吳金富4

整地是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中一項(xiàng)非常重要的作業(yè)環(huán)節(jié)。對(duì)整地機(jī)械的農(nóng)業(yè)技術(shù)要求是深度符合農(nóng)藝要求，而且均勻一致，整地后土壤既要有一定的松軟度，又要有適宜的緊密度，水田整地還要起漿、打糊好，地表成形應(yīng)符合種植要求。

由于國內(nèi)拖拉機(jī)懸掛機(jī)組目前沒有水平自動(dòng)控制系統(tǒng)，平整的土地高低不平，影響播種的出苗一致性和移栽秧苗栽插的深度一致性，嚴(yán)重影響了機(jī)械化種植的效率、質(zhì)量。

為解決這一難題，提高機(jī)械化整地作業(yè)技術(shù)水平，自2013年以來，浙江理工大學(xué)、杭州精工液壓機(jī)電制造有限公司、蕭山區(qū)農(nóng)機(jī)監(jiān)督管理總站、杭州金牛農(nóng)機(jī)服務(wù)專業(yè)合作社等單位聯(lián)合研制了農(nóng)機(jī)具水平自動(dòng)控制器，并在蕭山區(qū)等地進(jìn)行了試驗(yàn)與應(yīng)用，取得了較好的成效。

1 研發(fā)與應(yīng)用概況

2013年，針對(duì)我國水田耕整機(jī)械存在整地不平整，不能適應(yīng)寬幅插秧機(jī)和直播機(jī)作業(yè)的情況，浙江理工大學(xué)等單位組成了課題組，初步開發(fā)了農(nóng)機(jī)具水平自動(dòng)控制器，并在水田平整中進(jìn)行了作業(yè)試驗(yàn)，但由于作業(yè)環(huán)境復(fù)雜、惡劣，試驗(yàn)效果不是很好。2014年，課題組對(duì)研發(fā)的控制器進(jìn)行了可靠性研究和性能的提高，主要是改善了控制器適應(yīng)高溫條件運(yùn)行的性能和液壓系統(tǒng)的穩(wěn)定性，進(jìn)行控制程序的優(yōu)化設(shè)計(jì)。2015年對(duì)傳感器組合、選配與控制系統(tǒng)又進(jìn)一步進(jìn)行了完善，并安裝在杭州金牛農(nóng)機(jī)服務(wù)專業(yè)合作社的2臺(tái)拖拉機(jī)上，完成了60多hm2水田的整地作業(yè)。

到2015年底，已經(jīng)申報(bào)國家發(fā)明專利5項(xiàng)，授權(quán)實(shí)用新型專利3項(xiàng)，獲計(jì)算機(jī)軟件著作登記2項(xiàng)。2015年11月15日，浙江省農(nóng)機(jī)學(xué)會(huì)組織專家對(duì)該項(xiàng)目進(jìn)行了科技成果鑒定，鑒定委員會(huì)認(rèn)為課題組研發(fā)的系統(tǒng)創(chuàng)新性強(qiáng)，總體技術(shù)處國內(nèi)領(lǐng)先水平。

2016年，農(nóng)機(jī)具水平自動(dòng)控制器共在10多臺(tái)久保田、洋馬系列拖拉機(jī)上進(jìn)行了安裝與使用，其中蕭山區(qū)安裝了7臺(tái)，2016年完成作業(yè)面積400多hm2。

2 工作原理與關(guān)鍵技術(shù)

目前，拖拉機(jī)懸掛系統(tǒng)基本上是采用三點(diǎn)懸掛機(jī)構(gòu)，該裝置利用液壓缸驅(qū)動(dòng)左右提升臂繞機(jī)架轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)左右提升桿拉動(dòng)下拉桿，實(shí)現(xiàn)提升農(nóng)具的目的。當(dāng)懸掛機(jī)構(gòu)處于某一高度時(shí)，懸掛的農(nóng)具相對(duì)拖拉機(jī)的位置是不能移動(dòng)的。拖拉機(jī)在不平整的地表工作時(shí)，機(jī)體會(huì)發(fā)生左右傾斜，帶動(dòng)農(nóng)具在橫向左右擺動(dòng)，使得農(nóng)具不能保持水平狀態(tài)。如果要調(diào)整拖拉機(jī)掛接農(nóng)具的水平，必須在拖拉機(jī)停止工作的情況下手動(dòng)調(diào)整提升桿的長度。在實(shí)際使用中，拖拉機(jī)的姿態(tài)時(shí)刻在變化，若想使掛接農(nóng)具時(shí)刻保持水平，采取手動(dòng)調(diào)整的方法是不可取的，必須通過農(nóng)機(jī)具水平自動(dòng)控制器進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整。

