割臺(tái)高度仿形控制系統(tǒng)在收割機(jī)上的運(yùn)用

張俊三，薛世民

（新疆新研牧神科技有限公司，新疆 烏魯木齊830026）

割臺(tái)是聯(lián)合收割機(jī)重要組成部件之一，目前國(guó)內(nèi)聯(lián)合收割機(jī)割臺(tái)自動(dòng)化程度相對(duì)較低，常見(jiàn)的收割機(jī)多是駕駛員手動(dòng)控制液壓閥來(lái)調(diào)節(jié)割臺(tái)工作高度，駕駛員在控制收割機(jī)割臺(tái)高度過(guò)程中起到關(guān)鍵作用，需要駕駛員通過(guò)視覺(jué)觀(guān)察的方式，依據(jù)地形以及收割作物的長(zhǎng)勢(shì)情況等因素，不斷操縱調(diào)控手柄對(duì)割臺(tái)高度進(jìn)行調(diào)節(jié)，傳統(tǒng)割臺(tái)調(diào)節(jié)方式對(duì)駕駛?cè)藛T有較高要求，需要駕駛?cè)藛T集中精力對(duì)地形以及收割作業(yè)過(guò)程進(jìn)行觀(guān)察，并且依據(jù)個(gè)人經(jīng)驗(yàn)作出相應(yīng)的操控動(dòng)作，由于農(nóng)田作業(yè)環(huán)境較為惡劣，駕駛員的勞動(dòng)強(qiáng)度較大，人工手動(dòng)調(diào)節(jié)存在其固有缺陷，調(diào)節(jié)精度以及實(shí)時(shí)性等都有很大的不確定性[1]。因此，為解決以上不足，提高收割機(jī)的智能化程度，新疆新研牧神科技有限公司研發(fā)團(tuán)隊(duì)，開(kāi)發(fā)了割臺(tái)高度與仿形控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)割臺(tái)高度的精確控制，割臺(tái)高度能隨地面自動(dòng)仿形，從而有效降低駕駛?cè)藛T的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高工作效率。

1 結(jié)構(gòu)及工作原理

1.1 結(jié)構(gòu)

割臺(tái)高度與仿形控制系統(tǒng)主要包括：調(diào)節(jié)板、仿形叉、調(diào)節(jié)拉桿一、角度傳感器、油缸、油管一、蓄能器、電磁閥、座椅、操作手柄、顯示器、調(diào)節(jié)拉桿二、連接板、油管二、油管三等組成，結(jié)構(gòu)如圖1。

1.2 工作原理

割臺(tái)高度與仿形控制系統(tǒng)中的割臺(tái)高度是駕駛員通過(guò)前端的顯示屏，觀(guān)察其上顯示的割臺(tái)高度數(shù)據(jù)值，通過(guò)操作操控手柄上的割臺(tái)升降按鈕，控制電磁閥上進(jìn)出液壓油的通斷，從而控制割臺(tái)舉升油缸的伸長(zhǎng)和縮短，割臺(tái)舉升油缸長(zhǎng)度縮短，割臺(tái)下降，反之割臺(tái)上升；當(dāng)割臺(tái)升降時(shí)過(guò)橋上安裝的調(diào)節(jié)拉桿二會(huì)帶動(dòng)連接板和角度傳感器一起發(fā)生偏轉(zhuǎn)。初始時(shí)，將割臺(tái)降落到最低點(diǎn)，標(biāo)定角度傳感器的起始值，隨后將割臺(tái)升高到最高點(diǎn)標(biāo)定角度傳感器的結(jié)束值，將油缸從最低點(diǎn)到最高點(diǎn)的實(shí)際工作行程，換算成角度傳感器的偏轉(zhuǎn)角度，通過(guò)過(guò)橋角度傳感器的偏轉(zhuǎn)角度的反饋值，再通過(guò)控制器控制割臺(tái)的升降高度，實(shí)現(xiàn)可視化精確控制；割臺(tái)高度控制手柄上設(shè)置有高度記憶按鈕，自動(dòng)記憶上次割臺(tái)高度調(diào)整值，點(diǎn)擊此按鈕割臺(tái)高度將自動(dòng)回到上次割臺(tái)高度調(diào)整值，減少割臺(tái)高度調(diào)整次數(shù)，提高效率。

