徐玉龍

（新疆新研牧神科技有限公司，新疆 烏魯木齊 830026）

0 引言

玉米的機(jī)械化收獲已經(jīng)是我國現(xiàn)階段大部分玉米種植者的第一選擇，而自走式玉米籽粒收獲機(jī)逐漸替代了老式的玉米果穗收獲機(jī)，成為了玉米機(jī)械化收獲的主力軍，同時(shí)也被越來越多的玉米種植者和收獲機(jī)械使用者所青睞。

隨著玉米籽粒收獲機(jī)械的不斷發(fā)展和更新，用戶對機(jī)具操控性能的簡潔化和智能化要求也越來越高。牧神4YZT-8型自走式玉米籽粒收獲機(jī)是新疆機(jī)械研究院股份有限公司設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的一種大型自走式玉米籽粒收獲機(jī)械。該機(jī)具的研制和開發(fā)作為國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（“智能農(nóng)機(jī)裝備”專項(xiàng)；玉米聯(lián)合收獲技術(shù)與智能裝備研發(fā)項(xiàng)目；高含水率玉米雙縱軸流籽粒收獲機(jī)研制），集中了公司的優(yōu)勢資源，歷經(jīng)兩年的技術(shù)攻關(guān)和田間試驗(yàn)，完成了整機(jī)的設(shè)計(jì)、試制和優(yōu)化工作。該機(jī)具采用的雙縱軸流脫粒分離滾筒技術(shù)、智能操控技術(shù)、折疊割臺技術(shù)已達(dá)到國內(nèi)外領(lǐng)先水平，其中先進(jìn)的智能操控系統(tǒng)是該機(jī)具的最大亮點(diǎn)。

1 智能操控系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用

1.1 智能操控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

牧神4YZT-8型自走式玉米籽粒收獲機(jī)智能操控系統(tǒng)（圖1）主要由智能監(jiān)控屏幕、多功能操縱手柄、多功能浮動(dòng)式操縱箱和一體式座椅組成[1]。

圖1 牧神4YZT-8型自走式玉米籽粒收獲機(jī)智能操控系統(tǒng)

智能監(jiān)控屏幕上會(huì)顯示機(jī)具當(dāng)前的工作狀態(tài)，包括發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速、水箱溫度、機(jī)油壓力、電瓶電量、油箱油量、脫離滾筒轉(zhuǎn)速、風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速、升運(yùn)器轉(zhuǎn)速和糧箱充滿程度等數(shù)據(jù)。集成式多功能操縱手柄上的三組按鈕分別控制著收獲割臺升降，撥禾輪升降、卸糧筒的伸出和收回，還控制著機(jī)具的行走無級變速功能，可實(shí)現(xiàn)一鍵式操縱，比安裝多個(gè)操縱桿節(jié)省了空間，降低了誤操作的可能性，同時(shí)也方便了機(jī)具操作手的操作。多功能浮動(dòng)式操縱箱上安裝有電子手油門操縱桿、換擋機(jī)構(gòu)操縱桿和多個(gè)翹板開關(guān)，機(jī)具各個(gè)工作部件的操縱和調(diào)節(jié)都可以在此完成，方便快捷。多功能浮動(dòng)式操縱箱和一體式座椅通過連接部件裝配在一起，操縱箱可以隨座椅的上下前后移動(dòng)而聯(lián)動(dòng)，這種一體式設(shè)計(jì)大大節(jié)省了駕駛室的空間，也讓機(jī)手在操作時(shí)更加方便、舒適。

