宋其福

湖南省岳陽市屈原農場農機局

(2005年中國農機化學會論文)

摘要  激光控制平地技術是與大規模、現代化農業生產相適應的先進平地技術。實踐證明，激光平地是一項節水、增產、增效的成熟技術措施。對農業生產的發展具有十分重要的意義。但由于激光平地系統沒有實現國產化，不僅價格昂貴，而且維修、故障處理及零配件的更換不方便，不利于該技術的推廣。因此實現激光平地系統的國產化已成為發展農業生產急需解決的問題。

屈原農場農機局心系農業發展大計，聯合岳陽市農機研究所，在消化吸收國外技術的基礎上，結合自己在應用實踐中積累的經驗，成功研制出IJP-200型激光平地機，實現了全套系統的國產化，降低了成本，填補了國內空白。整體技術達到了國內領先水平，具有及其廣闊的推廣前景。

關鍵詞  激光  平地系統  研制  應用

0  引言

屈原農場農機局于2001年引進美國光譜精儀有限公司的L600型激光平地機組，在屈原農場的四分場、二分場進行了較大面積的水田平整。在作業中，各項作業指標完全達到甚至超過了預定的農藝標準，收到了良好的效果，得到了全農場干群的認可。特別是在幾次大型農機演示現場會上進行激光平地技術現場演示后，我國南方各省市的一些相關單位對激光平地技術評價很高，要求引進激光平地設備和技術。但是目前國內所使用的激光平地系統都是從國外進口的，還沒有實現國產化，不僅價格高昂，而且在使用過程中的維修、故障處理及零配件的更換都不方便，不利于該項目的迅速推廣利用。因此，非常必要對激光平地系統進行國產化研制。

1  立項研制，確定方案

屈原農場農機局在激光平地作業的過程中，通過三年的實踐，充分掌握了激光平地系統的原理性能、適應性、可靠性、經濟性，積累了豐富的經驗。于2003年確立了對激光平地系統進行研制的課題，決定在消化吸收國外技術的基礎上，實現全套設備的國產化。岳陽市科技局于2004年將該項目納入了科研工作計劃，在上級科技部門的大力支持下，屈原農場農機局聯合岳陽市農機化研究所和蘇州一光鐳射儀器有限公司成立了課題組，正式啟動了該項目。啟動后，立即確定方案，參照從美國引進的激光平地系統，將該系統的組成分四部分：第一部分為激光發射接收；第二部分為電路控制；第三部分為液壓執行機構；第四部分為刮土鏟。對上述四個部分能否實現國產化，課題組的全體工作人員進行了大量的調研、咨詢和可行性分析。經過反復論證，**后確定具體方案如下：選用國產的JP300激光掃平儀進行改進，作為激光發射源，全方位激光探測儀采集光信號后并加以處理，然后以穩定的信號方式輸出，也就是將平地設備的即時高度信息以電信號的方式輸入電控部件，電控部件將該信號加以處理后，控制液壓部件的工作，隨時調整平地設備的高低，使平地設備準確地維持在比較精確的工作面內，實施平地作業。

2  工作原理及結構特點

2.1  工作原理

IJP-200型激光平地系統主要由JP300激光發射器、JFP-20全方位激光接收器、控制箱和液壓閥組成。激光發射器僅發射一束極細的能旋轉360o的光線，為整個施工場地提供一個恒定的坡度基準。全方位激光接收器安放在刮土鏟上方的伸縮桿上，從激光平面到鏟刃之間這段固定距離即為標高測量基準，全方位激光接收器接到激光信號后不停地給控制箱發送高度信息，如果激光掃射在接收器上部，說明刮土鏟處于完成高度的下方，一個提高刮土鏟的修正信號發送給液壓閥。反之，一個降低刮土鏟的修正信號發送給液壓閥。液壓閥控制刮土鏟的油缸，其收到來自控制箱的修正信號后，提高或降低刮土鏟以維持正確的標高。

