電動準直蔬菜播種機結構設計與關鍵技術研究

許敏

摘要：針對種植蔬菜農藝中畫線、撒播、間苗、收割以人力為主，不僅浪費時間而且浪費種子，且葉類蔬菜播種不直給后期收割帶來不便等現狀，開發了一種電動準直蔬菜播種機。該播種機精準播種、行距可調、轉向靈活，準直行走精度滿足設施農業對蔬菜準直播種的農藝要求。基于此，本文將著重分析探討電動準直蔬菜播種機結構設計與關鍵技術，以期能為以后的實際工作起到一定的借鑒作用。

關鍵詞：電動準直；蔬菜播種機；設計；技術

1、電動準直蔬菜播種機結構設計要求

根據設施農業與精準農業對蔬菜種植的農藝要求，電動準直蔬菜播種機應該滿足以下要求：1）工作效率及工作幅寬：所設計的播種機應該具有節能、高效等特點，每小時播種面積1600～2600m2；通過調研發現現有溫室的門寬一般在1m左右，畦播蔬菜每畦寬度在900mm左右，因此播種機工作幅寬為900mm。2）準直行走精度：蔬菜播種機準直行走既能節約種子又能減少起壟劃線的工作量，而且便于管理以及后期機械自動化收割，準直精度應該控制在±10mm/50m。3）轉向要求：溫室內部工作空間狹小，蔬菜播種機轉彎應該靈活且轉彎半徑小，能夠實現原地滑移轉向。4）行走速度控制：要求蔬菜播種機具有自走及巡航功能，事先設定不同行走速度，采用無線遙控。

2、電動準直蔬菜播種機結構設計

轉向系統主要由速度可獨立調節的電驅動輪組成，通過兩側驅動輪差速實現轉向，行走系統由兩滾筒式獨立驅動輪和串排式隨動鎮壓輪組成，通過控制器實現驅動輪轉動。激光引導系統主要有激光發射器和激光接收器，接收器安裝在自動找正裝置上，12V直流電機帶動絲杠轉動，激光接收器通過兩個螺母與絲杠相連，螺母可以在激光接收器下方的螺母導向槽里左右滑動，播種前激光束照到激光接收器上，控制器判斷激光束所處的位置，控制直流電機旋轉，直到激光束對準激光接收器的中間位置，控制器才切斷直流電機控制信號，實現激光接收器自動對中。激光接收器對中后，將激光接收信號與PLC控制器相連，此時激光接收器接收的激光信號作為準直行走引導信號，引導播種機沿著激光束平面直線行走。

2.1轉向方式的選擇

轉向系統的好壞直接影響了準直精度，不同方式的轉向系統所需的控制方式也不同。對于精準設施農業來說，所選的轉向系統應該具有結構簡單、便于控制、反應速度快、性能穩定及轉彎半徑小等特點。現對備選的四輪獨立轉向、阿克曼轉向、差速轉向及合成軸轉向等4種轉向方式進行比較，其結果如表1所示。由于播種機的工作空間主要是狹小的溫室大棚，要求轉彎半徑小或者可以原地轉向，轉向必須靈活可控，而且能夠準直行走；另一方面由于整機以車載蓄電池為動力源，宜采用兩個電驅動輪結構，因而采用差速轉向系統能夠滿足播種機設計需要。

2.2電驅動輪結構設計

該播種機采用直流電機作為動力源，直流電機置于驅動輪內部，電機轉子與驅動輪的一側端面通過螺栓緊固在一起，電機定子軸處在驅動輪端面中心位置，與車架連接，其結構如圖2所示。該驅動輪結構緊湊，便于安裝，兩驅動輪對稱安裝在播種機前方左右兩側，輸出軸與車架相連，電機轉動時驅動輪相對于機架產生相對轉動，驅動播種機運動。當兩個驅動輪速度相同時，播種機沿直線運動，通過控制兩輪轉速差，實現轉向功能。

驅動輪的外形結構決定了驅動輪與地面的附著系數：表面太光滑時，容易造成打滑現象；太粗糙時地面經驅動輪碾壓后會出現高低不平的情況，導致播種深度不一致，影響出苗率。為此，采用在驅動輪表面粘有高強度EVA膠的結構設計，不僅增加了驅動輪與地面的摩擦力，而且地面壤土經驅動輪碾壓后會形成比較平整的表面，保證了種子播種深度的一致性，提高了出苗率。

2.3準直行走系統控制方案確定

在設施農業與精準農業快速發展過程中，對農業機械以及精準農業機械提出了更高的要求，要求農機沿著智能化與自動化方向發展，同時對蔬菜精播提出了高要求，特別是準直行走技術。以往人工種植蔬菜大多通過人工劃線、撒播、間苗等過程，不僅浪費時間而且浪費種子，對于葉類蔬菜來說播種不直給后期收割帶來不便，特別是機械收割。準直行走技術能夠有效的解決走直問題，目前大田農機常用GPS導航技術，但成本相對較高，不適用于設施農業。本課題采用激光引導技術，利用激光照射距離遠，發散角小等特點，為電動蔬菜播種機準直行走提供引導信號，設計一款能夠感應激光的接收器，將激光信號傳遞給控制器，控制器通過計算與邏輯判斷，控制轉向執行機構實現準直行走功能。準直行走系統的邏輯控制對于系統的靈敏度非常重要，穩定可靠的控制方案成為了整個系統的核心，通過設計特定的激光接收器，采用分段模糊控制，能有效提高系統準直行走精度。

總而言之，目前設施蔬菜播種農藝多以人工為主，而設施農業與精準農業要求農業機械沿著智能化與自動化方向發展。為此，設計了一款適用于溫室的電動準直蔬菜播種機，具備激光導航走直、轉彎靈活及節能環保等優點。同時，搭建了播種機的整體結構模型，確定了差速轉向為其轉向方式；經過對其播種開溝功率消耗和行走功率消耗理論推導與計算，確定了無刷直流電機的功率，并且計算了蓄電池的容量。該研究為電動準直蔬菜播種機的樣機試制與設計奠定了理論基礎。

參考文獻：

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