水田旋耕机平地系统的设计与试验

发布时间：2020-11-04 03:45

　　 水田机械化整地是水稻全程机械化生产的一个重要作业环节,整地质量的好坏直接影响到水稻播栽、田间管理、收获等后续作业环节。目前,常用的水田机械化整地装备中,传统平地机械造价便宜,生产方便,但作业后的田面平整度有限;激光平地机作业后的田面平整度高,但因其造价昂贵、配套设备多,难以大面积推广应用。为此,本课题开展了与水田旋耕机配套使用的平地系统研究,利用电液控制技术实现平地装置的自动调平,提高耕整地作业质量和生产效率,具有重要的实用价值。主要研究内容如下:(1)针对水田硬底层不平、旋耕机刀辊旋转时机器振动过大等因素造成机具耕整作业后,田面平整度低的问题,构建了一套与水田旋耕机配套使用的平地系统,通过电液控制的方式,实现平地装置的水平调节;运用Pro/E软件完成了整机的三维建模、机构干涉检测与运动学仿真。(2)通过对系统控制运动要求的分析,构建了与平地机械装置相配套的液压系统,并建立了液压缸与换向阀工作的物理模型;确定了流入液压缸的流量与液压缸伸、缩速度的调节关系;对相关的液压元件的参数进行了计算和选型;确定了液压系统中的原动力由平均传动比1:2的链传动的形式提供。(3)运用SimHydraulics对液压系统进行建模、参数设置与仿真分析,由仿真结果得出液压系统中液压缸运动位移、速度以及流量随时间变化关系;通过模拟的电平信号控制电磁换向阀的启闭状态,对液压系统中液压缸控制、调节的可靠性进行了分析;通过对实际液压系统的调试试验,将液压缸的伸、缩平均速度分别调为1.72cm/s、2.51cm/s;并对仿真结果和实际调试结果做了比较,分析了两者产生差异的原因。(4)根据平地拖板的水平调节控制要求,以单片机作为控制器,倾角传感器为检测装置,完成了控制器控制系统硬件电路部分的设计,确定了控制电路的电源输入端,由拖拉机12V电瓶提供;运用Protel设计控制电路,并完成电路板的制作。确定了控制系统程序的流程框图,运用Keil软件完成控制系统各模块子程序的编写,包括主程序模块、显示程序模块、倾角测量程序模块以及I2C通信模块等,对整个程序进行了编译;结合硬件电路,对控制器控制系统进行了调试试验,调试结果表明,控制器控制系统能在检测的倾角大于阈值时,向相应端口输出控制信号。(5)水田旋耕机平地系统与现有水田旋耕机耕整效果对比试验表明:该平地系统的机械系统、液压系统与控制器控制系统能相互配合协调的工作,实现对平地拖板的水平调节。水田旋耕机平地系统耕整后的平整度为2.20cm,高差分布为81.8%,相比水田旋耕机作业后的平整度改善了34.3%,高差分布提高了19.4%,平地效果优于水田旋耕机,且耕整后的作业质量能够满足水稻种植的农艺要求。
【学位单位】：华中农业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2016
【中图分类】：S222.3
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 课题研究的目的及意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 国内研究现状
        1.2.2 国外研究现状
    1.3 课题研究内容
        1.3.1 主要研究内容
        1.3.2 研究技术路线
第二章 水田旋耕机平地系统的整机结构设计
    2.1 整体结构
    2.2 工作原理
    2.3 关键机械部件的设计
        2.3.1 平地拖板的设计
        2.3.2 挂接装置的设计
        2.3.3 平地装置整体结构的设计
    2.4 本章小结
第三章 水田旋耕机平地系统的液压控制系统设计
    3.1 液压控制系统设计要求
    3.2 液压控制系统的基本结构和工作原理
        3.2.1 液压控制系统的基本结构
        3.2.2 液压控制系统的工作原理
        3.2.3 液压控制系统的速度调节
    3.3 液压元件的选型和相关计算
        3.3.1 液压缸参数计算
        3.3.2 液压泵的选取与动力传动设计
        3.3.3 液压阀的选取
        3.3.4 油箱的容量
        3.3.5 管道直径设计计算
    3.4 基于Matlab/Sim Hydraulics的液压系统仿真分析
        3.4.1 Sim Hydraulics软件简介
        3.4.2 液压控制系统Sim Hydraulics模型建立
        3.4.3 液压控制系统Sim Hydraulics参数设定
        3.4.4 液压控制系统Sim Hydraulics仿真结果分析
    3.5 调试试验
    3.6 本章小结
第四章 控制器控制系统设计
    4.1 控制器控制系统的结构设计
        4.1.1 设计要求
        4.1.2 方案设计
        4.1.3 闭环控制过程
    4.2 控制器的选用
    4.3 传感器模块的确定
        4.3.1 传感器的选用
        4.3.2 传感器倾角测量原理
    4.4 硬件电路设计
        4.4.1 单片机最小应用系统模块
        4.4.2 倾角测量模块
        4.4.3 显示模块
        4.4.4 降压模块
        4.4.5 驱动电路模块
    4.5 软件设计
        4.5.1 Keil C51简介及工程建立
        4.5.2 程序设计
    4.6 系统运行调试
    4.7 本章小结
第五章 水田旋耕机平地系统整机田间性能验证试验
    5.1 田间性能
        5.1.1 试验目的
        5.1.2 试验准备
        5.1.3 试验设备
        5.1.4 试验条件
        5.1.5 试验数据测量方法
        5.1.6 试验数据评价方法
    5.2 试验数据处理与结果分析
        5.2.1 试验数据处理
        5.2.2 试验结果分析
        5.2.3 试验结论
    5.3 本章小结
第六章 结论与展望
    6.1 结论
    6.2 不足与展望
参考文献
附录
致谢

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本文编号：2869570