1.2 智能操控系統(tǒng)的應(yīng)用

智能操控系統(tǒng)可以應(yīng)用于機(jī)具的多個(gè)工作部件的使用和參數(shù)調(diào)整中，主要體現(xiàn)在機(jī)具操控性能的簡潔化和智能化上。以往的操控系統(tǒng)一般使用機(jī)械傳動(dòng)和拉線來控制機(jī)具的各個(gè)工作部件[2]，工作部件的轉(zhuǎn)速或者其他參數(shù)需要改變時(shí)，機(jī)手必須停止機(jī)具，然后使用專用工具通過機(jī)械部件的調(diào)整來調(diào)節(jié)機(jī)具的工作參數(shù)，這不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且機(jī)械部件容易損壞，出現(xiàn)故障，造成一定的損失。而智能操控技術(shù)的應(yīng)用可以避免這些問題，采用大量的液壓元件和電器元件組成的智能操控系統(tǒng)代替了原有的機(jī)械操控裝置，精確的數(shù)字化和模塊化設(shè)計(jì)為機(jī)具生產(chǎn)和田間作業(yè)提供了很大的便利，電液一體化智能操控系統(tǒng)（圖2）在機(jī)具作業(yè)過程中能準(zhǔn)確及時(shí)反映各關(guān)鍵部件的信息和具體工作情況，通過多功能操縱手柄上的按鈕便可以方便快捷的調(diào)整機(jī)具的作業(yè)參數(shù)[3]，達(dá)到最佳的作業(yè)效果，當(dāng)機(jī)具發(fā)生故障時(shí)，能及時(shí)的進(jìn)行監(jiān)測以及報(bào)警處理，智能監(jiān)控屏幕（圖3）上會(huì)顯示發(fā)生故障的具體位置和故障原因，機(jī)手在機(jī)具的駕駛室內(nèi)就能一目了然，方便機(jī)具的檢測和維修。

圖2 智能操控系統(tǒng)

圖3 智能監(jiān)控屏幕

（1）智能操控技術(shù)在推進(jìn)行走系統(tǒng)（圖4）中的應(yīng)用。牧神4YZT-8型自走式玉米籽粒收獲機(jī)推進(jìn)行走系統(tǒng)采用靜液壓驅(qū)動(dòng)，動(dòng)力輸出系統(tǒng)將發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力傳至分動(dòng)箱，分動(dòng)箱連接著液壓泵，液壓泵通過液壓管路連接著安裝在前橋變速箱上的液壓馬達(dá)，液壓馬達(dá)再將動(dòng)力傳送至變速箱和邊減，從而驅(qū)動(dòng)機(jī)具運(yùn)動(dòng)。機(jī)具在行走時(shí)，操作手只需要在駕駛室內(nèi)通過操作多功能操縱手柄來控制電動(dòng)推桿的行程，從而調(diào)節(jié)液壓泵的流量，達(dá)到控制機(jī)具前進(jìn)、倒退和調(diào)節(jié)行走速度快慢的功能。該推進(jìn)行走系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了全部電液一體化控制，在國內(nèi)玉米籽粒收獲機(jī)領(lǐng)域達(dá)到了領(lǐng)先水平，相比復(fù)雜的機(jī)械式傳動(dòng)降低了故障率，提高了工作效率，也極大的方便了機(jī)手的操作。

圖4 推進(jìn)行走系統(tǒng)智能操控示意

（2）智能操控技術(shù)在脫粒分離系統(tǒng)中的應(yīng)用。機(jī)具的脫粒分離系統(tǒng)主要由軸流滾筒和凹板組成。不同的農(nóng)作物，或者是同一種農(nóng)作物在不同產(chǎn)量、濕度情況下收割時(shí)的軸流滾筒轉(zhuǎn)速和凹板與軸流滾筒間隙都是不一樣的，只有將機(jī)具調(diào)節(jié)到相匹配的參數(shù)才能達(dá)到最佳收割效果[4]。機(jī)具在收割時(shí)軸流滾筒轉(zhuǎn)速和機(jī)具行走速度會(huì)直接反應(yīng)在智能監(jiān)控屏幕上，軸流滾筒由液壓系統(tǒng)控制，機(jī)手通過調(diào)節(jié)操縱手柄就可以實(shí)現(xiàn)軸流滾筒的無級變速，不需要停止機(jī)具來調(diào)節(jié)機(jī)械部件，節(jié)約時(shí)間，提高工作效率。

（3）智能操控技術(shù)在籽粒清選系統(tǒng)中的應(yīng)用。機(jī)具的清選系統(tǒng)主要由清選風(fēng)機(jī)和三個(gè)清選篩子組成。收獲不同的農(nóng)作物都要將風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)整到相對應(yīng)的參數(shù)，來達(dá)到最佳的籽粒清潔率和損失率，一般機(jī)手在收割時(shí)都要隔一段時(shí)間停止機(jī)器一次，在已經(jīng)收割的農(nóng)田中來觀察機(jī)具的收割損失情況，加裝了漏糧傳感器后，數(shù)據(jù)會(huì)實(shí)時(shí)傳送至智能監(jiān)控屏幕上，如果有漏糧現(xiàn)象會(huì)及時(shí)報(bào)警，機(jī)手可以在駕駛室內(nèi)通過調(diào)節(jié)開關(guān)來控制機(jī)具最合適的行走速度和風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，既減少了損失又方便了操作[5]。

