曹中華 馮 偉 張先鋒 湛小梅 李 平 周玉華 李亞麗

(重慶市農(nóng)業(yè)科學(xué)院，重慶 401329)

1 研究意義

我國現(xiàn)有微耕機主要以內(nèi)燃機為動力，環(huán)境污染重，操作強度大，噪聲大，成本高，而溫室大棚等設(shè)施農(nóng)業(yè)的耕作環(huán)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(xiàn)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(fā)展，擁有更好的發(fā)展前景。因此，電動微耕機成為未來微耕機發(fā)展的必然趨勢。

2 整體結(jié)構(gòu)及工作原理

電動微耕機整體的結(jié)構(gòu)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(guān)、調(diào)速裝置等，調(diào)速裝置是通過控制器實現(xiàn)調(diào)節(jié)電機輸出不同轉(zhuǎn)速達到調(diào)節(jié)旋耕刀耕作時的不同轉(zhuǎn)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(jīng)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(zhuǎn)動，從而使旋耕刀進行耕作。由刀片切土?xí)r，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(yè)。電動微耕機是通過電源的開啟與閉合實現(xiàn)動力的傳遞與切斷來控制電動微耕機的工作狀態(tài)，通過對限深桿的入土深度的調(diào)節(jié)來實現(xiàn)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(jié)構(gòu)

3 關(guān)鍵技術(shù)研究

(1)棚式電動微耕機基本結(jié)構(gòu)研究。棚式電動微耕機的結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)從其整機輕便性、電動技術(shù)部分的密封安全性等方面綜合考慮設(shè)計。①整機輕便性。采用新電動技術(shù)作為動力源的微耕機在工作中應(yīng)考慮其因自重而造成的能耗損失，因此在設(shè)計上可采用新材料、簡化結(jié)構(gòu)等方法以減輕自重。②電動技術(shù)部分的密封安全性。應(yīng)綜合考慮新電動技術(shù)的密封要求和微耕機的作業(yè)環(huán)境，確保電動技術(shù)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(jié)構(gòu)設(shè)計后，利用軟件或硬件，對其結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能進行測試、仿真分析、檢驗，并根據(jù)結(jié)果對其進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，以確保整機結(jié)構(gòu)的安全可靠和穩(wěn)定性。

(2)新電動技術(shù)的最優(yōu)組合技術(shù)研究。棚式電動微耕機擬采用新電動技術(shù)取代內(nèi)燃機驅(qū)動微耕機工作，凸顯環(huán)保、節(jié)能等優(yōu)勢，因此新電動技術(shù)這一部分將作為電動微耕機的核心技術(shù)進行突破。新電動技術(shù)主要由儲能裝置(電池)、能量轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換裝置的研發(fā)或選擇，這一裝置的作用是將儲能裝置儲存的電能轉(zhuǎn)化為驅(qū)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(zhuǎn)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(zhì)和工作條件，包括其工作需滿足的農(nóng)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(shù)這一核心部分的最優(yōu)組合。

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

(4)電池管理系統(tǒng)技術(shù)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(yù)警等，使得操作者能夠簡便地操作和及時了解電池狀態(tài)，從而保證電動微耕機作業(yè)的順利進行，同時確保電池在健康狀態(tài)下作業(yè)，以免損傷電池。

4 結(jié)論

本文通過對電動微耕機整體結(jié)構(gòu)及工作原理分析，進行了電動微耕機的基本結(jié)構(gòu)、新電動技術(shù)組合、耕作部件設(shè)計電池管理系統(tǒng)等關(guān)鍵技術(shù)研究，為電動微耕機的設(shè)計提供了理論依據(jù)。