甘蔗收獲機割臺隨動控制系統設計與試驗

宮元娟 金忠博 白曉平 王思佳 吳 玲 黃婉媛

(1.沈陽農業大學工程學院，沈陽 110866；2.中國科學院沈陽自動化研究所，沈陽 110169)

0 引言

甘蔗是一種廣泛種植于我國南部的宿根類作物[1-2]，收獲作業后留在蔗樁上的蔗芽在適宜的溫濕條件下可以萌芽出新苗繼續生長。我國雖是甘蔗種植大國，但機械化收獲率和收獲質量并不高，且甘蔗收獲機智能化水平偏低，關鍵部件及技術存在瓶頸，致使宿根破頭率增高，影響作物羿年出芽率，嚴重制約著我國蔗糖產業發展[3-6]。綜上，提高甘蔗收獲機自動化、智能化水平，降低宿根破頭率，提高收割質量[7-8]，對保障我國戰略原料安全具有重要意義。

甘蔗收獲機工作時主要包括扶禾、壓倒、切割、切斷、輸送及切梢等環節，在實際生產工作過程中，切割環節是最難控制的工序之一[9-10]。甘蔗收獲機工作時的割臺高度是影響收獲質量和宿根破頭率的關鍵參數，割臺過高，會使破頭率增高，降低收獲質量和作物產量；割臺過低，會對收割機及割臺關鍵部件造成一定損害[11-12]，嚴重影響收獲效率，且容易傷害作物宿根，使作物無法正常生長，造成生產成本增加和勞動強度增大。割臺高度控制技術主要有4種：機械式、電液式、自動控制式和圖像采集式。目前國外用于甘蔗種植的土地面積大、坡度小且平坦，對于割臺高度自動控制的要求不高，對該方面研究較少，具有割臺高度控制功能的收獲機不適用于我國國情，在國內應用較少[13]。而目前國內甘蔗收獲機以機械式割臺高度控制技術為主，即采用平行四桿機構控制割臺高度，可根據實際使用需求人為任意調節收割裝置距離地面的高度，但機械式平行四桿機構實時仿形精度低、控制穩定性也較差。其他種類都處于研發階段，文獻[14]基于非接觸式紅外光電傳感器，在碧浪4LZ-1.2型履帶自走式聯合收獲機上設計安裝了一種割臺高度自適應調節系統，但光電傳感器易受到灰塵、雜草及復雜工作環境的影響，造成檢測結果不準確，且未進行田間試驗，相關試驗數據不充足。文獻[15]設計了一種甘蔗收割機刀盤浮動控制系統，通過角位移傳感器配合改進的新型液壓系統來調整割臺高度，但缺少整機測試數據，僅停留在理論階段。文獻[16]提出了一種基于圖像處理技術的倒伏小麥檢測方法，根據攝像頭采集的圖像實現割臺高度的控制，但攝像頭易受田間復雜環境影響，造成檢測結果不準確。綜上，我國甘蔗收獲機所采用的這些割臺高度控制技術不能滿足實際生產需求，亟需改進和突破。

針對國內現有甘蔗收獲機割臺高度無法自動控制和收獲后破頭率高等問題，本文基于廣西農業機械研究院有限公司的4GZQ130-A型甘蔗收獲機設計一種割臺隨動控制系統，所設計的自重擺動式仿形機構可以不依賴外力貼附于地表行走，且可依靠外廓曲面減小收獲機倒退時地面對自身的沖擊，建立收獲機割臺高度與傳感器信號間的數學模型，基于PID控制理論設計割臺高度控制方法，完成割臺隨動控制系統軟件設計，綜合運用傳感器和單片機控制技術，實現對地面高度的實時監測和收獲機割臺高度的自動控制。

1 割臺隨動控制系統整體方案設計

為了實現收獲機割臺高度的自動控制，降低收獲機在生產過程中的破頭率，設計了甘蔗收獲機割臺隨動控制系統。隨動控制系統包括手動控制和自動控制兩種工作模式，駕駛員可以根據實際使用需求通過按鍵切換工作模式。手動控制是駕駛員根據工作經驗通過操作手柄對割臺高度實施控制；自動控制則是在收獲機工作過程中，根據地面起伏變化甘蔗收獲機自動完成對割臺高度的調控。

