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IJP-200型激光平地系統(tǒng)的研制與應(yīng)用 | |
來(lái)自:中國(guó)農(nóng)墾農(nóng)機(jī)化學(xué)會(huì) 2007年3月4日16:8e(編輯:wx) | |
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宋其福
湖南省岳陽(yáng)市屈原農(nóng)場(chǎng)農(nóng)機(jī)局
(2005年中國(guó)農(nóng)機(jī)化學(xué)會(huì)論文)
摘要 激光控制平地技術(shù)是與大規(guī)模、現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)相適應(yīng)的先進(jìn)平地技術(shù)。實(shí)踐證明,激光平地是一項(xiàng)節(jié)水、增產(chǎn)、增效的成熟技術(shù)措施。對(duì)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(méi)有實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化,不僅價(jià)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(shù)的推廣。因此實(shí)現(xiàn)激光平地系統(tǒng)的國(guó)產(chǎn)化已成為發(fā)展農(nóng)業(yè)生產(chǎn)急需解決的問(wèn)題。
屈原農(nóng)場(chǎng)農(nóng)機(jī)局心系農(nóng)業(yè)發(fā)展大計(jì),聯(lián)合岳陽(yáng)市農(nóng)機(jī)研究所,在消化吸收國(guó)外技術(shù)的基礎(chǔ)上,結(jié)合自己在應(yīng)用實(shí)踐中積累的經(jīng)驗(yàn),成功研制出IJP-200型激光平地機(jī),實(shí)現(xiàn)了全套系統(tǒng)的國(guó)產(chǎn)化,降低了成本,填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白。整體技術(shù)達(dá)到了國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平,具有及其廣闊的推廣前景。
關(guān)鍵詞 激光 平地系統(tǒng) 研制 應(yīng)用
0 引言
屈原農(nóng)場(chǎng)農(nóng)機(jī)局于2001年引進(jìn)美國(guó)光譜精儀有限公司的L600型激光平地機(jī)組,在屈原農(nóng)場(chǎng)的四分場(chǎng)、二分場(chǎng)進(jìn)行了較大面積的水田平整。在作業(yè)中,各項(xiàng)作業(yè)指標(biāo)完全達(dá)到甚至超過(guò)了預(yù)定的農(nóng)藝標(biāo)準(zhǔn),收到了良好的效果,得到了全農(nóng)場(chǎng)干群的認(rèn)可。特別是在幾次大型農(nóng)機(jī)演示現(xiàn)場(chǎng)會(huì)上進(jìn)行激光平地技術(shù)現(xiàn)場(chǎng)演示后,我國(guó)南方各省市的一些相關(guān)單位對(duì)激光平地技術(shù)評(píng)價(jià)很高,要求引進(jìn)激光平地設(shè)備和技術(shù)。但是目前國(guó)內(nèi)所使用的激光平地系統(tǒng)都是從國(guó)外進(jìn)口的,還沒(méi)有實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化,不僅價(jià)格高昂,而且在使用過(guò)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(xiàng)目的迅速推廣利用。因此,非常必要對(duì)激光平地系統(tǒng)進(jìn)行國(guó)產(chǎn)化研制。
1 立項(xiàng)研制,確定方案
屈原農(nóng)場(chǎng)農(nóng)機(jī)局在激光平地作業(yè)的過(guò)程中,通過(guò)三年的實(shí)踐,充分掌握了激光平地系統(tǒng)的原理性能、適應(yīng)性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性,積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。于2003年確立了對(duì)激光平地系統(tǒng)進(jìn)行研制的課題,決定在消化吸收國(guó)外技術(shù)的基礎(chǔ)上,實(shí)現(xiàn)全套設(shè)備的國(guó)產(chǎn)化。岳陽(yáng)市科技局于2004年將該項(xiàng)目納入了科研工作計(jì)劃,在上級(jí)科技部門的大力支持下,屈原農(nóng)場(chǎng)農(nóng)機(jī)局聯(lián)合岳陽(yáng)市農(nóng)機(jī)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(dòng)了該項(xiàng)目。啟動(dòng)后,立即確定方案,參照從美國(guó)引進(jìn)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(jī)構(gòu);第四部分為刮土鏟。對(duì)上述四個(gè)部分能否實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化,課題組的全體工作人員進(jìn)行了大量的調(diào)研、咨詢和可行性分析。經(jīng)過(guò)反復(fù)論證,**后確定具體方案如下:選用國(guó)產(chǎn)的JP300激光掃平儀進(jìn)行改進(jìn),作為激光發(fā)射源,全方位激光探測(cè)儀采集光信號(hào)后并加以處理,然后以穩(wěn)定的信號(hào)方式輸出,也就是將平地設(shè)備的即時(shí)高度信息以電信號(hào)的方式輸入電控部件,電控部件將該信號(hào)加以處理后,控制液壓部件的工作,隨時(shí)調(diào)整平地設(shè)備的高低,使平地設(shè)備準(zhǔn)確地維持在比較精確的工作面內(nèi),實(shí)施平地作業(yè)。
2 工作原理及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
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(xì)的能旋轉(zhuǎn)360o的光線,為整個(gè)施工場(chǎng)地提供一個(gè)恒定的坡度基準(zhǔn)。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(biāo)高測(cè)量基準(zhǔn),全方位激光接收器接到激光信號(hào)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(shuō)明刮土鏟處于完成高度的下方,一個(gè)提高刮土鏟的修正信號(hào)發(fā)送給液壓閥。反之,一個(gè)降低刮土鏟的修正信號(hào)發(fā)送給液壓閥。液壓閥控制刮土鏟的油缸,其收到來(lái)自控制箱的修正信號(hào)后,提高或降低刮土鏟以維持正確的標(biāo)高。
