电力四驱农机土槽试验台车系统设计与电气控制线路的设计分析

电力四驱农机土槽试验台车系统设计与电气控制线路的设计分析

赵毅王伟赵尔迪

黑龙江沃尔农装科技有限公司黑龙江哈尔滨150001

摘要：近些年，随着经济的发展，农业耕作方式也在不断的发生转变。在农业机械设备中，土壤耕作机械的种类繁多、使用较为广泛，在农业生产中占有很重要地位，且还为农作物的生产提供了便利的机具条件。电力四驱农机土槽试验台车（以下简称四驱土槽试验车）的成功研制，成为解决农机具试验问题的有效手段，因此，本文从电力四驱农机土槽试验台车系统设计上进行分析，并对其在电气控制线路设计上进行深入研究。

关键词：土槽试验车；电力四驱；农机土槽；电气线路；系统设计

1.前言

土槽试验车用作农机具部件及整机试验的重要设备，其采用较为先进的计算机系统来进行辅助测试，具有人为调控、试验周期较短、试验精度高以及试验数据准确等特点。电力四驱农机土槽试验台车是利用变频电机来对前后桥四轮进行驱动自走模式，轮子采用橡胶轮胎制成，在土槽两边轨道进行行驶。其行驶过程中的速度主要是通过驱动变频对电极转速进行调控，且在轨道的内侧安装了弹性限位轮来避免跑偏情况。在动力输出方面，是利用液压泵来对马达进行驱动。四驱土槽试验车组成部分包括机架、液压系统、驱动系统、控制系统以及动力输出系统等。不仅可以满足小型农机和耕作部件的试验研究，对农机实现动态检测，并完成土壤耕作各类部件的模拟研究试验，还能够对动力轴的转速以及牵引速度进行自动控制等。其强大的试验检测功能可以和国际先进的耕作试验比肩。因此，对四驱土槽试验车系统设计与电气控制线路设计进行研究，对其在今后的广泛运用过程中具有极为重要的现实意义。

2.四驱土槽试验车系统设计分析

四驱土槽试验车（如图1所示）在系统设计上主要分为七个部分，以下对每个部分的设计方式分别进行分析：

图1

（1）车体设计

车体的底盘行走框架采用方型的管钢制作而成，具有重量轻、结构强度较好等特点。采用液压缸对动力输出的移动框架在垂直移动的方向上进行控制，采用滚子链来对水平移动的方向进行控制，采用冷轧钢板来对外防护罩进行整体压型，再对表面进行喷涂，其具有外观美、结构强度高等特点[1]。

（2）四轮驱动设计

关于四轮驱动行走部分，则是采用装载机的前后驱动桥来进行设计，并利用变频电机来进行速度调控，轮边利用行星齿轮的功能进行减速设计，采用左右螺旋盆角齿来对驱动桥进行减速调节，使整车在传动性能上可靠且稳定，增大了启动的转矩，使启动更为平稳迅速。在制动方面则采用四轮盘刹液压的方式来进行制动，且最大的制动距离在3米以内，其安全可靠性较高，非常适合用在短距离的高速试验中[2]。

（3）供电系统设计

在试验车的供电系统设计方面，则是利用安全滑触线结构来进行供电设计，一根金属导管内集中了5极母线，且外壳的防护等级在设计上已达到IP23级，其特点是移动灵活、安装方便，且可以有效防止异物接触，较传统拖链设计而言，具有极强的防护性能。

（4）输出动力设计

四驱土槽试验车在动力输出设计方面，采用变频电机来对动力输出轴进行速度调控，且可调速的范围较大。在位调节和力调节方面车选用半分置式的液压悬挂系统来进行调节，使其调节更加方便和准确。另外，还准备了液压快速输出的3路接口，其作用是提供液压配套的动力给试验机具，还可以对被测试的部件进行土槽作业时深度及横向方向上的调整。