1.1 系統總體結構

甘蔗收獲機割臺隨動控制系統總體結構如圖1所示。主要由自重擺動式仿形機構、STM32控制器、位移傳感器、上位機模組、按鍵模塊、電磁閥及驅動模組組成。

圖1 甘蔗收獲機割臺隨動控制系統結構示意圖

自重擺動式仿形機構安裝于車體底部，通過機械結構與地面直接接觸并貼合，隨地面起伏變化而擺動，因甘蔗種植過程中需要二次培土，且壟臺較寬，為避免單個仿形機構無法準確檢測割臺距離地面的高度，在同一直線上均布設置了3個仿形機構用于檢測地形變化趨勢，仿形機構將采集到的地面高度變化數據轉換為電信號傳輸至控制系統。位移傳感器采用WXXY公司的WXY31系列產品，精確度較高，通過標定試驗確定液壓缸伸長量與割臺高度的比例關系，將采集到的液壓執行部件的伸縮量轉換為電信號輸入控制系統。STM32f4系列單片機作為主要控制單元，具有較強的數據處理功能，能夠滿足使用需求[17-19]。上位機模組采用10.1英寸LCD液晶顯示屏，方便駕駛員設置有關割臺高度控制的相關參數及實時監測隨動控制系統的工作狀態。割臺高度執行部件采用液壓控制技術，主要由液壓缸、電磁閥及驅動模組組成。割臺隨動控制系統組成如圖2所示。

圖2 割臺隨動控制系統構成圖

1.2 系統工作原理

割臺隨動控制系統工作原理圖如圖3所示，駕駛員將工作模式調整為自動控制模式，啟動割臺隨動控制系統并開始執行收獲作業，仿形機構實時檢測地面起伏變化，將角度傳感器所采集到的電信號傳遞給控制系統，控制系統根據控制算法輸出電磁閥控制信號，驅動液壓缸工作并帶動割臺刀盤上下浮動，控制割刀距離地面的高度，同時安裝在液壓缸上的位移傳感器將液壓缸的伸縮量信息在一定時間內反饋給控制器，控制器根據實時檢測的信號來判斷割臺刀盤距地面高度是否達到控制要求，上述工作流程構成割臺高度控制的閉環系統，保證割臺高度的精確控制。

圖3 隨動控制系統工作原理圖

2 隨動控制系統檢測部件設計

2.1 自重擺動式仿形機構設計

根據前期的研究及對仿形機構的設計可知，圖4所示滾輪式側位仿形機構，其優點在于結構簡單，但易生銹，在工作一段時間后需要頻繁更換扭簧及其他零部件，若長時間工作會因蔗地的潮濕環境使泥土附著在表面，并隨時間的增長而增加，使采集的地面高度信息不準確，降低仿形精度，甚至導致仿形失效。

圖4 滾輪式側位仿形機構

為了解決此問題設計了一種自重擺動式仿形機構，主要由觸地部件、連接套筒、左固定連接板、機架、右固定連接板及角度傳感器等組成，如圖5所示，其主要作用是對地壟表面進行仿形，實時檢測地面起伏變化信息并傳遞至控制器。

圖5 自重擺動式仿形機構示意圖

自重擺動式仿形機構在自重的作用下貼附于地面，隨地面的起伏變化而動作，帶動連接套筒轉動；角度傳感器通過連接套筒的花型孔與之緊密相連，控制器通過判斷連接套筒的旋轉角度，計算并解析數據驅動電磁閥及驅動模組動作，以實現對割臺高度的自動調控。

滾輪式側位仿形機構中的橡膠輪為關鍵部件，整體呈圓形，使用初期可以為控制器提供較平滑穩定的地面高度變化信息，基于此，自重擺動式仿形機構的關鍵部件亦可設計為圓弧形態并可加大圓弧半徑使所采集數據曲線更為平滑，由原有的滾動摩擦更改為滑動摩擦，所產生的摩擦力會大大降低泥土附著在關鍵部件的可能性。

圖6為自重擺動式仿形機構原理圖。圖中O為仿形機構回轉中心；L為仿形機構理論廓線圓心至點O的距離；R為仿形機構理論廓線半徑；H為初始地面高度；θ0為仿形機構初始角度。

圖6 自重擺動式仿形機構原理圖

因所試驗樣機的仿形機構的機架位置距離地面高度為610 mm，為了適應甘蔗收獲機實際工作情況，仿形機構中的觸地部件作為關鍵部件，整體采用圓弧結構，直徑為206 mm，寬度為45 mm。為了防止觸地部件損壞，觸地部件材料選用45鋼，密度為7.85×103kg/m3。

