油菜旋耕移栽联合作业机穴距电液比例控制系统研究
发布时间：2021-12-17 00:32
油菜旋耕移栽联合作业机以拖拉机为动力,由于拖拉机动力输出为定值,故栽植速度不能随拖拉机前进速度而变化,导致栽植穴距不稳定。针对上述问题设计了穴距控制系统,以STM32为主控制器,通过地轮测速编码器检测前进速度,通过电液比例液压系统实时调节驱动栽植系统的液压马达转速,从而实现栽植速度与前进速度的实时匹配。穴距控制系统台架试验表明:液压马达转速与地轮转速变化趋势一致,滞后时间在600 ms内左右两个移栽单元的液压马达同步性好转速平均误差为0.7%。将穴距电液控制系统安装于油菜旋耕移栽联合作业机上,并进行了整机田间试验,4种理论穴距（150、160、170、180 mm）、4种作业速度（2、3、4、5 km/h）的对比试验表明:穴距稳定性好理论穴距、作业速度均对穴距一致性变异系数影响显著,其中理论穴距影响最显著,在穴距160 mm和4种作业速度下,穴距一致性变异系数均能保持较小值,说明160 mm为最佳穴距。
【文章来源】：农业机械学报. 2020,51(10)北大核心EICSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
油菜旋耕移栽联合作业机结构简图Fig．1Structurediagramofrapeseedlingrotary
1.2穴距电液比例控制系统组成与控制原理油菜旋耕移栽联合作业机穴距电液比例控制系统由地轮测速系统、电液比例控制系统和马达驱动栽植系统等组成(图2)。其工作流程如下:在油菜旋耕移栽联合作业机开始作业时，地轮跟随转动，通过地轮测速编码器检测地轮转速并换算为作业速度，通过电控系统控制比例流量阀调整液压系统流量，驱动液压马达转动从而驱动栽植系统工作。在作业过程中，地轮测速系统实时检测前进速度，当前进速度增加，通过电控系统控制比例流量阀增加流经液压马达的流量，提升液压马达转速，加快栽植频率，保证栽植穴距的稳定性。图2穴距电液比例控制系统原理图Fig．2Systemprinciplediagramofelectro-hydraulicproportionalcontrolsystemforholedistance1．液压泵2．溢流阀3．液压油箱4．压力表5．过滤器6．二位四通电磁换向阀7．比例流量阀8．液压马达Ⅰ9．液压马达Ⅱ10．测速编码器Ⅰ11．测速编码器Ⅱ12．地轮测速编码器13．控制板图3地轮测速原理图Fig．3Schematicofgroundwheelspeedmeasurement1．地轮2．机架固定点3．旋转铰接点4．地轮测速编码器1.3地轮测速系统设计如图3，地轮是跟随联合作业机前进实现被动转动，通过安装在地轮转轴上的测速编码器测量理论转速从而得出前进速度。测速编码器(欧姆龙E6B2CWZ6C500P/Ｒ)1转500个脉冲。地轮圆周上均布钉齿，基本不会产生滑移。所以不考虑滑移情况下，前进速度与地轮转速的关系式为πD=v1nd(1)其中nd=X500(2)式中v———前进速度，m/sD———地轮直径，mmnd———地轮转速，r/min
呈凳奔觳馇敖?俣龋?鼻?进速度增加，通过电控系统控制比例流量阀增加流经液压马达的流量，提升液压马达转速，加快栽植频率，保证栽植穴距的稳定性。图2穴距电液比例控制系统原理图Fig．2Systemprinciplediagramofelectro-hydraulicproportionalcontrolsystemforholedistance1．液压泵2．溢流阀3．液压油箱4．压力表5．过滤器6．二位四通电磁换向阀7．比例流量阀8．液压马达Ⅰ9．液压马达Ⅱ10．测速编码器Ⅰ11．测速编码器Ⅱ12．地轮测速编码器13．控制板图3地轮测速原理图Fig．3Schematicofgroundwheelspeedmeasurement1．地轮2．机架固定点3．旋转铰接点4．