频繁启停转轴的圈数计数装置设计

摘要

水稻试验小区是选育良种、改进栽培技术、进行品种对比试验的基地，在农业小区内进行水稻育种、良种繁殖、栽培及土壤肥料等试验时，都有在特定单位小区面积内完成定量样本插值的要求。当前，关于大田插秧作业的智能化农业装备已趋于成熟，而针对小区试验的定量插植作业的插秧机智能化装备研究依然缺乏。华南农业大学赵祚喜教授等针对插秧机定量插秧问题研制了一套计数装置，主要是基于霍尔传感器测量插秧机插植轴的转动圈数来实现插秧计数，该装置分为计数信号采集装置与计数显示装置两部分，可基本实现插秧计数功能，但在插植轴频繁启停状况下仍然存在诸多问题：计数装置结构设计稳定性不足，包括安装零件的设计、传感器相关部分的固定位置不够合理；计数装置在频繁启停状况下计数准确性不足，未针对解决启停时计数不准的问题提出完整的分析与安装调试方法；计数装置通用性不足，未提出完整的设计、安装步骤，无法产品化推广。本文针对上述问题进行研究，对装置进行了如下改进：　　（1）以最小测量环路与最少中间环节为设计原则改进计数装置结构设计。计数装置原方案中固定霍尔传感器的安装基座是利用多个中间转接板进行固定，传感器部分的永磁体则直接黏贴在万向节上，如此设计导致中间环节过多易受振动影响，且安装调试装置困难。本文在进行研究的设计过程中逐步精简结构优化设计，选用体积更小、安装更为便捷的霍尔传感器，对于固定霍尔传感器的安装基座也逐步精简，后期方案中不再使用安装基座，采用更便捷的柔性机构固定磁铁等。如此设计减少了振动对霍尔传感器计数的影响，提升了计数装置的稳定性；　　（2）通过提出完善的安装调试方法解决频繁启停状态下计数准确性的问题。计数装置在频繁启停状态下可能发生多计或少计1的问题，原因在于频繁启停时插植轴会造成静态位置误差与动态回转误差，使得转轴转动圈数非完整周期即计数存在误差角度区间，本文通过对计数误差区间位置分析、标定测量基准、搭建试验平台测量误差区间的角度、最后提出完善的安装调试方法解决计数准确性问题。基于上述方法搭建测试装置试验平台测量误差角度区间，对计数装置计数准确性问题进行试验验证；　　（3）提出完整的安装步骤，提高计数装置通用性。在解决原方案存在的问题基础上提出了完整的安装步骤，并在带施肥与不带施肥机构两种插秧机类型上成功安装，为日后产品化推广打下基础。　　（4）对最终计数装置方案进行试验验证。通过插秧机非工作时的计数试验与田间作业试验来验证预定插秧次数与实际插秧次数，同时检验计数装置在实际工作环境下的稳定性。

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