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    水田平地機(jī)自動(dòng)平地系統(tǒng)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)

    2025-04-29 00:00:00李樂王焱清王路瑋楊光友廖龍祥汪本福

    摘要:針對(duì)水田平地機(jī)作業(yè)姿態(tài)調(diào)節(jié)的問題,研制一款基于IMU慣性測(cè)量單元和GNSS—RTK的水田自動(dòng)平地系統(tǒng)。通過(guò)電磁溢流閥實(shí)現(xiàn)液壓系統(tǒng)的保壓和卸荷功能,解決作業(yè)時(shí)油溫過(guò)高等問題;采用GNSS—RTK差分定位技術(shù)以及RT—Thread實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)平地機(jī)自動(dòng)控制;利用數(shù)學(xué)幾何關(guān)系設(shè)計(jì)出既能高程調(diào)節(jié)也能水平調(diào)節(jié)的平地機(jī)構(gòu),且高程幅度可達(dá)1 085.7 mm,水平傾角幅度可達(dá)-21.4°~19.9°。為驗(yàn)證該平地系統(tǒng)的工作性能,進(jìn)行水田平整試驗(yàn)。結(jié)果表明,在1 m/s、1.4 m/s、1.8 m/s、2.2 m/s作業(yè)速度下,平地鏟傾角均方根誤差分別為0.514°、0.573°、0.656°、0.710°,小于3 cm的高差分布列由20.6%提高到79.3%,傾角在-1.5°~1.5°范圍內(nèi)占比由35.4%提高到84.6%,平整度由13.9 cm提高到2.88 cm,滿足水田農(nóng)藝要求,故該自動(dòng)平地系統(tǒng)可有效改善水田平整度且機(jī)具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理。

    關(guān)鍵詞:水田平地機(jī);姿態(tài)調(diào)節(jié);自動(dòng)平地系統(tǒng);實(shí)時(shí)操作系統(tǒng);平整度

    中圖分類號(hào):S222.5+1" " " 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A" " " 文章編號(hào):2095?5553 (2025) 04?0058?07

    Design and test of automatic grading system of paddy field grader

    Li Le Wang Yanqing Wang Luwei Yang Guangyou Liao Longxiang Wang Benfu

    (1. Institute of Agricultural Machinery Engineering Research and Design, Hubei University of Technology, Wuhan, 430068,

    China; 2. Intelligent Engineering Technology Research Center for Agricultural Machinery Equipment, Wuhan, 430068, China; 3. Key Laboratory of Crop Molecular Breeding, Ministry of Agriculture and Rural Affairs, Wuhan, 430068, China)

    Abstract: To address the issue of adjusting the operating attitude of paddy field grader, an automatic grading system for paddy fields based on IMU (inertial measurement unit) and GNSS—RTK was developed. The hydraulic system uses electromagnetic relief valves to achieve pressure holding and unloading functions, addressing the issue of high oil temperature during operation. Automatic grader control is achieved through the use of GNSS—RTK differential positioning technology and RT—Thread real?time operating system. The grader mechanism was designed with adjustable elevation and level by using mathematical geometrical relations, allowing for an elevation range of up to 1 085.7 mm and a level inclination range of -21.4° to 19.9°. To verify its working performance, a paddy field levelling test was conducted. The test results showed that the root mean square error of the rake angle was 0.514°, 0.573°, 0.656°, and 0.710° at operating speeds of 1 m/s, 1.4 m/s, 1.8 m/s, and 2.2 m/s. The elevation distribution column of less than 3 cm increased from 20.6% to 79.3%. The range of inclination angle from -1.5°-1.5° increased from 35.4% to 84.6%. The flatness decreased from 13.9 cm to 2.88 cm. These values meet the agronomic requirements of paddy fields. Therefore, this automated levelling system can effectively improve the flatness of paddy fields. The machine structure is well?designed.

