農(nóng)機(jī)具牽引力電子測(cè)試系統(tǒng)的研究與分析

劉 成

（鄭州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 鄭州 451460）

0 引言

隨著農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展，我國(guó)農(nóng)業(yè)技術(shù)和農(nóng)業(yè)裝備取得了巨大進(jìn)步。在此背景下，相關(guān)技術(shù)性人員不斷加強(qiáng)研究，隨后出現(xiàn)了拖拉機(jī)懸掛機(jī)構(gòu)和懸掛農(nóng)具，將其運(yùn)用到具體農(nóng)業(yè)實(shí)踐中，產(chǎn)生了積極作用。與此同時(shí)，國(guó)內(nèi)外一些高校也加強(qiáng)了對(duì)農(nóng)機(jī)具測(cè)試裝置的深入研究，經(jīng)過(guò)對(duì)相關(guān)學(xué)者、專(zhuān)家理論知識(shí)的總結(jié)和多次實(shí)驗(yàn)之后，成功研制出了新式農(nóng)機(jī)具測(cè)試裝置。但是從其應(yīng)用效果來(lái)看，仍然存在著一定缺陷。就目前形勢(shì)來(lái)看，國(guó)內(nèi)外并未對(duì)此形成一種規(guī)模性產(chǎn)品[1-4]。本文針對(duì)之前所應(yīng)用的相關(guān)裝置進(jìn)行改造和升級(jí)，以下將進(jìn)行具體闡述。

1 農(nóng)機(jī)具牽引力

1.1 農(nóng)機(jī)具牽引力概述

從農(nóng)業(yè)機(jī)械內(nèi)涵來(lái)看，其主要是指在整個(gè)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)中所使用到的各種機(jī)構(gòu)較為復(fù)雜的機(jī)械和農(nóng)具的總稱(chēng)。在開(kāi)展田間作業(yè)時(shí)，除了包含少量的自走式機(jī)器和專(zhuān)用機(jī)器之外，多會(huì)將其中的動(dòng)力部分進(jìn)行綜合性處理，組成一套通用式拖拉機(jī)。將不同工作部分進(jìn)行拆離，形成一個(gè)較為獨(dú)立式的機(jī)器，當(dāng)需要進(jìn)行相關(guān)作業(yè)時(shí)，再對(duì)其進(jìn)行有效連接。筆者針對(duì)相關(guān)調(diào)查和研究后發(fā)現(xiàn)，作業(yè)機(jī)和拖拉機(jī)的連接方式，主要包括了懸掛式、半懸掛式、牽引式等多種內(nèi)容。其中，應(yīng)用較為廣泛的便是懸掛式機(jī)器。從牽引式農(nóng)機(jī)特點(diǎn)來(lái)看，在開(kāi)展測(cè)量工作時(shí)，只需要借助到拉力傳感器或機(jī)械式拉力表的積極作用，并將其放置在拖拉機(jī)和農(nóng)具之間即可完成規(guī)定任務(wù)和目標(biāo)。將作業(yè)機(jī)運(yùn)用到田間作業(yè)時(shí)，其速度、阻力、部件位置都會(huì)進(jìn)行變動(dòng)和調(diào)整，從而無(wú)法保持在相對(duì)較為穩(wěn)定的狀態(tài)中。從該方面特點(diǎn)來(lái)看，作業(yè)機(jī)械的力學(xué)平衡也是表現(xiàn)出了較為明顯的動(dòng)態(tài)性平衡的特點(diǎn)。從其影響來(lái)看，會(huì)在很大程度上影響著作業(yè)機(jī)械的工作穩(wěn)定性、動(dòng)力消耗以及作業(yè)質(zhì)量等多方面內(nèi)容。而對(duì)于牽引力位置來(lái)講，其主要是會(huì)影響到作業(yè)機(jī)械的平衡狀態(tài)。因此，在進(jìn)行相關(guān)研究時(shí)，需要綜合考慮到該方面影響因素。

1.2 牽引力傳感器的結(jié)構(gòu)

