變量施肥液壓驅(qū)動系統(tǒng)的研究與開發(fā)

0化肥在糧食產(chǎn)量、產(chǎn)量上的應用增多中國是一個擁有眾多農(nóng)業(yè)的國家，農(nóng)業(yè)的發(fā)展是國家和人民感興趣的焦點。尤其是近年來,農(nóng)業(yè)的基礎(chǔ)設(shè)施、國家的扶持、科學技術(shù)的發(fā)展等的不斷提升為我國農(nóng)業(yè)的發(fā)展做出了很大的貢獻,其中化肥的施用功不可沒。20世紀80年代,化肥的廣泛使用極大地增加了糧食產(chǎn)量。與有機肥相比,化肥需要較少的勞動力并能夠允許農(nóng)民耕種更多的土地,合理的使用會大幅度增加產(chǎn)量。但是,正如許多學者指出的那樣,化肥的使用對我國的環(huán)境造成嚴重影響化肥是重要的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料,被譽為農(nóng)作物的糧食為了使農(nóng)民得到更好的收益,減少過量施肥給農(nóng)民帶來的一系列麻煩,以及對田間環(huán)境得到有效的保護,需要堅持走農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展路線,使變量施肥技術(shù)達到一個更高的水平由于液壓傳動功率質(zhì)量比大,且具有易實現(xiàn)無級變速、自動控制與過載保護等方面的獨特技術(shù)優(yōu)勢1變量施肥系統(tǒng)的整體設(shè)計變量施肥液壓驅(qū)動系統(tǒng)主要由液壓泵站、比例型流量控制插裝閥及液壓馬達等元件組合而成2選擇和工作原理基于能源驅(qū)動單元2.1液壓馬達的參數(shù)及選用上的問題由于進口液壓馬達價格較高,導致性價比不高。因此,從性價比的角度考慮選擇鎮(zhèn)江大力液壓馬達有限責任公司BMP160型液壓馬達。BMP160型液壓馬達可以與各種油泵、閥及液壓附件配套組成傳動裝置,滿足各種機器的工況。因此,選用了BMP160型的液壓馬達。BMP160液壓馬達主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。馬達的結(jié)構(gòu)選用了一種小體積、經(jīng)濟型軸配流BMP系列的擺線液壓馬達,排量為160L。其主要特點是體積小,節(jié)約空間,壽命長。其中,安裝法蘭的規(guī)格尺寸選用2-ue54e13.5菱法蘭,止口ue54e82.5×8;軸伸的規(guī)格尺寸選用ue54e25軸,平鍵8×7×32;進出油口的規(guī)格尺寸選用M22×1.5;板式4×M8,M14×1.5。軸密封承壓高,可串、并聯(lián)試用;采用了世界先進的加工方法,具有先進的設(shè)計結(jié)構(gòu)。表1中的額定流量、壓力下的輸出值為55,也就是額定轉(zhuǎn)速、扭矩。該排量馬達可以連續(xù)工作的最大值就是連續(xù)值。該排量馬達在1min內(nèi)工作6s的最大值就是斷續(xù)值。該排量馬達在1min內(nèi)工作0.6s的最大值就是峰值,從圖表中可以清晰地看出它的性能2.2油泵巖石機液壓泵站選用WZWF160E-D型泵站,泵裝置布置形式為上置臥式;變量葉片泵最大流量20L/min;油箱最大容量為160L;電機功率為3kW;工作壓力為6.3MPa;液壓輸出為2路手動換向閥,輸出可快速連接;顯示儀表為壓力表;泵站可移動式,有固定腳;外形尺寸700mm×600mm×600mm(不含底座)。其主要零部件明細如表2所示。2.3pv06-30比例型流量控制插裝閥調(diào)速閥選擇PV08-30比例型流量控制插裝閥。PV08-30比例型流量控制插裝閥是一種控制液壓系統(tǒng)的壓力和流量的比例型閥門,可運用很小的壓差來追蹤負載壓力,控制泵的壓力,是一種節(jié)能型閥。PV08-30比例型流量控制插裝閥的工作原理:PV08-30用于調(diào)節(jié)油口的流量,不受系統(tǒng)工作壓力的影響;隨著電磁閥中電流的增大,PV08-30的輸出流量也將增大。如果設(shè)備的優(yōu)先流量油口被外閥封閉(死點),將該閥用于旁通流量控制時,就需要在優(yōu)先油口處設(shè)置一個小的卸油孔。它的性能如圖2所示。2.4旋轉(zhuǎn)編碼器選型旋轉(zhuǎn)編碼器是集光機電技術(shù)于一體的速度位移傳感器,主要是用來測量轉(zhuǎn)速的,它與PWM技術(shù)結(jié)合起來可以實現(xiàn)一種快速調(diào)速的裝置。本文中旋轉(zhuǎn)編碼器選用的型號為HN80-25L11G10-30FA2500B-S4B,脈沖2500P/R;軸25mm,適用壓力源為10~30V。