耕整地機械在水田作業中的水平自動調整技術

劉強

摘 要：耕整地作業的質量會直接影響到水稻的栽培全過程，不合理的耕整地作業易造成水稻產量的明顯下降，針對于現階段水田耕整地機械作業中容易出現的機體傾斜問題，建議在傳統機械結構的基礎上增設水平狀態自動調整裝置，以保證水田耕整地作業的良好品質，對水平自動調整技術的基本原理進行了相關說明。

關鍵詞：耕整地機械;水田;水平調整;技術;水稻

中圖分類號：S233.1 ? ? ? ?文獻標識碼：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2019.06.064

耕整地作業是水稻生產的基礎性工作，現代化的耕整地作業通過使用專用機械按照農藝要求完成水田的土層翻耕、土壤細碎、優化耕地土壤結構，并進一步實現水稻殘茬翻蓋，將地表積聚的化肥和農藥混入土壤內部，減少地表殘留造成的環境污染和對水稻生長的不良影響。我國的水田耕整地機械在多年的研究和發展基礎上，已經具備了供不同水田作業需要的機型要求，并逐漸向著多功能方向發展。水田耕整地機械的作業根據農藝要求，必須達到土壤耕整后均勻平整的要求，但由于水田地表不平等復雜因素影響，耕后效果常存在著深淺不一、質量不佳的問題。針對這一問題，在現階段耕整地技術的基礎上，研究水田作業的水平調整技術，有利于提高水田耕整地作業的整體水平。

1 水田耕整地機具發展情況

我國對于水田耕整地機具的研究開始于20世紀70年代，經歷了機械的不斷優化和機型的日漸豐富，現階段所使用的水田耕整地機具大體包括輪式和船式兩類，其中以輪式應用為主，且隨著《水田耕整機安全技術要求》于2008年實施，水田耕作機具的技術和可靠性得到了快速發展。

隨著國家農機購置補貼的深入實施，農民有能力購置更為先進的新型農機，使水田耕整地機具開始由小型農機向著中大型農機轉變，且機具具備功能豐富、種類齊全的特點，這種發展趨勢更適合于農業產業化發展及土地的大規模經營需要。但總體上看，水田耕整地所使用的機械仍以落后的小型農機為主，其安全性和可靠性仍有待提升，大型先進機型的推廣與普及仍需加速實施。

2 耕作機具水平調整的意義

在拖拉機懸掛水田耕整地機械作業時，因為水田耕地表面狀態相對較差，其中的坑洼或斜坡可能導致拖拉機行駛中出現傾斜問題，這種傾斜會通過懸掛結構傳遞給耕整地機具，從而引起被懸掛的機具也同時出現傾斜問題，這很容易造成耕整地作業的質量降低（如圖1），還可能對機具造成一定的損壞。由于現階段的耕整地機具在與拖拉機懸掛連接后，需要通過手工調整左右方向的水平狀態，手工調整后的耕整地機械與拖拉機形成相對固定狀態。因此不能實現實時的水平調整，這不利于水田耕整地作業狀態的優化。因此，在現有機械結構的基礎上，設計并推廣水田耕整地機具的自動調平裝置，以保證耕整地質量的提高和水田生產整體狀態的優化。

3 自動調平技術的基本原理

3.1 傳統機具的基本結構

自動調平的技術原理包括了機械、液壓、自動控制、傳感器等眾多學科，是機電液一體化技術應用于農業機械上的典型案例。以水田旋耕整地為例，在拖拉機與旋耕整地機通過三點式懸掛可靠連接后，傳統的機械結構即可靠固定，并通過萬向節傳動軸將拖拉機的后動力輸出軸輸出的動力傳給旋耕機。在具備可自動調整水平狀態的機具上，拖拉機為旋耕刀輥提供動力，從而實現對水田土壤的切削、翻耕與細碎工作，以此滿足旋耕機的基本作業需求。

3.2 自動調平技術的應用方式

在傳統的水田旋耕整地機基礎上，自動調平裝置通過在平地拖板上安裝液壓油缸驅動平地托板實現自動調整，整個調平裝置由車載計算機、水平傳感器、液壓泵、液壓油缸、分流閥、控制器、溢流閥、電磁換向閥等組成，旋耕機的平地拖板與懸掛架采用銷軸連接的方式，以便于在調平的過程中平地拖板能夠繞銷軸自由轉動（如圖2）。同時控制器具備信號采集、單片機控制、驅動電磁閥高壓保護等多種功能，能可靠地完成相關數據的運算與處理。

