农业激光平地机的研究与发展

农业激光平地机的广泛应用,可以显著改善我国农田微地形条件,显著提高农田表面的灌溉效率和水分分布均匀度,同时获得显著的节水、增产、节约劳动力和提高土地利用率等多重效益。综述了国内外农业激光平地机的发展情况,分析了我国农业激光平地机的整体研究现状及关键部件的研究进展,并对近年来国内农业激光平地机及其关键部件的主要研究工作及应用成果进行了论述,探讨了我国农业激光平地机的未来发展趋势和研究方向,以期为后续相关产品的研究提供参考。

激光平地机在新乐市的推广与应用

激光平地机属于高新技术产品,将激光技术和液压技术整合在一起,在农作物生产作业的前期阶段进行整地和平地作业,与传统整地技术方法相比,农田土地平整度得到了较大改变,为农作物产量提升提供了基础支撑。新乐市承担的河北省花生生产全程机械化示范项目中,激光平地机在平整地阶段得到了良好应用,通过技术集成,形成了全程机械化技术模式,切实提高了花生生产的产业化水平。应正确认识到激光平地机的应用价值和作用优势,掌握相关工作原理和操作方法,并根据当前推广应用中存在的问题积极探索发展路径,确保可以充分发挥激光平地机在新乐市农业生产中的作用,提高机械化水平,使农作物生产体系更加完善。基于此,本文主要对激光平地机在新乐市的推广与应用进行了探究。

基于MEMS惯性传感器融合的水田激光平地机水平控制系统

激光平地技术是农业生产中一项重要的节本增效措施,为了使激光平地机在水田中作业时平地铲保持水平,设计了一种低成本的水田激光平地机水平控制系统,采用MEMS陀螺仪与加速度计通过信息融合测定平地铲实时倾角,通过脉冲宽度调节普通电磁阀实现平地铲水平控制。文章分析了控制系统的构成,传感器的工作原理与安装方法,阐述了两种传感器融合测量实时倾角的方法。采用了基于ARM7内核的微处理器设计了水平控制系统硬件,并给出了软件实现流程。采用AHRS(姿态航向参考系统)对系统性能进行了实验室测试与田间试验验证,测试结果表明,该水平控制系统能在动态条件下准确地测定平地铲实时倾角,可以较好地实现平地铲水平控制。

超声波传感器评定水田激光平地机水平控制系统性能

为了评定水田激光平地机平地铲水平控制系统性能,采用2个SensComp 600超声波传感器测量平地铲两端与参考水平面的距离,然后利用三角关系计算得到平地铲倾斜角度。对超声波测距、传感器与反射面成一定夹角的影响以及运动对测量的影响因素进行了分析,并与姿态航向参考系统AHRS500GA-226提供的参考倾角进行了对比,结果表明2个超声波传感器在静态和动态条件下均能较准确地测量出平地铲倾斜角度,最大静止误差和最大动态误差分别为0.08°和1.00°。在平整的水泥地面上对平地铲水平系统性能进行了测试,实验结果表明,水田激光平地机水平控制系统倾斜角度测量准确,误差不超过1.00°,整个系统能较好地实现平地铲水平控制,满足水田平整作业需要。

水田激光平地机非线性水平控制系统

为使水田激光平地机的平地铲在受到干扰偏离水平位置时能够迅速回复水平,设计了基于角速度-偏差角度的非线性PID控制器的平地铲调平控制系统,使平地铲零角速度渐近回到水平位置,实现零超调,提高了平地机水平控制精度和稳定性。根据平地机的机械液压系统结构搭建了平地铲调平系统动力学模型,推导了传递函数,基于剩余路径确定允许最小角度的非线性控制,设计了水平调平闭环控制系统方案。采用标准姿态航向参考系统AHRS检测平地铲实时倾角与角速度,TMS320F28035芯片作为控制器,设计制作了水平控制系统电路,依据传感器数据通过非线性PID位置控制算法计算出控制量,并通过PWM驱动电路实现平地铲水平控制。在华南农业大学研制的水田激光平地机上,进行了实验室测试与田间试验验证。测试结果表明,水平控制系统响应迅速,实现了平地铲渐进逼近水平位置的控制效果,超调小,稳态误差趋于零,平地铲基本控制在水平位置±1°以内,平地铲工作稳定。

我国农田激光平地机的研究进展及发展趋势

农田激光平地机的研究是农田平地技术的核心内容和热点问题。在通过中国知网检索1970～2012年42年间1577篇关于我国农田激光平地机研究文献的基础上，从发表年份、研究内容及不同的研究对象、研究机构三个方面对这些文献进行分类统计。对我国农田激光平地机整体研究现状及关键部件研究进行分析和综述，提出我国农田激光平地机的发展趋势与研究方向，为后续研究提供参考。

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。

激光平地机液压控制装置的设计与试验

在对目前国内外常用平地机液压控制系统工作特性进行分析的基础上,根据我国常用中等功率拖拉机液压系统的类型、特性及性能参数,设计了结构简单、新颖,安装简捷方便的激光平地机液压控制阀及控制装置。试验结果表明,该液压控制装置具有良好的静、动态特性,且传动效率高、能量损耗低、工作平稳、无静沉降。

水田激光平地机平地铲姿态测量系统的设计

水田激光平地机水平控制作为农田激光平地技术的重要组成部分,其研究过程中首先要解决平地铲实时倾角测量问题。为提高倾角测量精度,设计了平地铲姿态测量系统,采用MEMS传感器集成模块ADIS16300作为惯性测量单元,通过卡尔曼滤波实现传感器信息融合以计算平地铲倾角。分析了姿态测量系统的构成,阐述了两种传感器融合测量实时倾角的方法,基于ARM7 Cotex-M3微处理器设计了姿态测量系统硬件。采用AHRS500GA对该姿态测量系统性能进行了融合算法验证与ADIS16300测量平地铲倾角验证。测试结果表明,该姿态测量系统能在动态条件下准确地测定平地铲实时倾角,可以进一步应用于激光平地机的水平控制之中。

