懸掛式深松機耕深監測系統的設計與試驗

楊少奇 張磊 孟長伊 張云碩 徐峰 李廣宇 楊海天

摘要：目前深松作業的耕深測量主要以人工測量為主，測量精度和效率都比較低。為了提高深松作業過程中耕深測量的精度和效率，提出一種基于懸掛式深松機的耕深監測系統。建立耕深與下拉桿角度之間的數學模型，在下拉桿上安裝角度傳感器實時監測下拉桿的傾角數值，換算可得到實時的耕深。利用最小二乘法求解出數學模型的參數。分別進行了三次試驗，并對每次試驗分別擬合出一次曲線、二次曲線和三次曲線。結果表明，擬合的二次曲線可作為耕深與下拉桿角度之間的最優數學模型。

Abstract： At present， the tilling depth measurement in subsoiling operation is mainly by manual measurement with low precision and efficiency. In order to improve the accuracy and efficiency of the measurement of tilling depth in the process of deep tillage， a tilling depth monitoring system based on the suspension subsoiler was proposed. The mathematical model between the tilling depth and the angle of the lower link was established. The Angle sensor was installed on the lower link to monitor the inclination value of the lower link in real time and real-time tilling depth can be obtained by conversion. The least square method was used to solve the parameters of the mathematical model. Three tests were carried out respectively fitting primary curve， quadric curve and cubic curve. The results show that the fitted quadric curve can be used as an optimal mathematical model between tillage depth and angle of pull rod.

關鍵詞：深松;耕深;監測系統

Key words： subsoiling;tilling-depth;monitoring-system

中圖分類號：S222;TP274? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2019）31-0246-02

1? 系統結構和原理

為了在作業過程中能自動測得耕深，通過對懸掛式深松機的結構進行分析后，建立了耕深監測系統。耕深監測的整體結構主要包括拖拉機、懸掛式深松機、傾角傳感器和數據采集模塊。其中傾角傳感器有1個，安裝在左下拉桿上。整體結構簡圖如圖1所示。

建立下拉桿角度α與深松機耕深h的數學關系模型，即可通過采集到下拉桿的傾角數值，就可以得到耕深數值。深松機的三點懸掛運動結構簡圖如圖2所示，A為下鉸接點，B為上鉸接點，C為上懸掛點，D為下懸掛點，ABCD組成四連桿機構，AB視為機架固定不動，桿CD（即深松機）通過拉桿BC和拉桿AD的連接可以繞著機架旋轉，從而實現深松機的提升或降落。在深松機從最高點降落到最低點的過程中依次測量六個數據點，{（αi，hi）}（i=0，1，…，5），利用最小二乘法求出擬合曲線，即

其中b0，b1，…，bn為回歸系數，n為擬合多項式的最高次數。

2? 試驗過程及數據處理

將深松機懸掛于拖拉機上并提升深松機至最高位置，然后把拖拉機開到測量土槽處，熄火并拉好手剎。數據測量示意圖如圖3所示。通過打開拖拉機的提升液壓閥門，可以降低深松機的懸掛高度。依次打開提升液壓閥門六次，使得深松機從最高點盡可能等間距的降低到最低點，在降落的過程中分別測得六個數據點，{（αi，hi）}（i=0，1，…，5）。然后，再啟動拖拉機，提升深松機至最高點，重復上面的試驗三次。

利用最小二乘法處理每次試驗的六個數據點，分別擬合出一次曲線、二次曲線和三次曲線，擬合曲線如表1所示，并計算每條曲線的相關系數R2，其結果見表2。

相關系數R值越趨近于1，說明曲線的擬合程度

越好。

3? 結果分析

相關系數R值越趨近于1越好。通過三次試驗擬合出的九條曲線的相關系數的比較分析發現，擬合出的二次曲線的R2值大于一次曲線，三次曲線與二次曲線的R2值基本上相等。故可選擇二次曲線作為下拉桿角度α與深松機耕深h的數學關系模型。

參考文獻：

[1]杜新武，楊緒龍，龐靖，等.懸掛式旋耕機耕深監測系統設計與試驗[J/OL].農業機械學報：1-11[2019-08-30].http：//kns.cnki.net/kcms/detail/11.1964.S.20190610.0906.002.html.

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