一种自动化调节行距摘穗装置的设计

杨 锦，涂娅欣

（四川农业大学 机电学院，四川 雅安 625014）

一种自动化调节行距摘穗装置的设计

杨 锦，涂娅欣

（四川农业大学 机电学院，四川 雅安 625014）

目前的玉米联合收获机只能对某一固定行距的玉米进行收获，无法推广到对各种不同行距的玉米进行摘穗。为此文章设计了一款可以自动化调节摘穗行距的玉米收获机割台摘穗装置。此摘穗装置主要通过螺纹和螺母形成螺旋副来实现行距调节功能，通过单片机对原动力直流电机进行正转、反转以及速度控制，进而实现对摘穗单体行距的精确定位。

摘穗装置；行距调节；自动化；单片机

1 设计背景与研发目的

随着社会经济的快速发展，农业机械化应用愈加广泛。其中农作物收获是农业生产中的重要环节，实现机械化收获对于保证农业丰产丰收，改善劳动条件，提高劳动生产效率等有着十分重要的作用。玉米是我国农业生产的主要对象，而玉米种植地域广阔、自然条件差异大，农艺不能统一，尤其是不同地区玉米种植的行距差异过大等原因制约我国玉米收获机械化发展，导致传统方式设计的玉米收获机无法实现一机收获不同行距的玉米果穗的重要难题。因此，文章针对这一情况，设计了一种能在一定范围内自动化调节摘穗行距的玉米收获机割台摘穗装置，以实现收获不同行距的玉米果穗，增大玉米收获机的利用率，减少机械的闲置浪费。而且这种两行收获的小型摘穗装置具有体积小、灵活性高等优点，在西南丘陵地区作业时有较强的适用性。同人工收获相比，使用高效率、环境适应能力好的收割机来收获玉米，不但能够获得非常明显的生态效益与社会效益，而且还会减轻广大农户的工作负担、增加其经济收入。所以，一定要实现玉米的机械化收获，让农户可以应用玉米收割机获得更高的经济收入。

2 主要结构设计与原理

摘穗装置调节行距时的动力由直流电机输出，通过电机齿轮和丝杆齿轮传递动力，进而带动丝杆轴转动。丝杆轴与左右两螺母分别形成滑动螺旋副，带动两螺母反向或者相对移动，从而带动左右两个摘穗单体在水平导轨上反向或者相对滑动，实现了摘穗装置的行距调节功能。

由于调节行距后摘穗单体的位置变化，普通玉米收获机无法保证摘穗装置变速箱中轮系的动力输入。所以本摘穗装置采用外六棱轴与内六棱轴间隙配合的装配方式，既能保证摘穗单体的左右移动，又能保证整个摘穗装置的动力输入。最终完成对一定范围内不同行距的玉米植株果穗的摘穗工作。丝杆轴上的螺纹采用T型传动螺纹，此螺纹具有良好的自锁功能，当摘穗单体完成行距调节后，单体不会再相对丝杆轴移动，实现了精确定位。

3 直流电机控制设计

（1）系统总体设计方案。本设计以AT89C51单片机为核心，用按键来调节电机转速和LCD1602液晶屏来显示设定转速和测量转速，用H桥组成的高电压大电流双全桥式驱动芯片L293D作为本系统的驱动电路，用光电传感器和20线码盘来读取电机的实际转速，通过应用PID算法对占空比的计算达到精确调速的目的。完成了直流电机的正反转控制、转速调节及转速自动测量功能。

（2）硬件设计。①驱动电路设计。在设计中，采用TI公司的驱动芯片L293D作为本系统的驱动电路，芯片内部的桥型电路保证了电机正反转以及转速的调节：单片机输出的PWM电机控制信号接到L293D EN1端口、IN1和IN2端口，PWM脉宽调制方式采用单极性工作制，即单片机控制口一端置低电平，另一端输出PWM信号，两口的输出切换和对PWM的占空比调节决定电机的转速和转向。L293D根据单片机输入到管脚上逻辑电平的变化，实现电机的正转、反转、停止和制动四种状态。②直流电机速度控制方案。在直流电机中，外加电压通过换向器加到线圈上，当导体轮流地处于N，S极时，电流的大小和方向随其所处的磁极极性的变化而变化，从而

使电磁转矩的方向一致改变，并使电动机连续旋转。电机开始工作之前，给电机设置一个转速，通过单片机给驱动电路送控制电平，进而控制直流电机的运转，然后通过测速装置来检测电机的转速，并将数据送至单片机，形成闭环控制系统，系统稳定后电机便按照初始设定的速度运转。

（3）软件设计。在硬件电路的基础上对单片机进行程序设计以实现直流电机相应的功能，部分程序设计如下：

4 结语

通过对现有玉米收获机割台的改进设计，这种自动化调节摘穗行距的玉米收获机割台摘穗装置，能提高玉米收获机的利用率，增强了自身的灵活性与通用性，为农户创造了更多的经济利益。尽管近年来我国农业机械化进程飞速发展，但相对其他发达国家而言还是存在一定的差距。所以我国应紧跟时代步伐，将自动化、智能化与当今农业机械相结合，争取早日实现“智慧农业”。

［1］李井春.玉米收割机的推广现状与策略分析［J］.科学种养，2016，（8）.

［2］杜岳峰，毛恩荣，朱忠祥，等.两行玉米收获机割台设计与试验［J］.农业机械学报，2013，（10）.

Design of an Ear-picking Device by Automatically Ad justing Spacing

YANG Jing，TU Ya-xin
（Institute of Electrical，Mechanical in Sichuan Agricultural University，Ya'an，Sichuan 625014，China）

Atpresent，the corn combine harvester can only on harvest corn ata fixed spacing,and cannotbe promoted to differentspacing.Based on this，the paper designs an ear-picking device by automatically adjusting spacing.The devicemainly adjusts spacing by the screw and nut screw pair and realizes accurate positioning of spacing between ears by forwarding，reversing and speed-controllingofmotive powerDCmotorwith single chipmicrocomputer.

ear-picking device；spacingadjustment；automation；single chipmicrocomputer

S225.51

A

2095-980X（2016）11-0057-02

2016-10-07

大学生创新训练计划项目（201610626109）。

杨锦，男，四川简阳人，大学本科，主要研究方向：农业机械化。