激光控制水田打浆平地机设计与试验

【目的】满足水稻种植对田面平整度的要求,减少拖拉机进田次数,提高打浆平地质量和效果,实现一次进田完成水田打浆和平地作业。【方法】采用先打浆后平地原理,设计了激光控制水田打浆平地机、打浆机与平地铲自动调平机构、平地铲高程自动调节机构和通过集成带自动调平的激光平地控制系统,并进行田间试验;利用2台姿态航向参考系统分别测量拖拉机车身和打浆平地机的横滚角,采用水准测量试验田块作业前后的田面平整度。【结果】拖拉机横滚角在±4.5°内变化,打浆平地机的横滚角始终保持在±1°内,表明调平自动控制系统明显提高了水田打浆平地机构水平稳定性;打浆平地作业后田面最大高差从作业前的17.7cm降低到6.7cm,标准偏差值从作业前的4.08cm下降到1.75cm,绝对差值不大于3 cm的平整度采样点占比由作业前的62%提高到82%以上。【结论】激光控制水田打浆平地机打浆平地作业后可显著改善田面平整情况。     

基于GPS技术的水田平地机的设计与试验

【目的】设计基于GPS技术的水田平地机,实现水田精准平整.【方法】GPS接收天线固定在平地铲上,以GPS高程定位数据作为平地铲高程信息,通过限幅平均滤波算法和PD控制算法实现平地铲运动精确和稳定的控制.【结果和结论】经GPS技术控制的水田平地机平整后的田块田面相对高程的标准偏差值由15.8 cm减小到4.7 cm,绝对差值在不大于5 cm的采样测量点累积百分比数达85.4%,限幅平均滤波算法减少了GPS高程数据误差.GPS高程定位数据能满足水田精准平整的要求,能有效改善田面平整状况.     

双天线GNSS 精准平地控制系统试验

【目的】利用双天线GNSS的精准平地系统可以达到提高土地平整度、提高肥料利用率和降低水土流失的目的,可以提高农作物产量、提高平地机在不同地形作业的精度和效率,减少农民的劳动强度。【方法】GNSS精准平地控制系统通过GNSS移动站接收到的GNSS差分站发送的差分信号确定平地铲的高程和姿态角,向控制器发送指令调节电磁换向阀的开闭,通过控制液压油管中流量和流向实现实时精准调节平地铲高程和姿态角的工作目标。【结果】1.平整作业后土地最大高差从平整前的0.245 m高差缩减到0.139 m,平整度显著提升;2.该试验平地铲最大姿态角为1°,即平地铲变化范围小,始终保持平稳;3.试验田平整后记录点到基准平面距离小于2.5 cm的点占总试验田面积60%以上,平地效果良好。【结论】双天线GNSS精准平地控制系统定位精确可以达到厘米级、稳定性高、不受拖拉机行驶速度影响;液压系统响应快速,可以实现根据控制器信号精准调节平地铲高程和姿态角;系统整体设计合理,平地效果达到精准平地要求。     

基于DSP的水田平地机倾角传感系统设计与试验

平地机车身倾角是水田平地机平地铲自动调平控制的重要反馈信息。为满足平地铲自动调平的倾角测量精度要求,达到水田精准平整、减少水资源的浪费、提高水稻产量的目的,设计了一种基于DSP的水田平地机倾角传感系统。采用惯性加速度计和陀螺仪作为倾角传感系统的倾角测量传感器,分析了倾角传感系统倾角测量原理、设计了硬件系统和基于卡尔曼滤波器的传感器融合算法。倾角传感系统综合利用加速度计所测的重力加速度分量和重力加速度的三角关系以及陀螺仪所测的角速度和车身倾角的导数关系测量获得平地机车身倾角;采用三轴加速计ADIS16300、陀螺仪ADXRS453和DSP处理器TMS320F28069等器件组成倾角传感系统的硬件系统,其中DSP处理器主要实现传感器数据采集、算法执行和数据通讯等功能;以平地机真实倾角和陀螺仪零位偏差作为系统状态向量,建立系统状态方程和测量方程,通过离散化卡尔曼滤波器递归融合得到平地机车身实时倾角。通过三轴多功能转台对倾角传感系统的卡尔曼滤波融合算法测量精度进行了试验。试验结果表明:该倾角传感系统在静态和动态时均能准确地测量平地机车身实时倾角。静态测量时车身角度平均绝对误差≤0.01°,均方根误差≤0.01°,最大误差0.07°。动态测量时车身角度平均绝对误差≤0.18°,均方根误差≤0.20°,最大误差0.41°。说明该系统为水田平地机平地铲自动调平控制提供了低成本倾角测量方案。     

激光平地控制系统移植到悬挂打浆机上的改装

近几年,黑龙江垦区分批引进了美国光谱精仪公司生产的激光平地机,用于水田的旱平地作业.由于该机作业单一,且每年使用时间短,设备不能得到有效的利用,2002年黑龙江北大荒农业股份有限公司新华分公司进行了将激光平地控制系统移植到与SH-654拖拉机配套使用的悬挂打浆机上的改装,收到了较好的效果,现介绍如下.     

