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机电伺服触觉式秸秆导向系统试验研究

魏延富  
【摘要】:在我国北方一年两熟地区推广实行保护性耕作技术体系过程中,玉米收获后免耕播种小麦是一直困扰的难题。为此,中国农业大学保护性耕作研究中心提出了对行播种的思路,并设计出了一种小麦对行免耕播种机。作业时依靠驾驶员的经验,使小麦播种机的开沟器走在两行玉米根茬之间,从而避免开沟器碰到根茬。播种时,玉米行距60cm,小麦行距15cm,在两行玉米中播3行小麦,外侧开沟器与玉米根茬间的理论距离有15cm左右。考虑到根茬辐射半径有3-5cm,玉米植株的直线度偏差在2cm左右,因而驾驶员的行驶偏差只允许在10cm以内。超出这个范围,则易发生开沟器碰到根茬、堵塞机具或严重影响播种质量。这样小的偏差,既使经验丰富的驾驶员在精力高度集中的情况下,也很难保证完全实现。为了帮助驾驶员解决对行的问题,本文研制机电伺服触觉式秸秆导向的小麦对行免耕播种机的导向系统,并得到了以下的结论和成果: 1)在国内首次研究利用机械式导向系统提高播种机作业的直线性。在分析农业机械导向系统的探测方式的基础上,根据小麦对行免耕播种机的原理以及对行免耕播种的环境和要求,以田间直立的玉米秸秆(根茬)为参照物,设计了基于机械触觉式的秸秆导向系统。为进一步提高直立玉米秸秆覆盖地小麦对行免耕播种质量提供技术支持。 2)设计了利用单片机技术的信号处理装置。该导向信号处理装置由信号输入通道(A/D转换模块)、信号处理器(单片机)、信号输出通道(D/A转换模块)、导线等组成。 3)设计基于电液伺服控制和反馈控制的转向控制装置。该装置由信号接受装置、操纵力产生装置、操纵力传动装置、转向执行装置、转向反馈控制装置等组成。 4)导向系统的参数及性能测试。分析了玉米秸秆的受力、直线度分布,测定了步进电动机的转角与前转向轮的转角之间的关系。得到输入脉冲数与拖拉机前转向轮转角关系图及拟合图,输入脉冲数与拖拉机前转向轮转角的相关系数为0.9907,达到极显著线性相关。从回归方程看,b=-1.0728,拟合直线不是经过坐标原点,而是有一个1.0728度的偏差角度,前面的负号说明是一个延迟的角度,这个角度相对应的脉冲数为287。测定了导向信号探测装置与玉米秸秆的偏距与前轮转向轨迹。阐述了偏转角度和偏移距离的计算方法。 5)分析了拖拉机的纠偏过程,测试了拖拉机在纠偏过程中前轮的行驶轨迹,在此基础上进行了导向系统的行走路径规划。利用汇编语言编写了导向系统的软件程序。 6)以天津拖拉机厂生产的铁牛654型轮式拖拉机为试验平台。在田间试验地中用竹竿模拟玉米秸秆的方法进行了初步模拟试验。试验结果,说明该对行导向系统在采用方案二行走路径规划、6厘米的偏距和转速为188转/分钟;和216转/分钟的条件下是可行的。


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