懸掛式農(nóng)機(jī)具電液智能系統(tǒng)研發(fā)應(yīng)用
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摘要：我國農(nóng)機(jī)的零部件基本上均是純機(jī)械化的，會導(dǎo)致農(nóng)機(jī)無法根據(jù)不同的環(huán)境進(jìn)行調(diào)整，從而無法提升工作效率。因此，我國的研發(fā)人員針對懸掛式農(nóng)機(jī)具的部件，設(shè)計了機(jī)電液智能系統(tǒng)裝備，主要是基于單片機(jī)控制比例閥的液壓驅(qū)動調(diào)速技術(shù)和提升手柄控制系統(tǒng)的設(shè)計，實現(xiàn)了對懸掛式農(nóng)機(jī)具的智能化控制。
關(guān)鍵詞：懸掛式農(nóng)機(jī)具；電液智能系統(tǒng)；控制系統(tǒng)
隨著我國農(nóng)業(yè)科技的不斷發(fā)展，我國對農(nóng)機(jī)具提出了更高要求，也提出了農(nóng)機(jī)具部件控制系統(tǒng)智能化的要求。目前，我國對于懸掛式農(nóng)機(jī)具智能化的研究處于稚嫩階段，主要原因是懸掛式農(nóng)機(jī)具的工作部件以純機(jī)械為主，運轉(zhuǎn)效率與速度相關(guān)聯(lián)，無法進(jìn)行有效調(diào)整。為此，本文研究了機(jī)電液智能系統(tǒng)，為農(nóng)機(jī)具的智能控制化提供了新的思路。
1系統(tǒng)總體設(shè)計
本系統(tǒng)將由微處理器模塊、驅(qū)動器模塊、速度傳感器反饋模塊、液晶屏顯示模塊、動力輸出電液系統(tǒng)模塊及提升手柄控制系統(tǒng)模塊組成。本系統(tǒng)微處理器模塊以STM32F103單片機(jī)主控單元為核心，通過輸出PWM信號來控制由DRV8412為主芯片的比例閥驅(qū)動電路，實現(xiàn)比例方向閥的液壓驅(qū)動調(diào)速。速度傳感器能夠?qū)⑥r(nóng)機(jī)具馬達(dá)的轉(zhuǎn)速表現(xiàn)出來，從而促進(jìn)農(nóng)機(jī)具對速度的調(diào)控。液晶觸摸屏能夠反映出農(nóng)機(jī)的各項工作指標(biāo)，以及對各項工作進(jìn)行智能化的控制。動力輸出電液系統(tǒng)的作用是將農(nóng)機(jī)的動能轉(zhuǎn)化為對液體的壓力。提升手柄控制系統(tǒng)能夠自動調(diào)節(jié)懸掛式農(nóng)機(jī)具的升起和降落。
2系統(tǒng)硬件設(shè)計
系統(tǒng)硬件主要包括信號輸入單元、驅(qū)動控制單元、顯示單元、液壓機(jī)械連接單元及通信設(shè)計。單片機(jī)STM32F103控制信號的輸出以及驅(qū)動，通過控制方向閥的電流方向和電流大小能夠?qū)崿F(xiàn)對農(nóng)機(jī)具方向閥的控制。驅(qū)動控制系統(tǒng)能夠反饋方向閥的電流方向和電流大小，并能夠根據(jù)工作的實際情況起到控制與維持電流大小、方向的作用。
2.1比例方向閥驅(qū)動控制電路設(shè)計
由主控單元輸入信號并調(diào)控信號，從而對農(nóng)機(jī)具的方向閥進(jìn)行控制。在對比例方向閥進(jìn)行驅(qū)動控制時，要將相關(guān)的信息輸入到單片機(jī)，從而在農(nóng)機(jī)具運行的過程中能夠通過電腳的方向觀察主機(jī)核心設(shè)備的狀態(tài)。本比例閥驅(qū)動電路模塊中，相關(guān)的驅(qū)動芯片采取的是“雙路全橋”式的工作模式，能夠?qū)ΨQ性地提供電氣的信息。比例方向閥的輸入引腳可以與控制信號的引腳相結(jié)合，從而實現(xiàn)輸入信號直接控制比例方向閥的工作。當(dāng)主芯片出現(xiàn)工作故障時，能夠第一時間解決問題。例如：當(dāng)出現(xiàn)電流或者溫度過高的情況時，能夠通過刪除電極解決問題。
2.2液晶屏顯示模塊設(shè)計
電液智能化控制系統(tǒng)的選擇為DMT80600T104液晶觸摸顯示屏。該顯示屏的好處是安全、可靠、耗電低，且在此顯示屏上能夠顯示出農(nóng)機(jī)具的工作狀態(tài)信息。DMT80600T104液晶顯示屏通過與農(nóng)機(jī)具的信息端連接，將農(nóng)機(jī)具的工作信息顯示到屏幕上。顯示屏上的信息包括“實時速度”“實時方向”“設(shè)置速度”“設(shè)方向”。農(nóng)機(jī)具的操作人員能夠通過顯示屏控制農(nóng)機(jī)具的速度、方向等。