JPD-360型旱地激光平地机的研究设计

针对我国土地集约化农业耕作现状,设计了具有农田耕作标准化、精细化平整特点的JPD-360型旱地激光平地机。通过性能测试和生产试验,该设计样机技术参数和作业指标符合要求,具有激光控制限深装置,自动完成高处刮土、拖土、集土和低洼处卸土等技术创新。试验数据和结果分析证明:该平地机在功能上有技术创新、性能稳定可靠、生产效率高,解决了适应性差和作业抖动造成信号中断失准等问题,具有较好的经济效益和推广价值。

12PJY-3A型液控智能激光平地机设计与试验

为了研制一种工作稳定、操控方便的智能激光平地机,采用虚拟样机和实体样机相结合的技术路线,先利用UG10.0建立三维模型,再利用Adamns和Abaqus软件进行运动学仿真和有限元分析,发现问题时修改虚拟样机,正确无误后,再进行实体样机试制。最后,对样机进行了田间试验,并对试验数据进行了分析。试验结果表明:样机达到较高的土地平整精度,并实现了智能化控制。

新型激光平地机研究与发展

介绍了国内外激光平地机的发展情况,叙述激光平地机的作业过程,结合具体机型分析其主要功能部件特别是平地铲转角实时测量调控系统,作为激光平地技术与我国水稻生产相结合的创新产品,水田激光平地机作业质量的提高、成本的下降势必会推动水稻生产全程机械化的实现。

一种水田激光平地机平地铲水平控制系统设计研究

为了使水田激光平地机作业中平地铲保持水平,设计了基于多传感器融合技术的水平控制系统。该系统基于MEMS惯性传感器ADIS16355信息融合测量平地铲倾角,通过脉宽控制液压电磁阀的方法实现水平控制。为此,介绍了控制系统的构成,阐述了三轴加速度计与陀螺仪融合测量实时倾角原理,设计了基于卡尔曼滤波的多传感器融合算法;并基于ARM7 Cotex-M3微处理器设计了水平控制系统硬件,提出了适用于平地铲水平控制的位置控制算法。采用高精度姿态航向参考系统AHRS500GA对融合算法进行验证并进行田间试验,结果表明:该系统能在平地机作业过程中准确测量平地铲实时倾角,有较好的控制效果。

水田激光平地机水平控制系统的研究进展

水田激光平地机是用于水田精细平整的先进机具,水平控制系统是其创新特色装置。华南农业大学研制的1PJ系列水田激光平地机被鉴定为"在水田平地技术及机具领域居国际领先水平",但在水平控制方面仍存在亟待解决的问题。介绍了水平控制系统的研究历程,分析了推广应用中发现的问题,探析了解决问题的研究方向。

水田激光平地机工作原理的研究与应用

水田田面平整是保证水稻高产、稳产的重要措施,研制水田激光平地机有重要的理论意义和实际应用价值。本文主要分析了水田激光平地机的工作原理,研究了水田激光平地机系统要求,建立了平地铲作业动力学方程,以用于计算平地铲工作能耗,并提出了平地作业效果综合指标,以更加合理地评价水田激光平地机平地作业效果;在此基础上研制了几款适用于水田带水平整作业的水田激光平地机。本文为水田激光平地机的设计和改进提供了一定的参考依据。

激光平地机液压卸载回路及阀的研制

目前激光平地机液压控制装置大多利用三位四通直流电磁换向阀的中位机能进行卸载,由于阀的直径小,在卸载过程中造成大量的无功能量损耗,导致液压泵、油箱、控制阀等元件表面出现烫手现象,甚至出现油箱沸腾现象,造成大量液压油的蒸发,影响系统的正常工作。针对上述情况,介绍了一种结构新颖、安装简捷方便的螺纹插装式液动卸荷阀及其卸载回路,其换向时间为0.1s,复位时间为0.072s,卸载压力只有0.25MPa。

激光平地机液压控制系统的试验研究

激光平地机的平地精度在很大程度上取决于液压控制系统,如何提高液压控制系统的工作性能具有重要的应用价值。为此,针对我国常用中等功率拖拉机液压系统的类型和特性,设计了激光平地机液压控制系统,并进行了试验研究。试验结果表明:研制的液压控制装置具有良好的静动态特性,响应速度快、传动效率高、能量损耗低、工作平稳。

激光平地机液压负载感应流量控制系统的研究与设计

该文对激光平地机液压驱动系统进行了分析研究,设计出了一种带有液压负载感应的流量控制回路。该回路具有流量调节稳定、负载速度刚度高、低压卸荷、节能高效和减少系统油液发热等功能,符合平地机负载随机变化大、变化频率高、间歇式工作的特点。

水稻精量穴直播机与水田激光平地机

华南农业大学先后承担了国家科技成果转化资金项目“水稻精量穴直播的中试应用”、广东省科技攻关项目“水稻芽种精量直播机构研制”和广州市科技计划项目“水稻精量穴直播技术与机具的研究”等,研制成功水稻精量穴直播机,具有如下技术特点：（1）可较好地适应水稻种植技术要求：可同步进行开沟、起垄和播种，实现了节水栽培和减少倒伏；行距可选、穴距可调；播种量可在每穴2～6粒范围内调控。