宋其福

湖南省岳阳市屈原农场农机局

(2005年中国农机化学会论文)

摘要 激光控制平地技术是与大规模、现代化农业生产相适应的先进平地技术。实践证明，激光平地是一项节水、增产、增效的成熟技术措施。对农业生产的发展具有十分重要的意义。但由于激光平地系统没有实现国产化，不仅价格昂贵，而且维修、故障处理及零配件的更换不方便，不利于该技术的推广。因此实现激光平地系统的国产化已成为发展农业生产急需解决的问题。

屈原农场农机局心系农业发展大计，联合岳阳市农机研究所，在消化吸收国外技术的基础上，结合自己在应用实践中积累的经验，成功研制出IJP-200型激光平地机，实现了全套系统的国产化，降低了成本，填补了国内空白。整体技术达到了国内领先水平，具有及其广阔的推广前景。

关键词 激光 平地系统 研制 应用

0 引言

屈原农场农机局于2001年引进美国光谱精仪有限公司的L600型激光平地机组，在屈原农场的四分场、二分场进行了较大面积的水田平整。在作业中，各项作业指标完全达到甚至超过了预定的农艺标准，收到了良好的效果，得到了全农场干群的认可。特别是在几次大型农机演示现场会上进行激光平地技术现场演示后，我国南方各省市的一些相关单位对激光平地技术评价很高，要求引进激光平地设备和技术。但是目前国内所使用的激光平地系统都是从国外进口的，还没有实现国产化，不仅价格高昂，而且在使用过程中的维修、故障处理及零配件的更换都不方便，不利于该项目的迅速推广利用。因此，非常必要对激光平地系统进行国产化研制。

1 立项研制，确定方案

屈原农场农机局在激光平地作业的过程中，通过三年的实践，充分掌握了激光平地系统的原理性能、适应性、可靠性、经济性，积累了丰富的经验。于2003年确立了对激光平地系统进行研制的课题，决定在消化吸收国外技术的基础上，实现全套设备的国产化。岳阳市科技局于2004年将该项目纳入了科研工作计划，在上级科技部门的大力支持下，屈原农场农机局联合岳阳市农机化研究所和苏州一光镭射仪器有限公司成立了课题组，正式启动了该项目。启动后，立即确定方案，参照从美国引进的激光平地系统，将该系统的组成分四部分：第一部分为激光发射接收；第二部分为电路控制；第三部分为液压执行机构；第四部分为刮土铲。对上述四个部分能否实现国产化，课题组的全体工作人员进行了大量的调研、咨询和可行性分析。经过反复论证，**后确定具体方案如下：选用国产的JP300激光扫平仪进行改进，作为激光发射源，全方位激光探测仪采集光信号后并加以处理，然后以稳定的信号方式输出，也就是将平地设备的即时高度信息以电信号的方式输入电控部件，电控部件将该信号加以处理后，控制液压部件的工作，随时调整平地设备的高低，使平地设备准确地维持在比较精确的工作面内，实施平地作业。

2 工作原理及结构特点

2.1 工作原理

IJP-200型激光平地系统主要由JP300激光发射器、JFP-20全方位激光接收器、控制箱和液压阀组成。激光发射器仅发射一束极细的能旋转360º的光线，为整个施工场地提供一个恒定的坡度基准。全方位激光接收器安放在刮土铲上方的伸缩杆上，从激光平面到铲刃之间这段固定距离即为标高测量基准，全方位激光接收器接到激光信号后不停地给控制箱发送高度信息，如果激光扫射在接收器上部，说明刮土铲处于完成高度的下方，一个提高刮土铲的修正信号发送给液压阀。反之，一个降低刮土铲的修正信号发送给液压阀。液压阀控制刮土铲的油缸，其收到来自控制箱的修正信号后，提高或降低刮土铲以维持正确的标高。