    Keywords: paddy field grader; posture adjustment; automatic grading system; real?time operating system; flatness

    0 引言

    傳統(tǒng)的平地機(jī)姿態(tài)自動(dòng)調(diào)節(jié)能力較低,通常只具備單一的姿態(tài)調(diào)節(jié)功能,不能適應(yīng)于復(fù)雜的水田作業(yè)環(huán)境。作業(yè)時(shí),因水田硬底層凹凸不平,導(dǎo)致拖拉機(jī)跟隨地勢(shì)上下波動(dòng),懸掛于拖拉機(jī)后方的平地鏟也產(chǎn)生姿態(tài)變化。不僅導(dǎo)致空載、平地過(guò)深等現(xiàn)象的發(fā)生[1],還嚴(yán)重破壞水田平整度,不利于水田灌溉、施肥,降低水稻產(chǎn)量[2]。

    國(guó)內(nèi)有不少研究人員將液壓技術(shù)、衛(wèi)星技術(shù)、傳感技術(shù)、控制算法融入智慧農(nóng)業(yè)的研究,以推進(jìn)農(nóng)業(yè)機(jī)械的發(fā)展[3?7]。目前,在發(fā)達(dá)國(guó)家已具備較為完善的平地機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng),如美國(guó)的Field Level系統(tǒng)[8]和NEW IGradeTM[9]、日本的Stytem5土地平整系統(tǒng)[10]、瑞士的GNSS平地控制系統(tǒng)[11]等均已占據(jù)大部分市場(chǎng)。而國(guó)內(nèi)適用于多種工況的水田平地機(jī)研究較少,缺乏成熟的產(chǎn)品。周浩等[12]設(shè)計(jì)了一種旋耕機(jī)自動(dòng)調(diào)平系統(tǒng),該系統(tǒng)通過(guò)傳感器采集拖拉機(jī)的橫滾角,控制調(diào)平油缸始終保持旋耕機(jī)的橫滾角趨于水平狀態(tài),同時(shí)以油缸位移作為反饋信號(hào),實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。萬(wàn)松等[13]研制了與水田旋耕機(jī)配套使用的自動(dòng)平地系統(tǒng),通過(guò)傾角傳感器采集平地托板的水平和俯仰傾角,控制油缸調(diào)節(jié)托板的姿態(tài),有效改善了水田平整度,但平地托板的高程調(diào)節(jié)任需手動(dòng)操作。楊青豐等[22]設(shè)計(jì)了激光平地機(jī)自動(dòng)調(diào)平系統(tǒng),采用雙油缸代替提升桿的策略,實(shí)現(xiàn)平地機(jī)的姿態(tài)調(diào)節(jié),有效改善了水田平整度,但該策略不僅破壞原有拖拉機(jī)的結(jié)構(gòu),還無(wú)法匹配不同型號(hào)的拖拉機(jī)進(jìn)行作業(yè)。周俊等[15]研制了一種水田旋耕平地一體機(jī),采用雙天線RTK GNSS獲取機(jī)具的高程和角度信息,通過(guò)調(diào)節(jié)姿態(tài)油缸完成機(jī)體的高程和水平調(diào)節(jié),同時(shí)采用蓄能器解決液壓系統(tǒng)中油溫過(guò)高等問題,并在不同工況下進(jìn)行田間試驗(yàn),平整度均可達(dá)到農(nóng)藝平整要求。但平地功能主要由旋耕機(jī)托板承擔(dān),不能根據(jù)不同工況調(diào)節(jié)旋耕機(jī)與平地鏟的相對(duì)位置,且需要配備大功率拖拉機(jī)進(jìn)行使用,缺乏通用性。

    針對(duì)上述問題,本文設(shè)計(jì)一套水田自動(dòng)平地系統(tǒng),對(duì)整機(jī)結(jié)構(gòu)、液壓系統(tǒng)及控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),并進(jìn)行不同速度下的田間試驗(yàn),驗(yàn)證其實(shí)用性、可靠性。

