变量施肥液压驱动系统的研究与开发

变量施肥液压驱动系统的研究与开发

0化肥在粮食产量、产量上的应用增多中国是一个拥有众多农业的国家，农业的发展是国家和人民感兴趣的焦点。尤其是近年来,农业的基础设施、国家的扶持、科学技术的发展等的不断提升为我国农业的发展做出了很大的贡献,其中化肥的施用功不可没。20世纪80年代,化肥的广泛使用极大地增加了粮食产量。与有机肥相比,化肥需要较少的劳动力并能够允许农民耕种更多的土地,合理的使用会大幅度增加产量。但是,正如许多学者指出的那样,化肥的使用对我国的环境造成严重影响化肥是重要的农业生产资料,被誉为农作物的粮食为了使农民得到更好的收益,减少过量施肥给农民带来的一系列麻烦,以及对田间环境得到有效的保护,需要坚持走农业可持续发展路线,使变量施肥技术达到一个更高的水平由于液压传动功率质量比大,且具有易实现无级变速、自动控制与过载保护等方面的独特技术优势1变量施肥系统的整体设计变量施肥液压驱动系统主要由液压泵站、比例型流量控制插装阀及液压马达等元件组合而成2选择和工作原理基于能源驱动单元2.1液压马达的参数及选用上的问题由于进口液压马达价格较高,导致性价比不高。因此,从性价比的角度考虑选择镇江大力液压马达有限责任公司BMP160型液压马达。BMP160型液压马达可以与各种油泵、阀及液压附件配套组成传动装置,满足各种机器的工况。因此,选用了BMP160型的液压马达。BMP160液压马达主要技术参数如表1所示。马达的结构选用了一种小体积、经济型轴配流BMP系列的摆线液压马达,排量为160L。其主要特点是体积小,节约空间,寿命长。其中,安装法兰的规格尺寸选用2-ue54e13.5菱法兰,止口ue54e82.5×8;轴伸的规格尺寸选用ue54e25轴,平键8×7×32;进出油口的规格尺寸选用M22×1.5;板式4×M8,M14×1.5。轴密封承压高,可串、并联试用;采用了世界先进的加工方法,具有先进的设计结构。表1中的额定流量、压力下的输出值为55,也就是额定转速、扭矩。该排量马达可以连续工作的最大值就是连续值。该排量马达在1min内工作6s的最大值就是断续值。该排量马达在1min内工作0.6s的最大值就是峰值,从图表中可以清晰地看出它的性能2.2油泵岩石机液压泵站选用WZWF160E-D型泵站,泵装置布置形式为上置卧式;变量叶片泵最大流量20L/min;油箱最大容量为160L;电机功率为3kW;工作压力为6.3MPa;液压输出为2路手动换向阀,输出可快速连接;显示仪表为压力表;泵站可移动式,有固定脚;外形尺寸700mm×600mm×600mm(不含底座)。其主要零部件明细如表2所示。2.3pv06-30比例型流量控制插装阀调速阀选择PV08-30比例型流量控制插装阀。PV08-30比例型流量控制插装阀是一种控制液压系统的压力和流量的比例型阀门,可运用很小的压差来追踪负载压力,控制泵的压力,是一种节能型阀。PV08-30比例型流量控制插装阀的工作原理:PV08-30用于调节油口的流量,不受系统工作压力的影响;随着电磁阀中电流的增大,PV08-30的输出流量也将增大。如果设备的优先流量油口被外阀封闭(死点),将该阀用于旁通流量控制时,就需要在优先油口处设置一个小的卸油孔。它的性能如图2所示。2.4旋转编码器选型旋转编码器是集光机电技术于一体的速度位移传感器,主要是用来测量转速的,它与PWM技术结合起来可以实现一种快速调速的装置。本文中旋转编码器选用的型号为HN80-25L11G10-30FA2500B-S4B,脉冲2500P/R;轴25mm,适用压力源为10~30V。3管理系统的设计3.1电机转速n&apos的标定根据该系统的设计要求,考虑到控制液压马达的转速,则对排肥器转速的计算进行如下设计施肥装置每公顷的施肥量Q为式中Q—施肥装置每公顷的施肥量(kg/hmq(n)—n转速下单个排肥器的排肥量(g/min);N—排肥器个数。如果对排肥器排肥量和排肥轴转速的关系进行标定,则有标定拟合方程为式中k—标定直线斜率;b—标定直线截距。把标定拟合方程式(2)代入施肥量式(1)中,得到排肥轴转速控制公式为设直流电机与排肥轴的传动比i,得直流电转速n'的控制公式为对于确定的施肥机和肥料,参数B、N、b、k、i是确定值,可以作为常量写入PLC。对于不同的施肥机或肥料,只需要改变这些参数,而不必改变程序,从而使软件具有通用性。对于一定的施肥量Q来说,电机转速n'随不同机具前进速度v而改变,可以通过控制电机转速n'达到适应不同机具前进速度v下的变量施肥要求。3.2pid控制器设计为保证排肥驱动机构运转的稳定性和良好的动态响应特性,选用了数字PID控制器,兼顾系统动态控制特性和静态性能典型的PID控制的系统结构图如图3所示。PID调节器的传递函数为其中,K式中ωξ3.2.1阀的线性化流量公式式中KKP3.2.2正在运行的流量连续方程式中ω—液压马达输出的角速度;DCβ3.2.3混凝土砌块的力平衡方程式中JG—负载的扭转弹簧刚度;BT根据式(6)~式(9)得到阀控液压马达系统模型如图4所示。4变量施肥性能试验4.1不同转速对于压力排肥量的影响1)试验目的:研究不同转速情况下排肥器的施肥精度及转速追踪特性。根据外槽轮排肥器实际的转速的不同,获取不同转速下的排肥量。2)试验设备:施肥监视系统(12根排肥管)、液压泵站、量杯、公斤称、电脑、化肥尿素。3)试验方法:连接施肥监控系统,将尿素装入肥箱,将排肥轴动力装置连接液压泵站,将排肥器的开度定位在55mm,开启施肥监控系统控制台;设定最大排量标定,参数转速逐渐递增,运行时间30s,排出肥料为氮肥、尿素;点击启动按钮,排肥轴开始转动,将肥料从肥箱排出,30s后,停止工作,对排肥量进行12次测量,量杯净重325g。试验数据处理及分析如表3和图5所示。根据方差分析可以看出目标转速的改变对于施肥量有显著影响。根据图表可以看出符合线性关系。线性关系式为:y=53.311x+40.977。4.2试验系统的操作应用在室内2F-12型变量施颗粒化肥试验台中,通过调节落肥口大小,改变排肥器的转速可以实现不同施肥量的抛撒试验,大多数试验都是通过调节落肥口的大小或改变肥料下落的速度,从而对施肥量进行控制。该系统经过测试与试验,能够实现精准施肥,且稳定程度很高,有效地提高了化肥的使用效率,操作简单,符合我国农业的基本现状,适宜在我国农村大面积推广。试验结果表明:不同转速下,排肥器的排肥量稳定精确,消除了车速及排肥轴转速对实际排肥量的影响。5稳定性及研究性对变量施肥液压驱动系统进行了整体设计,主要是针对液压驱动元件的选用和控制系统进行计算,包含了液压马达、调速阀、液压泵站等的选用要求。确定了设备所选用的型号,同时对变量施肥液压驱动系统进行了实验室的组装试验,结果表明:该系统具有较高的可靠性。尚需解决以下几方面问题:(1)系统的反馈时间。通过响应实验,计算出施