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　　農(nóng)用高架作業(yè)車技術(shù)發(fā)展概述

針對(duì)煙草、玉米等高稈作物的種植特點(diǎn)和農(nóng)藝要求，農(nóng)用高架作業(yè)車在田間作業(yè)時(shí)，不能傷害農(nóng)作物，這要求高架作業(yè)車跨在作物行間進(jìn)行作業(yè)或跨越作物頂端進(jìn)行作業(yè)。當(dāng)前，農(nóng)田高架作業(yè)車主要應(yīng)用在煙葉打頂、噴藥、煙葉收獲和玉米中耕除草、植保、去雄等環(huán)節(jié)。在滿足高稈作物作業(yè)要求的高架作業(yè)車輛中，液壓技術(shù)應(yīng)用更為普遍，國(guó)內(nèi)外的科研院所和企業(yè)研制了不同類型的高架作業(yè)車輛。

1 國(guó)外農(nóng)用高架作業(yè)車技術(shù)發(fā)展

Chen等人研究設(shè)計(jì)了高地隙牽引機(jī)，跨越作物頂端驅(qū)動(dòng)行駛，采用四輪驅(qū)動(dòng)，四輪轉(zhuǎn)向，通過多路閥控制四個(gè)車輪支架，采用液壓缸驅(qū)動(dòng)四桿機(jī)構(gòu)調(diào)整機(jī)身離地間隙。

Spalla等人研制了一臺(tái)自走式多功能農(nóng)業(yè)牽引車，采用履帶行走系統(tǒng)，通過液壓控制，實(shí)現(xiàn)底盤地隙變化及左右履帶間距離調(diào)整，可以通過調(diào)整驅(qū)動(dòng)履帶與車架之間的相對(duì)位置關(guān)系，使得兩條驅(qū)動(dòng)履帶可以在兩個(gè)不同的接地平面，使得農(nóng)機(jī)作業(yè)時(shí)能夠自適應(yīng)地形變化，增強(qiáng)整機(jī)穩(wěn)定性。

Gil等人研制了一臺(tái)用于密植蘋果園的龍門式行間噴霧機(jī)。整車架成倒U型，跨越兩米高的蘋果樹叢噴藥植保。

Chipriana等人研制的高地隙噴霧機(jī)，發(fā)動(dòng)機(jī)和駕駛室安裝在一側(cè)，U型臂安裝四個(gè)行走輪，由液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，兩個(gè)側(cè)臂之間通過滑動(dòng)導(dǎo)軌與車架相連，通過液壓缸推動(dòng)，實(shí)現(xiàn)左右輪距變換質(zhì)心跨多行作業(yè)。Fontan等人設(shè)計(jì)了一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)車輪是等腰三角形布置的三輪高地隙噴藥機(jī)，左、右側(cè)臂通過獨(dú)立液壓缸控制以調(diào)整左右輪距離，以適應(yīng)不同行距作物。

GROSJEAN等人設(shè)計(jì)了一臺(tái)車輪菱形布置的高地隙葡萄園管理機(jī)，采用前后輪聯(lián)動(dòng)轉(zhuǎn)向，四輪液壓驅(qū)動(dòng)，前后車架之間通過鉸接軸連接，車架之間能夠相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)一定角度，以自適應(yīng)地面高低變化。

美國(guó)、法國(guó)、意大利等國(guó)家設(shè)計(jì)開發(fā)的農(nóng)用高架作業(yè)車輛上，液壓技術(shù)應(yīng)用更為普遍。意大利SPAPPERI公司設(shè)計(jì)的JS826型高架植保機(jī)，主要用于煙田植保作業(yè)，設(shè)計(jì)應(yīng)用四輪高地隙車架結(jié)構(gòu)，采用靜液壓四輪驅(qū)動(dòng)技術(shù)，液壓伺服轉(zhuǎn)向，輪距調(diào)整范圍為2~3 m，噴桿噴幅為18 m，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)折疊，車最大行駛速度28 km/h，如圖1所示。

CASTRIX公司研制的S4C型去雄噴藥機(jī)，如圖2所示。采用四輪液壓驅(qū)動(dòng)、液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，輪距可調(diào)，最大可達(dá)60cm，割臺(tái)上安裝有去雄刀片、旋轉(zhuǎn)切刀和磁盤切刀，由液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，通過傳感器采集信號(hào)進(jìn)行自動(dòng)化作業(yè)。

圖1JS827型煙草植保機(jī)

圖2 意大利S4C型去雄噴藥機(jī)