    1 系統(tǒng)組成與工作原理

    1.1 系統(tǒng)組成

    水田衛(wèi)星平地機(jī)主要由姿態(tài)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、平地鏟機(jī)構(gòu)、液壓系統(tǒng)、自動(dòng)控制系統(tǒng)4部分組成,如圖1所示。姿態(tài)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)分為高程和水平姿態(tài)調(diào)節(jié),高程姿態(tài)調(diào)節(jié)通過(guò)單油缸驅(qū)動(dòng)平行四邊形懸掛機(jī)構(gòu),實(shí)現(xiàn)高程姿態(tài)調(diào)節(jié),在滿足高層調(diào)節(jié)幅度的同時(shí)還時(shí)刻保證GNSS天線的水平豎直姿態(tài),提高定位精度。水平調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)由調(diào)平油缸、減震彈簧、旋轉(zhuǎn)固定板組成,通過(guò)油缸、減震彈簧和旋轉(zhuǎn)軸實(shí)現(xiàn)平地鏟相對(duì)旋轉(zhuǎn)固定板擺動(dòng),同時(shí)左側(cè)配備減震彈簧來(lái)減緩由水平調(diào)節(jié)過(guò)快所產(chǎn)生的震蕩,提高機(jī)構(gòu)的穩(wěn)定性。通過(guò)天線延長(zhǎng)桿來(lái)提高GNSS天線相對(duì)于平地鏟的水平高度,避免信號(hào)遮擋,同時(shí)采用延長(zhǎng)桿將IMU安裝在高于平地鏟300 mm處,以確保平地鏟左右傾斜時(shí)IMU不受水田環(huán)境的影響。為方便拆卸,將液壓集成閥體焊接在固定底座上,然后通過(guò)U型螺栓固定在平地鏟定位安裝條上。自動(dòng)控制系統(tǒng)主要包括RTK GNSS定位系統(tǒng)、嵌入式集成控制板、車載顯示器。RTK GNSS定位系統(tǒng)主要包括千尋網(wǎng)絡(luò)基站、GNSS移動(dòng)接收天線、4G網(wǎng)絡(luò)接收天線。嵌入式集成控制板與車載顯示器集成為控制箱安裝于拖拉機(jī)駕駛室內(nèi)。另外,為便于運(yùn)輸和增大平地寬幅,平地鏟左右裝配兩個(gè)伸縮油缸,可實(shí)現(xiàn)平地鏟寬幅的伸展調(diào)節(jié)。

    1.2 工作原理

    作業(yè)前,將GNSS天線吸附在旋轉(zhuǎn)固定架上,通過(guò)操作控制面板進(jìn)行撥號(hào),搭建4G網(wǎng)絡(luò)模塊與千尋服務(wù)器的Ntrip通訊協(xié)議。初耕打漿作業(yè)中,將平地鏟設(shè)定為浮動(dòng)狀態(tài)采集田間地勢(shì)的數(shù)據(jù)信息發(fā)送至集成控制箱,得到測(cè)量基準(zhǔn)面,同時(shí)操作人員通過(guò)實(shí)際工況對(duì)該基準(zhǔn)面進(jìn)行修整,確定作業(yè)基準(zhǔn)面,進(jìn)入作業(yè)狀態(tài)。平地作業(yè)過(guò)程中,通過(guò)RTK GNSS定位系統(tǒng)、IMU慣性測(cè)量單元實(shí)時(shí)采集平地鏟的高程和水平傾角信息,并傳輸至集成控制箱,其對(duì)收到的信息與作業(yè)基準(zhǔn)面進(jìn)行處理并形成控制信號(hào)。電磁驅(qū)動(dòng)器將控制信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)閷?duì)應(yīng)液壓換向閥開度調(diào)節(jié)的電信號(hào),集成閥根據(jù)電信號(hào)控制姿態(tài)調(diào)節(jié)油缸的伸縮,實(shí)現(xiàn)平地鏟的姿態(tài)調(diào)節(jié)。同時(shí)配備人機(jī)交互功能實(shí)現(xiàn)用戶不同的需求,通過(guò)手動(dòng)切換工作模式完成對(duì)應(yīng)的功能。手動(dòng)模式下,用戶憑借實(shí)際工況手動(dòng)調(diào)節(jié)平地鏟的高度和角度,完成水田作業(yè);測(cè)量模式下,初耕打漿階段,調(diào)節(jié)平地鏟為浮動(dòng)狀態(tài),采集水田地勢(shì)信息并得到測(cè)量基準(zhǔn)面,同時(shí)用戶根據(jù)實(shí)際工況對(duì)當(dāng)前測(cè)量的基準(zhǔn)面進(jìn)行修整,確定工作基準(zhǔn)面;自動(dòng)模式下,控制系統(tǒng)將當(dāng)前測(cè)量的姿態(tài)數(shù)據(jù)與設(shè)定姿態(tài)基準(zhǔn)進(jìn)行比較,驅(qū)動(dòng)液壓集成閥完成平地鏟的姿態(tài)調(diào)節(jié),進(jìn)而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。平地鏟工作原理如圖2所示。

    2 平地鏟結(jié)構(gòu)姿態(tài)參數(shù)及液壓系統(tǒng)

    2.1 平地鏟結(jié)構(gòu)姿態(tài)參數(shù)

    2.1.1 高程調(diào)節(jié)幅度設(shè)計(jì)