農(nóng)機(jī)具水平自動(dòng)控制器的目的是要通過液壓缸活塞桿的伸縮來使農(nóng)機(jī)具始終處于水平，活塞桿的伸長縮短可以通過換向閥控制油路中液流的方向、流量來實(shí)現(xiàn)?；驹硎强刂破魍ㄟ^對(duì)角度傳感器采集到拖拉機(jī)的角度數(shù)據(jù)與油缸位置傳感器采集到的液壓缸活塞桿的位移數(shù)據(jù)的分析得出農(nóng)機(jī)具角度值，然后將其與設(shè)定值進(jìn)行比較運(yùn)算得出控制參數(shù)如液流方向和流量大小，然后驅(qū)動(dòng)比例電磁換向閥執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作?？刂破鞑捎没贑IP-51內(nèi)核的C8051F020芯片，運(yùn)用閉環(huán)控制方法使農(nóng)機(jī)具工作時(shí)能夠自動(dòng)地進(jìn)行平衡控制。閉環(huán)控制使得控制器能夠每時(shí)每刻采集傳感器傳輸?shù)男麢C(jī)的姿態(tài)數(shù)據(jù)，并不斷地進(jìn)行調(diào)整，因此提高了系統(tǒng)的控制精度，減少工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，減少重復(fù)作業(yè)時(shí)間，提高勞動(dòng)生產(chǎn)效率。

3 操作使用

3.1 控制面板

控制面板示意圖如圖1所示。

圖1 控制面板

通過圖1所示的控制面板可以對(duì)本水平控制裝置進(jìn)行工作狀態(tài)的調(diào)整?？刂泼姘逯械牟僮鏖_關(guān)包括電源開關(guān)、手自切換開關(guān)、平衡速度調(diào)整開關(guān)、手動(dòng)升降開關(guān)和微調(diào)旋鈕。

3.2 控制器操作指南

（1）開機(jī)。開機(jī)時(shí)，打開“電源開關(guān)”（開關(guān)向上撥為開，向下?lián)転殛P(guān)），電源指示燈亮，系統(tǒng)通電開始工作。

（2）工作前準(zhǔn)備。開機(jī)前，首先觀察拖拉機(jī)懸掛機(jī)組的農(nóng)具是否處于水平狀態(tài)，如果處于水平狀態(tài)，可以進(jìn)行機(jī)組的作業(yè)；如果不處于水平狀態(tài)，調(diào)整“平衡微調(diào)”旋鈕，使得農(nóng)具處于水平狀態(tài)，機(jī)組才能進(jìn)行作業(yè)?！捌胶馕⒄{(diào)”旋鈕左旋時(shí)，農(nóng)具的右側(cè)下降；“平衡微調(diào)”旋鈕右旋時(shí)，農(nóng)具的右側(cè)抬起。平衡微調(diào)時(shí)，將一般的水平尺放置在懸掛農(nóng)具的平整位置，旋轉(zhuǎn)“微調(diào)旋鈕”，直到水平尺顯示懸掛農(nóng)具處于水平位置時(shí)為止。

3.3 手動(dòng)與自動(dòng)調(diào)平操作

（1）自動(dòng)平衡操作。將“手自切換”開關(guān)向左撥，自動(dòng)平衡指示燈亮。此時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)入水平自動(dòng)調(diào)整階段。當(dāng)懸掛機(jī)組作業(yè)時(shí)，拖拉機(jī)懸掛的農(nóng)具將始終處于水平狀態(tài)。

（2）手動(dòng)調(diào)整操作。將“手自切換”開關(guān)向右撥，手動(dòng)調(diào)整指示燈亮。此時(shí)，可以通過“手動(dòng)升降”開關(guān)調(diào)整懸掛農(nóng)具的橫向傾斜狀態(tài)，以便適應(yīng)農(nóng)具的傾斜狀態(tài)作業(yè)。當(dāng)“手動(dòng)升降”開關(guān)向上撥時(shí)，懸掛農(nóng)具右側(cè)抬起；當(dāng)“手動(dòng)升降”開關(guān)向下?lián)軙r(shí)，懸掛農(nóng)具右側(cè)下降；當(dāng)“手動(dòng)升降”開關(guān)處于中間位置時(shí)，懸掛農(nóng)具將停止上下運(yùn)動(dòng)。

