棚式電動微耕機關鍵技術研究

曹中華 馮 偉 張先鋒 湛小梅 李 平 周玉華 李亞麗

(重慶市農業科學院，重慶 401329)

1 研究意義

我國現有微耕機主要以內燃機為動力，環境污染重，操作強度大，噪聲大，成本高，而溫室大棚等設施農業的耕作環境比較特殊，空間有限且比較封閉，對耕作機械的要求一般是體積小、噪聲低和沒有廢氣污染等。因此電動微耕機的研究成為現階段迫切的需求，且電動微耕機由電力控制可以向智能化方向發展，擁有更好的發展前景。因此，電動微耕機成為未來微耕機發展的必然趨勢。

2 整體結構及工作原理

電動微耕機整體的結構如圖1所示，主要由扶手、機架、電動機、蓄電池、控制器、傳動裝置、旋耕裝置、限深桿等組成。扶手上布置有電源開關、調速裝置等，調速裝置是通過控制器實現調節電機輸出不同轉速達到調節旋耕刀耕作時的不同轉速。傳動裝置主要是齒輪傳動，由一對錐齒輪進行直傳式傳動。電動微耕機是由蓄電池給電動機提供電能，電動機輸出的動力經電機輸出軸與傳動裝置連接傳送到傳動裝置，然后從傳動裝置中的齒輪輸出軸傳至刀軸帶動刀輥轉動，從而使旋耕刀進行耕作。由刀片切土時，土壤對刀片的反作用力推動電動微耕機前進，進而完成電動微耕機的旋耕作業。電動微耕機是通過電源的開啟與閉合實現動力的傳遞與切斷來控制電動微耕機的工作狀態，通過對限深桿的入土深度的調節來實現電動微耕機的耕作深度及行進速度，保證整機耕作過程安全可靠。

1.扶手;2.控制器;3.電機;4.蓄電池;5.傳動裝置;6.旋耕裝置;7.機架;8.限深桿圖1 電動微耕機的整體結構

3 關鍵技術研究

(1)棚式電動微耕機基本結構研究。棚式電動微耕機的結構設計應從其整機輕便性、電動技術部分的密封安全性等方面綜合考慮設計。①整機輕便性。采用新電動技術作為動力源的微耕機在工作中應考慮其因自重而造成的能耗損失，因此在設計上可采用新材料、簡化結構等方法以減輕自重。②電動技術部分的密封安全性。應綜合考慮新電動技術的密封要求和微耕機的作業環境，確保電動技術部分在微耕機工作過程中的安全可靠性。在完成棚式電動微耕機的結構設計后，利用軟件或硬件，對其結構的力學性能進行測試、仿真分析、檢驗，并根據結果對其進行結構優化，以確保整機結構的安全可靠和穩定性。

(2)新電動技術的最優組合技術研究。棚式電動微耕機擬采用新電動技術取代內燃機驅動微耕機工作，凸顯環保、節能等優勢，因此新電動技術這一部分將作為電動微耕機的核心技術進行突破。新電動技術主要由儲能裝置(電池)、能量轉換裝置、傳動裝置三部分組成。儲能裝置的選擇，該部分主要考慮微耕機工作所需的能耗以及工作時長。能量轉換裝置的研發或選擇，這一裝置的作用是將儲能裝置儲存的電能轉化為驅動微耕機工作的機械能，該部分與傳動裝置綜合考慮，要從以下幾個方面考慮：①能量的轉換效率；②微耕機刀輥工作所需要的扭矩；③傳動裝置的高效、可靠、簡單、安全等。綜合考慮微耕機工作性質和工作條件，包括其工作需滿足的農藝要求如耕深、耕寬等，合理選擇或研制適合棚式電動微耕機的裝置，并將各裝置進行合理組合以完成棚式電動微耕機新電動技術這一核心部分的最優組合。

(3)耕作裝置的優化設計技術研究。綜合考慮新電動技術在動力等方面的制約，對微耕機工作的耕作部件進行優化設計，以降低其作業功耗。優化設計主要包括耕作部件的結構優化和形狀優化：對單個刀片進行形狀優化，如采用特殊材料、運用仿生或仿形設計等，以提高其入土和切土性能，降低作業功耗；對整個耕作裝置優化設計可從刀片的組合排列等方面進行結構優化，最終達到降低功耗的目的。

(4)電池管理系統技術研究。該部分主要涉及電池輸出電壓的控制、電池能量的顯示、預警等，使得操作者能夠簡便地操作和及時了解電池狀態，從而保證電動微耕機作業的順利進行，同時確保電池在健康狀態下作業，以免損傷電池。

4 結論

本文通過對電動微耕機整體結構及工作原理分析，進行了電動微耕機的基本結構、新電動技術組合、耕作部件設計電池管理系統等關鍵技術研究，為電動微耕機的設計提供了理論依據。