    田間試驗(yàn)過(guò)程中,為防止因旋耕機(jī)抬起而導(dǎo)致平地鏟處于空載作業(yè),故平地鏟處于最低位置時(shí)應(yīng)低于旋耕機(jī)鉸刀最低端10 cm以上,同時(shí)方便機(jī)體上下田埂以及兩者相互獨(dú)立作業(yè),平地鏟處于最高位置時(shí)應(yīng)盡可能高于旋耕機(jī)上表面。結(jié)合研究分析,設(shè)計(jì)一款可以根據(jù)不同工況調(diào)節(jié)平地鏟和旋耕機(jī)的相對(duì)位置。圖3為水田平地機(jī)的高程機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。

    平行四邊形OABC為平地鏟懸掛機(jī)構(gòu),O、A均為懸掛機(jī)構(gòu)上的固定點(diǎn),其中O為前連接板上轉(zhuǎn)動(dòng)點(diǎn),A為高程調(diào)節(jié)油缸無(wú)桿腔連接點(diǎn)。B、C均為平地鏟機(jī)構(gòu)的連接點(diǎn),D為高程調(diào)節(jié)油缸有桿腔連接點(diǎn),BCE為平地鏟。高程調(diào)節(jié)油缸AD為原動(dòng)件,A、D1為高程油缸伸長(zhǎng)到最長(zhǎng)時(shí)的位置,A、D2為高程油缸收縮到最短的位置,高程油缸的伸縮運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)平地鏟上下擺動(dòng)。

    平地鏟的高度H與高程調(diào)節(jié)油缸的伸長(zhǎng)量L的關(guān)系為

    將L的長(zhǎng)度470~670 mm代入式(1)可得,平地鏟高程調(diào)節(jié)幅度為1 085.7 mm,當(dāng)平地鏟運(yùn)動(dòng)到最低位時(shí),低于旋耕機(jī)鉸刀最低端213.2 mm,運(yùn)動(dòng)到最高位置時(shí),高于旋耕機(jī)上表面772.5 cm,均符合平地機(jī)作業(yè)的高程調(diào)節(jié)幅度的要求。

    2.1.2 水平傾角范圍設(shè)計(jì)

    試驗(yàn)過(guò)程發(fā)現(xiàn)由于拖拉機(jī)左右傾斜而導(dǎo)致平地鏟將水田刮出一條凹槽,為防止該現(xiàn)象的發(fā)生,初步確定調(diào)平結(jié)構(gòu)的角度為-20°~20°,圖4為水田平地機(jī)的調(diào)平機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。

    四邊形OABC簡(jiǎn)化為曲柄搖塊機(jī)構(gòu),調(diào)平油缸AB為搖塊,O、A均為旋轉(zhuǎn)支撐架上的固定點(diǎn),其中O為固定架轉(zhuǎn)動(dòng)點(diǎn),A為調(diào)平油缸無(wú)桿腔鉸接點(diǎn)。A、B1為水平調(diào)節(jié)油缸伸到最長(zhǎng)時(shí)的位置,A、B2為水平調(diào)節(jié)油缸縮到最短的位置,水平調(diào)節(jié)油缸收縮運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)平地鏟相對(duì)于固定支撐架左右擺動(dòng)。

    油缸伸長(zhǎng)量L7與平地鏟相對(duì)于固定支撐架的傾斜角

    2.2 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)

    水田衛(wèi)星平地機(jī)的液壓系統(tǒng)主要由電磁溢流閥、壓力表、三位四通換向閥、二位四通換向閥、高程油缸、調(diào)平油缸、折疊油缸等組成。液壓系統(tǒng)原理圖如圖5所示,其中利用拖拉機(jī)自帶的液壓系統(tǒng)為平地機(jī)液壓系統(tǒng)提供液壓油源,將液壓快速接頭A1、B1與液壓集成閥塊的PT油口連接,然后通過(guò)油管和三通接頭將液壓集成閥塊的AB油口與油缸的進(jìn)出油口連接,同時(shí)集成閥配備壓力表接口,不僅便于檢測(cè)液壓系統(tǒng)的油壓,還便于調(diào)節(jié)溢流閥的壓強(qiáng)。提升油路采用單油缸驅(qū)動(dòng),既節(jié)約成本,也無(wú)需考慮多油缸同步問題。通過(guò)H閥的工作機(jī)能實(shí)現(xiàn)平地鏟浮動(dòng)仿形,串聯(lián)于三位四通換向閥實(shí)現(xiàn)平地鏟的高程調(diào)節(jié)。伸展調(diào)節(jié)和水平調(diào)節(jié)油路以并聯(lián)的方式串在油路中,避免因液壓泵長(zhǎng)時(shí)間工作造成油溫過(guò)高等問題[16]。本液壓系統(tǒng)采用電磁溢流閥的二位二通電磁閥實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)卸荷的功能,從而在解決上述問題的同時(shí)保證工作壓強(qiáng)。

