太陽(yáng)能電動(dòng)微耕機(jī)的制作技術(shù)

王青 湯展華 周東華

摘要：目前，傳統(tǒng)電動(dòng)微耕機(jī)主要通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒燃油而獲得驅(qū)動(dòng)力，而太陽(yáng)能電動(dòng)微耕機(jī)主要能源來(lái)源于光伏電池，其具有的應(yīng)用特點(diǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)設(shè)備?；诖?，此次研究簡(jiǎn)單介紹了太陽(yáng)能電動(dòng)微耕機(jī)的內(nèi)容，之后詳細(xì)分析太陽(yáng)能電動(dòng)微耕機(jī)的制作技術(shù)，最后總結(jié)出太陽(yáng)能電動(dòng)微耕機(jī)具有高效、無(wú)污染的特點(diǎn)，可解決當(dāng)前農(nóng)業(yè)機(jī)械能源與作業(yè)環(huán)境問(wèn)題，對(duì)促進(jìn)我國(guó)太陽(yáng)能微耕機(jī)開(kāi)發(fā)與作業(yè)環(huán)境改善具有重要的意義與實(shí)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：太陽(yáng)能;電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng);微耕機(jī);驅(qū)動(dòng)控制

0引言

近年來(lái)，隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對(duì)清潔可再生能源開(kāi)發(fā)與利用重視度提高。目前，電機(jī)技術(shù)較為成熟且類(lèi)型多樣，可采用的驅(qū)動(dòng)方式比較靈活[1]。由于傳統(tǒng)的電動(dòng)微耕機(jī)采用蓄電池作為能量，但其只能應(yīng)用一段時(shí)間，需要不斷對(duì)能源進(jìn)行補(bǔ)充，而太陽(yáng)能電動(dòng)微耕機(jī)可適用于無(wú)電地區(qū)或遠(yuǎn)離電網(wǎng)地區(qū)，作為一種可移動(dòng)的清潔能源，可帶動(dòng)各種電動(dòng)農(nóng)具進(jìn)行不同種類(lèi)農(nóng)業(yè)作業(yè)。我國(guó)雖然是農(nóng)業(yè)大國(guó)，但受電池容量等因素的影響，限制了電動(dòng)農(nóng)用車(chē)輛的發(fā)展。由此，對(duì)太陽(yáng)能電動(dòng)微耕機(jī)制作技術(shù)的研究十分必要，相關(guān)人員需要引起重視。

1太陽(yáng)能電動(dòng)微耕機(jī)概況

微耕機(jī)主要用于耕耘作業(yè)，適用于水、旱田耕整、田園管理和設(shè)施農(nóng)業(yè)等，它可以直接用驅(qū)動(dòng)輪軸驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)工作部件[2]。微耕機(jī)的作業(yè)質(zhì)量、操作性、振動(dòng)和噪音等在很大程度上取決于刀輥的設(shè)計(jì)制造及其與切土參數(shù)的匹配。太陽(yáng)能電動(dòng)微耕機(jī)與傳統(tǒng)微耕機(jī)不同，其具有的優(yōu)點(diǎn)如表1所示。

從表1中看出，太陽(yáng)能電動(dòng)微耕機(jī)具有無(wú)污染、高效的優(yōu)點(diǎn)。其可作為解決當(dāng)前農(nóng)業(yè)機(jī)械能源的有效途徑之一。當(dāng)前，太陽(yáng)能電動(dòng)微耕機(jī)及其控制技術(shù)還不成熟，為了滿(mǎn)足農(nóng)用車(chē)輛工況與機(jī)車(chē)安全可靠，需要對(duì)設(shè)備尺寸、控制情況等合理制作[3]。

2太陽(yáng)能電動(dòng)微耕機(jī)的制作技術(shù)

