一、課題意義
隨著國家今年對三農問題的重視, 不斷調整農業產業結構, 加大農業投資力度的同時加大對農業種植的補貼減免稅等優惠政策。農民種植經濟作物的種植面積日益增加, 但是在作物種植管理中, 特別是小型果園, 經常需要開挖排灌溝、施肥溝, 并且要根據天氣情況特別是種植作物的種類和成長狀況不斷改變溝道的大小、位置等。由中國水稻研究所和浙江理工大學研制的XL1K22型稻田手扶開溝機2012年在嘉興市開始推廣, 標志我市開溝由手工化向機械化轉變。這種開溝機具有操作方便、開溝效果好、作業效率高等優點, 但這種開溝機存在如下問題: (1) 僅針對稻田軟土開溝, 無法在果園種植的干硬土中作業; (2) 該開溝機僅屬于機械化作業, 而不是自動化開溝; (3) 開溝溝壁不夠陡直, 造成土地資源浪費。本課題擬開發一種在現有開溝機結構基礎上將數控系統與單片機系統相結合的可以自動運行的, 自動控制的微型開溝機, 大幅度提高開溝作業的工作效率, 促進我市開溝作業自動化程度。
二、研究內容
本課題主要研究內容如下:
(一) 微型數控鏈式開溝機的研發
(1) 根據小型農田/果園開溝排水灌溉和施肥的種植、園藝要求確定微型數控鏈式開溝機的設計參數, 對開溝機進行運動學分析, 并計算其消耗的功率;
(2) 完成開溝機設備主要零部件的結構設計, 包括繪制主要零部件的圖, 完成整個微型數控開溝機的裝配圖。
(二) 自動開溝機數控系統的研發
采用適合現場實時控制的華邦W78E58單片機作為核心控制器, 并與AT89C51單片機組成主從結構, 以CPLD為邏輯譯碼電路, 設計實現能夠用于數控開溝機的三軸運動控制系統。
三、實施方案
本項目的技術路線圖如圖1所示。
在結構研發方面首先, 根據稻田/果園的排水灌溉和種植要求, 并參考XL1K22型稻田手扶開溝機的相關參數, 確定開溝機的設計參數, 包括尺寸、材料和重量等;其次, 根據開溝機的結構簡圖, 確定其工作原理:在不進行開溝作業只是單純行進時可高速運動, 其直接聯接配套小型拖拉機的傳動V帶。在進行挖溝作業時, 首先為了實現低速作業需要從柴油機輸出的動力經V帶傳動經過附加減速器, 減速后再經鏈傳動傳入變速箱帶動主機低速運行, 實現開溝機低速作業。其次開溝作業動力來自于附加減速器的中間軸引出鏈傳動帶動開溝鏈旋轉。并通過遙控接收裝置即可控制開溝機的左轉、右轉、又可以調節液壓油缸的伸縮, 使工作鏈刀向 (上) 下運動, 達到控制開溝深淺的目的。再次, 對開溝機進行運動學分析。根據溝槽的截面積和鏈刀工作部件水平移動的工作速度的關系, 計算開溝機的理論生產率, 并確定土壤切削后能夠正常的被鏈刀帶出溝的鏈刀寬度、土壤的斷面面積。最后, 根據相關規范和要求, 確定鏈式開溝機的總體參數。在此基礎上, 完成開溝機設備主要零部件的結構設計, 包括繪制主要零部件的圖, 完成整個微型數控開溝機的裝配圖, 進一步完成微型數控鏈式開溝機的設計圖。根據設計圖, 在實驗室完成微型數控鏈式開溝機的樣機。
四、總結
本課題研發的微型數控開溝機具有如下特點:
(1) 采用單片機控制系統對微型鏈式開溝機實行自動化控制, 比機械化開溝更降低勞動強度, 提高開溝作業的效率;
(2) 采用控制系統自動控制開溝機, 實現了機械化農業向自動化農業的轉變, 對開溝機開溝的路線、深度和寬度進行自動化控制, 解決了開溝路線不陡直, 浪費現有的土地資源的問題;
(3) 對研發的數控鏈式開溝機進行優化設計, 確保該開溝機作業時各參數的正確性以及開溝的穩定性, 便于應用推廣。
摘要：本課題通過研發一臺新型的鏈式開溝機、開發一種單片機控制系統對開溝機實現自動化控制, 又通過軟件對該開溝機進行優化設計并改進, 有望實現在南方小型農田/果園中推廣應用。通過本項目設計方案的實施, 對現有機械化開溝, 包括XL1K22型稻田手扶開溝機進行了改進, 將取得更大的成就, 為農業產業化的實施帶來更多的經濟效益。
關鍵詞：微型,數控,開溝機
參考文獻
[1] 王京風.微型果園開溝機的設計分析與優化[D].西北農林科技大學, 2010.
[2] 微型開溝機的設計, (http://wenku.baidu.c) , 2017.