自主作业多功能动力平台关键部件耐久测试控制系统开发.pdf

自主作业多功能动力平台关键部件耐久测试控制系统开发胡友耀，俞道云，李明建，雷军，章明，（智能农业动力装备全国重点实验室，河南 洛阳 ；洛阳拖拉机研究所有限公司，河南 洛阳 ）摘要：针对自主作业多功能动力平台关键零部件的耐久性测试的需求，开发了一款控制系统，既能在田地里实际检测部件耐久性，又能节省开发专项测试设备的成本。开发了的控制系统测试对象为：电动推杆、电磁离合器、提升 下降电磁阀、角度传感器，速度传感器等。开发的系统匹配整车，在崔沟试验基地进行实地耐久性测试。经过自动化循环的功能测试，既验证了关键零部件的可靠性，又验证了开发系统的功能性。关键词：关键部件；耐久测试；控制系统；自动化测试；可靠性中图分类号：文献标志码：文章编号：（），（，；，）：，：，：；现代农机装备已不仅仅是替代人工劳力、减轻劳动强度的生产工具，农业机械化程度越来越直接地影响着农业生产成本和农民种植意愿、先进农业技术的标准化广泛应用、农业生产经营方式变革，关系到农业结构调整、产业链条延伸、农产品市场竞争力提升和农业可持续发展。近年来，在辣椒市场需求不断增长的推动下，种植产业呈现基地化、规模化和区域化快速发展等特点。随着农村劳动力输出和人口老龄化趋势加快，劳动力紧缺矛盾日益突出，严重制约了辣椒产业的发展，亟需研究高效辣椒种植技术及配套机械 。适应套种的辣椒种植机械势在必行。随着自主作业多功能动力平台的技术升级应用，用户对产品需求量增多。此产品的各关键零部件的可靠性验证需求日益迫切。在对本单位开发的自主作业多功能动力平台的零部件进行耐久循环测试时，存在无法直观地、连续性设置目标车速、农机具提升 下降时机需要人为介入等现象，部分关键零部件需要在专业检测台架完成相关检测。为了节省耐久测试时的人力，降低测试成本，降低测试的劳动强度，提高测试效率，因而本文设计完成开发了一种辣椒智能直播机关键零部件耐久测试的自动化控制系统。本文设计了一种基于 位高性能单片机平台的数字量 模拟量的采集、通讯以及电磁阀驱动、电动推杆驱动等模块的控制系统。此意法半导体公司的 位单片机平台具备优良的嵌入式实时性能，出色的数字信号处理能力以及高性能的容错能力 。本嵌入式系统软件匹配辣椒机整机，完成了实地田间耐久性测试，并通过了功能验证。耐久测试控制系统组成本文开发的控制系统的组成如图 所示，主要包括：收稿日期：第 卷第 期拖 拉 机 与 农 用 运 输 车 年 月 ，（）多功能动力平台的关键零部件包括电动推杆、电磁离合器以及农机具提升 下降液压电磁阀块。其中，电动推杆在整个机组中，用于实现机组的变速箱换挡的功能。电磁离合器主要用于控制本机组的 动力输出，为后续农机具提供动力。农机具提升 下降液压电磁阀块，主要用于控制整机的农机具的提升和下降，其与 电磁离合器一并，实现本机组的旋耕、播种农机作业的功能的实现。（）本控制系统中，辅助检测整机状态的零部件包括变速箱输出轴转速传感器和角度传感器。前者给本文开发的控制系统提供整车车速计算的输入参数。而后者向本控制系统提供农机具的作业状态，即农机具的提升 下降的具体位置。（）本文开发的控制系统其它组成包括遥控器和整机控制器。其中，遥控器主要用于对整个机组的操控，通过 总线，给本文开发的控制器发出车速控制命令、机具提升 下降控制命令等。而整机控制器为整个系统的核心，用于采集所有整机状态输入参数，并计算生成各路输出参数，驱动各执行器。图 某型号辣椒机关键零部件耐久测试控制系统组成示意图 耐久测试控制系统方案 电动推杆耐久测试功能开发对于电动推杆的耐久测试功能，本文中的此程序的开发测试对象为遥控器、控制器、转速传感器及电动推杆完成，具体工作流程如图 所示。模拟实际整机的作业工况，针对电动推杆的耐久测试，开发图 电动推杆耐久测试控制程序流程示意图 胡友耀等：自主作业多功能动力平台关键部件耐久测试控制系统开发了本控制系统软件。基于 总线，接收的遥控器的前进、后退车速的指令进行动作，并根据遥控器的耐久测试命令拨杆，屏蔽遥控器的车速命令。对于电动推杆的耐久测试车速设计为循环变化的命令，具体为：控制器在接收到耐久命令后，实现目标车速循环往复变化，具体为 。控制系统采集转速传感器信号，并计算转换为车速信号，并通过闭环控制算法，最终驱动电动推杆伸出 缩回运动，实现了对电动推杆伸出 缩回的往复运动的耐久性测试功能。电磁离合器及液压阀耐久测试功能开发鉴于实际整机机组的作业工况，将对电磁离合器、液压阀及阀块的耐久测试功能合并开发完成。本文中的此程序的开发测试对象为遥控器、控制器、角度传感器、电磁离合器、提升 下降液压阀及阀块，具体工作流程如图 所示。考虑到在实际工作中，电磁离合器的结合 分离作业时的散热需求，本项目测试程序设计改造遥控器的地头模式拨杆为耐久测试命令拨杆，屏蔽遥控器的提升 下降机具命令，结合电磁离合器和机具提升 下降动作，程序设计为循环变化的控制动作，具体为：控制器在接收到耐久命令后，开始断开 输出，并提升农机具，待过 计时后，下降农机具至最低点，并结合 输出，同时计时 后，又回到开始处，继续循环执行。