2.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

目前，太陽(yáng)能電動(dòng)微耕機(jī)主要采用三種驅(qū)動(dòng)方式，具體如表2所示[4]。其中，輪邊驅(qū)動(dòng)方式動(dòng)力傳動(dòng)鏈較短，經(jīng)過(guò)對(duì)能源管理及動(dòng)力系統(tǒng)控制而達(dá)到驅(qū)動(dòng)、制動(dòng)力分配的優(yōu)化，該方式作為太陽(yáng)能電動(dòng)微耕機(jī)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，主要由光伏組件、輪轂電機(jī)、蓄電池及輪邊減速器等組成。其中動(dòng)力源為輪轂電機(jī)提供，所采用兩個(gè)永磁無(wú)刷直流電機(jī)，布置與左右兩輪的輪邊，根據(jù)表2中的優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)，其可滿(mǎn)足不同作業(yè)工況的需求。蓄電池作為整機(jī)的主要能源，為設(shè)備提供所需電能，而光伏組件作為輔助能量源，所產(chǎn)生的電能通過(guò)光伏控制器實(shí)現(xiàn)加速與減速控制。

根據(jù)表2 中對(duì)太陽(yáng)能電動(dòng)微耕機(jī)驅(qū)動(dòng)方式的分析，得出其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用輪邊驅(qū)動(dòng)方式。而太陽(yáng)能電動(dòng)微耕機(jī)作業(yè)工況復(fù)雜，對(duì)其各部件型號(hào)與設(shè)計(jì)制作參數(shù)的合理選擇，將決定太陽(yáng)能微耕機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)動(dòng)力性與經(jīng)濟(jì)性等性能發(fā)揮。

2.2制作實(shí)例及成效

對(duì)太陽(yáng)能電動(dòng)微耕機(jī)的制作，需要根據(jù)微耕機(jī)不同作業(yè)工況的動(dòng)力需求對(duì)動(dòng)力系統(tǒng)各部件進(jìn)行選擇與參數(shù)設(shè)置。以研發(fā)中的太陽(yáng)能微耕機(jī)為例，對(duì)其各部件參數(shù)合理設(shè)計(jì)，表3是具體的設(shè)計(jì)內(nèi)容。

2.2.1案例分析

根據(jù)表3參數(shù)設(shè)計(jì)內(nèi)容，此次選用驅(qū)動(dòng)電機(jī)為永磁無(wú)刷直流電機(jī)，所設(shè)計(jì)為單鏵犁，微耕機(jī)主要耕作田地為中原地區(qū)某塊中等土壤，土壤比阻為50kPa，犁寬15cm，犁耕深度10cm，取整機(jī)牽引效率為0.5，犁耕作業(yè)速度為3km/h，微耕機(jī)電機(jī)功率儲(chǔ)備系數(shù)為1.2，在進(jìn)行旋耕時(shí)耕幅可達(dá)60cm，耕深為12cm，旋耕作業(yè)速度為3km/h。由于目前市場(chǎng)上永磁無(wú)刷直流電機(jī)規(guī)格與兼顧整機(jī)的結(jié)構(gòu)布局，最終所選用的輪轂電機(jī)，而該部件作為太陽(yáng)能微耕機(jī)的關(guān)鍵部分，可直接對(duì)微耕機(jī)的動(dòng)力性能造成直接影響[5]。由此需對(duì)輪轂電機(jī)外特性進(jìn)行試驗(yàn)，而試驗(yàn)平臺(tái)在所構(gòu)建的太陽(yáng)能微耕機(jī)試驗(yàn)平臺(tái)上進(jìn)行，經(jīng)試驗(yàn)輪轂電機(jī)、輪邊減速器傳動(dòng)比、蓄電池及光伏電池滿(mǎn)足所應(yīng)用需求。

2.2.2應(yīng)用性能

對(duì)于太陽(yáng)能電動(dòng)微耕機(jī)參數(shù)設(shè)置如表3，由于此次設(shè)計(jì)的太陽(yáng)能電動(dòng)微耕機(jī)主要是針對(duì)農(nóng)業(yè)作業(yè)，所達(dá)到的應(yīng)用成效表現(xiàn)為兩點(diǎn)，一點(diǎn)是所達(dá)到的動(dòng)力性能較高，另一點(diǎn)是經(jīng)濟(jì)性能較高。

