農業機械中的電液控制技術及其應用注意事項

時偉偉

(江蘇省常州技師學院 交通運輸學院，江蘇 常州 213032)

0 引言

在當今社會，電液控制技術已被應用到了農業、工業、交通運輸業等各行各業，成為各類機械設計與制造的核心技術之一，農業機械是其中的典型代表。農業機械種類繁多，涉及農業生產從播種到澆水施肥，再收割(采摘)的全過程。在電液控制技術的推動下，各類農機不僅作業性能上得到了很大的提升，其穩定性也得到了增強。總之，電液控制技術對于農業生產力的提升、農機設備水平的提升都有著很好的推動作用。因此，農機行業應充分認清現狀，在先進技術的推動下研發和制造適用于生產的高水平農機。

1 電液控制技術概述

1.1 電液控制技術的發展

現代微電子技術與信息技術發展迅猛，傳統的液壓系統與其結合的程度也越來越密切，由此電液控制技術在各類涉及機械的行業得到了廣泛的發展和應用。電液控制系統是電液控制技術與一般農業機械相結合的體現，通過設定規律的電信號的輸入，連續且成比例地對農機運行過程中的各類物理參數進行調整和控制，包括作用力、轉速、位移、運行速度等。目前，電液控制技術主要包括電液伺服控制技術、電液比例控制技術、早期電液閥等，其主要技術特征如表1所示?？傮w來說，電液控制系統是機械及自動化技術、電子技術、液壓技術相結合的體現[1]。

表1 不同電液控制技術主要技術參數

1.2 電液控制技術的優勢

本文主要從農業機械的應用角度來分析電液控制系統的優勢。首先，工控能力更強，以標準化的比例閥、工控模塊、電磁鐵等組件為核心，簡化了傳統液壓系統的繁瑣組件，對系統的靈活性與操控的復雜程度都有了優化，且性能上得到了很大的提高；其次，工作平穩，控制精度高，這一優勢源于控制系統具有反饋能力，能夠對控制的精確度進行優化調整；再次，電液控制系統的結構簡單，使用元件較小，對污染不敏感，系統簡化了內部結構，原本繁瑣且大面積的模塊被替換，這不僅使得系統使用的便捷性提高，也使故障率降低，運行的穩定性得到提升；最后，該系統的自動化和智能化水平高，可開發能力強，能夠實現編程控制，因此可以實現自適應、自控和遠程控制，對農機自動化與智能化的推進具有推動作用。

2 電液控制技術在農業機械上的應用現狀

2.1 電液控制技術在拖拉機懸掛系統中的運用

拖拉機的液壓懸掛往往是依靠分配器，用機械推桿來起到調節油液的流量與流速，使其變換不同的作業位置，完成不同需求的作業。而現如今，農業作業也不同于以往，在作業位置上的要求不斷提高，導致機械控制的液壓懸掛系統不能滿足農業生產的需要。在此背景下，“機、電、液”一體化控制的懸掛系統應運而生。

通過電液控制技術，一方面規避了傳統懸掛系統的短板，另一方面取得了功能上的升級，能夠實現位置、力矩、高度、速度等參數的快速調整，且可靠性和準確性更高。諸多研究人員在拖拉機懸掛系統方面進行了研究并取得了成果，徐煌[2]在碩士論文中提出了具有力位綜合調節功能的拖拉機電子液壓懸掛系統，能夠進行耕深位移調節和力調節。目前，電液控制技術在拖拉機懸掛系統中已經有了較多應用且效果顯著，但由于其處于初始階段，穩定性還達不到理想的要求。

2.2 電液控制技術在施肥播種機中的運用

施肥播種機是農業生產中最常用的農業機械之一，其廣泛使用大大減輕了農民在作物播種和施肥階段的勞動量。但由于播種和施肥兩項內容均對作業均勻性要求較高，且不同作物所需的施肥播種量也有差異，傳統的施肥播種機存在很多的弊端。以農作物的施肥為例，農肥的施撒是否均勻，直接影響到作物的質量。我國長期運用農機施肥以來就存在著施肥量不合理的問題，表現在施肥過量、比例不協調等，一方面直接導致了作物生長所需的營養物質失調，降低了農業生產的效益，另一方面過量化肥的使用也帶來了對土質、水質的污染。