圖3為法國(guó)BOURGOIN公司制造的BD844型玉米去雄機(jī)，采用靜液壓傳動(dòng)技術(shù)，輪距調(diào)整范圍為2～3m，適用于4行、6行、8行、9行的玉米田間去雄作業(yè)。圖4為美國(guó)HAGIE公司研制的2045P型玉米去雄機(jī)。采用丹佛斯系列的泵和馬達(dá)傳動(dòng)，實(shí)現(xiàn)四輪液壓驅(qū)動(dòng)，采用輔助液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)優(yōu)先轉(zhuǎn)向要求，轉(zhuǎn)彎半徑為5m。

圖3 法國(guó)BD844型玉米去雄機(jī)

圖4 美國(guó)2045P型玉米去雄機(jī)

阿肯色州Bowman農(nóng)場(chǎng)研制的四輪驅(qū)動(dòng)多功能噴霧機(jī)，如圖5所示。采用四輪實(shí)時(shí)驅(qū)動(dòng)液壓技術(shù)；車架中間鉸接銅襯套裝置以實(shí)現(xiàn)車輛折腰轉(zhuǎn)向，轉(zhuǎn)彎半徑??；車后部采用液壓缸驅(qū)動(dòng)控制噴桿升降，也可連接藥液灌，運(yùn)輸拖車；輪距調(diào)節(jié)范圍為1.9～2.5m，可滿足區(qū)間的行距作物噴藥，由藥液控制器控制噴淋壓力和噴霧速度；駕駛室中顯示器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)車輛行駛和噴藥狀態(tài)，是目前世界上技術(shù)先進(jìn)的高地隙噴藥車輛。

圖5美國(guó)Bowman農(nóng)場(chǎng)四輪驅(qū)動(dòng)多功能噴霧機(jī)

加拿大DeCloet公司生產(chǎn)的煙葉噴霧打頂一體機(jī)，采用三輪全液壓驅(qū)動(dòng)型式，通過液壓缸推拉和升降實(shí)現(xiàn)車輛后輪距變換和打頂機(jī)距地間距調(diào)整，如圖6所示。該公司研制的雙行煙葉收獲機(jī)，也采用靜液壓驅(qū)動(dòng)型式，通過控制手柄調(diào)整變量泵的排量，從而控制收獲機(jī)的前進(jìn)、后退和速度變換，如圖7所示。

圖6煙葉噴霧打頂一體機(jī)

圖7雙行煙葉收獲機(jī)

圖8為荷蘭Damcon公司研制的圣誕樹管理機(jī)，三輪全液壓驅(qū)動(dòng)，前輪采用全液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，后方留置液壓缸和液壓馬達(dá)輸出接口，用于掛接中耕機(jī)具和噴桿等農(nóng)具，作業(yè)適應(yīng)行距為0.8～2.5m。

圖9為意大利SPAAERI公司生產(chǎn)的JS600型煙葉修剪噴霧機(jī)，采用后輪液壓磁盤制動(dòng)，打頂裝置可自動(dòng)升降，輪距調(diào)整范圍為2～2.4m，后方噴桿由液壓缸控制，可實(shí)現(xiàn)高度自動(dòng)調(diào)節(jié)。

圖10為法國(guó)GRV公司研發(fā)的葡萄園植保機(jī)械，其動(dòng)力配置是排量為1.5升久保田柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，輸出功率31kW，采用前輪轉(zhuǎn)向，全液壓驅(qū)動(dòng)；其中，后輪采用履帶形式，整車驅(qū)動(dòng)性能好，能在有坡度的葡萄園中行走，整機(jī)轉(zhuǎn)彎半徑為3m，可通過安裝于車架的液壓缸伸縮來改變左右驅(qū)動(dòng)履帶之間的距離。

圖11為GRV公司研制的菱形高地隙中耕機(jī)，采用菱形布置，其中前輪和后輪通過液壓實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向，前后聯(lián)動(dòng)轉(zhuǎn)向以減小轉(zhuǎn)彎半徑，采用農(nóng)業(yè)人字花低壓輪胎；作業(yè)時(shí)，農(nóng)作物可以無障礙通過駕駛室與側(cè)臂之間的行程通道。

圖8 Damcon圣誕樹管理機(jī)

圖9 JS600煙葉修剪噴霧機(jī)

圖10 GRV葡萄園管理機(jī)

圖11 GRV菱形高地隙中耕機(jī)

2 我國(guó)農(nóng)用高架作業(yè)車技術(shù)發(fā)展

在我國(guó)，適用于不同行間距高稈作物的農(nóng)用高架作業(yè)車研制也成為科研院所和企業(yè)關(guān)注的重點(diǎn)。陳隨英、杜岳峰等設(shè)計(jì)了高地隙自走式玉米去雄機(jī)，采用靜液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，對(duì)整車動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行了穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)性能分析。