割臺(tái)高度與仿形控制系統(tǒng)中的自動(dòng)仿形機(jī)構(gòu)將割臺(tái)控制模式改為自動(dòng)模式時(shí)，當(dāng)仿形叉的近地端與地面發(fā)生接觸時(shí)，會(huì)將仿形叉托起，仿形叉通過(guò)調(diào)節(jié)拉桿一與角度傳感器連接，仿形叉托起時(shí)，角度傳感器會(huì)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，角度傳感器將數(shù)據(jù)信號(hào)傳輸至控制器，控制器自動(dòng)發(fā)送指令給電磁閥，從而控制割臺(tái)油缸，將割臺(tái)舉升；反之當(dāng)仿形叉的近地端與地面遠(yuǎn)離時(shí)，仿形叉將自動(dòng)下落到初始位置，仿形叉通過(guò)調(diào)節(jié)拉桿一與角度傳感器連接，仿形叉降落時(shí)，角度傳感器會(huì)瞬時(shí)針旋轉(zhuǎn)，角度傳感器將數(shù)據(jù)信號(hào)傳輸至控制器，控制器自動(dòng)發(fā)送指令給電磁閥，從而控制割臺(tái)油缸，將割臺(tái)下降；割臺(tái)兩側(cè)都有仿形叉，有一端仿形叉與地面接觸，割臺(tái)都會(huì)自動(dòng)升起，降落時(shí)會(huì)自動(dòng)判斷兩側(cè)仿形叉的高度值，使其降落到離地面最近的仿形叉位置[2]；如果駕駛員不需要此功能時(shí)，將割臺(tái)控制模式改為手動(dòng)模式即可。

2 試驗(yàn)與結(jié)論

此割臺(tái)高度與仿形控制系統(tǒng)于2019年6月在牧神4YZT-8型自走式玉米籽粒收獲機(jī)上完成安裝和調(diào)試，2019年9月，在新疆五家渠軍戶(hù)農(nóng)場(chǎng)完成田間收獲試驗(yàn)，試驗(yàn)效果和性能指標(biāo)都達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計(jì)要求。

通過(guò)對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，此控制系統(tǒng)在調(diào)節(jié)過(guò)程中割臺(tái)高度誤差范圍在0~10mm左右，控制精度能滿(mǎn)足實(shí)際作業(yè)需求；割臺(tái)上升速度約為0.24 m/s、下降速度約為0.16 m/s，割臺(tái)升降過(guò)程中系統(tǒng)響應(yīng)速度，滿(mǎn)足GB 16151.12-1996《農(nóng)業(yè)機(jī)械運(yùn)行安全技術(shù)條件谷物聯(lián)合收割機(jī)》第15.4條：割臺(tái)上升速度不低于0.2 m/s，下降速度不低0.15 m/s的標(biāo)準(zhǔn)要求。

通過(guò)在牧神4YZT-8型自走式玉米籽粒收獲機(jī)上應(yīng)用實(shí)踐，此割臺(tái)高度與仿形控制系統(tǒng)能滿(mǎn)足實(shí)際作業(yè)需求，操作簡(jiǎn)便，極大降低了駕駛員駕駛收割機(jī)的操作難度，實(shí)現(xiàn)收獲割臺(tái)升降高度的精確控制，可以隨地面自動(dòng)仿形，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)避障，很大程度上降低了割臺(tái)底部工作部件的故障率，但仿形機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)位置和玉米割茬高低對(duì)仿形機(jī)構(gòu)的影響因素較大，后續(xù)還需繼續(xù)優(yōu)化設(shè)計(jì)。

表1 試驗(yàn)數(shù)據(jù)