太陽能電動微耕機的制作技術

王青 湯展華 周東華

摘要：目前，傳統電動微耕機主要通過發動機燃燒燃油而獲得驅動力，而太陽能電動微耕機主要能源來源于光伏電池，其具有的應用特點優于傳統設備。基于此，此次研究簡單介紹了太陽能電動微耕機的內容，之后詳細分析太陽能電動微耕機的制作技術，最后總結出太陽能電動微耕機具有高效、無污染的特點，可解決當前農業機械能源與作業環境問題，對促進我國太陽能微耕機開發與作業環境改善具有重要的意義與實用價值。

關鍵詞：太陽能;電驅動系統;微耕機;驅動控制

0引言

近年來，隨著我國社會經濟的發展，人們對清潔可再生能源開發與利用重視度提高。目前，電機技術較為成熟且類型多樣，可采用的驅動方式比較靈活[1]。由于傳統的電動微耕機采用蓄電池作為能量，但其只能應用一段時間，需要不斷對能源進行補充，而太陽能電動微耕機可適用于無電地區或遠離電網地區，作為一種可移動的清潔能源，可帶動各種電動農具進行不同種類農業作業。我國雖然是農業大國，但受電池容量等因素的影響，限制了電動農用車輛的發展。由此，對太陽能電動微耕機制作技術的研究十分必要，相關人員需要引起重視。

1太陽能電動微耕機概況

微耕機主要用于耕耘作業，適用于水、旱田耕整、田園管理和設施農業等，它可以直接用驅動輪軸驅動旋轉工作部件[2]。微耕機的作業質量、操作性、振動和噪音等在很大程度上取決于刀輥的設計制造及其與切土參數的匹配。太陽能電動微耕機與傳統微耕機不同，其具有的優點如表1所示。

從表1中看出，太陽能電動微耕機具有無污染、高效的優點。其可作為解決當前農業機械能源的有效途徑之一。當前，太陽能電動微耕機及其控制技術還不成熟，為了滿足農用車輛工況與機車安全可靠，需要對設備尺寸、控制情況等合理制作[3]。

2太陽能電動微耕機的制作技術

2.1系統結構設計

目前，太陽能電動微耕機主要采用三種驅動方式，具體如表2所示[4]。其中，輪邊驅動方式動力傳動鏈較短，經過對能源管理及動力系統控制而達到驅動、制動力分配的優化，該方式作為太陽能電動微耕機的驅動系統，主要由光伏組件、輪轂電機、蓄電池及輪邊減速器等組成。其中動力源為輪轂電機提供，所采用兩個永磁無刷直流電機，布置與左右兩輪的輪邊，根據表2中的優勢特點，其可滿足不同作業工況的需求。蓄電池作為整機的主要能源，為設備提供所需電能，而光伏組件作為輔助能量源，所產生的電能通過光伏控制器實現加速與減速控制。

根據表2 中對太陽能電動微耕機驅動方式的分析，得出其驅動系統采用輪邊驅動方式。而太陽能電動微耕機作業工況復雜，對其各部件型號與設計制作參數的合理選擇，將決定太陽能微耕機動力系統動力性與經濟性等性能發揮。

2.2制作實例及成效

對太陽能電動微耕機的制作，需要根據微耕機不同作業工況的動力需求對動力系統各部件進行選擇與參數設置。以研發中的太陽能微耕機為例，對其各部件參數合理設計，表3是具體的設計內容。

2.2.1案例分析

根據表3參數設計內容，此次選用驅動電機為永磁無刷直流電機，所設計為單鏵犁，微耕機主要耕作田地為中原地區某塊中等土壤，土壤比阻為50kPa，犁寬15cm，犁耕深度10cm，取整機牽引效率為0.5，犁耕作業速度為3km/h，微耕機電機功率儲備系數為1.2，在進行旋耕時耕幅可達60cm，耕深為12cm，旋耕作業速度為3km/h。由于目前市場上永磁無刷直流電機規格與兼顧整機的結構布局，最終所選用的輪轂電機，而該部件作為太陽能微耕機的關鍵部分，可直接對微耕機的動力性能造成直接影響[5]。由此需對輪轂電機外特性進行試驗，而試驗平臺在所構建的太陽能微耕機試驗平臺上進行，經試驗輪轂電機、輪邊減速器傳動比、蓄電池及光伏電池滿足所應用需求。

2.2.2應用性能

對于太陽能電動微耕機參數設置如表3，由于此次設計的太陽能電動微耕機主要是針對農業作業，所達到的應用成效表現為兩點，一點是所達到的動力性能較高，另一點是經濟性能較高。

2.2.2.1動力性能

動力性能主要表現為整機在一定土壤條件下微耕機所能提供的牽引能力。這是由于太陽能微耕機犁耕作業環境復雜多變，機器設備所遇到的阻力會產生一定的波動[6]，由此在保留10%-20%的儲備牽引能力;另一個動力性表現為太陽能微耕機所達到的爬坡度。由于本次研究中的田間作業為較平緩坡度，只需要對微耕機運輸作業情況下爬坡度進行記錄與計算。

2.2.2.2經濟性能

與傳統的燃油電動微耕機相比，太陽能電能微耕機以光伏電池與蓄電池作為能量源，以全天累積作業時間與能耗利用率看，太陽能微耕機獲得的總能量與作業時消耗的能量相等。另外，不考慮蓄電池與光伏電池充電效率，太陽能電動微耕機能耗利用率可用牽引效率進行衡量。

3 結語

綜所述，本文通過對太陽能電動微耕機的制作技術的研究，了解到太陽能電動微耕機的特點與驅動特性要求，結合實際情況，設計了太陽能電動微耕機，所采用的驅動系統為輪邊驅動方式，在此基礎上，以中原地區某塊中等土壤案例，設計以鋰電池組為主要能源，光伏組件作為太陽能微耕機的輔助能源，最后試驗應用后得出太陽能電動微耕機作業效率得以提高，并大大延長了設備作業時間，有效提高了設備的利用效率，這對促進我國農業設備可持續發展具有積極的作用。

參考文獻：

[1]張強，楊光友.基于STM 32單片機控制的電動微耕機研制[J].農機化研究，2019，41（7）：100-104，109.

[2]張勉，陳建，王卓， 等.電動微耕機鋰電池組熱特性的研究[J].農機化研究，2020，42（6）：19-24，35.

[3]南昌市八馬機械制造有限公司.一種電動微耕機：CN201920934647.X[P].2020-04-07.

[4]田偉，黃林青，付海明， 等.電動微型設施農業作業機械設計與試驗[J].農業裝備與車輛工程，2017，55（8）：19-23.

[5]河南天恩太陽能科技有限公司.基于作業平衡穩定的純電動微耕機：CN201720173536.2[P].2017-09-15.

基金項目：

2020年廣東省科技創新戰略專項資金項目（攀登計劃），名稱：太陽能微耕機的研制 （編號：pdjh2020b1281）

2019年中山職業技術學院大學生創新創業訓練計劃項目，名稱：太陽能微耕機的研究及中試