對觸地部件的危險截面所能承受的最大彎曲應力進行計算，驗證所設計寬度是否合理，觸地部件的危險截面為矩形，寬度b為45 mm，高度h為25 mm。

查閱《機械設計手冊》，45鋼的許用彎曲應力[σw]為270 MPa，彎曲強度計算公式為

(1)

式中σw——彎曲應力，MPa

Mw——仿形機構所受彎矩，N·mm

Wz——抗彎截面系數

F2——倒車時地面對仿形機構的最大碰撞力，N

Lf——碰撞力到仿形機構矩心的距離，mm

計算得出倒車時地面對仿形機構的最大碰撞力F2≤2 260 N，滿足設計要求，該結果可為后續仿真試驗提供參考。

自重擺動式仿形機構上端通過螺栓與收獲機相連接，整體位置可根據實際使用需求調整。連接套筒通過軸承與左、右固定連接板連接，觸地部件上端有一排間距相等的垂直通孔與連接套筒的單個孔配合，采用螺栓連接，調整方便，以適應不同地面的收獲需求及不同的機架高度。觸地部件隨地面起伏變化而運動，帶動連接套筒在固定連接板前端的梯形塊限制下做圓周運動。為保證角度傳感器的檢測結果精確，利用花型孔結構將連接套筒與角度傳感器固定，角度傳感器將地面起伏變化信息傳遞至控制器。自重擺動式仿形機構可以依靠自身的機械結構始終保持整體機構重心處于末端，使觸地部件與地面緊密貼附，同時其尾端結構也可以適應地形狀況，在執行倒車操作時，避免地面對仿形機構產生沖擊及破壞。

圖7為仿形機構工作示意圖，假設以速度v向前運動，仿形機構的觸地部件沿著壟面由點A運動至點B，仿形機構繞著回轉中心O轉動，A、B兩點的壟面高度變化值為H2，仿形機構角度變化值為Δθ；同時，觸地部件與垂直面間的夾角從θ1變化為θ2，則A、B兩點處仿形機構安裝點距壟面的高度H0、H1與轉角θ1、θ2的關系為

圖7 仿形機構工作示意圖

(2)

壟面高度變化量H2和仿形機構角度變化量為

(3)

理論廓線的圓心距仿形機構回轉中心點O的長度為理論廓線半徑L，因此L=103 mm，由此可得H2為

H2=H0-H1=103(sinθ2-sinθ1)

(4)

當θ2>0°，θ1<θ2時，H2>0，表明地壟高度升高，則需要增大收獲機割臺距壟面高度；當θ2<0°，θ1>θ2時，H2<0，表明地壟高度下降，則需縮小收獲機割臺距壟面高度。

2.2 角度傳感器選型

角度傳感器采用Elobau公司的424A型傳感器，采用霍爾原理的非接觸式測量，使用壽命長且可靠，IP67 防護等級，適用于惡劣的工作環境?？梢詸z測30°～120°的角度變化，并將其轉換為0～5 V的模擬電壓，經過處理后輸入A/D轉換電路，如圖8所示，可實現8路0～10 V模擬電壓信號的A/D轉換，最后直接輸出至控制器中的微型處理器進行數據處理。

圖8 A/D轉換電路

2.3 基于ADAMS仿真的自重擺動式仿形機構優化設計

仿形機構能否正常工作直接關系到地形高度檢測是否精準，為了使仿形機構適應復雜的田間環境，對其受力情況和工作過程進行分析，仿形機構的受力分析如圖9所示。圖中O1為仿形機構矩心；F為固定連接板對仿形機構的支持力，N；G為仿形機構重力，N；F1為地面的支持力，N；f1為前進時地面對仿形機構的摩擦力，N。

圖9 仿形機構受力分析

仿形機構在工作過程中，F1會受田間復雜環境影響而不斷變化，在不施加外力的作用下，若所設計的仿形機構的機械結構不能很好適應地表的起伏變化，仿形機構則會產生抖動，導致檢測信號不穩定，致使檢測失效；此外，甘蔗收獲機割臺可提供安裝仿形機構的盈余空間遠遠小于其他各類型收獲機，仿形機構只能安裝于割臺后側，因此甘蔗收獲機在執行倒車操作時，仿形機構不能隨割臺向上抬起，若F2過大會對仿形機構造成沖擊或者損壞，嚴重影響仿形精度。為驗證所設計的仿形機構可以依靠自重緊貼附于地面行走并確定合適的尾端半徑，利用ADAMS/View軟件對其運動過程進行仿真分析。