2.3動力輸出電液系統(tǒng)設(shè)計
懸掛農(nóng)機(jī)具的電液智能化控制系統(tǒng)中，最重要的是動力輸出系統(tǒng)，因為動力輸出系統(tǒng)決定了農(nóng)機(jī)具的工作效率。為此，要通過搜集農(nóng)機(jī)具的動力、速度、控制參數(shù)，設(shè)計動力輸出系統(tǒng)。其中，懸掛農(nóng)機(jī)具的液體泵為主要的動力來源，因此要將傳統(tǒng)懸掛農(nóng)機(jī)具的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為液壓能。懸掛農(nóng)機(jī)具的動力輸出軸和液壓油泵輸出軸的連接方式采用伸縮型十字軸式萬向聯(lián)軸器，主要包括萬向節(jié)、軸套及軸承，能夠平穩(wěn)地為農(nóng)機(jī)具提供液壓能。
2.4提升手柄控制系統(tǒng)設(shè)計
提升手柄控制系統(tǒng)的設(shè)計直接關(guān)系到電液智能化的協(xié)調(diào)性。首先要確定液壓能相關(guān)的參數(shù)，從而設(shè)計手柄控制系統(tǒng)。手柄控制系統(tǒng)主要由電動缸、Y型推拉桿、U連接板和液壓手柄組成。電動缸為智能手柄控制系統(tǒng)的指揮部分，不僅可以使指揮系統(tǒng)簡單化，也能夠提升指揮系統(tǒng)的準(zhǔn)確度。手柄控制系統(tǒng)的實際工作中，電動缸能夠自動將它輸入的信號進(jìn)行正反處理，從而促使智能手柄能夠做出相應(yīng)的應(yīng)答。
3系統(tǒng)軟件設(shè)計
電液智能化控制系統(tǒng)的驅(qū)動軟件部分在KeiluVi-sion5開發(fā)環(huán)境中開發(fā)，自上而下地對系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計。在程序設(shè)定上，要收集相關(guān)信息，并要對顯示屏進(jìn)行初始化處理。各個程序軟件都獨立存在，同時又相互連接、相互影響、相互制約。比例方向閥控制運用STM32F103單片機(jī)主控單元的定時器工作模式，通過改變方向閥上的電流大小和方向?qū)崿F(xiàn)對比例方向閥的控制。液晶屏顯示通過與單片機(jī)連接完成相應(yīng)的指令。主控單元通過控制電動缸的正反翻轉(zhuǎn)提升懸掛臂，從而實現(xiàn)懸掛農(nóng)機(jī)具位置的改變。
4實驗
將五征TA354型拖拉機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)橐簤耗?，對懸掛農(nóng)機(jī)具4U-170馬鈴薯收獲機(jī)作為負(fù)載進(jìn)行試驗。實驗結(jié)果表明，本次對于懸掛農(nóng)機(jī)具的設(shè)計是成功的。目前，懸掛式農(nóng)機(jī)具電液智能系統(tǒng)已經(jīng)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)，改變了傳統(tǒng)懸掛式農(nóng)機(jī)具不準(zhǔn)確、不智能的缺點，明顯提升了我國的農(nóng)業(yè)收量效率。
5結(jié)語
本懸掛農(nóng)機(jī)具電液智能化控制系統(tǒng)設(shè)計在動力輸出軸提供動力的作用下，液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)速可通過調(diào)節(jié)PWM信號占空比的改變實現(xiàn)智能化控制。工作部件工作時對動力輸出軸產(chǎn)生反饋作用力，需要增加反饋系統(tǒng)自動監(jiān)控農(nóng)機(jī)工作部件的工作狀態(tài)，構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)，從而實現(xiàn)系統(tǒng)的自動調(diào)節(jié)。
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作者：玉河 單位：廣西電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院