地轮测速编码器1.3地轮测速系统设计如图3，地轮是跟随联合作业机前进实现被动转动，通过安装在地轮转轴上的测速编码器测量理论转速从而得出前进速度。测速编码器(欧姆龙E6B2CWZ6C500P/Ｒ)1转500个脉冲。地轮圆周上均布钉齿，基本不会产生滑移。所以不考虑滑移情况下，前进速度与地轮转速的关系式为πD=v1nd(1)其中nd=X500(2)式中v———前进速度，m/sD———地轮直径，mmnd———地轮转速，r/minX———电控系统1min内接收脉冲数，个/min1.4电液比例控制系统设计电液比例控制用输入的电信号调制液压参数，使之成比例的连续变化，具有控制原理简单、控制精度高的优势，广泛应用于农业机械领域。1.4.1液压系统设计液压系统主要由液压泵、液压马达、油箱、比例流量阀、换向阀等组成。液压系统主要依据栽植单元的马达驱动轴的工作转速为200r/min和扭矩为40N·m
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于单片机控制的谷子精量播种控制系统设计[J]. 靳晓波. 机械工程与自动化. 2019(04)
[2]丘陵山地拖拉机车身调平双闭环模糊PID控制方法[J]. 齐文超,李彦明,张锦辉,覃程锦,刘成良,殷月朋. 农业机械学报. 2019(10)
[3]基于GPS测速的电驱式玉米精量播种机控制系统[J]. 丁友强,杨丽,张东兴,崔涛,和贤桃,钟翔君. 农业机械学报. 2018(08)
[4]玉米精量播种智能控制系统研制[J]. 印祥,杨腾祥,金诚谦,杜娟. 农机化研究. 2018(09)
[5]电控玉米排种系统设计与试验[J]. 张春岭,吴荣,陈黎卿. 农业机械学报. 2017(02)
[6]基于PLC的苔麸播种机设计与试验[J]. 赵金辉,刘立晶,杨学军,赵郑斌,郝朝会,钟德新. 农业机械学报. 2016(S1)
[7]插秧机行驶速度变论域自适应模糊PID控制[J]. 郭娜,胡静涛. 农业机械学报. 2013(12)
[8]变量施肥控制系统PID控制策略[J]. 梁春英,衣淑娟,王熙,怀宝付. 农业机械学报. 2010(07)
[9]我国油菜生产区域布局演变和成因分析[J]. 殷艳,廖星,余波,王汉中. 中国油料作物学报. 2010(01)
[10]拖拉机液压悬挂耕深电液控制系统设计与试验[J]. 杜巧连,熊熙程,魏建华. 农业机械学报. 2008(08)
本文编号：3539082
【文章来源】：农业机械学报. 2020,51(10)北大核心EICSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
油菜旋耕移栽联合作业机结构简图Fig．1Structurediagramofrapeseedlingrotary
1.2穴距电液比例控制系统组成与控制原理油菜旋耕移栽联合作业机穴距电液比例控制系统由地轮测速系统、电液比例控制系统和马达驱动栽植系统等组成(图2)。其工作流程如下:在油菜旋耕移栽联合作业机开始作业时，地轮跟随转动，通过地轮测速编码器检测地轮转速并换算为作业速度，通过电控系统控制比例流量阀调整液压系统流量，驱动液压马达转动从而驱动栽植系统工作。在作业过程中，地轮测速系统实时检测前进速度，当前进速度增加，通过电控系统控制比例流量阀增加流经液压马达的流量，提升液压马达转速，加快栽植频率，保证栽植穴距的稳定性。图2穴距电液比例控制系统原理图Fig．2Systemprinciplediagramofelectro-hydraulicproportionalcontrolsystemforholedistance1．液压泵2．溢流阀3．液压油箱4．压力表5．过滤器6．二位四通电磁换向阀7．比例流量阀8．液压马达Ⅰ9．液压马达Ⅱ10．测速编码器Ⅰ11．测速编码器Ⅱ12．地轮测速编码器13．控制板图3地轮测速原理图Fig．