綜合對(duì)牽引力傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)研究可以發(fā)現(xiàn)，在測(cè)力裝置方面，主要包含了上懸臂梁式測(cè)力傳感器、框架、下測(cè)力傳感器和連接板四個(gè)主要部分組合而成。其中，上傳感器需要和拖拉機(jī)懸掛機(jī)構(gòu)上拉桿部分進(jìn)行連接?？蚣苌喜糠执嬖谥粋€(gè)構(gòu)件，其能夠和農(nóng)具上掛接點(diǎn)進(jìn)行連接。在下傳感器方面，其呈現(xiàn)出了較為明顯的“一”字形結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。具體來(lái)看，其兩邊呈現(xiàn)出了“銷(xiāo)狀”性結(jié)構(gòu)的彈性元件，其兩端會(huì)和拖拉機(jī)懸掛機(jī)構(gòu)兩下拉桿進(jìn)行有效連接，組成一種較為完整的結(jié)構(gòu)。從其特點(diǎn)來(lái)看，安裝過(guò)程較為簡(jiǎn)單，可操作性強(qiáng)，能夠快速實(shí)現(xiàn)商品化。

2 牽引力傳感器的測(cè)力原理

1）懸掛牽引阻力測(cè)試。在進(jìn)行該部分內(nèi)容操作時(shí)，主要利用的是東方紅-802和懸掛四鏵犁的積極作用，共同組成測(cè)試系統(tǒng)，其耕深為210mm～230mm。

2）測(cè)力裝置應(yīng)用。在進(jìn)行CLx30型測(cè)力裝置應(yīng)用過(guò)程中，需要將其和東方紅-802或者拖拉機(jī)懸掛機(jī)構(gòu)進(jìn)行有效連接，確保整個(gè)系統(tǒng)能夠處于穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)中。安排相關(guān)工作人員加強(qiáng)動(dòng)態(tài)化監(jiān)控，如果其中發(fā)現(xiàn)了任何不合理的問(wèn)題，可以對(duì)其進(jìn)行及時(shí)有效的調(diào)整，從而避免不必要的事故發(fā)生。

3）數(shù)據(jù)采集卡。在選擇數(shù)據(jù)采集卡時(shí)，需要結(jié)合數(shù)據(jù)量、工作時(shí)間、數(shù)據(jù)采集卡存儲(chǔ)量等多方面內(nèi)容進(jìn)行綜合性考慮。不同數(shù)據(jù)卡性能指標(biāo)不同，產(chǎn)生的效果也會(huì)有所差異，這些都是在選擇數(shù)據(jù)采集卡時(shí)，需要重點(diǎn)考慮到的問(wèn)題。

4）微機(jī)。在微機(jī)方面的內(nèi)容，主要包含了兩種類(lèi)型：①單板機(jī)和CX-1危機(jī)信號(hào)分析儀。從這種分析儀器特點(diǎn)來(lái)看，其中包含了數(shù)據(jù)采集接口，對(duì)其進(jìn)行調(diào)整之后，能夠直接完成數(shù)據(jù)收集和采集工作。其中所出現(xiàn)的最大值、最小值和偏差都會(huì)進(jìn)行直接展示，從而有效減輕了工作人員的工作壓力，提升了工作效率。②對(duì)臺(tái)式筆記本的應(yīng)用和上述系統(tǒng)原理相同。

3 測(cè)試系統(tǒng)的組成及原理

3.1 測(cè)試系統(tǒng)的組成

本文在研究過(guò)程中，主要是將懸掛四鏵犁作為研究對(duì)象，針對(duì)農(nóng)機(jī)具牽引力測(cè)試系統(tǒng)的基本特點(diǎn)，對(duì)其進(jìn)行簡(jiǎn)要分析。該系統(tǒng)包含了大多數(shù)農(nóng)機(jī)所共有的特性，為此便可以將其作為個(gè)例，對(duì)整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)及其設(shè)計(jì)原理等方面內(nèi)容進(jìn)行分析。在該系統(tǒng)中，主要包含了懸掛四鏵犁、牽引力傳感器、動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀等多種系統(tǒng)和部件。在測(cè)試系統(tǒng)應(yīng)用中，每一部件都發(fā)揮了其自身獨(dú)有的作用。

3.2 測(cè)試系統(tǒng)中主要模塊的設(shè)計(jì)

