懸掛式農機具電液智能系統研發應用
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摘要：我國農機的零部件基本上均是純機械化的，會導致農機無法根據不同的環境進行調整，從而無法提升工作效率。因此，我國的研發人員針對懸掛式農機具的部件，設計了機電液智能系統裝備，主要是基于單片機控制比例閥的液壓驅動調速技術和提升手柄控制系統的設計，實現了對懸掛式農機具的智能化控制。
關鍵詞：懸掛式農機具；電液智能系統；控制系統
隨著我國農業科技的不斷發展，我國對農機具提出了更高要求，也提出了農機具部件控制系統智能化的要求。目前，我國對于懸掛式農機具智能化的研究處于稚嫩階段，主要原因是懸掛式農機具的工作部件以純機械為主，運轉效率與速度相關聯，無法進行有效調整。為此，本文研究了機電液智能系統，為農機具的智能控制化提供了新的思路。
1系統總體設計
本系統將由微處理器模塊、驅動器模塊、速度傳感器反饋模塊、液晶屏顯示模塊、動力輸出電液系統模塊及提升手柄控制系統模塊組成。本系統微處理器模塊以STM32F103單片機主控單元為核心，通過輸出PWM信號來控制由DRV8412為主芯片的比例閥驅動電路，實現比例方向閥的液壓驅動調速。速度傳感器能夠將農機具馬達的轉速表現出來，從而促進農機具對速度的調控。液晶觸摸屏能夠反映出農機的各項工作指標，以及對各項工作進行智能化的控制。動力輸出電液系統的作用是將農機的動能轉化為對液體的壓力。提升手柄控制系統能夠自動調節懸掛式農機具的升起和降落。
2系統硬件設計
系統硬件主要包括信號輸入單元、驅動控制單元、顯示單元、液壓機械連接單元及通信設計。單片機STM32F103控制信號的輸出以及驅動，通過控制方向閥的電流方向和電流大小能夠實現對農機具方向閥的控制。驅動控制系統能夠反饋方向閥的電流方向和電流大小，并能夠根據工作的實際情況起到控制與維持電流大小、方向的作用。
2.1比例方向閥驅動控制電路設計
由主控單元輸入信號并調控信號，從而對農機具的方向閥進行控制。在對比例方向閥進行驅動控制時，要將相關的信息輸入到單片機，從而在農機具運行的過程中能夠通過電腳的方向觀察主機核心設備的狀態。本比例閥驅動電路模塊中，相關的驅動芯片采取的是“雙路全橋”式的工作模式，能夠對稱性地提供電氣的信息。比例方向閥的輸入引腳可以與控制信號的引腳相結合，從而實現輸入信號直接控制比例方向閥的工作。當主芯片出現工作故障時，能夠第一時間解決問題。例如：當出現電流或者溫度過高的情況時，能夠通過刪除電極解決問題。
2.2液晶屏顯示模塊設計
電液智能化控制系統的選擇為DMT80600T104液晶觸摸顯示屏。該顯示屏的好處是安全、可靠、耗電低，且在此顯示屏上能夠顯示出農機具的工作狀態信息。DMT80600T104液晶顯示屏通過與農機具的信息端連接，將農機具的工作信息顯示到屏幕上。顯示屏上的信息包括“實時速度”“實時方向”“設置速度”“設方向”。農機具的操作人員能夠通過顯示屏控制農機具的速度、方向等。
2.3動力輸出電液系統設計
懸掛農機具的電液智能化控制系統中，最重要的是動力輸出系統，因為動力輸出系統決定了農機具的工作效率。為此，要通過搜集農機具的動力、速度、控制參數，設計動力輸出系統。其中，懸掛農機具的液體泵為主要的動力來源，因此要將傳統懸掛農機具的機械能轉化為液壓能。懸掛農機具的動力輸出軸和液壓油泵輸出軸的連接方式采用伸縮型十字軸式萬向聯軸器，主要包括萬向節、軸套及軸承，能夠平穩地為農機具提供液壓能。
2.4提升手柄控制系統設計
提升手柄控制系統的設計直接關系到電液智能化的協調性。首先要確定液壓能相關的參數，從而設計手柄控制系統。手柄控制系統主要由電動缸、Y型推拉桿、U連接板和液壓手柄組成。電動缸為智能手柄控制系統的指揮部分，不僅可以使指揮系統簡單化，也能夠提升指揮系統的準確度。手柄控制系統的實際工作中，電動缸能夠自動將它輸入的信號進行正反處理，從而促使智能手柄能夠做出相應的應答。
3系統軟件設計
電液智能化控制系統的驅動軟件部分在KeiluVi-sion5開發環境中開發，自上而下地對系統進行設計。在程序設定上，要收集相關信息，并要對顯示屏進行初始化處理。各個程序軟件都獨立存在，同時又相互連接、相互影響、相互制約。比例方向閥控制運用STM32F103單片機主控單元的定時器工作模式，通過改變方向閥上的電流大小和方向實現對比例方向閥的控制。液晶屏顯示通過與單片機連接完成相應的指令。主控單元通過控制電動缸的正反翻轉提升懸掛臂，從而實現懸掛農機具位置的改變。
4實驗
將五征TA354型拖拉機的機械能轉變為液壓能，對懸掛農機具4U-170馬鈴薯收獲機作為負載進行試驗。實驗結果表明，本次對于懸掛農機具的設計是成功的。目前，懸掛式農機具電液智能系統已經應用于農業，改變了傳統懸掛式農機具不準確、不智能的缺點，明顯提升了我國的農業收量效率。
5結語
本懸掛農機具電液智能化控制系統設計在動力輸出軸提供動力的作用下，液壓馬達轉速可通過調節PWM信號占空比的改變實現智能化控制。工作部件工作時對動力輸出軸產生反饋作用力，需要增加反饋系統自動監控農機工作部件的工作狀態，構成閉環控制系統，從而實現系統的自動調節。
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作者：玉河 單位：廣西電力職業技術學院