3Schematicofgroundwheelspeedmeasurement1．地轮2．机架固定点3．旋转铰接点4．地轮测速编码器1.3地轮测速系统设计如图3，地轮是跟随联合作业机前进实现被动转动，通过安装在地轮转轴上的测速编码器测量理论转速从而得出前进速度。测速编码器(欧姆龙E6B2CWZ6C500P/Ｒ)1转500个脉冲。地轮圆周上均布钉齿，基本不会产生滑移。所以不考虑滑移情况下，前进速度与地轮转速的关系式为πD=v1nd(1)其中nd=X500(2)式中v———前进速度，m/sD———地轮直径，mmnd———地轮转速，r/min
呈凳奔觳馇敖?俣龋?鼻?进速度增加，通过电控系统控制比例流量阀增加流经液压马达的流量，提升液压马达转速，加快栽植频率，保证栽植穴距的稳定性。图2穴距电液比例控制系统原理图Fig．2Systemprinciplediagramofelectro-hydraulicproportionalcontrolsystemforholedistance1．液压泵2．溢流阀3．液压油箱4．压力表5．过滤器6．二位四通电磁换向阀7．比例流量阀8．液压马达Ⅰ9．液压马达Ⅱ10．测速编码器Ⅰ11．测速编码器Ⅱ12．地轮测速编码器13．控制板图3地轮测速原理图Fig．3Schematicofgroundwheelspeedmeasurement1．地轮2．机架固定点3．旋转铰接点4．地轮测速编码器1.3地轮测速系统设计如图3，地轮是跟随联合作业机前进实现被动转动，通过安装在地轮转轴上的测速编码器测量理论转速从而得出前进速度。测速编码器(欧姆龙E6B2CWZ6C500P/Ｒ)1转500个脉冲。地轮圆周上均布钉齿，基本不会产生滑移。所以不考虑滑移情况下，前进速度与地轮转速的关系式为πD=v1nd(1)其中nd=X500(2)式中v———前进速度，m/sD———地轮直径，mmnd———地轮转速，r/minX———电控系统1min内接收脉冲数，个/min1.4电液比例控制系统设计电液比例控制用输入的电信号调制液压参数，使之成比例的连续变化，具有控制原理简单、控制精度高的优势，广泛应用于农业机械领域。1.4.1液压系统设计液压系统主要由液压泵、液压马达、油箱、比例流量阀、换向阀等组成。液压系统主要依据栽植单元的马达驱动轴的工作转速为200r/min和扭矩为40N·m
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于单片机控制的谷子精量播种控制系统设计[J]. 靳晓波. 机械工程与自动化. 2019(04)
[2]丘陵山地拖拉机车身调平双闭环模糊PID控制方法[J]. 齐文超,李彦明,张锦辉,覃程锦,刘成良,殷月朋. 农业机械学报. 2019(10)
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[4]玉米精量播种智能控制系统研制[J]. 印祥,杨腾祥,金诚谦,杜娟. 农机化研究. 2018(09)
[5]电控玉米排种系统设计与试验[J]. 张春岭,吴荣,陈黎卿. 农业机械学报. 2017(02)
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[7]插秧机行驶速度变论域自适应模糊PID控制[J]. 郭娜,胡静涛. 农业机械学报. 2013(12)
[8]变量施肥控制系统PID控制策略[J]. 梁春英,衣淑娟,王熙,怀宝付. 农业机械学报. 2010(07)
[9]我国油菜生产区域布局演变和成因分析[J]. 殷艳,廖星,余波,王汉中. 中国油料作物学报. 2010(01)
[10]拖拉机液压悬挂耕深电液控制系统设计与试验[J]. 杜巧连,熊熙程,魏建华. 农业机械学报. 2008(08)
本文编号：3539082
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