當拖拉機行駛過程發生傾斜時，通過安裝于旋耕機上的角度傳感器獲得左右方向的角度傾斜量，角度傳感器能夠迅速地將測得的角度偏差值傳遞給主控制器。當主控制器接收到角度偏差信號后，會針對于該信號進行運算和處理，并與標準狀態范圍進行比較，當發現角度偏差大于允許的范圍值，那么控制器會以輸出電信號形式控制對應電磁閥工作，實現對平地拖板相連液壓缸的調節，從而在液壓缸調整下，縮小旋耕機構在左右水平方向的角度誤差，以保持平穩的工作狀態。若經分析后左右方向的角度偏差在可接受的范圍內，則控制器不會向電磁閥輸出電信號，此時電磁閥處于關閉狀態，也就不會對旋耕機械進行調整，通過合理的控制程序設計，能有效提升耕整地過程的合理性和實際品質。主要工作關系如圖3所示。

4 自動控制與液壓技術應用

4.1 自動控制系統的相關功能

調平裝置對于耕整地機具的控制，主要滿足以下功能要求：（1）能夠準確檢測機具的水平狀態，并將傳感器獲取的狀態信息進行處理和轉換生成數字信號，以便于控制器對測量數據進行分析與運算。（2）主控制器具有快速準確處理信息的能力，并能夠準確輸出控制信號，靈敏且準確地調節耕整地機具的水平狀態。

要滿足水田旋耕機平地系統對平地拖板的控制與調節過程，控制系統的設計需要滿足以下要求：（1）能檢測平地拖板的水平姿態，并對傳感器測得的模擬信號進行處理得到數字信號，方便控制器對測量的結果進行運算分析。（2）控制電路具有信息顯示的功能，能夠對傳感器獲得的信息進行準確的顯示，以便于工作人員對工作狀態的實時掌握。

4.2 液壓系統主要功能

4.2.1 液壓功能的執行

在對水田耕整地機具進行調節的過程中，通過液壓缸的繩索實現機具沿銷軸的轉動，以實現水平狀態調整的要求。為保證液壓系統運行過程的平穩性，在液壓回路中應設計流速調節裝置，以免出現流速不穩定問題，當耕整地機具完成了狀態調整后，液壓系統能夠及時停止動力的傳遞，并同時開啟保壓功能，以避免繼續工作過程中耕整地機具因受力出現再次傾斜的問題。為避免液壓系統的工作中出現壓力過大的問題，油路循環中應設置載荷控制與泄壓裝置，以保證液壓系統運行的安全性。

水平自動調整裝置的液壓系統工作動力來自于液壓泵，為液壓油缸提供動力，液壓泵的動力可通過電機或拖拉機提供。對液壓系統的控制與調整多是利用液壓閥來實現的，根據傳感器獲取的水田耕整地機具的實際狀態，通過控制系統控制三位四通電磁換向閥的啟閉狀態，進而實現對液壓缸的伸縮運動控制。若機具狀態不需要調整，電磁閥應置于中位，此時電磁閥控制整個油路處于關閉狀態，液壓油缸不進行伸縮動作，此時的液壓油路維持在保壓狀態，能有效保證耕整地機具在目前狀態下連續作業。當水田耕整地機具的狀態需要調整時，電磁閥會根據控制器提供的方案開啟指定的油路，通過液壓油缸的伸縮實現對水平狀態的補償，保證耕整地的均勻性和平整度。

4.2.2 液壓系統的安全輔助

為保證液壓系統工作的可靠性，通常情況下水平自動調整裝置的液壓系統還需設計濾油器、溫度計、壓力表等輔助原件。濾油器通常安裝于液壓泵的吸油口附近，能夠有效的過濾液壓油中的雜質;壓力表位于液壓泵的出油口處，能夠顯示液壓系統的壓力值，方便調節系統工作壓力大小;溫度計所顯示的是液壓油箱的溫度，方便使用者觀察液壓系統狀態。

5 結論

傳統的水田耕整地機械盡管能夠在基本上滿足耕整地作業的需要，但隨著農業生產對作業質量的要求日益嚴格，農業機械也必須要進行不斷的優化與調整才能滿足優化農業生產的目的。對于水田耕整地機械而言，利用現有的機具結構和拖拉機的相關功能，只需進行簡單的結構設計和控制功能設計，就能顯著提升耕整地實際質量，這需要農機工作者針對這類問題不斷統計和優化，以促進我國農機產業更好更快的發展。

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