耕深自動測量方法分析

楊少奇 李廣宇 徐峰

摘要 ? ?通過對丘陵山地拖拉機(jī)車身調(diào)平模式和后懸掛機(jī)具橫向調(diào)平模式的研究和分析，以及在研究了現(xiàn)有耕深自動測量方法的基礎(chǔ)上，通過理論分析和計(jì)算，本文提出一種基于具有車身調(diào)平功能的丘陵山地拖拉機(jī)的耕深自動測量方法。丘陵山地拖拉機(jī)車身調(diào)平模式分為單側(cè)作用和雙側(cè)作用2種形式;后懸掛機(jī)具橫向調(diào)平模式也分為單側(cè)作用和雙側(cè)作用2種形式，進(jìn)行搭配組合得到4種組合工作模式。針對這4種工作模式，通過對事先在水平作業(yè)面內(nèi)標(biāo)定好的耕深測量公式分別進(jìn)行零點(diǎn)修正和等效角度選用，共得到8組最終的測量公式。不僅能夠滿足水平作業(yè)面內(nèi)的測量要求，而且還能在坡地等高作業(yè)時，后懸掛機(jī)具的橫向角度調(diào)整后，通過實(shí)時采集傳感器的信號即可獲得實(shí)際耕深，實(shí)現(xiàn)耕深的自動測量。

關(guān)鍵詞 ? ?耕深;自動測量;車身調(diào)平;懸掛調(diào)平;山地拖拉機(jī)

中圖分類號 ? ?TP273;S219.85 ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼 ? ?A

文章編號 ? 1007-5739（2020）13-0154-03 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）

丘陵山區(qū)地況復(fù)雜多變，地面高低起伏不定。研發(fā)具有車身調(diào)平功能的丘陵山地拖拉機(jī)，不僅能確保駕駛員的人身安全和操作舒適，而且能夠提高拖拉機(jī)在山地作業(yè)的穩(wěn)定性和通過性，與之配套的后懸掛系統(tǒng)對拖拉機(jī)車身調(diào)平、懸掛機(jī)具調(diào)平，以及實(shí)現(xiàn)山地拖拉機(jī)后懸掛機(jī)具對坡地的仿形作業(yè)起著至關(guān)重要的連接作用[1]。利用控制器、傳感器和智能控制算法等先進(jìn)儀器和技術(shù)的電控液壓懸掛系統(tǒng)是山地拖拉機(jī)后懸掛系統(tǒng)發(fā)展的最佳方案[2-5]。此類后懸掛系統(tǒng)多采用雙提升液壓缸，分別調(diào)節(jié)左右下拉桿的傾角實(shí)現(xiàn)后懸掛農(nóng)機(jī)具的橫向角度的變化，從而適應(yīng)丘陵山地的作業(yè)要求。邵明璽等[6]利用液壓缸活塞桿位移與橫向角度的函數(shù)關(guān)系，采用模糊PID控制方法，對所設(shè)計(jì)的后懸掛系統(tǒng)進(jìn)行仿真分析和臺架試驗(yàn)，丘陵山地地形在±15°的變化范圍內(nèi)，系統(tǒng)的調(diào)節(jié)時間和控制精度滿足設(shè)計(jì)要求;蔣 ?俊等[7]分析了丘陵山地拖拉機(jī)后懸掛系統(tǒng)的液壓系統(tǒng)的運(yùn)行機(jī)理以及控制方法，并對定負(fù)載和變負(fù)載2種典型工況進(jìn)行了仿真分析。

現(xiàn)有耕深的自動測量方法是在水平作業(yè)面內(nèi)（即保證農(nóng)機(jī)具的橫向角度為零），基于傾角傳感器，建立耕深與后懸掛系統(tǒng)相應(yīng)運(yùn)動構(gòu)件的傾角之間的數(shù)學(xué)模型，從而通過實(shí)時采集運(yùn)動構(gòu)件與水平地面的夾角得到實(shí)時的作業(yè)耕深[8]。尹彥鑫等[9]基于深松機(jī)建立了耕深與拖拉機(jī)下拉桿傾角和深松機(jī)架傾角之間的數(shù)學(xué)模型，通過分別檢測下拉桿和深松機(jī)架與水平地面的夾角來獲得耕深;杜新武等[10]基于旋耕機(jī)建立了耕深與拖拉機(jī)下拉桿傾角和旋耕機(jī)架傾角之間的數(shù)學(xué)模型，耕作時通過分別檢測下拉桿和機(jī)架與水平地面的夾角來獲得耕深;楊少奇等[11]基于深松機(jī)建立了耕深與拖拉機(jī)下拉桿傾角和拖拉機(jī)車身俯仰角之間的數(shù)學(xué)模型，通過實(shí)時檢測下拉桿和車身與水平地面的夾角來獲得耕深，即使在水平作業(yè)面內(nèi)出現(xiàn)起伏也能準(zhǔn)確地測量耕深。然而，為了適應(yīng)丘陵山地等高作業(yè)，需要對農(nóng)機(jī)具進(jìn)行橫向調(diào)整，調(diào)整后，直接套用現(xiàn)有的自動測量方法，不能滿足實(shí)際需要。