    3 系統(tǒng)硬件架構(gòu)與軟件控制設(shè)計(jì)

    3.1 系統(tǒng)硬件組成

    控制系統(tǒng)采用集成控制板,其由GNSS定位板卡、4G網(wǎng)絡(luò)模塊以及核心控制器STM32F407組成,可實(shí)現(xiàn)厘米級(jí)定位精度和10 Hz的高刷率。通過(guò)控制器引腳和外設(shè)接口將IMU慣性測(cè)量單元、人機(jī)交互屏、GNSS天線、電磁閥驅(qū)動(dòng)板以及液壓驅(qū)動(dòng)模塊連接,同時(shí)配備數(shù)據(jù)儲(chǔ)存外設(shè),為后期分析數(shù)據(jù)做準(zhǔn)備。控制系統(tǒng)架構(gòu)如圖6所示。

    3.2 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

    控制系統(tǒng)程序采用RT—Thread與STM32CubeMX聯(lián)合開發(fā),利用RT—Thread實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)進(jìn)行模塊化編程。系統(tǒng)調(diào)度器根據(jù)各線程的優(yōu)先級(jí)進(jìn)行調(diào)度,通過(guò)信號(hào)量、互斥量等內(nèi)核對(duì)象完成用戶要求的調(diào)度順序,同時(shí)通過(guò)郵箱、消息隊(duì)列實(shí)現(xiàn)線程之間數(shù)據(jù)傳輸[17]??刂葡到y(tǒng)的線程優(yōu)先級(jí)如表1所示。

    平地機(jī)控制系統(tǒng)多線程調(diào)度如圖7所示。

    程序啟動(dòng)后,系統(tǒng)先對(duì)內(nèi)核對(duì)象、外設(shè)以及4G模塊進(jìn)行初始化,完成后系統(tǒng)通過(guò)任務(wù)調(diào)度器進(jìn)行調(diào)度,將當(dāng)前優(yōu)先級(jí)最高的4G登錄線程喚醒,該線程完成4G與千尋服務(wù)器的搭建,關(guān)閉該線程。系統(tǒng)喚醒當(dāng)前就緒態(tài)最高優(yōu)先級(jí)的數(shù)據(jù)處理線程,該線程將接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行解析,并通過(guò)郵箱將自動(dòng)平地線程、手動(dòng)平地線程所需要的數(shù)據(jù)發(fā)送,同時(shí)保存到SD卡中。用戶點(diǎn)擊屏幕按鍵喚醒HMI線程,該線程通過(guò)串口下發(fā)用戶操作指令給控制器,如0xAA 0x03 12 45 23 0xBB,由6個(gè)十六進(jìn)制格式字節(jié)組成,前后位是幀頭幀尾,第二位是命令位,其他位是數(shù)據(jù)位。系統(tǒng)通過(guò)對(duì)指令位進(jìn)行判斷,對(duì)Work_" "flag的值進(jìn)行賦值,當(dāng)Work_" "flag=1進(jìn)入田塊測(cè)量模式,將郵箱發(fā)送的高程數(shù)據(jù)和角度數(shù)據(jù)進(jìn)行加權(quán)遞推平均濾波處理,得到基準(zhǔn)高度和基準(zhǔn)角度,同時(shí)操作人員可以通過(guò)工作經(jīng)驗(yàn)對(duì)當(dāng)前計(jì)算得出的數(shù)據(jù)進(jìn)行修改得到工作基準(zhǔn)值;當(dāng)Work_ flag=2進(jìn)入手動(dòng)平地模式,手動(dòng)線程通過(guò)解析HMI下發(fā)的指令,對(duì)液壓閥進(jìn)行控制,實(shí)現(xiàn)手動(dòng)模式下的姿態(tài)調(diào)節(jié);當(dāng)Work_" " flag=3進(jìn)入自動(dòng)平地模式,通過(guò)信號(hào)量喚醒自動(dòng)平地線程,該線程將當(dāng)前高度與基準(zhǔn)面進(jìn)行比較,對(duì)當(dāng)前平地鏟的高程進(jìn)行控制,同時(shí)控制調(diào)平電磁閥實(shí)現(xiàn)平地鏟的水平控制。為保證串口數(shù)據(jù)接收不被打斷,配置串口為DMA串口空閑中斷模式。同時(shí)為保證千尋服務(wù)器持續(xù)輸出差分?jǐn)?shù)據(jù),定時(shí)向服務(wù)器發(fā)送GNSS數(shù)據(jù)。