2.2  主要結構及其功能

2.2.1  激光發射器

激光發射器安在三角架上，一臺發射器能同時控制幾臺拖拉機或耕田船工作。激光發射器設有水平儀，能自動檢測并調平光束，使激光掃射面為一水平面，以作為土地平整作業的基準參照面。旋轉軸轉速為300～600r/min，有效光束半徑為200m（根據激光發射功率而定），是一個由電池驅動的激光發射裝置。在激光發射器內，有一只功率為4mw的氦氖激光管。激光管發射出一束極細的紅色光束，光束朝下，經過兩個反光鏡，將光束變位朝上，又經過一個透鏡變為平行光束，然后再經棱鏡系統轉90o向外發射。棱鏡系統安裝在一個旋轉軸上，因而能旋轉360o。

2.2.2  激光接收器

激光接收器由具有中心控制點的9排4列微感應檢測器（光電傳感器）及電信號處理器構成。用以吸收來自激光發射器旋轉發出的激光束，光電傳感器將光信號轉換成電信號，并通過連接線輸送給控制箱。

2.2.3  控制箱

控制箱從接收器中接收和處理信號，經過數據處理后轉換成控制信號，直接傳送到液壓控制閥的電磁鐵上，控制電磁換向動作。控制器設有手動和自動功能，并設有自動開關、手動開關（手動開關允許操作手在控制箱上進行電子升降刮土器）。

2.2.4  液壓控制閥

液壓閥收到來自控制箱上升和下降的信號，機油液壓系統就提供壓力控制油缸來提高或者降低刮土器以維持正常的標高。

3  先進性及創新點

3.1  作業平整精度高

IJP-200型激光平地系統，是利用激光作為非視覺控制手段代替常規機械平地設備操作人員的目測判斷能力，用以控制液壓、平地機具的升降高度。在平地作業中，由于激光發射器發射的激光束在田面上方構成水平激光面作為土地平整作業的參照基準面，故不受田間平整活動的影響和干擾。激光接收器在操作過程中，對來自激光發射器發出的光束信號感應和傳遞迅速，電子控制箱自控靈敏，操作自動化程度高，因此，平地精度可達1.4cm，是常規機械設備平地難以企及的。

3.2  電控部件和液壓部件優化設計，適應南方水田平整帶水作業。

將激光平地系統應用于水田平整帶水作業，它的平地鏟相對旱地用的平地鏟要輕得多，平地鏟由于自重小無法使油缸活塞回位，因此進口激光平地系統靠平地鏟自動復位下挖的方式已經不能適用。故將電控部件和液壓部件改為雙作用缸執行作業方式，平地鏟升降完全由液壓驅動，解決了平地鏟自重不夠難以復位的問題。            

南方水田耕整季節溫度有時高達40℃，液壓系統溫升太高將使系統無法正常工作。由于受結構限制，系統不便于安裝冷卻系統，為了降低系統溫升，設計采用非工作時完全卸荷的方式，盡量降低壓力損耗，降低溫升，以適應南方的高溫氣候。試驗表明，該系統連續工作12小時升溫不大于30℃。

3.3  整個系統國產化，成本低，有利于推廣。

目前，能否降低整套設備價格是推廣應用激光平地技術的關鍵因素，而降低整套設備的價格關鍵又在于能否實現全套設備的國產化。屈原農場農機局于2001年從美國引進的一套設備價格為13萬元，加上配套的拖拉機9萬元，全套設備22萬元。IJP-200型激光平地系統（不包括拖拉機）的成本僅需4萬余元，價格較美國引進的平地系統可降低2倍左右，并且國產設備維修及更換零配件方便。

4  系統技術指標

4.1     電      源    DC12V

4.2     作業平整度    ≤2cm

4.3     **大工作半徑   200 m

4.4     **大工作負載   20KN

4.5     系統壓力       10mpa（可調）

4.6     工作壓力        7mpa（可調）

4.7     系統流量        20L/min（可調）

5  結束語

IJP-200型激光平地機2004年12月份經湖南省農業機械產品質量監督檢測中心檢驗，各項性能指標均達到了計劃書的任務要求。2005年元月份湖南省科學技術廳組織專家成立鑒定委員會，對該產品進行了鑒定，鑒定委員會一致認為：該產品實現了全套系統的國產化，填補了國內空白，整體技術達到了國內領先水平，具有廣闊的推廣前景，并建議加快該成果轉化，盡快實現產業化。