3.2.1 測(cè)試系統(tǒng)中的應(yīng)交儀模塊

在應(yīng)交儀模塊中，其主要包括了橋路、放大器、振蕩器等部分內(nèi)容所組合而成。根據(jù)具體測(cè)試工作要求來(lái)看，對(duì)應(yīng)變片可以進(jìn)行串聯(lián)、并聯(lián)或者混接處理。同時(shí)，如果有需要的話，也可以對(duì)其進(jìn)行半橋或者全橋電路的組合。在整個(gè)系統(tǒng)中，放大器和振蕩器作為其中致為關(guān)鍵的部件，在很大程度上影響著最終的測(cè)試結(jié)果。為此，需要對(duì)該部分內(nèi)容給予足夠重視度。從其影響來(lái)看，受這兩個(gè)部件影響最大的便是應(yīng)變儀的靈敏度、線性度、輸出大小以及數(shù)值的精準(zhǔn)度等方面內(nèi)容。

針對(duì)各方面影響因素和需要著重注意的內(nèi)容，本次設(shè)計(jì)所應(yīng)用的是一種便攜式儀器。該儀器將電阻應(yīng)變儀、平均值以及數(shù)據(jù)整理儀等多種儀器和電源部分進(jìn)行有效連接，其產(chǎn)生的積極效果較為明顯。從其特點(diǎn)來(lái)看，體積小、質(zhì)量輕，能夠被廣泛應(yīng)用在各種農(nóng)機(jī)具測(cè)量工作中。在傳統(tǒng)測(cè)量工作中，經(jīng)常會(huì)利用到電測(cè)車(chē)的積極作用，對(duì)農(nóng)機(jī)具進(jìn)行跟蹤和記錄。而在該系統(tǒng)中，則避免了電測(cè)車(chē)跟蹤任務(wù)的應(yīng)用。即使在水田測(cè)試工作中，也能夠得到較為廣泛的應(yīng)用。

3.2.2 測(cè)試系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)采集模塊

在進(jìn)行該系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，數(shù)據(jù)采集卡方面主要利用到了16位精度ADC的積極作用。在模擬信號(hào)通道方面，總是會(huì)受到一些外界環(huán)境的干擾，如微弱信號(hào)、噪聲、高頻率波等方面影響。為此，對(duì)其進(jìn)行了放大電路和可編程增益放大電路設(shè)計(jì)。在數(shù)字電路部分的設(shè)計(jì)中，主要是利用到了EP2C8Q208、FPGA和車(chē)載導(dǎo)航儀的積極作用。其中，在進(jìn)行數(shù)據(jù)采集模塊設(shè)計(jì)時(shí)，需要將EP2C8Q208作為核心。在其應(yīng)用過(guò)程中，可以很明顯發(fā)現(xiàn)：FPGA時(shí)序性較為嚴(yán)格，車(chē)載導(dǎo)航儀運(yùn)行速度快、可編程性能良好的優(yōu)勢(shì)較為明顯。針對(duì)具體工作內(nèi)容，只需要將系統(tǒng)在不同控制狀態(tài)下的信號(hào)引入到FPGA系統(tǒng)中，結(jié)合其獨(dú)具特色的容量大、可現(xiàn)場(chǎng)編程的優(yōu)勢(shì)和特征，針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)中所涉及到的各種數(shù)據(jù)和內(nèi)容進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)修訂。從其影響來(lái)看，這能夠在很大程度上提升工作效率，節(jié)省了許多不必要的工作環(huán)節(jié)，從而進(jìn)一步提升系統(tǒng)設(shè)計(jì)的合理性、科學(xué)性和靈活性。另外，還會(huì)利用到DSP系統(tǒng)的積極作用。該系統(tǒng)中會(huì)存在著一個(gè)較為重要的預(yù)處理功能。將其運(yùn)用到該系統(tǒng)中，能夠有效提升數(shù)據(jù)處理的精準(zhǔn)率。若能夠在開(kāi)展PCB系統(tǒng)布線工作中，考慮到濾波、接地和信號(hào)走線等多方面影響因素，還可以在一定程度上有效提升數(shù)據(jù)采集卡的可靠性和準(zhǔn)確性。