在仿真試驗開始前，對仿形機構進行簡化，以提高試驗效率[20-22]。利用SolidWorks按照1∶1比例建立簡化三維模型，保存為.X_T格式并導入ADAMS/View。簡化后的模型主要包括左固定連接板、連接套筒、右固定連接板、觸地部件、橫梁及仿真地面。

將三維模型導入后根據實際使用情況設置相關仿真參數及添加約束關系，以保證試驗結果準確。觸地部件選用45鋼，其他零部件材料均設置為普通碳鋼。仿真地面材料為土壤，密度7.8×10-3kg/m3，泊松比0.29，彈性模量2.07×105N/mm2[23]。分析各零件之間的運動關系，利用旋轉副實現觸地部件于左、右固定連接板之間的旋轉運動；利用滑移副和滑移驅動實現仿形機構的水平前進運動；利用固定副將仿真地面與大地(ground)固定，并在仿形機構與仿真地面間建立接觸約束以實現仿形機構的運動過程[24-25]。仿真模型如圖10所示，仿真之前利用ADAMS/View中的Model Verify工具對模型進行驗證，對自由度、未定義構件以及過約束等情況進行觀察，若有錯誤方便進行修改。

圖10 仿形機構工作過程仿真模型

為了驗證仿形機構可以依靠自重與地面保持穩定接觸，并為控制器提供穩定的地面變化數據，試驗以仿形機構前進速度為影響因素，根據甘蔗收獲機作業時常用前進速度，選擇1.0 km/h(278 mm/s)、1.5 km/h(417 mm/s)、2.0 km/h(550 mm/s)共3個水平，以仿形機構的前進方向為X軸正向，以垂直于仿真地面下表面向上的方向為Y軸正向，觀察仿形機構Y軸方向質心變化趨勢，探究不同前進速度對仿形機構運動趨勢的影響。

Y軸方向仿形機構質心位移曲線如圖11所示。在不同的前進速度下，仿形機構可以在不施加外力的作用下與地面保持較好的貼附，雖然隨著前進速度的加大，抖動情況也呈微小的正相關變化，誤差均在±3 mm內，整體趨勢變化與仿真地面相符，這說明仿形機構可以依靠自重貼附于地面對地形高度信息進行采集，且所采集的數據是穩定的、有效的，可以為控制器提供較準確的檢測數據，滿足自重擺動式仿形機構的設計要求。

圖11 不同前進速度對仿形機構運動的影響

在此基礎上優化仿形機構尾端結構，以避免執行倒車操作時產生的沖擊力使觸地部件發生彎折。根據式(1)計算可知，當仿形機構倒退時產生的最大碰撞力F2≤2 260 N時，仿形機構的觸地部件不會產生破壞。綜上，進行仿真試驗，設置前進速度為2 km/h(550 mm/s)，分別選擇尾端半徑75、85、95、105 mm總計4個水平，添加驅動函數以實現仿形機構的往復運動，設置總仿真時間5 s，步數為500步，仿形機構受力曲線如圖12所示。

圖12 不同尾端半徑對仿形機構受力的影響

由圖12可知，當尾端半徑dw為105 mm時，地面對仿形機構造成的最大碰撞力為1 976 N，隨著仿形機構觸地部件尾端半徑的增大，倒車時對仿形機構造成的最大碰撞力變小，當尾端半徑dw=105 mm時，最大碰撞力小于彎曲強度校核公式所計算的2 260 N，符合仿形機構設計要求，最終確定尾端半徑dw=105 mm。

3 隨動控制系統軟件設計

3.1 隨動控制系統方法

割臺隨動控制系統需要根據仿形機構所檢測到的地面起伏變化實時調整割臺高度，系統控制策略的優劣直接影響整套系統的調控性能[26]。因此，研究收獲機割臺高度與仿形機構采集信號的關系模型，用以設計割臺高度控制PID算法，利用Matlab軟件中的Simulink模塊建立PID控制仿真模型，對PID控制器比例系數Kp、積分系數Ki、微分系數Kd等控制參數進行優化。

