聯合收割機液壓底盤發展現狀及趨勢分析

陳恒峰 郭輝 曹廷 盛會

摘要：聯合收割機的機械使用性能由其底盤驅動方式所決定。目前，國內聯合收割機大多采用皮帶無級變速器驅動，存在一些弊端。針對皮帶無級變速器的缺陷，對比國內外聯合收割機底盤研究現狀，探討我國聯合收割機全液壓驅動底盤發展中存在的問題與解決方法。

關鍵詞：液壓底盤；聯合收割機；全液壓驅動；無級變速

中圖分類號： S225.3 文獻標識碼：A 文章編號：1674-1161（2016）03-0022-03

底盤車架作為聯合收割機的承載基體，不僅要固定其它零部件，形成車輛的整體造型，還要承受收割機行駛過程中的各種載荷，所以車架結構性能直接影響整機的可靠性和安全性，而其底盤驅動方式決定機械使用性能。當前，底盤驅動方式主要分為全機械傳動和液壓驅動傳動2種。

全機械傳動裝置的機械傳動距離長、占用空間大，給精簡機具結構和核心工作裝置布置帶來極大的不便。液壓驅動底盤系統可避免上述不足，只需用高壓油管將高壓液壓油根據需要輸送到需要位置即可，結構簡單、傳動可靠，能夠為機構節省出大量內部空間，方便各種工作部件在機構內排布，因此用全液壓驅動底盤取代機械驅動底盤是發展趨勢。

1 國內聯合收割機底盤研究現狀

我國聯合收割機底盤一般使用無級變速器的工作原理：通過帶輪傳動方式驅動前輪行走，后輪換向控制，可使機器在不停機的情況下實現無級變速，以滿足不同速度作業要求。其裝配動力傳輸形式分為發動機經過中間傳動軸將動力傳給變速器及發動機直接V帶連接變速器兩種形式。這兩種傳動形式的變速器的傳動方式均為三角V帶傳動，在高濕、高溫、高阻的泥濘土壤進行大負荷重載時，皮帶極易老化、打滑、斷裂，導致機械故障頻發，維修率高。

新疆-2型收割機為柴油動力型，采用具有自主知識產權的專用底盤，適用于干、濕田地作業，輪式行走對工作環境要求低。底盤結構可分解為驅動、轉向橋、行走無級變器等部件。

驅動橋機構可分為變速箱與邊減速器。變速箱工作原理為：變速齒輪與差速器設計同箱，推拉軟軸改變滑動齒輪的配合位置實現變速；變速箱輸入端連接干式單片常壓式摩擦離合器；將分動器加在變速箱的輸入端，使之能夠克服離合器分離產生的慣性，方便換擋；邊減速器包括半浮式左右半軸、左右邊減內嚙合齒輪傳動副和驅動輪等。

轉向橋為機械式銷軸鉸接，通過液壓油缸伸縮帶動轉向輪和橋橫完成轉向工作。行走無級變速裝置采用改變V帶輪半徑比實現無級變速。在整個底盤系統中，停車制動系統采用機械與靜液壓組合結構，利用總分泵增力控制夾盤式制動器，加配機械帶輪式手控制裝置停車。

僅將靜壓液壓系統作用于轉向操縱系統。系統特點：在單向回路中加入穩定分流閥，確保機械行走時向全液壓轉向器輸送恒定流量，使機器行走轉向平穩，無飄移現象。

由此可見，新疆-2機專用底盤實際是主體全機械傳動、局部轉向操縱為液壓傳動，是我國絕大部分收割機底盤的典型結構。

2 國外聯合收割機底盤研究現狀

歐美、日本等工業發達國家已經實現了農業生產機械化作業。擁有先進技術的大型跨國聯合收割機制造公司基本上用液壓自動化、機械智能化控制機具。

行走底盤系統中的靜液壓傳動系統控制分為變量泵+雙定量馬達、變量泵+定量馬達+輸出變速箱、雙變量泵+雙定量馬達三種。

在雙變量泵+雙定量馬達模式中，以日本Morooka MK系列、瑞士PZ-61、英國挑戰者坦克等用的TN-37、TN-54靜液壓傳動系統為代表，主要傳動元件為標準件，結構簡單，制造和操作比較方便，能實現無級調速，可控性和效率高，缺點是能量損失比較大、效率低、使用制造成本較高。

在量泵+定量馬達+輸出變速箱控制模式中，代表世界現階段主流發展方向的有意大利克拉斯公司LEXION500系列、荷蘭聯合收割機公司CR900系列、約翰迪爾公司9000系列、俄羅斯葉尼塞系列等。

約翰迪爾公司的代表機型為70系列STS，最大功率358 kW，配置智能動力優化管理系統；柔性仿形割臺可根據田間作業情況自動控制收獲速度及割茬高度，最大收獲寬度達11 m。該機的液壓傳動系統為無級變速驅動系統（變量泵+定量馬達）加三級輸出變速箱組合部件，通過調節變速箱檔位實現無級變速。變量泵直接連接發動機齒輪分動箱，變量泵機械能轉換為液壓動能，推動馬達驅動機械式齒輪箱。

系統動力工作原理如圖1所示。

揉切動力系統、行走系統、作業系統由主發動機齒輪分動箱直接連接驅動，無需任何帶輪連接。同時，整個系統為全液壓傳動方式，保證動力系統工作穩定。

荷蘭聯合收割機的代表機型為CR9000，其最大功率298kW；仿形割臺可以自動控制割茬高度，并配備新型浮式作業系統；脫粒滾筒保護裝置和防過載裝置使用靜液壓傳動系統；且配備先進的智能控制系統，可根據田間作業情況及谷物屬性對各個工作部件進行調節，并能夠實現自動導航。