為此，在研究了現(xiàn)有耕深自動測量方法的基礎(chǔ)上，通過對丘陵山地拖拉機(jī)車身調(diào)平模式和后懸掛機(jī)具橫向調(diào)平模式進(jìn)行搭配組合和分析，本文提出一種基于具有車身調(diào)平功能的丘陵山地拖拉機(jī)的耕深自動測量方法，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)水平作業(yè)面內(nèi)耕深的測量，而且還能在坡地等高作業(yè)時，后懸掛機(jī)具的橫向角度調(diào)整后，實(shí)現(xiàn)耕深的自動測量。

1 ? ?系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和原理

為了能在坡地等高作業(yè)過程中實(shí)現(xiàn)后懸掛農(nóng)機(jī)具橫向轉(zhuǎn)角的調(diào)節(jié)，設(shè)計(jì)了一套與具有車身調(diào)平功能的丘陵山地拖拉機(jī)配套的電控液壓懸掛機(jī)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)示意如圖1所示。

通過控制左提升油缸和右提升油缸伸縮的同時來實(shí)現(xiàn)掛接農(nóng)機(jī)具的耕作深度調(diào)節(jié)，兩側(cè)油缸同時伸長則耕作深度增加，反之耕深變淺。左傾角傳感器實(shí)時反映左提升油缸的伸縮量，右傾角傳感器實(shí)時反映右提升油缸的伸縮量;利用左傾角傳感器和右傾角傳感器能實(shí)時監(jiān)測農(nóng)機(jī)具的耕作深度。當(dāng)左提升油缸和右提升油缸的伸縮量一致時，懸掛農(nóng)機(jī)具的橫向轉(zhuǎn)角為零，適應(yīng)于水平作業(yè)面。為了能夠適應(yīng)在不同的坡面上作業(yè)，可以通過控制左提升油缸和右提升油缸的伸縮量不一致以調(diào)節(jié)掛接農(nóng)機(jī)具的橫向角度來實(shí)現(xiàn)。當(dāng)左提升油缸的伸縮長度大于右提升油缸的伸縮長度時，適應(yīng)于坡面角（坡面與水平面所成的夾角，逆時針為正）大于零的情況，此時面朝拖拉機(jī)的前進(jìn)方向，坡面呈現(xiàn)左低右高;左提升油缸的伸縮長度小于右提升油缸的伸縮長度時適應(yīng)于左高右低的坡面。

后懸掛機(jī)具的橫向調(diào)平模式分為2種：一種是雙側(cè)作用調(diào)平，即在一定傾角的坡面上，同時調(diào)整懸掛系統(tǒng)的左右提升油缸，一側(cè)提升油缸伸長，另外一側(cè)提升油缸縮短，使后懸掛機(jī)具的兩下懸掛點(diǎn)形成高度差，從而保證后懸掛機(jī)具的橫向轉(zhuǎn)角等于坡地的坡面角;一種是單側(cè)作用調(diào)平，即只調(diào)整懸掛系統(tǒng)一側(cè)提升油缸，使兩下懸掛點(diǎn)形成高度差，來實(shí)現(xiàn)機(jī)具橫向轉(zhuǎn)角的調(diào)整。其具體實(shí)現(xiàn)過程以在左低右高（即β>0）的坡面上作業(yè)為例，分別將左下拉桿AG和右下拉桿DH投影在拖拉機(jī)的鉛垂背面和側(cè)面，如圖2和圖3所示。

經(jīng)過理論分析和計(jì)算得到這些自動測量方法，不僅能夠測量水平作業(yè)面內(nèi)的耕深，還能在坡地等高作業(yè)時，后懸掛機(jī)具的橫向角度調(diào)整后，實(shí)現(xiàn)耕深的自動測量，為提高田間作業(yè)質(zhì)量和作業(yè)效率提供了思路和理論參考。

5 ? ?參考文獻(xiàn)

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