轻简式烟田苗期揭膜机的设计
来源：未知
发布日期：2019-09-26 17:17【大 中 小】
引言
烟草是我国重要的经济作物之一，是一种喜温作 物，由于地膜覆盖具有保温保墒保湿的作用，在烟草 种植中得到了广泛应用。地膜覆盖在烟草种植过 程中有重要作用，既除去了在烟草大田栽培的中耕除 草环节，又可提高地温，从而促进土壤中微生物的活 动，加强了土壤中有机质和部分养分的释放，提高了 肥料的利用率，改善了土壤的养分状况，保持土壤疏 松，减少病虫和杂草危害，进而促进烟草根系和烟株 的生长发育，使烟草成熟期提早 10 天左右，明显提高 了烟叶品质。但是，地膜覆盖后，由于土壤环境条 件在各生育阶段的变化规律不同，地膜对烟草品质除 了上述正效应影响还伴随着负效应影响。现有研究 指出: 在烟草作物全生育期进行地膜覆盖栽培，将在 一定程度上导致某些病虫害加重、烟株根系发育不良 等问题。在烟株生长中后期，土壤温度往往过高，而 湿度不足，如果不及时揭去地膜，易使土壤板结、通气 不良，过高的土壤温度会对根系造成伤害; 且地膜 会阻挡来自空气中的降雨，不利于肥料溶解转化和烟 苗吸收，影响烟株后期生长; 加之地膜在田间难以降 解，污染土壤，对农作物危害很大。
结构与工作原理
该机主要包括锥形揭膜传动机构、揭膜电机、集 膜机构、控制器、行走轮、扶手、工作开关、机架和锂电 池。其整体设计在功能系统上主要包括揭膜系统和 行走系统: 揭膜系统在机构上主要包括锥形揭膜机 构、揭膜传动机构、揭膜电机和集膜机构; 行走系统在 机构上主要包括行走轮及其组件。揭膜系统实现的 功能有固定地膜、卷膜及卸膜。由于要求揭膜机在垄 沟行进时同时收两侧烟垄地膜以提高生产率，因此在揭膜机两侧均匀设置了两组锥形揭膜机构。锥形揭 膜机构主要由锥形卷膜辊、卡膜盘、传动轴和法兰盘 组成。法兰盘连接并固定锥形卷膜辊于传动轴上，锥 形卷膜辊其外径自靠近机架一端向外逐渐减小，使卷 膜辊的外表面具有锥面，便于快速卸下缠绕在卷膜辊 上的地膜，并无需更换辊筒，既提高了工作效率，又无 需准备备用辊筒，从而减小了整个设备或操作人员的 负载，简化了操作，降低了劳动强度。由于揭膜机揭 膜时两侧地垄上的地膜状态不同，造成两侧锥形揭膜 机构的工况有所不同，导致不能使用同一个动力同时 驱动两侧的锥形揭膜机构，因此设置了两个揭膜电机 分别独立驱动两个锥形揭膜机构。
揭膜电机通过揭膜传动系统驱动揭膜机构转动揭 膜。揭膜传动机构主要由主同步带轮、同步带和从同 步带轮组成，从同步带轮与传动轴刚性连接，从而实 现揭膜电机驱动传动轴转动，即驱动锥形卷膜辊转动 揭膜。锥形卷膜辊一端连接卡膜盘，卡膜盘上设有用 于固定地膜的卡膜口，在揭膜之前，操作人员先将覆 盖在烟垄上的地膜端部卡入卡膜口，使其被可靠地限 位，从而保证了揭膜机在地膜回收初期的可靠运行。 行走系统的作用为支撑其余构件并使揭膜机行 走。双行走轮具有更高的稳定性和操控性，其余机构 或组件皆安装在以行走轮为支撑的机架上。在行走 轮的一侧设置了行走速度检测装置，主要由磁铁盘、 小磁铁、霍尔传感器固定件及霍尔传感器组成。磁铁 盘与行走轮刚性连接，霍尔传感器与磁铁盘盘面正 对。当揭膜机启动时，霍尔传感器检测安装在磁铁盘 上的小磁铁经过时间，控制系统从而准确、灵敏地判 断揭膜机的工作状态并计算出行走轮的实时行走速 度，实现揭膜电机的自动启停及对操作人员行走速度 的报警提示，提高了人机交互性。
硬件电路设计
揭膜机揭膜时，揭膜电机恒扭矩驱动锥形卷膜辊 转动揭膜，从而近似恒拉力揭膜，可通过控制电机电 流使揭膜电机输出恒扭矩。由于地膜的使用情况、厚 度、强度等因素不同，其拉断力不尽相同。为了使揭 膜机揭膜时能可靠地揭起不同强度的地膜，可设置揭 膜机的揭膜拉力。 通过检测揭膜电机的电流，控制系统根据电流与 揭膜拉力之间的关系可计算出相应的揭膜拉力。控 制系统将检测的揭膜电机电流反馈给单片机，可实现 对揭膜电机的闭环控制，从而增加控制的精准度。电 机电流选用电流令。当电池电压达到要求时，主程序 将检测工作开关是否闭合，若工作开关断开，主程序 将关掉单片机的 PWM 模传感器 ACS712 检测电流大 小。由于左右两侧揭膜电机独立控制，需要分别检测 其电流值，因此电路设计时采用了 2 块电流传感器 ACS712。ACS712 由 5 V 电压供电，通过 IP +引脚和 IP－引脚串联于被测电路中，被测电流经 IP +引脚输入 和 IP－引脚输出。IP +和 IP －之间设置了 1 个霍尔元 件，电流从霍尔元件附件流过时，电信号转换为磁信 号，并经过后续信号还原及放大由 VIOUT 引脚输出 1 个电压信号。
软件程序设计
轻简式烟田苗期揭膜机的控制系统的主要功能有 揭膜机揭膜拉力设置、揭膜电机恒流控制、行走速度 检测及其操作指示、电池欠压保护及其报警提示等。
结论
1) 设计了一种轻简式烟田苗期揭膜机，包括揭膜系统、控制系统和行走系统。揭膜系统实现揭膜和卸 膜功能，主要由锥形卷膜辊、揭膜电机、揭膜传动机 构、卡膜盘和集膜机构组成。控制系统实现对两侧揭 膜电机的独立控制，使揭膜电机恒扭矩驱动锥形卷膜 辊，使其达到不损坏膜而可以揭膜的作用。行走系统 提供支撑和移动功能，使其平稳行走。
2) 揭膜机恒扭矩试验表明: 揭膜机平均恒扭矩控 制误差为 5．02%，揭膜性能较好，能实现残地膜回收。