俄羅斯葉尼塞系列的靜液壓傳動系統是典型的由雙向變量泵+雙向定量馬達組成的可變容積調速閉式回路系統。因為油路閉式循環，所以機器功率大，系統無溢流損失，回路無節流損失，工作效率高，流量損耗低。

總結國外合收割機底盤研究現狀分析，靜壓傳動系統在行走底盤中的發展迅速，成為現在的主流發展方向。但是在科學技術快速發展的社會，農業機械發展速度落后于科技進步腳步，操作人員勞動強度高，能量消耗大，資源浪費嚴重，不利于節約型社會發展。對此，使日漸成熟的液壓控制技術與快速發展的電子科技緊密結合，推動現代農業機械從單一純機械向電控智能化發展，著重解決能源利用效率低下、操作控制復雜、勞動強度大等問題。

3 聯合收割機發展趨勢

3.1 節能技術

3.1.1 電子傳感技術 在農業機械各個工作部件安裝相應的電子傳感器，時刻監控工作狀態，可有效減少能量損失及提高利用率。

3.1.2 自動化系統技術 用電子傳感器監測農業機械各種工作狀態形成參數，用計算機數字控制系統分析、對比、運算整理、匹配參數后，對執行元件輸出最優化目標控制指令，使機械實現全能化控制，確保機器的經濟價值、能源消耗、作業生產效率均優化到最佳值。

3.2 靜液壓驅動技術

靜液壓驅動技術控制簡單有效，工作環境舒適平穩，控制人員無需達到專業控制水平。控制簡單，變速平穩無沖擊，可以無間斷操作。在重載滿負荷工作狀態下能夠輸出恒定轉矩，保證機械啟動平穩。低頻率機械制動為系統的一大特色。靜壓驅動系統本身可進行液壓制動，能夠減少使用機械制動的次數，在緊急狀態便于停車保護。對超載進行系統保護，防止損壞動力源。液壓系統中的溢流控制回路可控制整個系統中的液壓參數，進行超壓卸載保護。整個系統安裝簡單，布局合理。液壓泵與液壓馬達為液壓管路柔性連接，結構合理。配置多種功能液壓驅動回路系統，可配套多種機械部件，實現一機多能，提高機械能源利用率及經濟效益。

3.3 機電液一體化技術

借助電子科技的快速發展，將電子數控技術與靜液壓傳動技術相互結合，可對液壓系統的各個節點及回路參數進行時時監測、分析。同時，數字控制的應用和各種傳感器的配合，可優化液壓元件工作參數、提高工作效率、節約經濟成本。傳感器檢測農業機械各部件的工作狀態參數，經過計算機分析處理、整合匹配，對執行元件發出控制生產指令，使農業機械實現全自動化控制，減輕操作人員勞動強度。

4 聯合收割機發展中存在的問題與解決方法

通過分析國內外谷物聯合收割機發展現狀及現代農業機械趨勢發現，國內谷物聯合收割機與國外存在較大差距，主要表現在以下3個方面：谷物收獲質量等級和操作舒適性；液壓、電控、智能集成化技術應用；全自動、遙感、傳感技術應用。

針對我國谷物聯合收割機發展現狀，應著重從以下2方面提高技術裝備水平：1） 提高產品的自動化、信息化水平，實現收獲過程自動化控制，改善收獲質量，實現精準化作業。加強對液壓技術的研究與利用；加強遙感、傳感技術研究力度，實現谷物信息、工作部件狀態智能化監測，提高遠程故障診斷能力；加強自動化控制技術研究力度，如全自動導向系統、自動駕駛系統、脫粒滾筒恒速控制系統等。2） 加快高效率、高性能大型谷物聯合收割機的產業化步伐。加大谷物聯合收割機關鍵部件及配套自動控制系統的研發力度，提升其作業性能。向大功率、高效率方向發展，加大喂入量割臺、高效脫粒分離及清選等關鍵部件研究力度，集成研發喂入量10 kg/s以上的自走式谷物聯合收割機。向通用性、適應性方向發展，加大割臺、清選裝置等關鍵部件研究，實現大型谷物聯合收割機一機多用，提高不同地區、不同作物、不同單產的適應能力，保證作業質量與效率，降低生產成本。

5 結語

根據我國聯合收割機發展現狀，靈活運用先進技術對重要關鍵位置進行突破創新，把握發展潮流，跟進發展方向，對現有技術進行分析融合再創新，走“引進+吸收+分析+融合+提升+改進=創新”的道路，有效縮小與國際最先進技術間的距離，爭取成為生產自主研發的第一梯隊成員。只有這樣，收割機行業才會真正找到市場突破路徑，實現行業技術快速發展和收獲機械升級換代。采用靜液壓驅動技術改進底盤，選用變量泵+定量馬達+輸出變速箱的控制模式結構，可減少故障率，保證工作的穩定性，提高通過性和對濕地的適應性，降低農業機械使用維護成本，從而提高經濟效益。為促進我國谷物聯合收割機快速發展，在“十二五”期間，國家高技術研究發展計劃（863計劃設置了“高效收獲分離清選技術研究”課題，對大喂入量脫粒分離、高效清選與靜液壓驅動底盤等關鍵技術進行攻關，研發喂入量10 kg/s、配置智能化監測和控制系統的大型自走式谷物聯合收割機。該課題促進我國農業裝備產業技術進步，滿足我國糧食作物規模化收獲，提升收獲機械產品核心競爭力。