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水泵在农田施肥系统上的应用

施肥机主要以棉花、小麦、玉米等作物田地为作业对象,它能根据田地土壤状况,做到快速精准施肥,同时拥有开沟、覆土、镇压等多项功能。本文针对施肥机和灌水水泵设计与研究,综合考虑以下几项技术原则:

(1)考虑到农业生产中的农艺要求,即进行水泵与农艺的相互结合。充分了解到棉花施肥的具体技术要求,综合考虑田间土壤状况、施肥后续水泵作业环节等各项因素,提高变量施肥机的农艺适应性;

(2)吸收借鉴国内外变量施肥机和相关控制系统的研究成果,对变量施肥机进行创新性研究与设计,合理地设计ca88会员登录的工作部件、悬挂装置、传动系统、控制系统等,提高作业精度,同时尽可能地提高作业效率;

(3)尽量简化机具结构,同时考虑零部件的通用性。设计水泵时,在满足作业功能的前提下,尽可能地简化水泵整机结构,采用标准化的零部件,以降低机具研发、制造、使用和维护成本。


需满足以下农业技术要求:

(1)可以按照要求完成施肥作业,作业精度能够达到规定要求;

(2)排肥量调节范围广、灵敏、准确,排肥稳定、均匀;

(3)施肥作业后农田地表平整,肥料表面覆土效果良好;

(4)水泵运行平稳,田间通过性能好。


目前变量施肥机多为单变量施肥,通过调控施肥机主轴的转速来实现,存在可调范围小,转速较低时施肥精度低且均匀性差等问题。如图1所示,结合我国多施用固态颗粒肥料的现状及考虑变量施肥技术的推广,ca88手机版厂在外槽轮排肥器的基础上提出了一套双变量施肥装置和配套原理。双变量施肥主要依靠安装在排肥器主轴两端的主轴液压马达和开度(外槽轮排肥器槽轮的有效工作长度)液压马达实现。主轴液压马达用于控制施肥机主轴的转速,开度液压马达用于带动主轴进行轴向位移从而实现排肥器开度的控制。


转速液压马达采用电液比例调速阀进行水泵轴转速的无极调速,开度液压马达采用三位四通电磁换向阀与溢流阀组合进行主轴正反转换向调节从而实现排肥器开度控制。水泵轴转速控制和排肥器开度控制相互独立,互不干涉。主轴转速和排肥器开度双调节的双变量施肥机可以通过高转速低开度有效地避免小排肥量、低主轴转速时施肥机作业施肥精度低和均匀性差的现象。同时也能较好地避免采用液压马达的施肥机在低速排肥时,马达自身的脉动性对施肥精度造成的显著影响。


在ca88会员登录工作过程中,控制器(包括上位机和下位机)先从GPS模块获取机具经炜度信息,然后根据此信息查阅施肥处方图得到当前所需施肥量。同时控制器根据霍尔传感器和电子尺分别采集到的施肥机主轴转速和排肥器开度,利用PID控制算法计算出两个信息所对应的实际施肥量,继而将实际施肥量与所需施肥量进行比较,得到所需的施肥参数值。为了提高PID计算精度,在PID算法中设定了两个临界值10和100。当所需施肥量与实际施肥量差值在10g以下时,仅进行施肥器开度调节;当差值在10g—100g时,同时进行主轴转速和排肥器开度调节;当差值大于100g时,仅调节水泵主轴转速。在调节过程中,主轴速度传感器和电子尺实时向控制器反馈数据,实现闭环控制。

注:1.阻塞套;2.排肥盒;3.外槽轮;4.转速液压马达;5.霍尔传感器;6.比例调速阀;7.GPS定位系统;8.单片机;9.A/D转换器;10.伺服比例阀;11.开度液压马达;12.排肥主轴

图1:双变量施肥机排肥调节装置图

双变量施肥机排肥调节装置图

施肥机整机由颗粒肥料料箱、水泵机架、排肥装置、开沟覆土机构、仿形机构等组成。机架采用三点悬挂方式与拖拉机挂接,开沟总成、覆土机构、仿形机构安装在机架上,总体结构紧凑、质量分布均匀、稳定性好。ca88手机版厂考虑到颗粒肥料物理特性和变量施肥机的推广和应用,排肥器选用了外槽轮式排肥器,覆土机构采用了简单实用的圆盘覆土结构,仿形机构采用四杆结构,开沟器采用施肥铲,施肥行数为5行。


在现有技术条件下,实现变量施肥有两种控制方式:一种是基于传感器的实时控制(在线模式);另一种是基于施肥处方图的控制(离线模式)。由于相关传感检测技术等应用于农作物施肥检测尚不完全成熟,因此目前绝大多数自动变量施肥机采用的是基于施肥处方图的变量施肥控制系统。变量施肥控制系统调控方式主要分三种类型:(1)电控机械无级变速器型;(2)电控液压马达型;(3)水泵电机驱动型。电控机械无级变速器型调控方式控制方法成本比较低,同时便于改装以加入变量施肥控制系统,适用于中小型播种施肥机,但是其维修成本高、难度大。水泵电机驱动型控制难度较大,输出扭矩相对较小,一般用于小型变量施肥机。与以上两种调控方式相比较,电控液压马达型无需单独配备动力能源,可以直接利用农用拖拉机自身的液压泵且可靠性较高,同时液压马达具有体积小、调速范围广、稳定性好等优点。


可以结合当前机具前进速度,将数据传输给施肥决策系统进行处理。施肥决策系统结合以上信息,根据已标定水泵控制曲线等来控制液压马达的转速,实现变量施肥。综合考虑棉花施肥农艺要求及变量施肥技术的发展趋势,在采用外槽轮式排肥器的基础上,设计与其配套的基于上位工控机下位单片机的闭环电控液压传动型双变量施肥控制系统。主要由上位控制系统、下位控制系统、转速开度控制模块、速度采集模块、GPS/DGPS模块等组成。基于工控机(IPC)的上位控制系统是施肥决策的主控制系统,上位工控机可以提供高效的数据运算和良好的人机交互界面(HMI)。上位控制系统的具体工作原理与实施过程如下:首先利用双变量施肥机外槽轮式排肥器的排肥标定试验得到相关的函数模型,并将其写入到主控制程序中。在自动模式下,系统通过RS232串口总线将ca88手机版上的GPS/DGPS接收机发送的信号输入到决策系统进行分析处理,提取出施肥机具位置(经、炜度)信息,然后再通过网格识别程序得到机具所处网格的行列号,查询处方图得到对应于该网格的施肥量。在手动模式下,通过输入设备设定农田的总施肥量,设置在地轮上的霍尔传感器采集到的脉冲信号经下位控制器(单片机)计算得到机具的工作速度。施肥机具经炜度位置、速度、行列号和施肥量等信息将显示在人机界面中。将获取的施肥量代入已标定的函数模型,计算得到相对应的转速液压马达的转速和排肥器的开度,并将该转速和开度信息转化为具体的电压(电流)信号用以驱动液压马达转动,用以调节水泵轴转速和轴向位移。水泵轴的轴向位移直接影响到外槽轮式排肥器槽轮的有效工作长度(即排肥器开度)。为实现闭环控制,通过电子尺和霍尔传感器分别用以检测当前排肥轴的转速状况以及槽轮的有效工作长度,并转化为数字信号反馈给控制器,以便于进行下一次变量施肥调控。


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点击次数:  更新时间:2018-02-26 13:36:02  【打印此页】  【关闭