耕整地机械在水田作业中的水平自动调整技术

刘强

摘 要：耕整地作业的质量会直接影响到水稻的栽培全过程，不合理的耕整地作业易造成水稻产量的明显下降，针对于现阶段水田耕整地机械作业中容易出现的机体倾斜问题，建议在传统机械结构的基础上增设水平状态自动调整装置，以保证水田耕整地作业的良好品质，对水平自动调整技术的基本原理进行了相关说明。

关键词：耕整地机械;水田;水平调整;技术;水稻

中图分类号：S233.1        文献标识码：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2019.06.064

耕整地作业是水稻生产的基础性工作，现代化的耕整地作业通过使用专用机械按照农艺要求完成水田的土层翻耕、土壤细碎、优化耕地土壤结构，并进一步实现水稻残茬翻盖，将地表积聚的化肥和农药混入土壤内部，减少地表残留造成的环境污染和对水稻生长的不良影响。我国的水田耕整地机械在多年的研究和发展基础上，已经具备了供不同水田作业需要的机型要求，并逐渐向着多功能方向发展。水田耕整地机械的作业根据农艺要求，必须达到土壤耕整后均匀平整的要求，但由于水田地表不平等复杂因素影响，耕后效果常存在着深浅不一、质量不佳的问题。针对这一问题，在现阶段耕整地技术的基础上，研究水田作业的水平调整技术，有利于提高水田耕整地作业的整体水平。

1 水田耕整地机具发展情况

我国对于水田耕整地机具的研究开始于20世纪70年代，经历了机械的不断优化和机型的日渐丰富，现阶段所使用的水田耕整地机具大体包括轮式和船式两类，其中以轮式应用为主，且随着《水田耕整机安全技术要求》于2008年实施，水田耕作机具的技术和可靠性得到了快速发展。

随着国家农机购置补贴的深入实施，农民有能力购置更为先进的新型农机，使水田耕整地机具开始由小型农机向着中大型农机转变，且机具具备功能丰富、种类齐全的特点，这种发展趋势更适合于农业产业化发展及土地的大规模经营需要。但总体上看，水田耕整地所使用的机械仍以落后的小型农机为主，其安全性和可靠性仍有待提升，大型先进机型的推广与普及仍需加速实施。

2 耕作机具水平调整的意义

在拖拉机悬挂水田耕整地机械作业时，因为水田耕地表面状态相对较差，其中的坑洼或斜坡可能导致拖拉机行驶中出现倾斜问题，这种倾斜会通过悬挂结构传递给耕整地机具，从而引起被悬挂的机具也同时出现倾斜问题，这很容易造成耕整地作业的质量降低（如图1），还可能对机具造成一定的损坏。由于现阶段的耕整地机具在与拖拉机悬挂连接后，需要通过手工调整左右方向的水平状态，手工调整后的耕整地机械与拖拉机形成相对固定状态。因此不能实现实时的水平调整，这不利于水田耕整地作业状态的优化。因此，在现有机械结构的基础上，设计并推广水田耕整地机具的自动调平装置，以保证耕整地质量的提高和水田生产整体状态的优化。

3 自动调平技术的基本原理

3.1 傳统机具的基本结构

自动调平的技术原理包括了机械、液压、自动控制、传感器等众多学科，是机电液一体化技术应用于农业机械上的典型案例。以水田旋耕整地为例，在拖拉机与旋耕整地机通过三点式悬挂可靠连接后，传统的机械结构即可靠固定，并通过万向节传动轴将拖拉机的后动力输出轴输出的动力传给旋耕机。在具备可自动调整水平状态的机具上，拖拉机为旋耕刀辊提供动力，从而实现对水田土壤的切削、翻耕与细碎工作，以此满足旋耕机的基本作业需求。

3.2 自动调平技术的应用方式

在传统的水田旋耕整地机基础上，自动调平装置通过在平地拖板上安装液压油缸驱动平地托板实现自动调整，整个调平装置由车载计算机、水平传感器、液压泵、液压油缸、分流阀、控制器、溢流阀、电磁换向阀等组成，旋耕机的平地拖板与悬挂架采用销轴连接的方式，以便于在调平的过程中平地拖板能够绕销轴自由转动（如图2）。同时控制器具备信号采集、单片机控制、驱动电磁阀高压保护等多种功能，能可靠地完成相关数据的运算与处理。

