遥控式小型插秧机的关键技术研究

遥控式小型插秧机的关键技术研究

摘要:本论文针对山地农业机械智能化小型化日益迫切的市场需求,利用现代自动控制技术,在传统插秧机的基础上进行改良,使其人机分离、智能作业,开发适合山地农业使用的遥控式小型插秧机。着力解决智能控制与传统机型的有机结合技术,以及针对山地作业的特点,将现代智能机器人技术应用于传统机械生产中,实现低成本、高智能、轻量型改造。

关键词:遥控智能化插秧机山地作业

水稻在我国谷物产量中占据半壁江山,始终保持在总量的40%左右,总产和种植面积分居世界第一、二位。水稻生产具有季节性强、劳动强度大、生产环节多、作业条件艰苦等特点。改变水稻生产方式,一直是广大农民群众的迫切愿望。

农业是国民经济的基础,农业机械技术与水平标志着一个国家的现代化程度。我国从20世纪50年代开始研究插秧机,60年代初研制出转臂滑道式分插机构的水稻插秧机,用于裸苗插秧。1967年鉴定了第一台该形式的插秧机,1979年统一了机型但发展缓慢。80年代初引进日本工厂化育秧技术,由吉林省四平市农机研究所研制出曲柄摇杆式分插机构为栽植部件的插秧机,在东北三省大量推广,并逐渐在全国取代转臂滑道式分插机构的插秧机。

多年以来,我国农机的发展一直停留在纯机械阶段,而国外的先进

农机技术中,机电、信息控制等得到了充分的应用。如美国,已经可以通过电脑、卫星控制野外拖拉机作业。日本成功开发的无人驾驶插秧机,插秧偏差仅2～3 cm。

无线遥控拖拉机操作装置的发明人之一韦增成说,我国农业机械技术要进一步提高,有赖于电子、信息技术的介入,走符合我国国情的机械电子、信息相结合的农机产品开发推广的道路。

因此,针对山地设计遥控式小型插秧机将具有较强的实际意义,更符合地方需要。

1 插秧机的选型及改良

插秧机主要由发动机、传动系统、行走系统、液压仿形及插深控制系统、插秧系统等组成。其典型结构主要是插植部分及液压防形部分。目前,国内外较为成熟并普遍使用的插秧机,其工作原理大体相同。发动机分别将动力传递给插秧机构和送秧机构,在两大机构的相互配合下,插秧机构的秧针插入秧块抓取秧苗,并将其取出下移,当移到设定的插秧深度时,由插秧机构中的插植叉将秧苗从秧针上压下,完成一个插秧过程。同时,通过浮板和液压系统,控制行走轮与机体的相对位置和浮板与秧针的相对位置,使得插秧深度基本一致。

根据山地的实际情况和目前市场的走向,从众多的插秧机型中选择了江苏东洋机械有限公司的“PF455S水稻插秧机”,以此作为改良的基础。如图1所示。

PF455S水稻插秧机具有以下优点。

(1)通过插秧深度调节手柄可以在0～5 cm内进行10个档位的调整,完全满足农艺要求。

(2)采用工程塑料浮板、橡胶轮胎确保整机重量170 kg,体积小,机动性好,更适合小田块作业(图1）。

(3)分体式浮板及液压仿形装置,能根据不同土质,通过液压机构自动调节,保证插秧深度一致性,确保机插质量稳定,达到浅栽、稳定、高产的目的。

(4)插秧机作业过程中,碰到石子等硬性异物时,安全离合器自动作用,停止插秧作业,保护机器,降低用户使用成本。这为解决碰撞控制奠定了一定基础。如图2所示。

(5)设计有倒档,这为解决智能转弯奠定了一定基础。

2 遥控装置设计

遥控装置由发射器、接收器、电瓶、发电机、控制电路、电机、机械传动机构等构成,由操作人员操作发射器发出控制信号,接收器接收信号送给控制电路处理,控制电路根据信号内容和行程开关位置控制电机的正反转和停止,通过机械传动机构控制插秧机发动机的离

合、转向和油门,达到遥控操作插秧作业的目的。

有了这种遥控装置,操作人员可在距插秧机一定范围内控制插秧,避免了烈日暴晒、寒冷风雨、泥浆浸泡,从而降低了劳动强度。同时,由于遥控式插秧机对操作员的体力要求低,因而男女老少都可以操作。

根据分析插秧机的特点,需要控制的动作有:前进、插秧、倒退、左转弯、右转弯、停止等。首先要对每个动作进行力量的测试,为了能更好地设计出合理并实用的遥控装置,我们参照了FUTABA 6EX 2.4 GHz六通道遥控器。它具有“同频干扰”的概率极小、响应速度快、细腻的控制精度、易于使用和安装的发射机和接收机天线以及低功耗等的特点。如图3所示。

在设计摇控装置时应注意解决以下问题。

(1)遥控装置应设计安全保障系统,在遥控式小型插秧机超出控制范围、发射器损坏或电压不正常而影响安全生产时,遥控装置会自动执行分离离合器和停止供油两个动作使遥控式小型插秧机停止行走,确保安全生产。

(2)通信差错控制和用抗干扰设计。

3 遥控装置与插秧机的连接

最后阶段需要设计相应的机械装置对遥控装置与插秧机进行连

接。在设计时要注意以下几点。

(1)插秧机原有的转弯是将一边的车轮制动来实现转向的,也就是说将左边车轮制动实现左转弯,将右边车轮制动实现右转弯。

(2)要注意机械装置的轻量化、小型化设计。

(3)插秧机原有的插秧是设计有两档。

4 结语

遥控式小型插秧机采用国内成熟的电子信息技术及机电一体化技术和现有的插秧机技术,技术成熟可靠,适应性较高。它既保留传统的插秧机操作方式,又具有遥控操作的功能。与国外一些先进国家研制的无人驾驶拖拉机等相比,虽然还有一定的距离,但其价格低廉,性能可靠,更适应山地农业生产规模和耕作方式,容易推广使用,市场前景广阔。今后打算在现有插秧机的基础上,对系统装置的结构、工艺进行优化设计,实现整机轻量化、小型化,使之更能适应山地农业。

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