图 电磁离合器及液压阀耐久测试控制程序流程示意图 耐久控制系统程序开发基于 总线，本文更新完善了与遥控器命令通讯 的 消 息 协 议。其 中，通 讯 命 令 的 为 ，消息的具体格式如表 所示，当系统为正常工作模式时，消息命令的第一字节为 ，其它字节为 ；当系统为其它测试模式时，消息命令的第一字节为 ，电动推杆的测试模式下的第二字节为 ，第三字节为 。如为电磁离合器耐久测试模式，则 命令消息的第二字节为，第三字节为 ，其它字节为 。表 耐久测试模式消息格式 第一字节第二字节第三字节正 常 工 作 模 式（使 能，不使能）电动推杆耐久测试模式使能（使能，不使能）电磁离合器及液压阀 耐 久 测 试 模 式（使能，不使能）基于 软件平台开发本控制系统软件，为本控制程序的目标测试车速模块。本文开发的控制系统利用 个定时器资源，每隔 ，目标车速循环往复变化的顺序为 ，。此个定时器将系统初始状态与控制程序中的 个状态区分，并将最后一个定时器驱动与第一个定时器驱动联接起来，进而实现了循环往复的自动测试功能。控制系统使用了两个定时器，将初始状态、农机具下降 结合输出、农机具上升 断开输出的功能分别区分管理。本系统程序采集代表机具位置信息的角度传感器信号，并结合实际整机的农艺，当农机具下降，且处于最低位置时，电磁离合器结合。当离合器上升，且通过工作位置时，电磁离合器分离。其中，在每个自动化耐久测试的工作循环中，电磁离合器结合 分离的时间分别设置为 和 ，以保证电磁离合器在结合工作 后，以 的时间间隔散热。拖拉机与农用运输车第 期 年 月 试验验证本文开发的系统软件在某智能辣椒机整车上进行了田间的整车测试。整车测试包括电动推杆耐久性能测试和电磁离合器、提升 下降液压阀耐久性能测试。耐久测试方法，如前第二小节所述。图 为实地田间测试电动推杆的实验图，其中红圈为装配本文开发的系统的某智能辣椒机整机。天内完成了约 、次的电动推杆伸出缩回运动的耐久性测试，且在耐久测试完毕后，电动推杆仍然能够正常工作。图 为实地田间测试电动推杆的实验图。整车在田间作业的同时，自动提升 下降农机具及结合 分离电磁离合器。天内完成了约 、次的自动地使能提升 下降液压电磁阀、结合分离 电磁离合器，且在耐久测试完毕后，两者仍然能够正常工作。达到了耐久测试此整机零部件目的，同样也验证了本文开发系统的功能性和可靠性。图 控制系统场地耐久性测试示意图 结论本文开发的这款耐久性控制系统，既能在田地里实际检测部件耐久性，又能节省开发专项测试设备的成本及测试成本。利用本系统在田间，既实地自动化地验证了智能辣椒机的各关键零部件的可靠性，又验证了本文开发系统的功能性，为后续升级本整机提供了技术基础。本项目开发的系统不仅可自动化耐久测试电动推杆、电磁离合器等，同样也可根据农艺需求，改造测试 收获机的上、下筛的电动推杆、收获机的动力传动电磁离合器；同样由于系统有 驱动输出功能，也可用来测试发动机共轨调压阀（阀）、阀等 驱动方式的关键零部件，具有较广阔的适用性。参考文献：胡双燕，胡敏娟，王佳 辣椒穴盘苗机械化移栽研究进展 中国农机化学报，（）：韩长杰，肖立强，徐阳，等 辣椒穴盘苗自动移栽机设计与试验 农业工程学报，（）：姚颖飞，陈学庚，纪超，等 基于模糊 控制的玉米精量播种机单体驱动器设计与试验 农业工程学报，（）：郭楠，阳俊，水广伟，等 基于 的 控制器底层软件开发 拖拉机与农用与输车，（）：王奇，高鹏翔，王金武，等 胡萝卜联合收获机智能监控系统设计与试验 农业机械学报，（）：（编辑张晓超）作者简介：胡友耀（），男，江西吉安人，副高级工程师，主要从事发动机、智能收获机、智能农机具电控系统等软件设计研究檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷。（上接第 页）全国汽车标准化技术委员会 轻型混合动力电动汽车能量消耗量试验方法：北京：国家市场监督管理总局、中国国家标准化管理委员会，刘志超，郑天雷，柳邵辉，等 插电式混合动力乘用车能耗和续驶里程评价方法研 汽车工程，（）：马志成，杜阳，杨帆，等 两种轻型汽车能耗及续驶里程试验方法对比 汽车工程，（）：（编辑张晓超）作者简介：胡鹏（），男，湖北天门人，高级工程师，博士，主要研究方向为整车标定及能耗开发檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷檷。（上接第 页）丰伟，贺成明，石国强，等 无副车架的重型自卸车架轻量化优化设计 农业装备与车辆工程，（）：宋夫杰，程晓东，陈贯祥，等 无副车架的渣土自卸汽车车架结构强度有限元分析 青岛大学学报（工程技术版），（）：黄辉阳 基于轻量化的 牵引车车架结构设计分析 长沙：湖南大学，代攀 矿卡自卸车车架结构设计与有限元分析 广州：华南理工大学，（编辑张晓超）作者简介：苏绍丹（），男，河南商丘人，硕士，高级工程师，研究方向为汽车产品开发。通讯作者：刘大维（），男，吉林长春人，博士，教授，研究方向为汽车产品开发。胡友耀等：自主作业多功能动力平台关键部件耐久测试控制系统开发