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IJP-200型激光平地系統(tǒng)的研制與應用 | |
來自:中國農(nóng)墾農(nóng)機化學會 2007年3月4日16:8e(編輯:wx) | |
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宋其福
湖南省岳陽市屈原農(nóng)場農(nóng)機局
(2005年中國農(nóng)機化學會論文)
摘要 激光控制平地技術是與大規(guī)模、現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)相適應的先進平地技術。實踐證明,激光平地是一項節(jié)水、增產(chǎn)、增效的成熟技術措施。對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展具有十分重要的意義。但由于激光平地系統(tǒng)沒有實現(xiàn)國產(chǎn)化,不僅價格昂貴,而且維修、故障處理及零配件的更換不方便,不利于該技術的推廣。因此實現(xiàn)激光平地系統(tǒng)的國產(chǎn)化已成為發(fā)展農(nóng)業(yè)生產(chǎn)急需解決的問題。
屈原農(nóng)場農(nóng)機局心系農(nóng)業(yè)發(fā)展大計,聯(lián)合岳陽市農(nóng)機研究所,在消化吸收國外技術的基礎上,結合自己在應用實踐中積累的經(jīng)驗,成功研制出IJP-200型激光平地機,實現(xiàn)了全套系統(tǒng)的國產(chǎn)化,降低了成本,填補了國內(nèi)空白。整體技術達到了國內(nèi)領先水平,具有及其廣闊的推廣前景。
關鍵詞 激光 平地系統(tǒng) 研制 應用
0 引言
屈原農(nóng)場農(nóng)機局于2001年引進美國光譜精儀有限公司的L600型激光平地機組,在屈原農(nóng)場的四分場、二分場進行了較大面積的水田平整。在作業(yè)中,各項作業(yè)指標完全達到甚至超過了預定的農(nóng)藝標準,收到了良好的效果,得到了全農(nóng)場干群的認可。特別是在幾次大型農(nóng)機演示現(xiàn)場會上進行激光平地技術現(xiàn)場演示后,我國南方各省市的一些相關單位對激光平地技術評價很高,要求引進激光平地設備和技術。但是目前國內(nèi)所使用的激光平地系統(tǒng)都是從國外進口的,還沒有實現(xiàn)國產(chǎn)化,不僅價格高昂,而且在使用過程中的維修、故障處理及零配件的更換都不方便,不利于該項目的迅速推廣利用。因此,非常必要對激光平地系統(tǒng)進行國產(chǎn)化研制。
1 立項研制,確定方案
屈原農(nóng)場農(nóng)機局在激光平地作業(yè)的過程中,通過三年的實踐,充分掌握了激光平地系統(tǒng)的原理性能、適應性、可靠性、經(jīng)濟性,積累了豐富的經(jīng)驗。于2003年確立了對激光平地系統(tǒng)進行研制的課題,決定在消化吸收國外技術的基礎上,實現(xiàn)全套設備的國產(chǎn)化。岳陽市科技局于2004年將該項目納入了科研工作計劃,在上級科技部門的大力支持下,屈原農(nóng)場農(nóng)機局聯(lián)合岳陽市農(nóng)機化研究所和蘇州一光鐳射儀器有限公司成立了課題組,正式啟動了該項目。啟動后,立即確定方案,參照從美國引進的激光平地系統(tǒng),將該系統(tǒng)的組成分四部分:第一部分為激光發(fā)射接收;第二部分為電路控制;第三部分為液壓執(zhí)行機構;第四部分為刮土鏟。對上述四個部分能否實現(xiàn)國產(chǎn)化,課題組的全體工作人員進行了大量的調(diào)研、咨詢和可行性分析。經(jīng)過反復論證,**后確定具體方案如下:選用國產(chǎn)的JP300激光掃平儀進行改進,作為激光發(fā)射源,全方位激光探測儀采集光信號后并加以處理,然后以穩(wěn)定的信號方式輸出,也就是將平地設備的即時高度信息以電信號的方式輸入電控部件,電控部件將該信號加以處理后,控制液壓部件的工作,隨時調(diào)整平地設備的高低,使平地設備準確地維持在比較精確的工作面內(nèi),實施平地作業(yè)。
2 工作原理及結構特點
2.1 工作原理
IJP-200型激光平地系統(tǒng)主要由JP300激光發(fā)射器、JFP-20全方位激光接收器、控制箱和液壓閥組成。激光發(fā)射器僅發(fā)射一束極細的能旋轉360o的光線,為整個施工場地提供一個恒定的坡度基準。全方位激光接收器安放在刮土鏟上方的伸縮桿上,從激光平面到鏟刃之間這段固定距離即為標高測量基準,全方位激光接收器接到激光信號后不停地給控制箱發(fā)送高度信息,如果激光掃射在接收器上部,說明刮土鏟處于完成高度的下方,一個提高刮土鏟的修正信號發(fā)送給液壓閥。反之,一個降低刮土鏟的修正信號發(fā)送給液壓閥。液壓閥控制刮土鏟的油缸,其收到來自控制箱的修正信號后,提高或降低刮土鏟以維持正確的標高。