（5）刹车系统设计

关于刹车系统的设计，则是进行了安全限位的刹车系统配置，使整机能够自动进行刹车制动，从而极大保证了运行过程的安全性。

（6）土壤恢复系统设计

对耕作试验之后，进行土壤恢复，且还可以对土槽的土壤进行覆土、镇压、喷淋以及旋耕等作业。

（7）数据采集测控系统设计

关于四驱土槽试验车的测控系统设计方面，主要采用的是工控计算机及PLC（可编程逻辑控制器）组合而成集散控制的系统，可以在人机界面上将试验车的输出动力轴转速以及整车的运行速度显示出来，利用PLC来全程监控四驱土槽试验车的动力输出及行走部分，该控制方法较为先进和可靠。另外，自行研制出来的测试系统，可以进行采集、存储、处理等方面的操作，并对试验车的动力输出轴转速、整车速度、六分力、流量以及扭矩等参数进行测试。

3.四驱土槽试验车电气控制线路设计分析

图2

（1）电气线路设计

由于四驱土槽试验车试验设备属于间断性的工作模式，同时考虑到元器件在容量方面断续工作这一特点，因此，在电气控制线路设计上采用了起重机的设计方式。依据试验车的工作原理对其内、外部控制电路均选用集中控制柜（如图2所示）的安装方法，其中外电路由380

伏电源、开关闸刀、信号灯、熔断器以及空气断路器等来进行安装，再依据四驱土槽试验车需完成多个种类任务的需求，采用多电动机分控的方法来对主电路进行设计，电动机分控方法也就是利用多台电动机为土槽试验中的动力输出、驱动、液力泵的动力及平移等方面提供动力保障。

（2）电路控制系统设计

控制电路主要以PLC为核心，加以接触器、继电器实现集中控制。利用PLC控制程序能够依据用户的需求进行改变，其在控制功能上具备多样性、便于扩充以及组合灵活等特点，还可以满足不同情况下的试验需求，同时具备极强的抗干扰以及可靠性等特点，在试验设备的电气控制系统中得以广泛运用。电路控制系统中使用的PLC型号主要是松下FP0的小型机，其功能非常强大，其控制器在输入功能上能够快速进行响应，同时为了避免外部信号的干扰，还配备了可选输入时间进行控制。利用PLC的核心控制系统，可以对四驱土槽试验车在驱动、速度、电机起停、动力输出及平移等多个方面进行调控。除此之外，还可以显示控制电路的信号，从而在整个试验过程中，实现对各类工作参数进行实时控制及相关设置[3]。

（3）控制器工作模式

可编程控制器在工作控制方式上具有一定的周期性，启动执行程序后，寄存器将内容输送到锁存器，在此过程中能够产生驱动信号来对试验车进行输出驱动。其中，输入程序同PLC工作时间长度在周期上相对应，且每一个周期循环中，均包括输入采样、程序执行、联机通讯、诊断及输出刷新5个阶段[4]。

4.结束语

综上所述，电力四驱农机土槽试验台车系统设计与电气控制线路的设计，解决了以往试验车在牵引输出功率、不合理的构造、缺乏自动化控制、操作不便、抗干扰性较弱以及测试数据不准确等方面的问题。其在数据采集测控及电路控制方面采用新的PLC技术来实现各项试验数据的动态监控，并从车体、四轮驱动、供电系统以及刹车系统等方面进行了科学、合理的设计，使其试验过程中的各项功能特性得以最大限度的发挥出来。电力四驱农机土槽试验台车技术以计算机为基础，采用高速的数字摄像技术以及虚拟化仪器技术，对动态信号在测试分析的系统上进行了智能化的集成设计，并对试验过程进行监视记录，可以说这项技术在国际上处于领先的地位，其发明填补了我国农机具试验装备领域的空白。因此，在今后的使用过程中，还需加大对电力四驱农机土槽试验台车各项功能的研究，以便更好的运用到农机具的试验作业中去。

参考文献：

[1]于艳.农机土槽试验台的设计与研究[D].沈阳农业大学，2011.

[2]杨旭.电力四驱农机土槽试验台车的研制[D].吉林大学，2014.

[3]曹晓冉.小型移动土槽试验系统的设计及其振动分析[D].新疆农业大学，2016.

[4]张利团.农机制造中的电气控制研究[J].时代农机，2017，44（11）：120.