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(dòng)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(hào)：S222 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)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(dòng)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(duì)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(dòng)。與會(huì)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(huì)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(huì)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(dòng)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(duì)作業(yè)場(chǎng)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(shí)，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(dòng)作的動(dòng)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(dòng)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(gè)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(dòng)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(dòng)懸掛機(jī)構(gòu)控制農(nóng)具處于對(duì)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(hào)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(duì)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(huì)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(dòng)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(huì)被時(shí)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(duì)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(cè)量測(cè)速的速度傳感器，用于測(cè)量拖拉機(jī)車身傾角的傾角傳感器，用于測(cè)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(cè)值進(jìn)行比較。若檢測(cè)值超出設(shè)定值允許的誤差范圍，驅(qū)動(dòng)控制裝置會(huì)根據(jù)反饋信號(hào)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(dòng)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(huì)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(dòng)[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(dòng)化技術(shù)研究。endprint