懸掛式農(nóng)機(jī)具電液智能系統(tǒng)研發(fā)應(yīng)用

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摘要：我國(guó)農(nóng)機(jī)的零部件基本上均是純機(jī)械化的，會(huì)導(dǎo)致農(nóng)機(jī)無(wú)法根據(jù)不同的環(huán)境進(jìn)行調(diào)整，從而無(wú)法提升工作效率。因此，我國(guó)的研發(fā)人員針對(duì)懸掛式農(nóng)機(jī)具的部件，設(shè)計(jì)了機(jī)電液智能系統(tǒng)裝備，主要是基于單片機(jī)控制比例閥的液壓驅(qū)動(dòng)調(diào)速技術(shù)和提升手柄控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)懸掛式農(nóng)機(jī)具的智能化控制。

關(guān)鍵詞：懸掛式農(nóng)機(jī)具；電液智能系統(tǒng)；控制系統(tǒng)

隨著我國(guó)農(nóng)業(yè)科技的不斷發(fā)展，我國(guó)對(duì)農(nóng)機(jī)具提出了更高要求，也提出了農(nóng)機(jī)具部件控制系統(tǒng)智能化的要求。目前，我國(guó)對(duì)于懸掛式農(nóng)機(jī)具智能化的研究處于稚嫩階段，主要原因是懸掛式農(nóng)機(jī)具的工作部件以純機(jī)械為主，運(yùn)轉(zhuǎn)效率與速度相關(guān)聯(lián)，無(wú)法進(jìn)行有效調(diào)整。為此，本文研究了機(jī)電液智能系統(tǒng)，為農(nóng)機(jī)具的智能控制化提供了新的思路。

1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)將由微處理器模塊、驅(qū)動(dòng)器模塊、速度傳感器反饋模塊、液晶屏顯示模塊、動(dòng)力輸出電液系統(tǒng)模塊及提升手柄控制系統(tǒng)模塊組成。本系統(tǒng)微處理器模塊以STM32F103單片機(jī)主控單元為核心，通過(guò)輸出PWM信號(hào)來(lái)控制由DRV8412為主芯片的比例閥驅(qū)動(dòng)電路，實(shí)現(xiàn)比例方向閥的液壓驅(qū)動(dòng)調(diào)速。速度傳感器能夠?qū)⑥r(nóng)機(jī)具馬達(dá)的轉(zhuǎn)速表現(xiàn)出來(lái)，從而促進(jìn)農(nóng)機(jī)具對(duì)速度的調(diào)控。液晶觸摸屏能夠反映出農(nóng)機(jī)的各項(xiàng)工作指標(biāo)，以及對(duì)各項(xiàng)工作進(jìn)行智能化的控制。動(dòng)力輸出電液系統(tǒng)的作用是將農(nóng)機(jī)的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為對(duì)液體的壓力。提升手柄控制系統(tǒng)能夠自動(dòng)調(diào)節(jié)懸掛式農(nóng)機(jī)具的升起和降落。

2系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)硬件主要包括信號(hào)輸入單元、驅(qū)動(dòng)控制單元、顯示單元、液壓機(jī)械連接單元及通信設(shè)計(jì)。單片機(jī)STM32F103控制信號(hào)的輸出以及驅(qū)動(dòng)，通過(guò)控制方向閥的電流方向和電流大小能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)農(nóng)機(jī)具方向閥的控制。驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)能夠反饋方向閥的電流方向和電流大小，并能夠根據(jù)工作的實(shí)際情況起到控制與維持電流大小、方向的作用。

2.1比例方向閥驅(qū)動(dòng)控制電路設(shè)計(jì)

由主控單元輸入信號(hào)并調(diào)控信號(hào)，從而對(duì)農(nóng)機(jī)具的方向閥進(jìn)行控制。在對(duì)比例方向閥進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制時(shí)，要將相關(guān)的信息輸入到單片機(jī)，從而在農(nóng)機(jī)具運(yùn)行的過(guò)程中能夠通過(guò)電腳的方向觀察主機(jī)核心設(shè)備的狀態(tài)。本比例閥驅(qū)動(dòng)電路模塊中，相關(guān)的驅(qū)動(dòng)芯片采取的是“雙路全橋”式的工作模式，能夠?qū)ΨQ性地提供電氣的信息。比例方向閥的輸入引腳可以與控制信號(hào)的引腳相結(jié)合，從而實(shí)現(xiàn)輸入信號(hào)直接控制比例方向閥的工作。當(dāng)主芯片出現(xiàn)工作故障時(shí)，能夠第一時(shí)間解決問(wèn)題。例如：當(dāng)出現(xiàn)電流或者溫度過(guò)高的情況時(shí)，能夠通過(guò)刪除電極解決問(wèn)題。

2.2液晶屏顯示模塊設(shè)計(jì)

