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电动叶菜收获机速度协同控制系统设计与试验

摘要:针对电动叶菜收获机切割、输送和行走三者速度不协调导致的叶菜损伤率高、功耗大和收获效率低等问题ꎬ开发

了一种电动叶菜收获机速度协同控制系统ꎮ系统以可编程逻辑控制器为核心ꎬ利用信息传感模块对割刀电机的电流、电

压和转速进行数据采集ꎻ主控模块根据速度协同控制算法对采集信号进行处理ꎬ得到负载信息并协同切割、输送和行走三

者速度ꎮ田间试验结果表明:系统稳定可靠ꎬ能够根据收获情况动态协同各部件速度参数ꎬ叶菜损伤率为８.８８％ꎻ与传统

定速控制方法相比ꎬ收获机功耗降低了１３.１％ꎬ收获效率提升了３３.４％ꎮ

关键词:叶菜收获机ꎻ速度协同ꎻ损伤率ꎻ田间试验

系统设计方法ꎬ旨在实现电动叶菜收获机的速度协同

０引言

作业ꎮ

我国是叶菜类蔬菜生产最为丰富的国家ꎬ叶菜类

[１]１总体结构设计及工作原理

占蔬菜生产总产量的３０％~４０％ꎻ在叶菜生产作业

[２]

中ꎬ收获作业约占整个作业量的４０％ꎮ因叶菜收获电动叶菜收获机主要由电池、切割装置、行走装

[３]

机切割速度、行走速度和输送带速度参数不匹配易置、输送装置、拨禾装置、割茬高度调整装置、仿形轮、

导致叶菜损伤率高、功耗大、收获效率低ꎬ迫切需要解主控制器、数据采集箱和人机交互装置等组成ꎬ如图１

决叶菜收获机切割、输送和行走三者速度的协同问题ꎮ所示ꎮ

传统的由人工调节各部件速度进行叶菜收获的方

法ꎬ由于操作人员缺乏专业技术ꎬ常会因输送带前端堵

塞引起重割、漏割ꎬ造成损伤率高、功耗大和收获效率

[４]

低等问题ꎮ目前ꎬ针对电动叶菜收获机自动速度协

同的研究ꎬ主要集中在调节速比系数方面ꎬ即通过叶菜

茎秆切割仿真试验确定各部件速度范围ꎬ利用正交试

验得到各部件最佳速度参数组合ꎬ绘制切割图确定最

－

佳割速比[５６]ꎬ且在收获时需设置行走速度ꎬ再根据最

－

佳割速比设定割刀速度与输送带速度[７９]ꎮ这类方法

在种植密度变化时易造成叶菜损伤率升高、功耗损失

１.电池ꎻ２.割茬高度调整装置ꎻ３.行走装置ꎻ４.仿形轮ꎻ

大和收获效率低等问题ꎮ

５.拨禾装置ꎻ６.切割装置ꎻ７.输送装置ꎻ８.人机交互装置ꎻ

针对电动叶菜收获机速度协同性能差造成叶菜损

９.主控制器ꎻ１０.数据采集箱ꎮ

伤率高、功耗大和收获效率低等问题ꎬ提出了根据检测图１电动叶菜收获机结构示意图

割刀电机负载协同切割、输送和行走三者速度的控制Ｆｉｇ.１Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄｉａｇｒａｍｏｆｅｌｅｃｔｒｉｃｌｅａｆｙｖｅｇｅｔａｂｌｅｈａｒｖｅｓｔｅｒ

收获作业时ꎬ由切割装置对叶菜进行切割ꎬ同时

－－

收稿日期:２０２２１２１２拨禾装置将叶菜拨送到输送带上ꎮ电池和行走装置

提供前进动力ꎻ数据采集箱采集割刀电机电流、电压

和转速信息ꎬ以及行走电机、输送带电机的转速信息ꎻ

主控制器根据速度协同控制算法对采集到的信号进