3.1.1PID控制器設計

根據仿形機構標定試驗，角度傳感器輸出的模擬電壓信號呈線性，由此得到仿形機構偏移角與輸出電壓的數學模型為

U=k1α

(5)

式中U——角度傳感器輸出電壓，V

k1——角度傳感器輸出電壓與偏移角的標定系數

α——仿形機構偏移角，(°)

割臺高度與仿形機構偏移角之間的數學模型為

Hs=k2cosα+q

(6)

式中Hs——收獲機割臺高度，m

k2——收獲機割臺高度與偏移角度的標定系數

q——常數，m

結合式(5)、(6)可知，收獲機割臺實際高度為

(7)

其中，割臺隨動控制系統通過自重擺動式仿形機構檢測地形的起伏變化，再與預設高度和位移傳感器的反饋值比較得到控制偏差e(t)，采用PID控制方法得到割臺高度控制的輸出值，控制器發送信號至電磁閥驅動模組，驅動電磁閥工作，控制割臺液壓執行元件伸縮，并與位移傳感器的反饋信號進行比較，檢測割臺是否到達預設高度，由此實現收獲機割臺高度的自動控制。PID控制原理圖如圖13所示。

圖13 收獲機割臺自動控制PID控制原理圖

3.1.2割臺隨動控制系統仿真

為了優化控制系統工作參數，驗證控制策略的可靠性，實時觀察系統的動態響應，根據上述所設計的割臺隨動控制系統，利用Matlab軟件中的Simulink模塊搭建仿真模型，如圖14所示。

圖14 PID控制仿真模型

搭建仿真模型后，設置仿真時間為3 s，采樣時間為0.015 s，對PID控制系統進行仿真。根據經驗公式多次調整PID控制參數，再通過tune運算優化后得知，當比例系數Kp=0.41，積分系數Ki=0.76，微分系數Kd=0.009時，PID控制器輸出量穩態值為92.6 mm，最大值為98.7 mm，穩定時間為0.95 s，超調量為6.83%。超調量小，系統響應速度快，滿足割臺隨動控制系統的設計要求，控制器階躍響應曲線如圖15所示。

圖15 PID控制器階躍響應曲線

3.2 控制系統程序設計

割臺隨動控制系統中，左、中、右3個仿形機構的角度傳感器輸出0～5 V模擬電壓信號，用于反饋割臺高度的位移傳感器輸出4～20 mA模擬電流信號，信號經過濾波、保護電路處理后分別接入A/D轉換電路的接口VIN0、VIN1、VIN2和IIN0，將模擬信號轉換為數字信號，通過SPI串行通信接口傳輸到STM32控制器，隨動控制系統的控制流程如圖16所示。

圖16 控制流程圖

因在同一水平線布置了3個仿形機構，因此控制器需對仿形機構所采集到的信號進行處理，在工作過程中，若其中某一個仿形機構突然抬升幅度過大且大于其他兩仿形機構的角度和，可判定為受到復雜環境影響而產生的瞬時變化，控制系統將其采集的數據忽略，并計算其余兩仿形機構角度的平均值作為輸出信號，但抬起高度超出規定范圍且時間超過3 s則向上抬起割臺，避免割臺與地面發生碰撞。以下兩種情況下判定地面整體起伏產生變化：①若兩個或兩個以上仿形機構同時大幅度抬升或下降且超過一定時間。②3個仿形機構同時抬升且所采集的地形高度數據差值小于5 cm，控制器驅動電磁閥工作帶動割臺上浮或下降。

隨動控制系統啟動后，上位機顯示系統狀態，系統初始化。若檢測到系統處于復位狀態，首先停止液壓執行元件動作，并發送聲光報警指令，檢修、重新通電后系統運行。若駕駛員對工作參數進行設定，則根據設定要求設置調整仿形機構初始工作角度θ0。若收到停止指令，工作標志位置為0，系統停止工作重新初始化；若收到啟動指令后，工作標志位置為1，仿形機構實時采集地面高度數據，根據式(2)，若仿形機構變化角度θ2≥3°，則記錄數據并通過A/D轉換電路將采集到的模擬信號轉換為數字信號，輸送至STM32控制器?？刂葡到y根據上文的控制規則，對采集信號進行處理再通過控制器數據解析后，與設定值比較，再經STM32分析處理，若為地面上升信號則通過電磁閥驅動模組使液壓執行機構工作，帶動刀盤上浮，反之，則驅動刀盤下降，再將當前割臺高度控制的輸出值與位移傳感器的反饋信號進行比較，誤差小于等于1 cm時，完成割臺高度調整動作，進而實現對割臺高度的自動調整和控制。