電液智能化控制系統(tǒng)的選擇為DMT80600T104液晶觸摸顯示屏。該顯示屏的好處是安全、可靠、耗電低，且在此顯示屏上能夠顯示出農(nóng)機(jī)具的工作狀態(tài)信息。DMT80600T104液晶顯示屏通過(guò)與農(nóng)機(jī)具的信息端連接，將農(nóng)機(jī)具的工作信息顯示到屏幕上。顯示屏上的信息包括“實(shí)時(shí)速度”“實(shí)時(shí)方向”“設(shè)置速度”“設(shè)方向”。農(nóng)機(jī)具的操作人員能夠通過(guò)顯示屏控制農(nóng)機(jī)具的速度、方向等。

2.3動(dòng)力輸出電液系統(tǒng)設(shè)計(jì)

懸掛農(nóng)機(jī)具的電液智能化控制系統(tǒng)中，最重要的是動(dòng)力輸出系統(tǒng)，因?yàn)閯?dòng)力輸出系統(tǒng)決定了農(nóng)機(jī)具的工作效率。為此，要通過(guò)搜集農(nóng)機(jī)具的動(dòng)力、速度、控制參數(shù)，設(shè)計(jì)動(dòng)力輸出系統(tǒng)。其中，懸掛農(nóng)機(jī)具的液體泵為主要的動(dòng)力來(lái)源，因此要將傳統(tǒng)懸掛農(nóng)機(jī)具的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為液壓能。懸掛農(nóng)機(jī)具的動(dòng)力輸出軸和液壓油泵輸出軸的連接方式采用伸縮型十字軸式萬(wàn)向聯(lián)軸器，主要包括萬(wàn)向節(jié)、軸套及軸承，能夠平穩(wěn)地為農(nóng)機(jī)具提供液壓能。

2.4提升手柄控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

提升手柄控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)直接關(guān)系到電液智能化的協(xié)調(diào)性。首先要確定液壓能相關(guān)的參數(shù)，從而設(shè)計(jì)手柄控制系統(tǒng)。手柄控制系統(tǒng)主要由電動(dòng)缸、Y型推拉桿、U連接板和液壓手柄組成。電動(dòng)缸為智能手柄控制系統(tǒng)的指揮部分，不僅可以使指揮系統(tǒng)簡(jiǎn)單化，也能夠提升指揮系統(tǒng)的準(zhǔn)確度。手柄控制系統(tǒng)的實(shí)際工作中，電動(dòng)缸能夠自動(dòng)將它輸入的信號(hào)進(jìn)行正反處理，從而促使智能手柄能夠做出相應(yīng)的應(yīng)答。

3系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

電液智能化控制系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)軟件部分在KeiluVi-sion5開(kāi)發(fā)環(huán)境中開(kāi)發(fā)，自上而下地對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。在程序設(shè)定上，要收集相關(guān)信息，并要對(duì)顯示屏進(jìn)行初始化處理。各個(gè)程序軟件都獨(dú)立存在，同時(shí)又相互連接、相互影響、相互制約。比例方向閥控制運(yùn)用STM32F103單片機(jī)主控單元的定時(shí)器工作模式，通過(guò)改變方向閥上的電流大小和方向?qū)崿F(xiàn)對(duì)比例方向閥的控制。液晶屏顯示通過(guò)與單片機(jī)連接完成相應(yīng)的指令。主控單元通過(guò)控制電動(dòng)缸的正反翻轉(zhuǎn)提升懸掛臂，從而實(shí)現(xiàn)懸掛農(nóng)機(jī)具位置的改變。

4實(shí)驗(yàn)

將五征TA354型拖拉機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)橐簤耗?，?duì)懸掛農(nóng)機(jī)具4U-170馬鈴薯收獲機(jī)作為負(fù)載進(jìn)行試驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本次對(duì)于懸掛農(nóng)機(jī)具的設(shè)計(jì)是成功的。目前，懸掛式農(nóng)機(jī)具電液智能系統(tǒng)已經(jīng)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)，改變了傳統(tǒng)懸掛式農(nóng)機(jī)具不準(zhǔn)確、不智能的缺點(diǎn)，明顯提升了我國(guó)的農(nóng)業(yè)收量效率。

5結(jié)語(yǔ)

本懸掛農(nóng)機(jī)具電液智能化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)在動(dòng)力輸出軸提供動(dòng)力的作用下，液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)速可通過(guò)調(diào)節(jié)PWM信號(hào)占空比的改變實(shí)現(xiàn)智能化控制。工作部件工作時(shí)對(duì)動(dòng)力輸出軸產(chǎn)生反饋?zhàn)饔昧Γ枰黾臃答佅到y(tǒng)自動(dòng)監(jiān)控農(nóng)機(jī)工作部件的工作狀態(tài)，構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自動(dòng)調(diào)節(jié)。

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作者：玉河 單位：廣西電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院