一体化电机烟叶采收机中的应用



【行业背景】


烟草是一种重要的经济作物,在我国的国民经济中占有重要地位,产量占世界总产量的 67%,是世界上主要的产烟大国之一。在烟叶生产过程中,采收是基础性的工作, 烟叶的采收时期和采收方法关系到烟叶产量和烟叶质量,所以科学、及时地采收烟叶是保证烟叶品质的关键。


在国外,如美国、意大利、加拿大等发达国家, 烟草机械化采收发展较快,半自动、全自动化的烟叶采收机械已批量生产且投入使用,效果良好。然而,目前我国绝大多数烟农还是手工采收,不仅需要消耗大量的劳动力和时间,且采收效率低,很难保证及时采收。当需要在大面积烟田上进行采收作业时,手工采收显然已经不能满足农业要求,而机械化的烟 叶采收机采收效率高,能够及时完成采收作业。



【全自动烟叶采收机总体方案设计】


烟草植株及其采收原理 烟草属一年生草本植物,种植范围较广, 烟叶具有较高的经济价值,采收烟叶时根据其成熟时间不同而进行分时采收。烟叶采收的目标是分离烟草植株的茎和叶,而且要做到不损伤茎皮和烟叶,避免影响烟株的生长和烘烤质量。机械采收参考人工采收的动作,利用采收机械产生的外力完成采收作业,结合烟叶的传送与收 集,完成烟叶采收机械化过程。


总体结构方案根据烟叶采收功能的要求,一台全自动烟叶采收机主要由行走、采收和存储三大部分组成。 由于烟叶采收机主要是在烟田上低速行驶,对行走系统的工况要求相对简单,类比其他农用机械的设计,简化整机的悬挂系统、转向机构和行走机构,为采收机构和存储机构的布置提供空间。全自动烟叶采收机主要由驾驶室、主机架、采收机构、传送机构、风机和烟筐组成,如图所示。

总体动力方案在工程机械中,主要有以下 4 种传动方式:机械传动、液力传动、液压传动和电力传动。 

(1)机械传动。纯机械传动通常只能进行有级变速,且它的布置方式有局限;但机械传动制造成 本低,早期收获机械常采用机械传动。 

(2)液力传动。液力传动采用液力变矩器或液力耦合器实现了发动机与变速器的离合,液力变 矩器使传动系统获得自动、无级变速和变矩能力,突出优点是有近似双曲线的输出扭矩—转速的特点;但其布置方式有局限,变矩范围窄、制动能力较差、效率低,不适用于需求速度稳定的情况。 

(3)液压传动。液压传动使用液体 (一般为矿物油) 作为工作介质传递动力和信号,相比于机械传动和液力传动,液压传动更易控制其运动参数和动力参数,有优良的低速负载特性。由于液压元件功率大、易于受控、安装方便、操作简单且故障率低,因此十分适用于结构多变、 大功率传递及工作条件恶劣的大型收获机械。其结合电子技术,更易调节和控制,进一步提高了收获机械的操纵性、舒适性、方便性和智能化水平。

(4)电力传动。电力传动由内燃机驱动发电机, 调速范围广,便于远距离自动控制;但由于技术受限、成本高,适用于行走机械的功率电元件还没有成熟和普及。 综上所述,相对于其它几种传动方式,液压传动易于实现自动化控制,适用性广,经济性较好,更适合用于工作条件恶劣的农用收获机械。



【关键部件方案设计】


烟叶采收机构烟叶采收相对于其它作物采收有其特殊性,烟叶具有易破损的特点,采收时要保证其较小的破损率,否则其经济价值会大大下降。由于烟草植株各个高度的烟叶成熟时间不同,需要分时、分部采收,类比人工采收烟叶的动作,采用相对旋转的柔性采收刀来采收烟叶。

 烟叶采收的重要指标一个是破损率,另一个是采净率。为了提高烟叶采净率和降低烟叶破损率,从采收刀的形状、材料和安装位置三方面来考虑。  

(1)采收刀的形状。采收刀形状会对烟叶采净率有一定影响,相比于矩形采收刀,采用波形的采收刀能增大采净率。 

(2)采收刀的材料。刀片材质对采净率和破损率都有一定影响,偏硬的材料更容易采净烟叶,但容易造成烟叶的破损,因此选用合适的塑胶等柔性材料。

(3)采收刀的安装位置。成熟烟叶最佳施力方式为斜向施力,安装采收刀时若与地面有一定夹角,采收效果会更佳。


烟叶传送机构为了将采摘下的烟叶传送到烟筐中,需要一套适应整机的烟叶传送系统。采摘下的烟叶需要传送到机器上部的烟筐,因此需要提升传送装置。采用辊轮加传送带的方式可以保证采摘的烟叶准确地输送至烟筐。

由固定输送带和下端由拉伸弹簧连接的可活动的输送带组成,当烟叶由输送辊轮送至提升机构时,被两条输送带夹住向上提升,这样的传动方式能够准确实现烟叶的传送,但烟叶需要完全克服重力输送至烟筐。


其他机构 除了采收机构和传送机构外,全自动烟叶采收机还需要一些辅助机构,如烟筐收集机构和采收台升降机构。

这两种机构普遍存在于其他农用收获机械中,属于农用机械通用部分,方案都比较成熟。 

农用机械的卸料系统通常采用升降机构或翻转机构来实现,因此采用烟筐升降机构或烟筐翻转机构将烟叶转移。

由于烟草植株各个高度的烟叶成熟时间不同,因此将烟叶划分为上中下三部分来进行分时分部采收,针对农作物不同高度的收割,通常采用升降机构来实现。 对于农用机械的升降机构和翻转机构,目前国内外大都采用液压缸实现,其优点为结构简单、操 纵省力、动作平稳、故障率低,十分适用于大功率、工作条件恶劣的农用机械。



【采摘传动系统解决方案】


传统方案

传统的电控系统一般采用 PC+单片机+触摸屏+驱动器+步进电机等控制方案,这样不仅布线繁 琐、空间占用大,而且整个控制流程也十分复杂,大大增加了开发周期; 


立迈胜解决方案


◆ 一体化控制器= 单片机+触摸屏

优势:主板,结构简单、体积小;可以实现更多功能,比如限制电机的行程开关,光电开关。


◆ 一体化电机= 驱动器+步进电机+绝对值编码器

优势:占用空间小、高精确、高响应、总线控制、接线简单、丰富的报警功能、成本更低。


采用STM-M 一体化步进伺服电机。特点:STM-M系列一体化步进伺服电机产品是高性能小功率的步进伺服产品。凭借其优秀的闭环控制系统和一体化开发理念,集成步进电机、编码器、驱动器于一体,采用FOC磁场定向控制技术,支持CANopen和485总线控制,具有体积小,接线简单的特点。为有需要伺服电机性能的应用提供一种经济有效的解决方案。




发布日期:2022-12-07 浏览次数:419