4 田間試驗

4.1 試驗條件

為了檢測甘蔗收獲機割臺隨動控制系統性能、可靠性及控制精度，2021年12月在廣西壯族自治區武鳴區甘蔗試驗基地進行田間實地收獲試驗，試驗壟長度大于120 m。收獲作業機具為廣西農業機械研究院有限公司研制的4GZQ130-A型甘蔗收獲機，割臺寬度為700 mm，功率為130 kW，田間試驗情況如圖17所示。

圖17 田間試驗

4.2 試驗方法

參照標準JB/T 6275—2007《甘蔗收獲機械》規定及其他相關農業機械試驗方法設計收獲試驗流程。試驗在兩種不同狀態下進行，分別為收獲機啟動割臺隨動控制系統和不啟動割臺隨動控制系統。首先，駕駛員啟動機具，啟動割臺隨動控制系統進行收獲作業，設定切割高度，收獲3壟，隨后，關閉割臺隨動控制系統進行收獲作業，設定切割高度，收獲3壟，二者交替進行，每收獲一壟觀察留茬高度，記錄試驗數據，設定收獲速度為1.5 km/h(0.42 m/s)。最后，測量地面至甘蔗被切點距離及計算破頭率，用以考察割臺隨動控制系統和整機的性能。破頭率是指完成收獲作業后破頭甘蔗宿根數量與該壟甘蔗有效株數百分比。

4.3 試驗結果

試驗結果如表1～3所示，偏差為實際高度與設定高度差值，結果取絕對值。

表1 預設留茬高度50 mm時自動控制性能測試結果

試驗結果表明：留茬高度為50 mm時，人工控制割臺高度的偏差平均值為18.7 mm，破頭率平均值為39%；自動控制割臺高度偏差平均值為7.0 mm，破頭率平均值為18%。留茬高度為100 mm時，人工控制割臺高度的偏差平均值為14.8 mm，破頭率平均值為38.5%；自動控制割臺高度偏差平均值為8.8 mm，破頭率平均值為18.5%。留茬高度為150 mm時，人工控制割臺高度的偏差平均值為16.4 mm，破頭率平均值為41%；自動控制割臺高度偏差平均值為8.3 mm，破頭率平均值為26.5%。啟用隨動控制系統后，3組試驗預設留茬高度所對應的割茬實際測量高度的平均值分別為55.8、104.8、156.9 mm，破頭率得到有效控制，平均破頭率為21%，通過與人工控制收獲試驗對比，平均破頭率下降18.5個百分點。以上測量偏差均在合理范圍內，滿足田間實際使用需求。由于安裝了割臺隨動控制系統，在實際收獲作業中收獲機可以根據地勢的起伏變化自動調整割臺刀盤與地面之間的相對位置，實現收獲作業的精準控制，從而降低破頭率及人工勞動強度。

表2 預設留茬高度100 mm時自動控制性能測試結果

表3 預設留茬高度150 mm時自動控制性能測試結果

5 結論

(1)針對國內現有甘蔗收獲機割臺高度調整困難且無法自動控制等問題，以4GZQ130-A型甘蔗收獲機為載體，設計了甘蔗收獲機割臺隨動控制系統，取代原有人工操作，實現割臺高度的自動調控。

(2)為了實現割臺可以實時跟隨地面起伏變化而自動調節高度，設計了自重擺動式仿形機構，利用ADAMS仿真軟件對仿形機構進行受力及運動過程分析，驗證了仿形機構可以較好地貼附地面并對仿形機構尾端結構進行優化設計，解決了收獲機在倒車操作時可能對仿形機構造成沖擊或損壞的問題，當仿形機構觸地部件的尾端半徑為105 mm，倒車操作時地面對仿形機構造成的碰撞力最小，為1 976 N。

(3)進行田間試驗，結果表明4GZQ130-A型甘蔗收獲機安裝割臺隨動控制系統后，割茬高度與預設留茬高度偏差在20 mm內；破頭率得到有效控制，平均破頭率為21%。通過與人工控制收獲試驗對比，平均破頭率下降18.5個百分點，進一步提升了收獲機性能，割臺隨動控制系統整體性能滿足設計及使用需求。