激光技术在农田土地平整工程中的运用

发布日期:2021-10-18 15:02

在垦区农场进行土地平整,一直采用常规方法,利用推土机、平地机、铲运机、装载要和挖掘机等农田基本建设机械进行作业,这只能达到粗平,即所谓"田面大平,小不平"。为了提高土地的平整精度,可以利用激光技术,高精度地对农田进行平整。

1激光平地系统的工作原理和结构组成

1.1工作原理

激光发射器发出的旋转光束,在作业地块的定位高度上形成一光平面,此光面就是平地机组作业时平整土地的基准平面,光面可以呈水平,也可以与水平呈一倾角(用于坡地平整作业)。激光接收器安装在靠近刮土铲铲刃的伸缩杆上,从激光束到铲刃之间的这段固定距离即为标高定位测量的基准。当接收器检测到激光信号后,不停地向控制箱发送电信号。控制箱接收到标高变化的电信号后,进行自动修正,修正后的电信号控制液压控制阀,以改变液压油输向油缸的流向与流量,自动控制刮土铲的高度,使之保持达到定位的标高平面。

如:激光束扫描在激光接收器标准上方,表明刮土铲铲刃处于平面平整线的下部,接收传送的电信号由控制箱进行修正,并控制液压阀致使油缸提升刮土铲;反之刮土铲下降,以此保持铲刃处在定位的标高平面上。

1.2激光平地系统主要工作部件

激光平地系统由激光发射器,激光接收器,控制箱,液压机构,刮土铲等组成。

(1)激光发射器(蓄电池作电源):该发射器固定在三角架顶上。在激光发射机内,有一只功率为4mW的氦氖激光管。激光管发射出一束像铅笔尖那样粗细的红色光束,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90°发射出去。棱镜系统是安装在一个旋转轴上,因而在一定高度形成一旋转360°的激光基准平面,转速为300~600r/min,有效光束半径为300~500m(根据功率而定)。机械部分安装在一个万向接头系统上,因而光束平面能按照预定的坡度倾斜。

(2)激光接收器:激光接收器固定安装在平地机的伸缩杆上,并用电线与控制箱连接。当接收到来自激光发射器发出的旋转的红色光束时,即将激光信号转换成电信号,并通过连接线输送给控制箱。

(3)控制箱:激光平地机的驾驶员靠驾驶室内的控制箱来操作各控制开关,因此控制箱应安装在驾驶员容易监视,并能伸手操作控制开头的位置上。控制箱组成:①三个操纵杆;②加减开关,用以改变数码显示器中的预定坡度;使机手能迅速预定出所需的坡度数;③接收杆的升降开关,用以调节接收杆的高度;④二极管保险丝;⑤自动、手动开关;⑥数码显示器、显示坡降度数;⑦刮土铲升降开关;⑧指示控制开关,用以选择自动或手动运行方式。

(4)液压控制阀:液压阀安装在拖拉机上,并与拖拉机液压系统连接。在处于自控状态时,经控制箱转换修正后的电信号,启动电磁阀,变动液压控制阀的位置,改变液压油的流量和流向,通过油缸柱塞的伸缩控制平地铲升降。

2激光平地系统的操作

(1)建立激光:首先根据需刮平的场地小大,确定激光器的位置,如长、宽度超过300m,激光器大致放在场地中间位置。如长、宽度小于300m,则可安装于场地的周边。激光器位置确定后,将它安装在支撑的三角架上并调平。激光的标高,应处在拖拉机平地机组最高点上方0.5~1m,以避免机组和操作人员遮挡住激光束。

(2)测量场地:利用激光技术进行地面测量,一人操作发射器,配3~5人移动标尺(每测点间距为10~20m,每个地块按横列竖行排列),每个杆尺高3m,其上装有可、上、下滑动的激光接受器。顺序详细记录测定的测点方向和高低数据,绘制出地块的地形地势图,并计算出整块地的平均高度。这个平均标高的位置,作为平地机械作业的基准点,也是刮土铲铲刃初始作业位置。

(3)作业:以铲刃初始作业位置为基准,调整激光接收器伸缩杆的高度,使激光发射器发出的激光束与接收器相吻合。即在红、黄、绿显示灯的中间绿灯闪亮为止(红灯亮表示接收不到激光仪发出的信号;绿灯亮时,表示接收范围正常,当三个绿灯亮时,即为水平;黄灯亮,表示地面高低差已超出平整的范围)。然后,将控制开关置于自动位置,就可以起动拖拉机平地机组开始平整作业。