    4 試驗(yàn)與結(jié)果分析

    4.1 田間試驗(yàn)

    于2023年6月在鄂州市進(jìn)行田間試驗(yàn)。采用幅寬4.2 m的水田平地機(jī)懸掛于東方紅LX904拖拉機(jī)進(jìn)行試驗(yàn);試驗(yàn)設(shè)備包括集成控制箱、GNSS天線、液壓集成閥等。作業(yè)流程:第1遍進(jìn)行水田初耕打漿采集基準(zhǔn)信息,確定作業(yè)基準(zhǔn)面。第2遍開啟自動(dòng)平地模式,對(duì)水田進(jìn)行自動(dòng)平地作業(yè)。

    4.2 試驗(yàn)結(jié)果

    水田平整度可衡量田面地形起伏程度的指標(biāo),可以直觀反映水田平整度的情況。通常用采樣點(diǎn)與基準(zhǔn)面垂直距離的標(biāo)準(zhǔn)偏差Sd來(lái)體現(xiàn)。標(biāo)準(zhǔn)偏差越小則水田越平整,Sd值越大則水田地勢(shì)起伏越明顯[18,19]。

    4.2.1 自動(dòng)調(diào)平性能

    為驗(yàn)證平地鏟水平自動(dòng)調(diào)平的穩(wěn)定性,分別選取1 m/s、1.4 m/s、1.8 m/s、2.2 m/s的速度進(jìn)行田間試驗(yàn)。不同作業(yè)速度下平地機(jī)傾角變化曲線如圖8所示。

    將平地鏟下降到指定高度獲取基準(zhǔn)高度,手動(dòng)確定作業(yè)高度和作業(yè)角度(0°),開啟自動(dòng)平地模式。試驗(yàn)結(jié)果表明,平地鏟的水平傾角基本保持在-1.5°~1.5°,均方根誤差分別為0.514°、0.573°、0.656°、0.710°。在不同作業(yè)速度下,平地機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)具有較好的穩(wěn)定性,滿足工作要求。

    4.2.2 水田平整效果

    根據(jù)保存于SD卡中的經(jīng)緯度、高程、角度信息,通過(guò)MATLAB軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行插值處理,繪制成如圖9所示的水田三維地勢(shì)圖與如圖10所示的傾角分布圖。試驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)如表2、表3所示,水田平均高度由平整前的29.486 m變?yōu)槠秸蟮?9.345 m,最大高差由41.8 cm下降到12.2 cm,小于3 cm的高差分布列由平整前的20.6%提高到79.3%,平整度由13.9 cm提高到2.88 cm,滿足平地精度要求。該自動(dòng)平地系統(tǒng)可有效改善水田平整度且機(jī)具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理。

    5 結(jié)論

    為改善平地機(jī)作業(yè)時(shí)姿態(tài)調(diào)節(jié)問題,設(shè)計(jì)水田自動(dòng)平地裝置,既能實(shí)現(xiàn)高程調(diào)節(jié)也能實(shí)現(xiàn)水平調(diào)節(jié)。

    1) 平地鏟高程幅度可達(dá)到1 085.7 mm,最低位置低于旋耕機(jī)最低端213.2 mm,最高位置高于旋耕機(jī)上表面772.5 cm。水平傾角幅度可達(dá)到-21.4°~19.9°,均達(dá)到作業(yè)要求。

    2) 采用電磁溢流閥可以很好地實(shí)現(xiàn)液壓油路的保壓和卸荷功能。同時(shí)通過(guò)RT-Thread與STM32CubeMX聯(lián)合開發(fā)的控制系統(tǒng)程序可以實(shí)現(xiàn)平地鏟的各項(xiàng)功能。

    3) 在不同作業(yè)速度條件下進(jìn)行田間平整試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明,小于3 cm的高差分布列由平整前的20.6%提高到79.3%,平整度由13.9 cm提高到2.88 cm,滿足水稻種植的農(nóng)藝要求。

    參 考 文 獻(xiàn)

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