2.2.2.1動(dòng)力性能

動(dòng)力性能主要表現(xiàn)為整機(jī)在一定土壤條件下微耕機(jī)所能提供的牽引能力。這是由于太陽(yáng)能微耕機(jī)犁耕作業(yè)環(huán)境復(fù)雜多變，機(jī)器設(shè)備所遇到的阻力會(huì)產(chǎn)生一定的波動(dòng)[6]，由此在保留10%-20%的儲(chǔ)備牽引能力;另一個(gè)動(dòng)力性表現(xiàn)為太陽(yáng)能微耕機(jī)所達(dá)到的爬坡度。由于本次研究中的田間作業(yè)為較平緩坡度，只需要對(duì)微耕機(jī)運(yùn)輸作業(yè)情況下爬坡度進(jìn)行記錄與計(jì)算。

2.2.2.2經(jīng)濟(jì)性能

與傳統(tǒng)的燃油電動(dòng)微耕機(jī)相比，太陽(yáng)能電能微耕機(jī)以光伏電池與蓄電池作為能量源，以全天累積作業(yè)時(shí)間與能耗利用率看，太陽(yáng)能微耕機(jī)獲得的總能量與作業(yè)時(shí)消耗的能量相等。另外，不考慮蓄電池與光伏電池充電效率，太陽(yáng)能電動(dòng)微耕機(jī)能耗利用率可用牽引效率進(jìn)行衡量。

3 結(jié)語(yǔ)

綜所述，本文通過(guò)對(duì)太陽(yáng)能電動(dòng)微耕機(jī)的制作技術(shù)的研究，了解到太陽(yáng)能電動(dòng)微耕機(jī)的特點(diǎn)與驅(qū)動(dòng)特性要求，結(jié)合實(shí)際情況，設(shè)計(jì)了太陽(yáng)能電動(dòng)微耕機(jī)，所采用的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)為輪邊驅(qū)動(dòng)方式，在此基礎(chǔ)上，以中原地區(qū)某塊中等土壤案例，設(shè)計(jì)以鋰電池組為主要能源，光伏組件作為太陽(yáng)能微耕機(jī)的輔助能源，最后試驗(yàn)應(yīng)用后得出太陽(yáng)能電動(dòng)微耕機(jī)作業(yè)效率得以提高，并大大延長(zhǎng)了設(shè)備作業(yè)時(shí)間，有效提高了設(shè)備的利用效率，這對(duì)促進(jìn)我國(guó)農(nóng)業(yè)設(shè)備可持續(xù)發(fā)展具有積極的作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]張強(qiáng)，楊光友.基于STM 32單片機(jī)控制的電動(dòng)微耕機(jī)研制[J].農(nóng)機(jī)化研究，2019，41（7）：100-104，109.

[2]張勉，陳建，王卓， 等.電動(dòng)微耕機(jī)鋰電池組熱特性的研究[J].農(nóng)機(jī)化研究，2020，42（6）：19-24，35.

[3]南昌市八馬機(jī)械制造有限公司.一種電動(dòng)微耕機(jī)：CN201920934647.X[P].2020-04-07.

[4]田偉，黃林青，付海明， 等.電動(dòng)微型設(shè)施農(nóng)業(yè)作業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)與試驗(yàn)[J].農(nóng)業(yè)裝備與車(chē)輛工程，2017，55（8）：19-23.

[5]河南天恩太陽(yáng)能科技有限公司.基于作業(yè)平衡穩(wěn)定的純電動(dòng)微耕機(jī)：CN201720173536.2[P].2017-09-15.

基金項(xiàng)目：

2020年廣東省科技創(chuàng)新戰(zhàn)略專(zhuān)項(xiàng)資金項(xiàng)目（攀登計(jì)劃），名稱(chēng)：太陽(yáng)能微耕機(jī)的研制 （編號(hào)：pdjh2020b1281）

2019年中山職業(yè)技術(shù)學(xué)院大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目，名稱(chēng)：太陽(yáng)能微耕機(jī)的研究及中試