丘陵山地拖拉機(jī)后懸掛技術(shù)的應(yīng)用與研究

李玲玲++李廣宇++徐峰++張?jiān)拼T++孟長伊

摘 要：大幅度提高山地拖拉機(jī)的耕作效率一直是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者的使用需求，丘陵山地拖拉機(jī)后懸掛系統(tǒng)作為拖拉機(jī)進(jìn)行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的關(guān)鍵部分，已然成為研究問題的重要部分。本文介紹了后懸掛液壓系統(tǒng)與電液控制系統(tǒng)的應(yīng)用與研究，比較分析了電液控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，進(jìn)一步說明智能拖拉機(jī)是未來農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的關(guān)鍵動力源。

關(guān)鍵詞：山地拖拉機(jī)；后懸掛系統(tǒng)；控制技術(shù)

中圖分類號：S222 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.11974/nyyjs.20171132022

引言

我國地型復(fù)雜多樣，特別是丘陵山地面積占有量大，目前，用于丘陵山地作業(yè)的農(nóng)機(jī)具主要是一些小型拖拉機(jī)，這些拖拉機(jī)動力小，作業(yè)效率低，專業(yè)型山地拖拉機(jī)占有量少。無論在發(fā)展規(guī)模上、發(fā)展水平上還是發(fā)展速度上，丘陵地區(qū)的農(nóng)機(jī)化發(fā)展水平滯后于平原地區(qū)幾十年，導(dǎo)致我國農(nóng)業(yè)機(jī)械發(fā)展極度不平衡。受地形因素的影響，國內(nèi)外對丘陵山地農(nóng)機(jī)化的發(fā)展模式都沒有找到合適的解決方法，丘陵山地農(nóng)機(jī)化發(fā)展水平也是我國農(nóng)業(yè)機(jī)械發(fā)展的面臨的一大難題，是亟待解決的一項(xiàng)技術(shù)難題。

2016年9月12日，國家科技部重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“智能農(nóng)機(jī)裝備”中重點(diǎn)專項(xiàng)“丘陵山地拖拉機(jī)關(guān)鍵技術(shù)研究與整機(jī)開發(fā)”項(xiàng)目成功啟動。與會專家一致認(rèn)為，我國丘陵山地農(nóng)機(jī)發(fā)展水平落后，機(jī)械化進(jìn)程緩慢，智能化水平較低等技術(shù)問題亟待解決[1]。丘陵山地拖拉機(jī)后懸掛技術(shù)控制著農(nóng)具的升降，是保證機(jī)組作業(yè)質(zhì)量的關(guān)鍵技術(shù)。

1 拖拉機(jī)后懸掛簡介

拖拉機(jī)只有與相匹配的農(nóng)機(jī)具安裝在一起才可進(jìn)行農(nóng)業(yè)作業(yè)，比如將鏵式犁與拖拉機(jī)安裝在一起，則會組合形成拖拉機(jī)犁耕機(jī)組，將拖拉機(jī)與收割機(jī)安裝在一起，則會組合形成拖拉機(jī)收割機(jī)機(jī)組等。拖拉機(jī)與農(nóng)機(jī)具的安裝方式一般分為3種模式：牽引式、懸掛式和半懸掛式[2]。

1.1 牽引式

由拖拉機(jī)牽引農(nóng)機(jī)具進(jìn)行農(nóng)業(yè)作業(yè)，這類農(nóng)機(jī)具結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需要手動操作，正在被逐漸取代，如牽引式播種機(jī)和收割機(jī)等。

1.2 懸掛式

農(nóng)機(jī)具懸掛安裝在拖拉機(jī)上方，作業(yè)人員通過控制提升機(jī)構(gòu)或者操縱液壓裝置控制農(nóng)具的升降，這類安裝方式的特點(diǎn)是操作靈活、對作業(yè)場地要求不高，農(nóng)機(jī)具結(jié)構(gòu)緊湊，如懸掛式撒肥機(jī)等。

1.3 半懸掛式

拖拉機(jī)與農(nóng)具的安裝方式介于牽引式與懸掛式之間，在未作業(yè)前，農(nóng)機(jī)具由液壓結(jié)構(gòu)懸掛置于拖拉機(jī)上方，在工作時，農(nóng)機(jī)具通過機(jī)械結(jié)構(gòu)下落到田地，由拖拉機(jī)牽引農(nóng)具進(jìn)行農(nóng)田作業(yè)，這種安裝方式結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，正受到越來越多農(nóng)戶的歡迎，如半懸掛式播種機(jī)等。

拖拉機(jī)的液壓系統(tǒng)是完成提升裝置提升和下降的動作的動力源，農(nóng)機(jī)具與拖拉機(jī)是通過提升裝置（上拉桿、下拉桿和提升臂等）連接在一起的，農(nóng)機(jī)具的上升和下降就等同于提升裝置的動作[3]。根據(jù)農(nóng)機(jī)具連接在拖拉機(jī)的不同位置，懸掛類型主要分為3類：前懸掛、后懸掛和獨(dú)立懸掛，將農(nóng)具安裝在拖拉機(jī)后面稱為后懸掛，它也是使用最廣、最有效的方式[4]。目前，后懸掛系統(tǒng)主要分為兩類：液壓控制系統(tǒng)和電液控制系統(tǒng)。

2 后懸掛液壓系統(tǒng)的應(yīng)用與研究

作為拖拉機(jī)作業(yè)機(jī)組中的一個重要子系統(tǒng)，后懸掛液壓系統(tǒng)是提供拖拉機(jī)牽引力的動力，將不同的農(nóng)具與拖拉機(jī)組合安裝在一起，可形成不同的拖拉機(jī)作業(yè)組，常用的有拖拉機(jī)與深耕犁組合成的拖拉機(jī)深耕犁機(jī)組等。