当拖拉机行驶过程发生倾斜时，通过安装于旋耕机上的角度传感器获得左右方向的角度倾斜量，角度传感器能够迅速地将测得的角度偏差值传递给主控制器。当主控制器接收到角度偏差信号后，会针对于该信号进行运算和处理，并与标准状态范围进行比较，当发现角度偏差大于允许的范围值，那么控制器会以输出电信号形式控制对应电磁阀工作，实现对平地拖板相连液压缸的调节，从而在液压缸调整下，缩小旋耕机构在左右水平方向的角度误差，以保持平稳的工作状态。若经分析后左右方向的角度偏差在可接受的范围内，则控制器不会向电磁阀输出电信号，此时电磁阀处于关闭状态，也就不会对旋耕机械进行调整，通过合理的控制程序设计，能有效提升耕整地过程的合理性和实际品质。主要工作关系如图3所示。

4 自动控制与液压技术应用

4.1 自动控制系统的相关功能

调平装置对于耕整地机具的控制，主要满足以下功能要求：（1）能够准确检测机具的水平状态，并将传感器获取的状态信息进行处理和转换生成数字信号，以便于控制器对测量数据进行分析与运算。（2）主控制器具有快速准确处理信息的能力，并能够准确输出控制信号，灵敏且准确地调节耕整地机具的水平状态。

要满足水田旋耕机平地系统对平地拖板的控制与调节过程，控制系统的设计需要满足以下要求：（1）能检测平地拖板的水平姿态，并对传感器测得的模拟信号进行处理得到数字信号，方便控制器对测量的结果进行运算分析。（2）控制电路具有信息显示的功能，能够对传感器获得的信息进行准确的显示，以便于工作人员对工作状态的实时掌握。

4.2 液压系统主要功能

4.2.1 液压功能的执行

在对水田耕整地机具进行调节的过程中，通过液压缸的绳索实现机具沿销轴的转动，以实现水平状态调整的要求。为保证液压系统运行过程的平稳性，在液压回路中应设计流速调节装置，以免出现流速不稳定问题，当耕整地机具完成了状态调整后，液压系统能够及时停止动力的传递，并同时开启保压功能，以避免继续工作过程中耕整地机具因受力出现再次倾斜的问题。为避免液压系统的工作中出现压力过大的问题，油路循环中应设置载荷控制与泄压装置，以保证液压系统运行的安全性。

水平自动调整装置的液压系统工作动力来自于液压泵，为液压油缸提供动力，液压泵的动力可通过电机或拖拉机提供。对液压系统的控制与调整多是利用液压阀来实现的，根据传感器获取的水田耕整地机具的实际状态，通过控制系统控制三位四通电磁换向阀的启闭状态，进而实现对液压缸的伸缩运动控制。若机具状态不需要调整，电磁阀应置于中位，此时电磁阀控制整个油路处于关闭状态，液压油缸不进行伸缩动作，此时的液压油路维持在保压状态，能有效保证耕整地机具在目前状态下连续作业。当水田耕整地机具的状态需要调整时，电磁阀会根据控制器提供的方案开启指定的油路，通过液压油缸的伸缩实现对水平状态的補偿，保证耕整地的均匀性和平整度。

4.2.2 液压系统的安全辅助

为保证液压系统工作的可靠性，通常情况下水平自动调整装置的液压系统还需设计滤油器、温度计、压力表等辅助原件。滤油器通常安装于液压泵的吸油口附近，能够有效的过滤液压油中的杂质;压力表位于液压泵的出油口处，能够显示液压系统的压力值，方便调节系统工作压力大小;温度计所显示的是液压油箱的温度，方便使用者观察液压系统状态。

5 结论

传统的水田耕整地机械尽管能够在基本上满足耕整地作业的需要，但随着农业生产对作业质量的要求日益严格，农业机械也必须要进行不断的优化与调整才能满足优化农业生产的目的。对于水田耕整地机械而言，利用现有的机具结构和拖拉机的相关功能，只需进行简单的结构设计和控制功能设计，就能显著提升耕整地实际质量，这需要农机工作者针对这类问题不断统计和优化，以促进我国农机产业更好更快的发展。

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