3.4 平衡速度調(diào)整

當(dāng)拖拉機(jī)懸掛機(jī)組在田間作業(yè)時(shí)，如果懸掛農(nóng)具的平衡調(diào)整動(dòng)作過于頻繁或過于遲鈍時(shí)，就要進(jìn)行平衡速度調(diào)整。平衡速度調(diào)整有三個(gè)擋位，即高、中、低。

4 應(yīng)用效果分析

2016年10月12日，蕭山區(qū)農(nóng)機(jī)監(jiān)督管理總站召集在蕭山區(qū)使用農(nóng)機(jī)具水平自動(dòng)控制器的農(nóng)機(jī)合作社負(fù)責(zé)人及技術(shù)人員開座談會(huì)，共10余人參加，專題對(duì)控制器應(yīng)用效果進(jìn)行了探討，綜合意見為：

（1）先進(jìn)性方面，農(nóng)機(jī)具水平自動(dòng)控制器融合國外現(xiàn)有農(nóng)用拖拉機(jī)液電懸掛系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)用技術(shù)，具有多項(xiàng)國家專利，技術(shù)處國內(nèi)領(lǐng)先水平。

（2）適用性方面，目前僅適用于久保田與洋馬系列，其他品牌的拖拉機(jī)還在進(jìn)一步試驗(yàn)之中。同時(shí)，在實(shí)際的作業(yè)應(yīng)用中，耕地能有效保持犁底層水平一致，整地水平角度控制誤差≤0.5°，可減少作業(yè)次數(shù)、減少燃油消耗、降低作業(yè)成本、提高作業(yè)質(zhì)量，對(duì)平整度要求較高的如水田耕地與整地作業(yè)等效果尤為明顯。

（3）可靠性方面，蕭山區(qū)共推廣應(yīng)用7臺(tái)，在2016年試驗(yàn)應(yīng)用中，除1臺(tái)液壓系統(tǒng)出現(xiàn)故障，進(jìn)行了維修，其余應(yīng)用正常。

（4）安全性方面，在使用中未出現(xiàn)安全問題。

（5）經(jīng)濟(jì)性方面，農(nóng)機(jī)具水平自動(dòng)控制器目前售價(jià)為每臺(tái)1.4萬元，將列入浙江省省級(jí)農(nóng)機(jī)購置補(bǔ)貼產(chǎn)品，自己承擔(dān)預(yù)計(jì)在1萬元左右，基本可以接受。

（6）建議方面，農(nóng)機(jī)具水平自動(dòng)控制器目前僅適用于久保田與洋馬系列，范圍要進(jìn)一步拓展。可靠性方面要繼續(xù)試驗(yàn)、重視，確保產(chǎn)品適合農(nóng)業(yè)機(jī)械工作環(huán)境差、季節(jié)性強(qiáng)等特點(diǎn)。

5 結(jié)論

農(nóng)機(jī)具水平自動(dòng)控制器是由浙江理工大學(xué)等單位研發(fā)的新產(chǎn)品，可廣泛應(yīng)用于水田和旱地的耕整作業(yè)，作業(yè)安全可靠，可顯著提高農(nóng)田耕整地作業(yè)的質(zhì)量，有利于秸稈還田和節(jié)水灌溉，對(duì)于提升水稻機(jī)械化種植質(zhì)量與實(shí)現(xiàn)蔬菜機(jī)械化種植、收獲的突破有積極的意義。但是，產(chǎn)品剛定型生產(chǎn)，在實(shí)際的推廣與應(yīng)用中，還會(huì)遇到一些技術(shù)、質(zhì)量、服務(wù)上的問題，為此，需要科研單位、廠家、農(nóng)戶和各級(jí)農(nóng)機(jī)部門共同努力，使產(chǎn)品得到不斷的改進(jìn)、完善與推廣，使浙江乃至全國耕整地作業(yè)的技術(shù)水平有質(zhì)的提高。

作者信息：1研究員，2高級(jí)工程師：蕭山區(qū)農(nóng)機(jī)監(jiān)督管理總站，311201，浙江杭州；3教授，浙江理工大學(xué)，310012，浙江杭州；4總經(jīng)理，杭州精工液壓機(jī)電制造有限公司，310018，浙江杭州