1GDP-180型水田打浆平地机的研究

整地是水稻生产中的一个重要环节,整地机械的作业质量直接关系到插秧机的性能发挥和插秧质量。水田打浆平地机可一次完成水田原茬泡田地及翻旋后泡田地的耕暄、碎土、打浆、压茬及平地联合作业。1GDP-180型水田打浆平地机与22kw四轮驱动轮式拖拉机配套,采用高花胎进行作业,水田在放水泡田3～5d进行整地,一般本田搅浆2遍,需保持水层5～7cm,沉淀12～20d即可进行插秧。     

激光平地机自动调平控制系统的研制

现有的激光平地机对平地铲只有高程控制而没有水平平衡控制。分析了当前激光平地机在不平整地面上工作的缺点,提出了一种自调平控制系统,实现激光平地机水平方向上自调平控制,改进与提高其平整精度和效率。当激光平地机在斜坡上工作时,使用该系统可自动保持农具平衡。实时倾角通过固定机具中心的倾角传感器获得,控制器将根据实时倾角来驱动电磁阀,控制油缸动作,使得机具实现自调平控制;同时对其进行静态试验和动态试验,通过数据分析,发现该系统能有效提高土地作业的稳定性。最终得出该系统相对于常规的激光平地机地块平整前后的绝对改善度提高了50.0%,相对改善度提高了18.6%,土地误差水平小于1.0%。     

1PJ-3.0型水田激光平地机高程系统动态特性试验研究

水田激光平地机的高程系统主要接收激光信号并用以控制平地铲处于设定平面,其动态特性是平地机平整作业质量的重要保证。为分析水田激光平地机的高程系统动态特性,进一步提高平地机的工作性能,以与插秧机配套的1PJ-3.0型水田激光平地机为平台,采用电流检测电路检测电磁阀线圈电流,直线位移传感器测量油缸和平地铲的运动行程,USB高速数据采集模块同时采集电磁阀线圈电压和直线位移传感器信号,从而获得油缸和平地铲的响应时间和运动速度。在平地机高程机械液压系统处于不同油门、不同初始高度,平地铲上升过程和下降过程的条件下进行试验。试验结果表明:在上升过程中,油缸的平均响应时间48.2ms,平地铲的平均响应时间59.4ms;而在下降时,油缸的平均响应时间73.6ms,平地铲的平均响应时间62.3ms;在平地铲上升或下降时,不同初始高度和不同油门开度等级下的,油缸和平地铲的响应时间基本稳定;油门等级越大,平地铲上升速度越快,上升速度在109.0~305.0mm·s-1之间;单向节流阀能保证平地铲下降速度稳定,不受油门开度等因素影响,油缸缩回速度为35.8mm·s-1,平地铲下降速度为126.1mm·s-1。     

田间作业机组激光导引系统设计与试验

为提高机组田间作业行驶的直线性,利用激光方向性好、发散角小、分辨率好、不受电磁干扰、无累积误差等特点,设计了一种激光导引机组作业系统,该系统主要由激光发射装置、调平装置、激光接收装置等部分组成。系统工作时,由激光发射器发出的红光激光,被安装在拖拉机上的激光接收装置接收,通过解调转换为电信号,由LED灯指示出机组的方向偏移,从而辅助驾驶员调整拖拉机方向,进行直线行驶。详细阐述了系统的结构和原理,以及关键部分的设计。初步试验表明,200 m范围内,激光导引系统导向精度,受外界光照影响小,机组偏移距离在3.18 cm左右,相比划行器,提高了作业精度。     