2.2 主要結(jié)構(gòu)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(tái)發(fā)射器能同時(shí)控制幾臺(tái)拖拉機(jī)或耕田船工作。激光發(fā)射器設(shè)有水平儀,能自動(dòng)檢測(cè)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(zhǔn)參照面。旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)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(gè)由電池驅(qū)動(dòng)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(xì)的紅色光束,光束朝下,經(jīng)過(guò)兩個(gè)反光鏡,將光束變位朝上,又經(jīng)過(guò)一個(gè)透鏡變?yōu)槠叫泄馐?,然后再?jīng)棱鏡系統(tǒng)轉(zhuǎn)90o向外發(fā)射。棱鏡系統(tǒng)安裝在一個(gè)旋轉(zhuǎn)軸上,因而能旋轉(zhuǎn)360o。
2.2.2 激光接收器
激光接收器由具有中心控制點(diǎn)的9排4列微感應(yīng)檢測(cè)器(光電傳感器)及電信號(hào)處理器構(gòu)成。用以吸收來(lái)自激光發(fā)射器旋轉(zhuǎn)發(fā)出的激光束,光電傳感器將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào),并通過(guò)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(hào),經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理后轉(zhuǎn)換成控制信號(hào),直接傳送到液壓控制閥的電磁鐵上,控制電磁換向動(dòng)作??刂破髟O(shè)有手動(dòng)和自動(dòng)功能,并設(shè)有自動(dòng)開(kāi)關(guān)、手動(dòng)開(kāi)關(guān)(手動(dòng)開(kāi)關(guān)允許操作手在控制箱上進(jìn)行電子升降刮土器)。
2.2.4 液壓控制閥
液壓閥收到來(lái)自控制箱上升和下降的信號(hào),機(jī)油液壓系統(tǒng)就提供壓力控制油缸來(lái)提高或者降低刮土器以維持正常的標(biāo)高。
3 先進(jìn)性及創(chuàng)新點(diǎn)
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(jué)控制手段代替常規(guī)機(jī)械平地設(shè)備操作人員的目測(cè)判斷能力,用以控制液壓、平地機(jī)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(gòu)成水平激光面作為土地平整作業(yè)的參照基準(zhǔn)面,故不受田間平整活動(dòng)的影響和干擾。激光接收器在操作過(guò)程中,對(duì)來(lái)自激光發(fā)射器發(fā)出的光束信號(hào)感應(yīng)和傳遞迅速,電子控制箱自控靈敏,操作自動(dòng)化程度高,因此,平地精度可達(dá)1.4cm,是常規(guī)機(jī)械設(shè)備平地難以企及的。
3.2 電控部件和液壓部件優(yōu)化設(shè)計(jì),適應(yīng)南方水田平整帶水作業(yè)。
將激光平地系統(tǒng)應(yīng)用于水田平整帶水作業(yè),它的平地鏟相對(duì)旱地用的平地鏟要輕得多,平地鏟由于自重小無(wú)法使油缸活塞回位,因此進(jìn)口激光平地系統(tǒng)靠平地鏟自動(dòng)復(fù)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(qū)動(dòng),解決了平地鏟自重不夠難以復(fù)位的問(wèn)題。
南方水田耕整季節(jié)溫度有時(shí)高達(dá)40℃,液壓系統(tǒng)溫升太高將使系統(tǒng)無(wú)法正常工作。由于受結(jié)構(gòu)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(shè)計(jì)采用非工作時(shí)完全卸荷的方式,盡量降低壓力損耗,降低溫升,以適應(yīng)南方的高溫氣候。試驗(yàn)表明,該系統(tǒng)連續(xù)工作12小時(shí)升溫不大于30℃。
3.3 整個(gè)系統(tǒng)國(guó)產(chǎn)化,成本低,有利于推廣。
目前,能否降低整套設(shè)備價(jià)格是推廣應(yīng)用激光平地技術(shù)的關(guān)鍵因素,而降低整套設(shè)備的價(jià)格關(guān)鍵又在于能否實(shí)現(xiàn)全套設(shè)備的國(guó)產(chǎn)化。屈原農(nóng)場(chǎng)農(nóng)機(jī)局于2001年從美國(guó)引進(jìn)的一套設(shè)備價(jià)格為13萬(wàn)元,加上配套的拖拉機(jī)9萬(wàn)元,全套設(shè)備22萬(wàn)元。IJP-200型激光平地系統(tǒng)(不包括拖拉機(jī))的成本僅需4萬(wàn)余元,價(jià)格較美國(guó)引進(jìn)的平地系統(tǒng)可降低2倍左右,并且國(guó)產(chǎn)設(shè)備維修及更換零配件方便。
4 系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)
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(fù)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(jié)束語(yǔ)
IJP-200型激光平地機(jī)2004年12月份經(jīng)湖南省農(nóng)業(yè)機(jī)械產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢測(cè)中心檢驗(yàn),各項(xiàng)性能指標(biāo)均達(dá)到了計(jì)劃書(shū)的任務(wù)要求。2005年元月份湖南省科學(xué)技術(shù)廳組織專家成立鑒定委員會(huì),對(duì)該產(chǎn)品進(jìn)行了鑒定,鑒定委員會(huì)一致認(rèn)為:該產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)了全套系統(tǒng)的國(guó)產(chǎn)化,填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白,整體技術(shù)達(dá)到了國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平,具有廣闊的推廣前景,并建議加快該成果轉(zhuǎn)化,盡快實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。 |
發(fā)表于 @ 2008年06月25日 18:57:00 |點(diǎn)擊數(shù)()