2 智能操控系統(tǒng)的技術(shù)難點(diǎn)及設(shè)計(jì)思路

智能操控技術(shù)在玉米籽粒收獲機(jī)中的應(yīng)用使機(jī)具的操縱性能得到了很大的增強(qiáng)，簡化了機(jī)手的操作，降低了整個(gè)系統(tǒng)的故障率，同時(shí)也提高了機(jī)具的收獲性能[6]。但是智能操控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和優(yōu)化需要借鑒大量的技術(shù)資料以及充足的田間試驗(yàn)，因此牧神4YZT-8型自走式玉米籽粒收獲機(jī)智能操控系統(tǒng)在下一個(gè)階段的優(yōu)化設(shè)計(jì)中需要攻克幾個(gè)技術(shù)難點(diǎn)，同時(shí)也提出了以下幾點(diǎn)設(shè)計(jì)思路和需要達(dá)到的收獲效果：

（1）籽粒破碎率檢測裝置。設(shè)計(jì)一種能夠分辨完整的玉米籽粒和有破損的玉米籽粒的檢測裝置，通過行車電腦程序計(jì)算出籽粒破損率，從而自動(dòng)調(diào)節(jié)相應(yīng)的工作部件，使機(jī)具在正常工作的情況下將籽粒破碎率降到最低，達(dá)到最好的收割效果和最高的收獲率。

（2）凹板間隙自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置。凹板間隙的大小決定著玉米籽粒的破碎率和玉米籽粒是否能全部從玉米芯上脫落，通過檢測玉米籽粒的破碎率和脫凈率，將數(shù)據(jù)反饋至行車電腦，使凹板間隙自動(dòng)調(diào)節(jié)，達(dá)到最佳收割狀態(tài)，降低籽粒破碎率，提高脫凈率。

（3）上下魚鱗篩開度大小自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置。通過實(shí)時(shí)監(jiān)測風(fēng)機(jī)的風(fēng)量風(fēng)速、玉米籽粒的損失率和糧倉內(nèi)玉米籽粒的含雜率，將這些數(shù)據(jù)整合分析，通過調(diào)節(jié)裝置使上下魚鱗篩的篩片開度進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，降低玉米籽粒的含雜率和損失率，提高機(jī)具性能。

（4）自動(dòng)對行與輔助駕駛裝置。收獲玉米時(shí)，機(jī)手需要通過目測來觀察收獲割臺是否正對玉米的生長行距，以免推倒玉米植株，增加損失?，F(xiàn)在通過紅外線或者其他裝置使玉米割臺兩組分禾尖的中間位置正對玉米植株，使之自動(dòng)對正，實(shí)時(shí)修正，不需要機(jī)手進(jìn)行手動(dòng)操作，這樣不僅大大降低了機(jī)手的操作難度，同時(shí)也降低了收獲作業(yè)時(shí)的損失，提高了收獲效率。

（5）喂入量與作業(yè)速度自適應(yīng)控制。收獲機(jī)械的喂入量主要取決于收獲割臺的寬度和機(jī)具作業(yè)速度，在使用相同的收獲割臺情況下，機(jī)具作業(yè)速度越快，喂入量越大。作業(yè)速度太快會(huì)導(dǎo)致脫離滾筒堵塞，機(jī)具出現(xiàn)故障，作業(yè)速度太慢就會(huì)降低收獲效率，無法達(dá)到最佳收獲性能，喂入量與作業(yè)速度自適應(yīng)控制裝置是通過檢測收獲作業(yè)時(shí)機(jī)具的實(shí)時(shí)喂入量而自動(dòng)調(diào)節(jié)作業(yè)速度，從而到達(dá)最佳收獲效率。

以上智能操控技術(shù)正處在設(shè)計(jì)和優(yōu)化階段，將會(huì)應(yīng)用在牧神4YZT-8型自走式玉米籽粒收獲機(jī)第二輪樣機(jī)的生產(chǎn)制造中。這些技術(shù)的使用會(huì)使機(jī)具的操縱性能和工作性能上升到一個(gè)新的高度。