基于BDS和角度检测的不规整田块旋耕作业质量监测与试验

为精准监测不平整田块的旋耕耕深并准确测量不规整田块的作业面积,进而分析旋耕作业质量。在对拖拉机旋耕机组进行运动分析和仿真的基础上,通过线性回归建立基于拖拉机提升臂角度和车身倾角的综合耕深监测模型。基于BDS(BeiDou Navigation Satellite System,北斗卫星导航系统)采集旋耕机组的作业轨迹,将耕深数据和缓冲区算法结合,筛选有效作业轨迹并建立多段缓冲区,通过Vatti算法裁剪合并分段缓冲区,并使用多边形面积公式计算旋耕有效作业面积,进一步分析计算重耕率、漏耕率。为了验证该旋耕作业面积测算方案的精度,通过LabVIEW整合处理BDS和多种传感器的数据,搭建旋耕作业质量监测系统,并进行田间试验。田间试验结果表明：耕深测量系统的最大误差为6.6mm,在最佳耕深区间的平均误差为3.6mm,满足耕深监测需求。对于不规整田块,有效作业面积测量算法的面积相对误差均值为0.27%,优于基于全程作业轨迹和幅宽的传统面积测量算法的相对误差均值7.5%,且不受田块形状和旋耕路线的影响,可对旋耕有效作业面积进行精确计算。经田间试验验证,拖拉机旋耕作业质量监测系统能有效适应不规整田块,...     

激光平地技术及其在垦区应用简况

目前,垦区稻田地块规模偏小,地块宽度一般20～30m,少数达到50m,长度很少超过500m,只有水稻种植时间长、灌溉条件较好的查哈阳农场有50m×600m的稻田,这很大程度是由于平整土地达不到要求,限制了稻田地块规模发展.应用激光平地技术则有效地提高平地精度,可建设100m×1000m规模的稻田,稻田平整度差≯±3cm,能确保稻田灌水后达到"寸水不露泥,高低差不差寸,撤水一样干"的技术要求,为联合收割机及时进行高效作业提供条件.     

秸秆深埋还田机螺旋开沟装置的设计与试验

秸秆深埋还田机在进行田间作业时,能否开出符合机具作业要求的深沟是秸秆深埋的关键。目前国内秸秆还田机种类繁多,但具有深埋作用的机具相对较少,东北地区常年使用小四轮拖拉机进行田间作业,犁底层逐年加厚上移,导致土壤耕层变浅,土壤肥力下降,影响了作物产量。针对这一情况,设计一种具有螺旋开沟装置的秸秆深埋还田机,探究单螺旋开沟装置和并排双螺旋开沟装置的优缺点,并通过田间试验最终确定螺旋开沟装置的主要结构配置。通过对螺旋开沟过程中土壤颗粒的运动过程分析,确定螺旋叶片的主要参数,单轴螺旋线对称布置的螺旋开沟器为变螺距螺旋,最大螺旋升角为16°,双轴并排布置的螺旋开沟器恒定螺距,螺旋升角为16°。经过理论计算分析得开沟器转速为268r·min~(-1)。为寻找最合适的开沟装置,确定螺旋装置的最优工作运动参数,以拖拉机前进速度、螺旋开沟装置转速和开沟深度为试验影响因素,以单螺旋和双螺旋的开沟深度合格率和秸秆深埋率为试验指标,设计三因素三水平正交试验。试验结果表明:当拖拉机前进速度为3km·h~(-1),开沟装置转速为270r·min~(-1),开沟深度为28cm时,安装有双螺旋开沟器的秸秆还田机开沟稳定,开沟深度合格率为99.1%,深埋秸秆的效果最好,深埋率可达91.4%。试验结果可为螺旋式秸秆深埋还田机开沟装置的选择提供理论和实践依据。     

秸秆深埋还田机覆土装置的参数优化与试验

秸秆深埋还田机在田间作业过程中,覆土镇压的效果是检验机具覆土装置设计合理性的关键。由于东北地区棕壤土玉米种植过程中,连年的化肥施用与拖拉机等机组的田间作业,导致土壤犁底层上移、理化性质变差,影响农作物产量,秸秆的焚烧又会造成严重的污染,因此寻求合理的秸秆利用方式变得十分必要。为了改善机组在工作过程中阻力过大、覆土镇压效果差等问题。设计一种螺旋式覆土装置,探究其在机具覆土作业过程中的优缺点。结合覆土原理,通过对覆土装置运动过程中土壤颗粒的运动过程进行分析,通过理论计算和优化设计,确定了螺旋叶片的主要参数:螺旋轴直径为50mm,长度为1100mm,覆土宽度为1200mm,两螺旋叶片间距为500mm,螺距为250mm,最大螺旋升角为16°,螺旋线的圈数为2圈,两螺旋叶片对称布置。为确定机具的最佳工作参数,进行三因素五水平二次回归正交组合试验,试验选取机具的前进速度、覆土器转速、开沟深度为试验因素,覆土合格率为试验指标。通过对田间试验的数据分析,改进后机组的最佳工作性能参数组合为:机具前进速度2km·h-1、覆土器转速290r·min-1、开沟深度25cm。田间试验表明:覆土合格率为97.1%,满足秸秆深埋还田的技术要求和地方标准,可以为秸秆深埋还田机覆土装置的设计与优化提供理论参考。