3管理系統(tǒng)的設(shè)計3.1電機轉(zhuǎn)速n&apos的標定根據(jù)該系統(tǒng)的設(shè)計要求,考慮到控制液壓馬達的轉(zhuǎn)速,則對排肥器轉(zhuǎn)速的計算進行如下設(shè)計施肥裝置每公頃的施肥量Q為式中Q—施肥裝置每公頃的施肥量(kg/hmq(n)—n轉(zhuǎn)速下單個排肥器的排肥量(g/min);N—排肥器個數(shù)。如果對排肥器排肥量和排肥軸轉(zhuǎn)速的關(guān)系進行標定,則有標定擬合方程為式中k—標定直線斜率;b—標定直線截距。把標定擬合方程式(2)代入施肥量式(1)中,得到排肥軸轉(zhuǎn)速控制公式為設(shè)直流電機與排肥軸的傳動比i,得直流電轉(zhuǎn)速n'的控制公式為對于確定的施肥機和肥料,參數(shù)B、N、b、k、i是確定值,可以作為常量寫入PLC。對于不同的施肥機或肥料,只需要改變這些參數(shù),而不必改變程序,從而使軟件具有通用性。對于一定的施肥量Q來說,電機轉(zhuǎn)速n'隨不同機具前進速度v而改變,可以通過控制電機轉(zhuǎn)速n'達到適應不同機具前進速度v下的變量施肥要求。3.2pid控制器設(shè)計為保證排肥驅(qū)動機構(gòu)運轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性和良好的動態(tài)響應特性,選用了數(shù)字PID控制器,兼顧系統(tǒng)動態(tài)控制特性和靜態(tài)性能典型的PID控制的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。PID調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為其中,K式中ωξ3.2.1閥的線性化流量公式式中KKP3.2.2正在運行的流量連續(xù)方程式中ω—液壓馬達輸出的角速度;DCβ3.2.3混凝土砌塊的力平衡方程式中JG—負載的扭轉(zhuǎn)彈簧剛度;BT根據(jù)式(6)~式(9)得到閥控液壓馬達系統(tǒng)模型如圖4所示。4變量施肥性能試驗4.1不同轉(zhuǎn)速對于壓力排肥量的影響1)試驗目的:研究不同轉(zhuǎn)速情況下排肥器的施肥精度及轉(zhuǎn)速追蹤特性。根據(jù)外槽輪排肥器實際的轉(zhuǎn)速的不同,獲取不同轉(zhuǎn)速下的排肥量。2)試驗設(shè)備:施肥監(jiān)視系統(tǒng)(12根排肥管)、液壓泵站、量杯、公斤稱、電腦、化肥尿素。3)試驗方法:連接施肥監(jiān)控系統(tǒng),將尿素裝入肥箱,將排肥軸動力裝置連接液壓泵站,將排肥器的開度定位在55mm,開啟施肥監(jiān)控系統(tǒng)控制臺;設(shè)定最大排量標定,參數(shù)轉(zhuǎn)速逐漸遞增,運行時間30s,排出肥料為氮肥、尿素;點擊啟動按鈕,排肥軸開始轉(zhuǎn)動,將肥料從肥箱排出,30s后,停止工作,對排肥量進行12次測量,量杯凈重325g。試驗數(shù)據(jù)處理及分析如表3和圖5所示。根據(jù)方差分析可以看出目標轉(zhuǎn)速的改變對于施肥量有顯著影響。根據(jù)圖表可以看出符合線性關(guān)系。線性關(guān)系式為:y=53.311x+40.977。4.2試驗系統(tǒng)的操作應用在室內(nèi)2F-12型變量施顆?；试囼炁_中,通過調(diào)節(jié)落肥口大小,改變排肥器的轉(zhuǎn)速可以實現(xiàn)不同施肥量的拋撒試驗,大多數(shù)試驗都是通過調(diào)節(jié)落肥口的大小或改變肥料下落的速度,從而對施肥量進行控制。該系統(tǒng)經(jīng)過測試與試驗,能夠?qū)崿F(xiàn)精準施肥,且穩(wěn)定程度很高,有效地提高了化肥的使用效率,操作簡單,符合我國農(nóng)業(yè)的基本現(xiàn)狀,適宜在我國農(nóng)村大面積推廣。試驗結(jié)果表明:不同轉(zhuǎn)速下,排肥器的排肥量穩(wěn)定精確,消除了車速及排肥軸轉(zhuǎn)速對實際排肥量的影響。5穩(wěn)定性及研究性對變量施肥液壓驅(qū)動系統(tǒng)進行了整體設(shè)計,主要是針對液壓驅(qū)動元件的選用和控制系統(tǒng)進行計算,包含了液壓馬達、調(diào)速閥、液壓泵站等的選用要求。確定了設(shè)備所選用的型號,同時對變量施肥液壓驅(qū)動系統(tǒng)進行了實驗室的組裝試驗,結(jié)果表明:該系統(tǒng)具有較高的可靠性。尚需解決以下幾方面問題:(1)系統(tǒng)的反饋時間。通過響應實驗,計算出施