農機具水平自動控制器在整地作業中的應用

李鑒方 樓江平 李革 吳金富

農機具水平自動控制器在整地作業中的應用

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整地是農業生產中一項非常重要的作業環節。對整地機械的農業技術要求是深度符合農藝要求，而且均勻一致，整地后土壤既要有一定的松軟度，又要有適宜的緊密度，水田整地還要起漿、打糊好，地表成形應符合種植要求。

由于國內拖拉機懸掛機組目前沒有水平自動控制系統，平整的土地高低不平，影響播種的出苗一致性和移栽秧苗栽插的深度一致性，嚴重影響了機械化種植的效率、質量。

為解決這一難題，提高機械化整地作業技術水平，自2013年以來，浙江理工大學、杭州精工液壓機電制造有限公司、蕭山區農機監督管理總站、杭州金牛農機服務專業合作社等單位聯合研制了農機具水平自動控制器，并在蕭山區等地進行了試驗與應用，取得了較好的成效。

1 研發與應用概況

2013年，針對我國水田耕整機械存在整地不平整，不能適應寬幅插秧機和直播機作業的情況，浙江理工大學等單位組成了課題組，初步開發了農機具水平自動控制器，并在水田平整中進行了作業試驗，但由于作業環境復雜、惡劣，試驗效果不是很好。2014年，課題組對研發的控制器進行了可靠性研究和性能的提高，主要是改善了控制器適應高溫條件運行的性能和液壓系統的穩定性，進行控制程序的優化設計。2015年對傳感器組合、選配與控制系統又進一步進行了完善，并安裝在杭州金牛農機服務專業合作社的2臺拖拉機上，完成了60多hm2水田的整地作業。

到2015年底，已經申報國家發明專利5項，授權實用新型專利3項，獲計算機軟件著作登記2項。2015年11月15日，浙江省農機學會組織專家對該項目進行了科技成果鑒定，鑒定委員會認為課題組研發的系統創新性強，總體技術處國內領先水平。

2016年，農機具水平自動控制器共在10多臺久保田、洋馬系列拖拉機上進行了安裝與使用，其中蕭山區安裝了7臺，2016年完成作業面積400多hm2。

2 工作原理與關鍵技術

目前，拖拉機懸掛系統基本上是采用三點懸掛機構，該裝置利用液壓缸驅動左右提升臂繞機架轉動，帶動左右提升桿拉動下拉桿，實現提升農具的目的。當懸掛機構處于某一高度時，懸掛的農具相對拖拉機的位置是不能移動的。拖拉機在不平整的地表工作時，機體會發生左右傾斜，帶動農具在橫向左右擺動，使得農具不能保持水平狀態。如果要調整拖拉機掛接農具的水平，必須在拖拉機停止工作的情況下手動調整提升桿的長度。在實際使用中，拖拉機的姿態時刻在變化，若想使掛接農具時刻保持水平，采取手動調整的方法是不可取的，必須通過農機具水平自動控制器進行實時調整。

農機具水平自動控制器的目的是要通過液壓缸活塞桿的伸縮來使農機具始終處于水平，活塞桿的伸長縮短可以通過換向閥控制油路中液流的方向、流量來實現。基本原理是控制器通過對角度傳感器采集到拖拉機的角度數據與油缸位置傳感器采集到的液壓缸活塞桿的位移數據的分析得出農機具角度值，然后將其與設定值進行比較運算得出控制參數如液流方向和流量大小，然后驅動比例電磁換向閥執行相應的動作。控制器采用基于CIP-51內核的C8051F020芯片，運用閉環控制方法使農機具工作時能夠自動地進行平衡控制。閉環控制使得控制器能夠每時每刻采集傳感器傳輸的旋耕機的姿態數據，并不斷地進行調整，因此提高了系統的控制精度，減少工作人員的勞動強度，減少重復作業時間，提高勞動生產效率。

