太陽能電動微耕機的制作技術(shù)

王青 湯展華 周東華

摘要：目前，傳統(tǒng)電動微耕機主要通過發(fā)動機燃燒燃油而獲得驅(qū)動力，而太陽能電動微耕機主要能源來源于光伏電池，其具有的應(yīng)用特點優(yōu)于傳統(tǒng)設(shè)備。基于此，此次研究簡單介紹了太陽能電動微耕機的內(nèi)容，之后詳細分析太陽能電動微耕機的制作技術(shù)，最后總結(jié)出太陽能電動微耕機具有高效、無污染的特點，可解決當(dāng)前農(nóng)業(yè)機械能源與作業(yè)環(huán)境問題，對促進我國太陽能微耕機開發(fā)與作業(yè)環(huán)境改善具有重要的意義與實用價值。

關(guān)鍵詞：太陽能;電驅(qū)動系統(tǒng);微耕機;驅(qū)動控制

0引言

近年來，隨著我國社會經(jīng)濟的發(fā)展，人們對清潔可再生能源開發(fā)與利用重視度提高。目前，電機技術(shù)較為成熟且類型多樣，可采用的驅(qū)動方式比較靈活[1]。由于傳統(tǒng)的電動微耕機采用蓄電池作為能量，但其只能應(yīng)用一段時間，需要不斷對能源進行補充，而太陽能電動微耕機可適用于無電地區(qū)或遠離電網(wǎng)地區(qū)，作為一種可移動的清潔能源，可帶動各種電動農(nóng)具進行不同種類農(nóng)業(yè)作業(yè)。我國雖然是農(nóng)業(yè)大國，但受電池容量等因素的影響，限制了電動農(nóng)用車輛的發(fā)展。由此，對太陽能電動微耕機制作技術(shù)的研究十分必要，相關(guān)人員需要引起重視。

1太陽能電動微耕機概況

微耕機主要用于耕耘作業(yè)，適用于水、旱田耕整、田園管理和設(shè)施農(nóng)業(yè)等，它可以直接用驅(qū)動輪軸驅(qū)動旋轉(zhuǎn)工作部件[2]。微耕機的作業(yè)質(zhì)量、操作性、振動和噪音等在很大程度上取決于刀輥的設(shè)計制造及其與切土參數(shù)的匹配。太陽能電動微耕機與傳統(tǒng)微耕機不同，其具有的優(yōu)點如表1所示。

從表1中看出，太陽能電動微耕機具有無污染、高效的優(yōu)點。其可作為解決當(dāng)前農(nóng)業(yè)機械能源的有效途徑之一。當(dāng)前，太陽能電動微耕機及其控制技術(shù)還不成熟，為了滿足農(nóng)用車輛工況與機車安全可靠，需要對設(shè)備尺寸、控制情況等合理制作[3]。

2太陽能電動微耕機的制作技術(shù)

2.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

目前，太陽能電動微耕機主要采用三種驅(qū)動方式，具體如表2所示[4]。其中，輪邊驅(qū)動方式動力傳動鏈較短，經(jīng)過對能源管理及動力系統(tǒng)控制而達到驅(qū)動、制動力分配的優(yōu)化，該方式作為太陽能電動微耕機的驅(qū)動系統(tǒng)，主要由光伏組件、輪轂電機、蓄電池及輪邊減速器等組成。其中動力源為輪轂電機提供，所采用兩個永磁無刷直流電機，布置與左右兩輪的輪邊，根據(jù)表2中的優(yōu)勢特點，其可滿足不同作業(yè)工況的需求。蓄電池作為整機的主要能源，為設(shè)備提供所需電能，而光伏組件作為輔助能量源，所產(chǎn)生的電能通過光伏控制器實現(xiàn)加速與減速控制。

根據(jù)表2 中對太陽能電動微耕機驅(qū)動方式的分析，得出其驅(qū)動系統(tǒng)采用輪邊驅(qū)動方式。而太陽能電動微耕機作業(yè)工況復(fù)雜，對其各部件型號與設(shè)計制作參數(shù)的合理選擇，將決定太陽能微耕機動力系統(tǒng)動力性與經(jīng)濟性等性能發(fā)揮。

2.2制作實例及成效

對太陽能電動微耕機的制作，需要根據(jù)微耕機不同作業(yè)工況的動力需求對動力系統(tǒng)各部件進行選擇與參數(shù)設(shè)置。以研發(fā)中的太陽能微耕機為例，對其各部件參數(shù)合理設(shè)計，表3是具體的設(shè)計內(nèi)容。