2.2 主要结构及其功能

2.2.1 激光发射器

激光发射器安在三角架上，一台发射器能同时控制几台 拖拉机或耕田船工作。激光发射器设有水平仪，能自动检测并调平光束，使激光扫射面为一水平面，以作为土地平整作业的基准参照面。旋转轴转速为300～600r/min，有效光束半径为200m（根据激光发射功率而定），是一个由电池驱动的激光发射装置。在激光发射器内，有一只功率为4mw的氦氖激光管。激光管发射出一束极细的红色光束，光束朝下，经过两个反光镜，将光束变位朝上，又经过一个透镜变为平行光束，然后再经棱镜系统转90º向外发射。棱镜系统安装在一个旋转轴上，因而能旋转360º。

2.2.2 激光接收器

激光接收器由具有中心控制点的9排4列微感应检测器（光电传感器）及电信号处理器构成。用以吸收来自激光发射器旋转发出的激光束，光电传感器将光信号转换成电信号，并通过连接线输送给控制箱。

2.2.3 控制箱

控制箱从接收器中接收和处理信号，经过数据处理后转换成控制信号，直接传送到液压控制阀的电磁铁上，控制电磁换向动作。控制器设有手动和自动功能，并设有自动开关、手动开关（手动开关允许操作手在控制箱上进行电子升降刮土器）。

2.2.4 液压控制阀

液压阀收到来自控制箱上升和下降的信号，机油液压系统就提供压力控制油缸来提高或者降低刮土器以维持正常的标高。

3 先进性及创新点

3.1 作业平整精度高

IJP-200型激光平地系统，是利用激光作为非视觉控制手段代替常规机械平地设备操作人员的目测判断能力，用以控制液压、平地机具的升降高度。在平地作业中，由于激光发射器发射的激光束在田面上方构成水平激光面作为土地平整作业的参照基准面，故不受田间平整活动的影响和干扰。激光接收器在操作过程中，对来自激光发射器发出的光束信号感应和传递迅速，电子控制箱自控灵敏，操作自动化程度高，因此，平地精度可达1.4cm，是常规机械设备平地难以企及的。

3.2 电控部件和液压部件优化设计，适应南方水田平整带水作业。

将激光平地系统应用于水田平整带水作业，它的平地铲相对旱地用的平地铲要轻得多，平地铲由于自重小无法使油缸活塞回位，因此进口激光平地系统靠平地铲自动复位下挖的方式已经不能适用。故将电控部件和液压部件改为双作用缸执行作业方式，平地铲升降完全由液压驱动，解决了平地铲自重不够难以复位的问题。

南方水田耕整季节温度有时高达40℃，液压系统温升太高将使系统无法正常工作。由于受结构限制，系统不便于安装冷却系统，为了降低系统温升，设计采用非工作时完全卸荷的方式，尽量降低压力损耗，降低温升，以适应南方的高温气候。试验表明，该系统连续工作12小时升温不大于30℃。

3.3 整个系统国产化，成本低，有利于推广。

目前，能否降低整套设备价格是推广应用激光平地技术的关键因素，而降低整套设备的价格关键又在于能否实现全套设备的国产化。屈原农场农机局于2001年从美国引进的一套设备价格为13万元，加上配套的拖拉机9万元，全套设备22万元。IJP-200型激光平地系统（不包括拖拉机）的成本仅需4万余元，价格较美国引进的平地系统可降低2倍左右，并且国产设备维修及更换零配件方便。

4 系统技术指标

4.1 电 源 DC12V

4.2 作业平整度 ≤2cm

4.3 **大工作半径 200 m

4.4 **大工作负载 20KN

4.5 系统压力 10mpa（可调）

4.6 工作压力 7mpa（可调）

4.7 系统流量 20L/min（可调）

5 结束语

IJP-200型激光平地机2004年12月份经湖南省农业机械产品质量监督检测中心检验，各项性能指标均达到了计划书的任务要求。2005年元月份湖南省科学技术厅组织专家成立鉴定委员会，对该产品进行了鉴定，鉴定委员会一致认为：该产品实现了全套系统的国产化，填补了国内空白，整体技术达到了国内领先水平，具有广阔的推广前景，并建议加快该成果转化，尽快实现产业化。