一種自動化調(diào)節(jié)行距摘穗裝置的設(shè)計(jì)

楊 錦，涂婭欣

（四川農(nóng)業(yè)大學(xué) 機(jī)電學(xué)院，四川 雅安 625014）

一種自動化調(diào)節(jié)行距摘穗裝置的設(shè)計(jì)

楊 錦，涂婭欣

（四川農(nóng)業(yè)大學(xué) 機(jī)電學(xué)院，四川 雅安 625014）

目前的玉米聯(lián)合收獲機(jī)只能對某一固定行距的玉米進(jìn)行收獲，無法推廣到對各種不同行距的玉米進(jìn)行摘穗。為此文章設(shè)計(jì)了一款可以自動化調(diào)節(jié)摘穗行距的玉米收獲機(jī)割臺摘穗裝置。此摘穗裝置主要通過螺紋和螺母形成螺旋副來實(shí)現(xiàn)行距調(diào)節(jié)功能，通過單片機(jī)對原動力直流電機(jī)進(jìn)行正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)以及速度控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對摘穗單體行距的精確定位。

摘穗裝置；行距調(diào)節(jié)；自動化；單片機(jī)

1 設(shè)計(jì)背景與研發(fā)目的

隨著社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，農(nóng)業(yè)機(jī)械化應(yīng)用愈加廣泛。其中農(nóng)作物收獲是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的重要環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)機(jī)械化收獲對于保證農(nóng)業(yè)豐產(chǎn)豐收，改善勞動條件，提高勞動生產(chǎn)效率等有著十分重要的作用。玉米是我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的主要對象，而玉米種植地域廣闊、自然條件差異大，農(nóng)藝不能統(tǒng)一，尤其是不同地區(qū)玉米種植的行距差異過大等原因制約我國玉米收獲機(jī)械化發(fā)展，導(dǎo)致傳統(tǒng)方式設(shè)計(jì)的玉米收獲機(jī)無法實(shí)現(xiàn)一機(jī)收獲不同行距的玉米果穗的重要難題。因此，文章針對這一情況，設(shè)計(jì)了一種能在一定范圍內(nèi)自動化調(diào)節(jié)摘穗行距的玉米收獲機(jī)割臺摘穗裝置，以實(shí)現(xiàn)收獲不同行距的玉米果穗，增大玉米收獲機(jī)的利用率，減少機(jī)械的閑置浪費(fèi)。而且這種兩行收獲的小型摘穗裝置具有體積小、靈活性高等優(yōu)點(diǎn)，在西南丘陵地區(qū)作業(yè)時(shí)有較強(qiáng)的適用性。同人工收獲相比，使用高效率、環(huán)境適應(yīng)能力好的收割機(jī)來收獲玉米，不但能夠獲得非常明顯的生態(tài)效益與社會效益，而且還會減輕廣大農(nóng)戶的工作負(fù)擔(dān)、增加其經(jīng)濟(jì)收入。所以，一定要實(shí)現(xiàn)玉米的機(jī)械化收獲，讓農(nóng)戶可以應(yīng)用玉米收割機(jī)獲得更高的經(jīng)濟(jì)收入。

2 主要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與原理

摘穗裝置調(diào)節(jié)行距時(shí)的動力由直流電機(jī)輸出，通過電機(jī)齒輪和絲桿齒輪傳遞動力，進(jìn)而帶動絲桿軸轉(zhuǎn)動。絲桿軸與左右兩螺母分別形成滑動螺旋副，帶動兩螺母反向或者相對移動，從而帶動左右兩個(gè)摘穗單體在水平導(dǎo)軌上反向或者相對滑動，實(shí)現(xiàn)了摘穗裝置的行距調(diào)節(jié)功能。

由于調(diào)節(jié)行距后摘穗單體的位置變化，普通玉米收獲機(jī)無法保證摘穗裝置變速箱中輪系的動力輸入。所以本摘穗裝置采用外六棱軸與內(nèi)六棱軸間隙配合的裝配方式，既能保證摘穗單體的左右移動，又能保證整個(gè)摘穗裝置的動力輸入。最終完成對一定范圍內(nèi)不同行距的玉米植株果穗的摘穗工作。絲桿軸上的螺紋采用T型傳動螺紋，此螺紋具有良好的自鎖功能，當(dāng)摘穗單體完成行距調(diào)節(jié)后，單體不會再相對絲桿軸移動，實(shí)現(xiàn)了精確定位。

3 直流電機(jī)控制設(shè)計(jì)