3 操作使用

3.1 控制面板

控制面板示意圖如圖1所示。

圖1 控制面板

通過圖1所示的控制面板可以對本水平控制裝置進行工作狀態的調整。控制面板中的操作開關包括電源開關、手自切換開關、平衡速度調整開關、手動升降開關和微調旋鈕。

3.2 控制器操作指南

（1）開機。開機時，打開“電源開關”（開關向上撥為開，向下撥為關），電源指示燈亮，系統通電開始工作。

（2）工作前準備。開機前，首先觀察拖拉機懸掛機組的農具是否處于水平狀態，如果處于水平狀態，可以進行機組的作業；如果不處于水平狀態，調整“平衡微調”旋鈕，使得農具處于水平狀態，機組才能進行作業。“平衡微調”旋鈕左旋時，農具的右側下降；“平衡微調”旋鈕右旋時，農具的右側抬起。平衡微調時，將一般的水平尺放置在懸掛農具的平整位置，旋轉“微調旋鈕”，直到水平尺顯示懸掛農具處于水平位置時為止。

3.3 手動與自動調平操作

（1）自動平衡操作。將“手自切換”開關向左撥，自動平衡指示燈亮。此時，系統進入水平自動調整階段。當懸掛機組作業時，拖拉機懸掛的農具將始終處于水平狀態。

（2）手動調整操作。將“手自切換”開關向右撥，手動調整指示燈亮。此時，可以通過“手動升降”開關調整懸掛農具的橫向傾斜狀態，以便適應農具的傾斜狀態作業。當“手動升降”開關向上撥時，懸掛農具右側抬起；當“手動升降”開關向下撥時，懸掛農具右側下降；當“手動升降”開關處于中間位置時，懸掛農具將停止上下運動。

3.4 平衡速度調整

當拖拉機懸掛機組在田間作業時，如果懸掛農具的平衡調整動作過于頻繁或過于遲鈍時，就要進行平衡速度調整。平衡速度調整有三個擋位，即高、中、低。

4 應用效果分析

2016年10月12日，蕭山區農機監督管理總站召集在蕭山區使用農機具水平自動控制器的農機合作社負責人及技術人員開座談會，共10余人參加，專題對控制器應用效果進行了探討，綜合意見為：

（1）先進性方面，農機具水平自動控制器融合國外現有農用拖拉機液電懸掛系統設計應用技術，具有多項國家專利，技術處國內領先水平。

（2）適用性方面，目前僅適用于久保田與洋馬系列，其他品牌的拖拉機還在進一步試驗之中。同時，在實際的作業應用中，耕地能有效保持犁底層水平一致，整地水平角度控制誤差≤0.5°，可減少作業次數、減少燃油消耗、降低作業成本、提高作業質量，對平整度要求較高的如水田耕地與整地作業等效果尤為明顯。

（3）可靠性方面，蕭山區共推廣應用7臺，在2016年試驗應用中，除1臺液壓系統出現故障，進行了維修，其余應用正常。

（4）安全性方面，在使用中未出現安全問題。

（5）經濟性方面，農機具水平自動控制器目前售價為每臺1.4萬元，將列入浙江省省級農機購置補貼產品，自己承擔預計在1萬元左右，基本可以接受。

（6）建議方面，農機具水平自動控制器目前僅適用于久保田與洋馬系列，范圍要進一步拓展。可靠性方面要繼續試驗、重視，確保產品適合農業機械工作環境差、季節性強等特點。

5 結論

農機具水平自動控制器是由浙江理工大學等單位研發的新產品，可廣泛應用于水田和旱地的耕整作業，作業安全可靠，可顯著提高農田耕整地作業的質量，有利于秸稈還田和節水灌溉，對于提升水稻機械化種植質量與實現蔬菜機械化種植、收獲的突破有積極的意義。但是，產品剛定型生產，在實際的推廣與應用中，還會遇到一些技術、質量、服務上的問題，為此，需要科研單位、廠家、農戶和各級農機部門共同努力，使產品得到不斷的改進、完善與推廣，使浙江乃至全國耕整地作業的技術水平有質的提高。

作者信息：1研究員，2高級工程師：蕭山區農機監督管理總站，311201，浙江杭州；3教授，浙江理工大學，310012，浙江杭州；4總經理，杭州精工液壓機電制造有限公司，310018，浙江杭州