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《黑龙江八一农垦大学》 2017年
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水田复式整地机自动调平控制系统研究

于志成  
【摘要】:随着黑龙江省种植结构的调整,水田种植面积不断扩大,对水田整地机具的数量要求不断增加,对平地精度的要求也越来越高。目前黑龙江省的水田整地机具依然处于传统的搅浆机、旋耕机,耙等,没有自动调平控制系统,作业单纯依靠驾驶员经验,自动化程度低,控制精度低,驾驶员工作强度大。拖拉机在农田作业时,由于农田的坑洼或斜坡,造成农田拖拉机的倾斜行走,整地机与拖拉机采用牵引式或悬挂式进行衔接,因此整地机在进行作业时,也会随着拖拉机的倾斜而倾斜,最终导致作业效果很不理想。目前拖拉机悬挂架还处于手动的机械调平阶段,手动机械调平费时费力,并且不能做到实时调平,与我国农业机械向着自动化、智能化的方向发展相违背。因此对水田整地机具的调平系统研究对实现土地平整,提高耕整地质量,促进农业发展具有重要的现实意义,在水田耕整地作业中应用前景广阔。主要结合ZD-5.0型水田复式整地机的结构特点和自动调平控制系统的工作原理,设计液压系统,并对液压原件进行选型;根据液压系统的控制要求,选用STC12C5A60S2型单片机为控制系统的运算核心,运用KeiluVision软件编写单片机程序,并设计控制器的信号采集电路、放大电路;利用Vb6.0编写水田复式整地机实时显示软件。利用AMEsim软件对自动调平控制系统进行建模,通过仿真分析得:自动调平控制系统有两个工作压力,无杆腔进油压力为50bar,有杆腔进油压力为70bar;安全阀卸荷压力为200bar;活塞杆全程运动时间为11s。通过实验室台架试验得:自动调平控制系统控制精度为0.3°。通过田间作业试验得:试验地块采集数据的标准偏差值mmSd(28)58.12。通过AMEsim软件对自动调平控制系统建模仿真,在理论上验证自动调平控制系统的可行性,保证自动调平控制试验样机的安全性、稳定性;通过台架试验和田间作业试验验证设计的水田复式整地机自动调平控制系统,成本低、工作精度高、自动化程度高、人机交互性强、工作性能稳定、工作效率高,大大降低生产成本和劳动强度。
【关键词】:水田复式整地机 自动调平 控制系统 单片机 AMEsim
【学位授予单位】:黑龙江八一农垦大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:S222.5;TP273
【目录】:
  • 摘要6-7
  • 英文摘要7-9
  • 1 绪论9-15
  • 1.1 研究目的与意义9-10
  • 1.1.1 研究背景9-10
  • 1.1.2 研究目的10
  • 1.1.3 研究意义10
  • 1.2 国内外研究现状10-12
  • 1.2.1 国外研究现状10-11
  • 1.2.2 国内研究现状11-12
  • 1.2.3 存在的问题与发展趋势12
  • 1.3 研究的主要内容12-15
  • 1.3.1 研究内容12-13
  • 1.3.2 技术路线13-15
  • 2 自动调平控制系统总体方案设计15-27
  • 2.1 自动调平水田复式整地机总体设计15-17
  • 2.1.1 水田复式整地机16
  • 2.1.2 自动调平控制系统16-17
  • 2.2 控制方案研究17-20
  • 2.2.1 计算油缸调平运动所需时间17-19
  • 2.2.2 设定最小响应角度19
  • 2.2.3 控制方案对比分析19-20
  • 2.3 控制系统调平方法的研究20-22
  • 2.3.1 追逐式调平方法20
  • 2.3.2 设定点不动调平方法20-21
  • 2.3.3 中心点不动调平法21
  • 2.3.4 水田复式整地机调平方法21-22
  • 2.4 调平机构的分析研究22-25
  • 2.4.1 机构合理性分析22
  • 2.4.2 静力学分析22-24
  • 2.4.3 运动学分析24-25
  • 2.5 本章小结25-27
  • 3 自动调平控制系统的设计27-47
  • 3.1 液压系统设计27-35
  • 3.1.1 液压油路设计27-28
  • 3.1.2 油管选型28-29
  • 3.1.3 调平液压缸主要参数的计算29-30
  • 3.1.4 电磁换向阀30-32
  • 3.1.5 直动式溢流阀32-33
  • 3.1.6 单路稳定分流阀33-35
  • 3.2 硬件电路设计35-42
  • 3.2.1 水平传感器36-38
  • 3.2.2 单片机工作电路设计38
  • 3.2.3 电磁阀驱动电路设计38-40
  • 3.2.4 串行通信电路设计40-41
  • 3.2.5 保护电路41
  • 3.2.6 上位计算机41-42
  • 3.3 控制程序的设计42-46
  • 3.3.1 下位机程序设计42-44
  • 3.3.2 上位机程序设计44-46
  • 3.4 本章小结46-47
  • 4 自动调平控制系统试验研究47-65
  • 4.1 自动调平控制系统仿真试验及分析47-53
  • 4.1.1 AMESim简介47-48
  • 4.1.2 自动调平控制系统建模48-49
  • 4.1.3 液压系统仿真分析49-53
  • 4.2 室内台架试验及数据分析53-54
  • 4.2.1 室内台架试验53
  • 4.2.2 台架试验数据分析53-54
  • 4.3 水田整地试验及数据分析54-64
  • 4.3.1 水田整地试验55-58
  • 4.3.2 试验数据分析处理58-61
  • 4.3.3 自动调平作业效果评估61-64
  • 4.4 本章小结64-65
  • 5 结论与展望65-67
  • 5.1 结论65
  • 5.2 创新点65-66
  • 5.3 展望66-67
  • 参考文献67-71
  • 附件71-77
  • 致谢77-79
  • 个人简历79

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