2.2 主要結構及其功能
2.2.1 激光發(fā)射器
激光發(fā)射器安在三角架上,一臺發(fā)射器能同時控制幾臺拖拉機或耕田船工作。激光發(fā)射器設有水平儀,能自動檢測并調(diào)平光束,使激光掃射面為一水平面,以作為土地平整作業(yè)的基準參照面。旋轉軸轉速為300~600r/min,有效光束半徑為200m(根據(jù)激光發(fā)射功率而定),是一個由電池驅動的激光發(fā)射裝置。在激光發(fā)射器內(nèi),有一只功率為4mw的氦氖激光管。激光管發(fā)射出一束極細的紅色光束,光束朝下,經(jīng)過兩個反光鏡,將光束變位朝上,又經(jīng)過一個透鏡變?yōu)槠叫泄馐?,然后再?jīng)棱鏡系統(tǒng)轉90o向外發(fā)射。棱鏡系統(tǒng)安裝在一個旋轉軸上,因而能旋轉360o。
2.2.2 激光接收器
激光接收器由具有中心控制點的9排4列微感應檢測器(光電傳感器)及電信號處理器構成。用以吸收來自激光發(fā)射器旋轉發(fā)出的激光束,光電傳感器將光信號轉換成電信號,并通過連接線輸送給控制箱。
2.2.3 控制箱
控制箱從接收器中接收和處理信號,經(jīng)過數(shù)據(jù)處理后轉換成控制信號,直接傳送到液壓控制閥的電磁鐵上,控制電磁換向動作??刂破髟O有手動和自動功能,并設有自動開關、手動開關(手動開關允許操作手在控制箱上進行電子升降刮土器)。
2.2.4 液壓控制閥
液壓閥收到來自控制箱上升和下降的信號,機油液壓系統(tǒng)就提供壓力控制油缸來提高或者降低刮土器以維持正常的標高。
3 先進性及創(chuàng)新點
3.1 作業(yè)平整精度高
IJP-200型激光平地系統(tǒng),是利用激光作為非視覺控制手段代替常規(guī)機械平地設備操作人員的目測判斷能力,用以控制液壓、平地機具的升降高度。在平地作業(yè)中,由于激光發(fā)射器發(fā)射的激光束在田面上方構成水平激光面作為土地平整作業(yè)的參照基準面,故不受田間平整活動的影響和干擾。激光接收器在操作過程中,對來自激光發(fā)射器發(fā)出的光束信號感應和傳遞迅速,電子控制箱自控靈敏,操作自動化程度高,因此,平地精度可達1.4cm,是常規(guī)機械設備平地難以企及的。
3.2 電控部件和液壓部件優(yōu)化設計,適應南方水田平整帶水作業(yè)。
將激光平地系統(tǒng)應用于水田平整帶水作業(yè),它的平地鏟相對旱地用的平地鏟要輕得多,平地鏟由于自重小無法使油缸活塞回位,因此進口激光平地系統(tǒng)靠平地鏟自動復位下挖的方式已經(jīng)不能適用。故將電控部件和液壓部件改為雙作用缸執(zhí)行作業(yè)方式,平地鏟升降完全由液壓驅動,解決了平地鏟自重不夠難以復位的問題。
南方水田耕整季節(jié)溫度有時高達40℃,液壓系統(tǒng)溫升太高將使系統(tǒng)無法正常工作。由于受結構限制,系統(tǒng)不便于安裝冷卻系統(tǒng),為了降低系統(tǒng)溫升,設計采用非工作時完全卸荷的方式,盡量降低壓力損耗,降低溫升,以適應南方的高溫氣候。試驗表明,該系統(tǒng)連續(xù)工作12小時升溫不大于30℃。
3.3 整個系統(tǒng)國產(chǎn)化,成本低,有利于推廣。
目前,能否降低整套設備價格是推廣應用激光平地技術的關鍵因素,而降低整套設備的價格關鍵又在于能否實現(xiàn)全套設備的國產(chǎn)化。屈原農(nóng)場農(nóng)機局于2001年從美國引進的一套設備價格為13萬元,加上配套的拖拉機9萬元,全套設備22萬元。IJP-200型激光平地系統(tǒng)(不包括拖拉機)的成本僅需4萬余元,價格較美國引進的平地系統(tǒng)可降低2倍左右,并且國產(chǎn)設備維修及更換零配件方便。
4 系統(tǒng)技術指標
4.1 電 源 DC12V
4.2 作業(yè)平整度 ≤2cm
4.3 **大工作半徑 200 m
4.4 **大工作負載 20KN
4.5 系統(tǒng)壓力 10mpa(可調(diào))
4.6 工作壓力 7mpa(可調(diào))
4.7 系統(tǒng)流量 20L/min(可調(diào))
5 結束語
IJP-200型激光平地機2004年12月份經(jīng)湖南省農(nóng)業(yè)機械產(chǎn)品質量監(jiān)督檢測中心檢驗,各項性能指標均達到了計劃書的任務要求。2005年元月份湖南省科學技術廳組織專家成立鑒定委員會,對該產(chǎn)品進行了鑒定,鑒定委員會一致認為:該產(chǎn)品實現(xiàn)了全套系統(tǒng)的國產(chǎn)化,填補了國內(nèi)空白,整體技術達到了國內(nèi)領先水平,具有廣闊的推廣前景,并建議加快該成果轉化,盡快實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。 |
發(fā)表于 @ 2008年06月25日 18:57:00 |點擊數(shù)()