2.2.1案例分析

根據(jù)表3參數(shù)設(shè)計內(nèi)容，此次選用驅(qū)動電機為永磁無刷直流電機，所設(shè)計為單鏵犁，微耕機主要耕作田地為中原地區(qū)某塊中等土壤，土壤比阻為50kPa，犁寬15cm，犁耕深度10cm，取整機牽引效率為0.5，犁耕作業(yè)速度為3km/h，微耕機電機功率儲備系數(shù)為1.2，在進行旋耕時耕幅可達60cm，耕深為12cm，旋耕作業(yè)速度為3km/h。由于目前市場上永磁無刷直流電機規(guī)格與兼顧整機的結(jié)構(gòu)布局，最終所選用的輪轂電機，而該部件作為太陽能微耕機的關(guān)鍵部分，可直接對微耕機的動力性能造成直接影響[5]。由此需對輪轂電機外特性進行試驗，而試驗平臺在所構(gòu)建的太陽能微耕機試驗平臺上進行，經(jīng)試驗輪轂電機、輪邊減速器傳動比、蓄電池及光伏電池滿足所應(yīng)用需求。

2.2.2應(yīng)用性能

對于太陽能電動微耕機參數(shù)設(shè)置如表3，由于此次設(shè)計的太陽能電動微耕機主要是針對農(nóng)業(yè)作業(yè)，所達到的應(yīng)用成效表現(xiàn)為兩點，一點是所達到的動力性能較高，另一點是經(jīng)濟性能較高。

2.2.2.1動力性能

動力性能主要表現(xiàn)為整機在一定土壤條件下微耕機所能提供的牽引能力。這是由于太陽能微耕機犁耕作業(yè)環(huán)境復(fù)雜多變，機器設(shè)備所遇到的阻力會產(chǎn)生一定的波動[6]，由此在保留10%-20%的儲備牽引能力;另一個動力性表現(xiàn)為太陽能微耕機所達到的爬坡度。由于本次研究中的田間作業(yè)為較平緩坡度，只需要對微耕機運輸作業(yè)情況下爬坡度進行記錄與計算。

2.2.2.2經(jīng)濟性能

與傳統(tǒng)的燃油電動微耕機相比，太陽能電能微耕機以光伏電池與蓄電池作為能量源，以全天累積作業(yè)時間與能耗利用率看，太陽能微耕機獲得的總能量與作業(yè)時消耗的能量相等。另外，不考慮蓄電池與光伏電池充電效率，太陽能電動微耕機能耗利用率可用牽引效率進行衡量。

3 結(jié)語

綜所述，本文通過對太陽能電動微耕機的制作技術(shù)的研究，了解到太陽能電動微耕機的特點與驅(qū)動特性要求，結(jié)合實際情況，設(shè)計了太陽能電動微耕機，所采用的驅(qū)動系統(tǒng)為輪邊驅(qū)動方式，在此基礎(chǔ)上，以中原地區(qū)某塊中等土壤案例，設(shè)計以鋰電池組為主要能源，光伏組件作為太陽能微耕機的輔助能源，最后試驗應(yīng)用后得出太陽能電動微耕機作業(yè)效率得以提高，并大大延長了設(shè)備作業(yè)時間，有效提高了設(shè)備的利用效率，這對促進我國農(nóng)業(yè)設(shè)備可持續(xù)發(fā)展具有積極的作用。

參考文獻：

[1]張強，楊光友.基于STM 32單片機控制的電動微耕機研制[J].農(nóng)機化研究，2019，41（7）：100-104，109.

[2]張勉，陳建，王卓， 等.電動微耕機鋰電池組熱特性的研究[J].農(nóng)機化研究，2020，42（6）：19-24，35.

[3]南昌市八馬機械制造有限公司.一種電動微耕機：CN201920934647.X[P].2020-04-07.

[4]田偉，黃林青，付海明， 等.電動微型設(shè)施農(nóng)業(yè)作業(yè)機械設(shè)計與試驗[J].農(nóng)業(yè)裝備與車輛工程，2017，55（8）：19-23.

[5]河南天恩太陽能科技有限公司.基于作業(yè)平衡穩(wěn)定的純電動微耕機：CN201720173536.2[P].2017-09-15.

基金項目：

2020年廣東省科技創(chuàng)新戰(zhàn)略專項資金項目（攀登計劃），名稱：太陽能微耕機的研制 （編號：pdjh2020b1281）

2019年中山職業(yè)技術(shù)學(xué)院大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目，名稱：太陽能微耕機的研究及中試