（1）系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案。本設(shè)計(jì)以AT89C51單片機(jī)為核心，用按鍵來調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速和LCD1602液晶屏來顯示設(shè)定轉(zhuǎn)速和測量轉(zhuǎn)速，用H橋組成的高電壓大電流雙全橋式驅(qū)動芯片L293D作為本系統(tǒng)的驅(qū)動電路，用光電傳感器和20線碼盤來讀取電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速，通過應(yīng)用PID算法對占空比的計(jì)算達(dá)到精確調(diào)速的目的。完成了直流電機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)及轉(zhuǎn)速自動測量功能。

（2）硬件設(shè)計(jì)。①驅(qū)動電路設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)中，采用TI公司的驅(qū)動芯片L293D作為本系統(tǒng)的驅(qū)動電路，芯片內(nèi)部的橋型電路保證了電機(jī)正反轉(zhuǎn)以及轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)：單片機(jī)輸出的PWM電機(jī)控制信號接到L293D EN1端口、IN1和IN2端口，PWM脈寬調(diào)制方式采用單極性工作制，即單片機(jī)控制口一端置低電平，另一端輸出PWM信號，兩口的輸出切換和對PWM的占空比調(diào)節(jié)決定電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向。L293D根據(jù)單片機(jī)輸入到管腳上邏輯電平的變化，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止和制動四種狀態(tài)。②直流電機(jī)速度控制方案。在直流電機(jī)中，外加電壓通過換向器加到線圈上，當(dāng)導(dǎo)體輪流地處于N，S極時(shí)，電流的大小和方向隨其所處的磁極極性的變化而變化，從而

使電磁轉(zhuǎn)矩的方向一致改變，并使電動機(jī)連續(xù)旋轉(zhuǎn)。電機(jī)開始工作之前，給電機(jī)設(shè)置一個(gè)轉(zhuǎn)速，通過單片機(jī)給驅(qū)動電路送控制電平，進(jìn)而控制直流電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，然后通過測速裝置來檢測電機(jī)的轉(zhuǎn)速，并將數(shù)據(jù)送至單片機(jī)，形成閉環(huán)控制系統(tǒng)，系統(tǒng)穩(wěn)定后電機(jī)便按照初始設(shè)定的速度運(yùn)轉(zhuǎn)。

（3）軟件設(shè)計(jì)。在硬件電路的基礎(chǔ)上對單片機(jī)進(jìn)行程序設(shè)計(jì)以實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)相應(yīng)的功能，部分程序設(shè)計(jì)如下：

4 結(jié)語

通過對現(xiàn)有玉米收獲機(jī)割臺的改進(jìn)設(shè)計(jì)，這種自動化調(diào)節(jié)摘穗行距的玉米收獲機(jī)割臺摘穗裝置，能提高玉米收獲機(jī)的利用率，增強(qiáng)了自身的靈活性與通用性，為農(nóng)戶創(chuàng)造了更多的經(jīng)濟(jì)利益。盡管近年來我國農(nóng)業(yè)機(jī)械化進(jìn)程飛速發(fā)展，但相對其他發(fā)達(dá)國家而言還是存在一定的差距。所以我國應(yīng)緊跟時(shí)代步伐，將自動化、智能化與當(dāng)今農(nóng)業(yè)機(jī)械相結(jié)合，爭取早日實(shí)現(xiàn)“智慧農(nóng)業(yè)”。

［1］李井春.玉米收割機(jī)的推廣現(xiàn)狀與策略分析［J］.科學(xué)種養(yǎng)，2016，（8）.

［2］杜岳峰，毛恩榮，朱忠祥，等.兩行玉米收獲機(jī)割臺設(shè)計(jì)與試驗(yàn)［J］.農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2013，（10）.

Design of an Ear-picking Device by Automatically Ad justing Spacing

YANG Jing，TU Ya-xin
（Institute of Electrical，Mechanical in Sichuan Agricultural University，Ya'an，Sichuan 625014，China）

Atpresent，the corn combine harvester can only on harvest corn ata fixed spacing,and cannotbe promoted to differentspacing.Based on this，the paper designs an ear-picking device by automatically adjusting spacing.The devicemainly adjusts spacing by the screw and nut screw pair and realizes accurate positioning of spacing between ears by forwarding，reversing and speed-controllingofmotive powerDCmotorwith single chipmicrocomputer.

ear-picking device；spacingadjustment；automation；single chipmicrocomputer

S225.51

A

2095-980X（2016）11-0057-02

2016-10-07

大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目（201610626109）。

楊錦，男，四川簡陽人，大學(xué)本科，主要研究方向：農(nóng)業(yè)機(jī)械化。