太阳能电动微耕机的制作技术

王青 汤展华 周东华

摘要：目前，传统电动微耕机主要通过发动机燃烧燃油而获得驱动力，而太阳能电动微耕机主要能源来源于光伏电池，其具有的应用特点优于传统设备。基于此，此次研究简单介绍了太阳能电动微耕机的内容，之后详细分析太阳能电动微耕机的制作技术，最后总结出太阳能电动微耕机具有高效、无污染的特点，可解决当前农业机械能源与作业环境问题，对促进我国太阳能微耕机开发与作业环境改善具有重要的意义与实用价值。

关键词：太阳能;电驱动系统;微耕机;驱动控制

0引言

近年来，随着我国社会经济的发展，人们对清洁可再生能源开发与利用重视度提高。目前，电机技术较为成熟且类型多样，可采用的驱动方式比较灵活[1]。由于传统的电动微耕机采用蓄电池作为能量，但其只能应用一段时间，需要不断对能源进行补充，而太阳能电动微耕机可适用于无电地区或远离电网地区，作为一种可移动的清洁能源，可带动各种电动农具进行不同种类农业作业。我国虽然是农业大国，但受电池容量等因素的影响，限制了电动农用车辆的发展。由此，对太阳能电动微耕机制作技术的研究十分必要，相关人员需要引起重视。

1太阳能电动微耕机概况

微耕机主要用于耕耘作业，适用于水、旱田耕整、田园管理和设施农业等，它可以直接用驱动轮轴驱动旋转工作部件[2]。微耕机的作业质量、操作性、振动和噪音等在很大程度上取决于刀辊的设计制造及其与切土参数的匹配。太阳能电动微耕机与传统微耕机不同，其具有的优点如表1所示。

从表1中看出，太阳能电动微耕机具有无污染、高效的优点。其可作为解决当前农业机械能源的有效途径之一。当前，太阳能电动微耕机及其控制技术还不成熟，为了满足农用车辆工况与机车安全可靠，需要对设备尺寸、控制情况等合理制作[3]。

2太阳能电动微耕机的制作技术

2.1系统结构设计

目前，太阳能电动微耕机主要采用三种驱动方式，具体如表2所示[4]。其中，轮边驱动方式动力传动链较短，经过对能源管理及动力系统控制而达到驱动、制动力分配的优化，该方式作为太阳能电动微耕机的驱动系统，主要由光伏组件、轮毂电机、蓄电池及轮边减速器等组成。其中动力源为轮毂电机提供，所采用两个永磁无刷直流电机，布置与左右两轮的轮边，根据表2中的优势特点，其可满足不同作业工况的需求。蓄电池作为整機的主要能源，为设备提供所需电能，而光伏组件作为辅助能量源，所产生的电能通过光伏控制器实现加速与减速控制。

根据表2 中对太阳能电动微耕机驱动方式的分析，得出其驱动系统采用轮边驱动方式。而太阳能电动微耕机作业工况复杂，对其各部件型号与设计制作参数的合理选择，将决定太阳能微耕机动力系统动力性与经济性等性能发挥。

2.2制作实例及成效

对太阳能电动微耕机的制作，需要根据微耕机不同作业工况的动力需求对动力系统各部件进行选择与参数设置。以研发中的太阳能微耕机为例，对其各部件参数合理设计，表3是具体的设计内容。

2.2.1案例分析

根据表3参数设计内容，此次选用驱动电机为永磁无刷直流电机，所设计为单铧犁，微耕机主要耕作田地为中原地区某块中等土壤，土壤比阻为50kPa，犁宽15cm，犁耕深度10cm，取整机牵引效率为0.5，犁耕作业速度为3km/h，微耕机电机功率储备系数为1.2，在进行旋耕时耕幅可达60cm，耕深为12cm，旋耕作业速度为3km/h。由于目前市场上永磁无刷直流电机规格与兼顾整机的结构布局，最终所选用的轮毂电机，而该部件作为太阳能微耕机的关键部分，可直接对微耕机的动力性能造成直接影响[5]。由此需对轮毂电机外特性进行试验，而试验平台在所构建的太阳能微耕机试验平台上进行，经试验轮毂电机、轮边减速器传动比、蓄电池及光伏电池满足所应用需求。

2.2.2应用性能

对于太阳能电动微耕机参数设置如表3，由于此次设计的太阳能电动微耕机主要是针对农业作业，所达到的应用成效表现为两点，一点是所达到的动力性能较高，另一点是经济性能较高。

2.2.2.1动力性能

动力性能主要表现为整机在一定土壤条件下微耕机所能提供的牵引能力。这是由于太阳能微耕机犁耕作业环境复杂多变，机器设备所遇到的阻力会产生一定的波动[6]，由此在保留10%-20%的储备牵引能力;另一个动力性表现为太阳能微耕机所达到的爬坡度。由于本次研究中的田间作业为较平缓坡度，只需要对微耕机运输作业情况下爬坡度进行记录与计算。

2.2.2.2经济性能

与传统的燃油电动微耕机相比，太阳能电能微耕机以光伏电池与蓄电池作为能量源，以全天累积作业时间与能耗利用率看，太阳能微耕机获得的总能量与作业时消耗的能量相等。另外，不考虑蓄电池与光伏电池充电效率，太阳能电动微耕机能耗利用率可用牵引效率进行衡量。

3 结语

综所述，本文通过对太阳能电动微耕机的制作技术的研究，了解到太阳能电动微耕机的特点与驱动特性要求，结合实际情况，设计了太阳能电动微耕机，所采用的驱动系统为轮边驱动方式，在此基础上，以中原地区某块中等土壤案例，设计以锂电池组为主要能源，光伏组件作为太阳能微耕机的辅助能源，最后试验应用后得出太阳能电动微耕机作业效率得以提高，并大大延长了设备作业时间，有效提高了设备的利用效率，这对促进我国农业设备可持续发展具有积极的作用。

参考文献：

[1]张强，杨光友.基于STM 32单片机控制的电动微耕机研制[J].农机化研究，2019，41（7）：100-104，109.

[2]张勉，陈建，王卓， 等.电动微耕机锂电池组热特性的研究[J].农机化研究，2020，42（6）：19-24，35.

[3]南昌市八马机械制造有限公司.一种电动微耕机：CN201920934647.X[P].2020-04-07.

[4]田伟，黄林青，付海明， 等.电动微型设施农业作业机械设计与试验[J].农业装备与车辆工程，2017，55（8）：19-23.

[5]河南天恩太阳能科技有限公司.基于作业平衡稳定的纯电动微耕机：CN201720173536.2[P].2017-09-15.

基金项目：

2020年广东省科技创新战略专项资金项目（攀登计划），名称：太阳能微耕机的研制 （编号：pdjh2020b1281）

2019年中山职业技术学院大学生创新创业训练计划项目，名称：太阳能微耕机的研究及中试