施肥播種機的設計多數依賴傳統的液壓機械傳動，難以實現施肥播種過程的均衡，而所謂的變量施肥播種僅處在研究階段。為了滿足變量施肥和播種的需求，已經有廠家推出了可更換機械傳動部件的機具，通過更換部件來適應不同施肥量的需求，從一定程度上初步實現了變量施肥播種。但是其調整過程復雜，并且變動的范圍也受到限制，無法實現無級變速，因此真正實現理想化的變量施肥播種還有很大的差距。目前，對于變量施肥有電控液壓馬達控制、電控機械無極變速控制、步進電機直接驅動控制三種實現方法，控制模塊主要包括單片機模塊、DA轉換器、放大驅動器、電液比例閥、液壓馬達、排肥軸轉速傳感器及轉速信號處理電路(圖1)。其中電機直接驅動受制于車載電源的水平難以實現，其余兩個已有應用。張繼成[3]在博士論文中基于電液控制技術設計出一種施肥播種機，實現了從設置施肥量到施肥控制，再到電液比例調控反饋這一過程的精準控制，具有很好的實際意義，避免了傳統施肥播種機的諸多弊端，具備更高的運行穩定性和多方面優勢。

圖1 電液技術在播種施肥機中的應用

2.3 電液控制技術在農業機械導航中的應用

隨著自動導航技術在農業機械中的逐漸發展與應用，目前農業自動導航技術主要用于控制農業機械的運動軌跡、行駛參數等，主要是對機器行進速度與農機轉向系統的控制，機器行進速度主要采用電液控制系統進行，主要技術流程如圖3所示。

圖3 電液控制系統在自動導航中應用的技術流程

2.4 其他應用

農業機械電液控制技術是從大型工程機械上的應用演變而來，具備高效率、高可靠性和高穩定性等多方面的優勢，近年來逐漸應用在農機設備方面。從當前電液控制技術在農機方面的應用現狀來看，除了上述施肥播種機和拖拉機的懸掛系統兩方面的研究較多之外，在其他各類農業機械上的應用較少。因此，總體來說電液控制技術在農業機械上還處于一個探索階段，從很多研究者的探究方面來看，該技術在很多其他類型的農機上也有很好的運用潛質。例如，聯合收割機割臺高度的調整，也是可以運用電液控制技術來實現最佳的控制。在未來的發展當中，從播種至收割的農作物生產全周期的農業機械中電液控制技術的覆蓋面將會越來越廣。

3 農業機械中電液控制技術的應用注意事項

3.1 定期進行系統的檢查及維護工作

農機設備的作業環境一般比較不穩定，會面對不同的地形、氣溫、濕度等，因此在經過較長時間的運行之后，農機的部件會發生形變、磨損、銹蝕等；原本系統對于農機運行過程中作用力、轉速、位移、運行速度等參數的控制也會隨之受到影響。若長時間不予維護，電液控制系統的控制穩定性和精確性將會受到影響，尤其是在目前技術還不夠成熟的情況下，更應該打好基礎，不能存在惰性和僥幸心理。通過定期合理的系統檢修與維護，一方面保證農機設備的高質量運行，另一方面也有助于電液控制技術在實際應用中總結問題，不斷提高技術應用水平。

3.2 防止雜質污物等侵入系統

電液控制技術發揮作用的前提是保障液壓系統的可靠運行，而其中的各類元件之間聯系緊密，液壓元件加工精度高，且其中有多個孔道、節流縫隙等，因此容易受到雜質污物的影響。而電液控制系統最大的優勢就是其控制精度，雜質的侵入勢必會對系統精度造成影響。因此安裝前需要進行管路清理，保持液壓油的清潔，采用外部保護等方式，一方面保持液壓系統的穩定運轉，避免液壓系統的故障，另一方面保障電液控制系統的控制精度，提高系統的可靠性。

3.3 在應用中總結經驗，創新技術

當前，電液控制技術在農業機械上的應用還處于起步階段，除了前文中提及的施肥播種機和拖拉機懸掛系統之外，在其他方面的運用還處于理論設計方面，但電液控制技術在其他行業的運用，包括工業、制造業、交通運輸業、建筑業等行業的運用，已經充分體現出了其高效、穩定、靈活、故障率低的優勢，因此專業人員應從現有農機設備的運用中總結經驗，發現現有的運用了電液控制技術的農業機械的改善點，以及其他農機設備中能夠運用到該技術的點，不斷進行優化創新，使電液控制技術能夠在農業機械行業廣泛利用。

3.4 提高電液控制系統的故障診斷方法

目前，電液控制技術主要是以計算機為核心的控制器實現對農業機械各個零部件的控制，但是在自動控制系統中，執行器和傳感器故障是導致農業機械控制系統故障的主要原因。目前，在農業機械控制系統中主要采用“二狀態故障模型”，但是在實際應用中工作精度較低。因此，未來基于人工智能控制模型進行電液控制系統的故障診斷對于提高農業機械的工作可靠性與工作效率具有重要意義。

4 結語

綜上所述，電液控制技術在我國農機上的應用處在一個起步階段，這與當前的電液控制技術水平及農業機械的特點，與農業行業的特點是分不開的。在未來，隨著電液控制技術水平的不斷提高，其在農業機械上的應用也將會越來越廣泛，技術上也會越來越成熟，在很長一段時間內都將成為農業機械設計、制造和運行的核心技術，為農機行業的發展和實現現代化起到強有力的推動作用。