3.2.3 測(cè)試系統(tǒng)中的信號(hào)分析儀模塊

信號(hào)分析儀模塊主要包含了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、接入接口、轉(zhuǎn)化器、微型打印機(jī)等組成部分。其中，TP801單板計(jì)算機(jī)作為整個(gè)模塊的核心所在，借助到其他輔助系統(tǒng)和模塊的積極作用，能夠有效提升信號(hào)分析效果和質(zhì)量。當(dāng)接收到模擬量信號(hào)之后，可以將其傳輸?shù)讲蹇谥小Ｖ?，結(jié)合具體工作需求和系統(tǒng)運(yùn)行狀況，對(duì)系統(tǒng)著重出現(xiàn)的各種數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣和數(shù)據(jù)模塊轉(zhuǎn)化工作。將其轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的數(shù)字量，并傳輸?shù)絾伟鍣C(jī)P10接口之后，便可以有序開(kāi)展后續(xù)工作內(nèi)容。在完成了上述工作內(nèi)容之后，便可以對(duì)所輸入的各種數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算和運(yùn)用，這些被運(yùn)算過(guò)的數(shù)據(jù)和結(jié)果會(huì)被打印和錄制。如果有需要的話，還可以借助到大數(shù)據(jù)系統(tǒng)的積極作用，將該部分所出現(xiàn)的各種數(shù)據(jù)和信息及時(shí)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中，為后期工作順利開(kāi)展提供充足數(shù)據(jù)支撐。數(shù)據(jù)內(nèi)容主要包括了最大值、最小值、平均值、系數(shù)、概率分布圖等多方面內(nèi)容，其中每一項(xiàng)數(shù)據(jù)都可能會(huì)在某種程度上影響著系統(tǒng)運(yùn)行，為此，便需要加強(qiáng)對(duì)每個(gè)數(shù)據(jù)的登記和管理。隨后，當(dāng)脈沖量經(jīng)過(guò)信號(hào)作用傳輸?shù)讲蹇谝院?，便可以?duì)脈沖進(jìn)行整形和傳輸工作，將其送至CTC部分，進(jìn)行時(shí)鐘計(jì)數(shù)處理。在完成了上述內(nèi)容之后，其便可以通過(guò)單板機(jī)部分進(jìn)行運(yùn)算處理，在這部分所形成的各種數(shù)據(jù)和信息都會(huì)被保存在打印機(jī)上。打印結(jié)果要做好記錄和保存工作，另外，所出現(xiàn)的脈沖個(gè)數(shù)、危機(jī)信號(hào)等都會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性產(chǎn)生一定影響。若想進(jìn)一步提升分析儀的效果，還需要對(duì)其進(jìn)行實(shí)時(shí)性檢測(cè)，避免一些不必要問(wèn)題的發(fā)生，進(jìn)而提升數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性。

4 電子測(cè)試系統(tǒng)軟件的應(yīng)用

在電子測(cè)試系統(tǒng)軟件運(yùn)用中，主要是將計(jì)算機(jī)Windows98／2000操作系統(tǒng)作為基礎(chǔ)性條件，同時(shí)輔助于其他系統(tǒng)和部件的積極作用，將Visual、Basic6.0中文版編制作為功能性系統(tǒng)，確保電子測(cè)試工作得以有序開(kāi)展。從該軟件特點(diǎn)來(lái)看，各種數(shù)據(jù)都可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化采集，并且具備了數(shù)據(jù)收集、分析、統(tǒng)計(jì)、計(jì)算、回歸分析等多達(dá)10余種功能。其中，在開(kāi)展具體工作中，數(shù)據(jù)采集功能可以結(jié)合具體工作需求進(jìn)行有效調(diào)整和改進(jìn)。

5 結(jié)束語(yǔ)

總體來(lái)看，在此次所設(shè)計(jì)的電子測(cè)試系統(tǒng)中，其所涉及到的測(cè)試系統(tǒng)儀器相對(duì)較少。借助計(jì)算機(jī)軟件的積極作用，對(duì)各種數(shù)據(jù)采集、分析進(jìn)行有效處理，從而在一定程度上有效提升了數(shù)據(jù)測(cè)量的精準(zhǔn)度。在該系統(tǒng)應(yīng)用過(guò)程中，其操作較為簡(jiǎn)單、功能豐富且全面，是一種較為先進(jìn)的測(cè)試方法。在今后工作中，相關(guān)工作人員還需要結(jié)合具體工作需求，進(jìn)行深入研究。