拖拉機(jī)后懸掛液壓系統(tǒng)由油泵、分配器、液壓缸以及輔件所組成[5]，如圖1所示。駕駛員通過操作手柄來控制調(diào)節(jié)分配器的位置，從而根據(jù)液壓油的流量與方向調(diào)節(jié)液壓缸活塞的伸縮量，帶動懸掛機(jī)構(gòu)控制農(nóng)具處于對應(yīng)的工作位置。

在拖拉機(jī)后懸掛液壓系統(tǒng)當(dāng)中，通過后懸掛機(jī)械式控制機(jī)構(gòu)（提升臂、上拉桿、下拉桿）完成農(nóng)具的提升和下降，控制后懸掛液壓系統(tǒng)的輸入信號均是由駕駛員通過操作手柄和與之相連的桿件以位移的形式控制的，后懸掛液壓系統(tǒng)的輸出量則由連桿機(jī)構(gòu)、彈簧、凸輪以及位移調(diào)節(jié)和阻力調(diào)節(jié)桿件機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)換為位移量，以此來實(shí)現(xiàn)后懸掛液壓系統(tǒng)對農(nóng)具位置的調(diào)節(jié)[6]。采用桿件以及彈性元件等機(jī)械結(jié)構(gòu)控制后懸掛液壓系統(tǒng)的方式，受彈性元件自身因素影響，會加速機(jī)械結(jié)構(gòu)磨損，增大控制誤差，降低控制精度。現(xiàn)如今，智能化的大功率低油耗的拖拉機(jī)將擔(dān)當(dāng)未來農(nóng)用機(jī)械動力源的重要角色，傳統(tǒng)的機(jī)械控制式的拖拉機(jī)后懸掛系統(tǒng)已經(jīng)不符合現(xiàn)代農(nóng)用機(jī)械的發(fā)展要求，會被時代所取代。

3 后懸掛電液控制系統(tǒng)的應(yīng)用與研究

隨著現(xiàn)代科技的進(jìn)步，電子技術(shù)與現(xiàn)代控制技術(shù)開始逐漸被應(yīng)用于拖拉機(jī)后懸掛控制系統(tǒng)中，機(jī)電液一體化技術(shù)是當(dāng)前提高拖拉機(jī)性能的先進(jìn)技術(shù)，特對是拓寬后懸掛控制系統(tǒng)功能的最佳選擇方案[7]。隨著人工智能設(shè)備在人類生活中的廣泛應(yīng)用，現(xiàn)代控制技術(shù)在拖拉機(jī)領(lǐng)域正被逐步推廣，電子元件被廣泛的應(yīng)用于拖拉機(jī)中。單片機(jī)、PLC等電控元件在后懸掛系統(tǒng)中起著重要作用，電子信息技術(shù)占據(jù)主要位置，由電控箱、電路、傳感器等電子元件智能控制提升裝置的升降，正在被大范圍的應(yīng)用于拖拉機(jī)后懸掛系統(tǒng)中，

在現(xiàn)代拖拉機(jī)中，傳感器技術(shù)得到了很好的應(yīng)用。傳感器技術(shù)是提升現(xiàn)代拖拉機(jī)智能化水平的關(guān)鍵技術(shù)[8]。傳感器種類繁多，應(yīng)用于后懸掛系統(tǒng)的傳感器主要有：用于測量測速的速度傳感器，用于測量拖拉機(jī)車身傾角的傾角傳感器，用于測量拖拉機(jī)牽引力值的力傳感器，傳感器發(fā)送來的模擬量通過轉(zhuǎn)換裝置轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，將數(shù)字量值與實(shí)測值進(jìn)行比較。若檢測值超出設(shè)定值允許的誤差范圍，驅(qū)動控制裝置會根據(jù)反饋信號調(diào)整農(nóng)具的上升或下降，從而保證作業(yè)深度和牽引力控制在設(shè)定值允許的范圍內(nèi)。

相比傳統(tǒng)的后懸掛液壓系統(tǒng)，后懸掛電液控制系統(tǒng)主要由懸掛機(jī)構(gòu)、液壓泵、提升油缸、電控元件以及各種傳感器組成，如圖2所示。電控后懸掛液壓系統(tǒng)充分利用傳感器技術(shù)替代機(jī)械反饋傳動機(jī)構(gòu)，用控制電器元件替代操作手柄，減少了機(jī)械結(jié)構(gòu)的連接，便于系統(tǒng)布置。

4 小結(jié)

智能農(nóng)機(jī)將會是未來農(nóng)用機(jī)械發(fā)展的主要方向，后懸掛系統(tǒng)作為拖拉機(jī)的重要組成部分，提升其智能化水平也是亟待解決的問題之一，本文比較分析了傳統(tǒng)后懸掛液壓技術(shù)與后懸掛電液技術(shù)，進(jìn)一步說明，電控技術(shù)是發(fā)展山地拖拉機(jī)后懸掛系統(tǒng)的最佳方案。

參考文獻(xiàn)

[1]王建鵬.丘陵山地拖拉機(jī)關(guān)鍵技術(shù)研究與整機(jī)開發(fā)項(xiàng)目啟動[N].中國農(nóng)機(jī)化導(dǎo)報(bào)，2016-09-20（1）.

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作者簡介：李玲玲（1987-），女，吉林長春人，碩士研究生，主要從事農(nóng)業(yè)信息化與自動化技術(shù)研究。endprint