黃淼、鄭丁科等人研究開發(fā)了菱形四輪龍門架式高地隙甘蔗中耕機(jī)，中間左右輪是驅(qū)動(dòng)輪，前后輪是轉(zhuǎn)向輪，左右輪與中部車架為嵌套套管連接，用于調(diào)整輪距，中耕機(jī)動(dòng)力傳輸由液壓馬達(dá)實(shí)現(xiàn)，通過液壓泵的旋向和排量實(shí)現(xiàn)作業(yè)車的前進(jìn)、倒退和變速。

許東亞、李懷剛發(fā)明了一種高地隙自走式農(nóng)用作業(yè)機(jī)，作業(yè)機(jī)的高地隙通過在車盤的下方設(shè)計(jì)有加長(zhǎng)支腿實(shí)現(xiàn)，采用開式液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，通過電磁換向閥工位切換，控制兩輪驅(qū)動(dòng)和四輪驅(qū)動(dòng)的功能轉(zhuǎn)換。

張國(guó)遠(yuǎn)等對(duì)現(xiàn)有農(nóng)業(yè)機(jī)械常見的四種轉(zhuǎn)向方式進(jìn)行了基于阿克曼轉(zhuǎn)向原理的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，得到了轉(zhuǎn)彎半徑公式，進(jìn)而設(shè)計(jì)了能夠滿足高地隙自走式平臺(tái)不同作業(yè)環(huán)境要求的四輪轉(zhuǎn)向液壓系統(tǒng)。

王寶山、王萬章等設(shè)計(jì)了一輛小型遙控高地隙履帶作業(yè)車，由開式液壓系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)，泵和馬達(dá)傳動(dòng)回路中，通過電磁換向閥控制車的行駛和轉(zhuǎn)向，由同步閥實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)馬達(dá)轉(zhuǎn)動(dòng)同步。

覃志明、顧智原等人研究設(shè)計(jì)了一種應(yīng)用于玉米收獲機(jī)的后輪液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，提高了玉米收獲機(jī)在高稈作物行間行走的驅(qū)動(dòng)性能。

陳國(guó)輝、門艷忠等研制出一種高地隙自走式煙草打頂?shù)妆P，采用開式靜液壓傳動(dòng)系統(tǒng)，通過傳動(dòng)回路控制作業(yè)車行進(jìn)、后退和轉(zhuǎn)向，實(shí)現(xiàn)了行駛速度的無極控制以及煙草打頂?shù)茸鳂I(yè)，車輪跨距為2.3m，車架離地間隙1.75m。

圖12所示為山東農(nóng)業(yè)大學(xué)范國(guó)強(qiáng)等設(shè)計(jì)研制的四輪菱形布置農(nóng)用高地隙作業(yè)車，高通過性能較好，作業(yè)速度為0～18km/h，可在株高小于2600mm、行間隙大于50mm左右的作物行間順利行駛，車輛驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向輪為前輪和后輪，支撐輪為兩個(gè)側(cè)輪，整機(jī)采用液壓-機(jī)械混合式傳動(dòng)，液壓系統(tǒng)采用閉式回路，主要為變量柱塞泵和定量馬達(dá)，整機(jī)的無極調(diào)速功能主要靠馬達(dá)的無極轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)，采用拉桿調(diào)節(jié)控制排量控制閥的排量，進(jìn)而控制馬達(dá)轉(zhuǎn)速。

竇玲靜等設(shè)計(jì)了高地隙噴霧機(jī)適用的輪距可調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，前輪支臂橫管在底盤前橋橫梁管內(nèi)滑動(dòng)，由液壓缸提供動(dòng)力，從而實(shí)現(xiàn)輪距調(diào)整。毛罕平等對(duì)高地隙液壓四輪驅(qū)動(dòng)噴霧機(jī)前輪轉(zhuǎn)向模型進(jìn)行研究，基于阿卡曼轉(zhuǎn)向幾何學(xué)，得出車輪理論轉(zhuǎn)速比，提出基于轉(zhuǎn)速比差值的控制策略。

王明友等人結(jié)合整桿式甘蔗聯(lián)合收割機(jī)，對(duì)實(shí)際車輛應(yīng)用的液壓部件和液壓系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)說明和分析，通過農(nóng)機(jī)鑒定站檢測(cè)，液壓技術(shù)的應(yīng)用可使機(jī)器性能運(yùn)行平穩(wěn)。Motebennur等提出一種采用邊梁式車架，前輪轉(zhuǎn)向，后輪驅(qū)動(dòng)，左右輪距可調(diào)，通過更換車架套來調(diào)整離地高度的自走式高地隙噴霧機(jī)。

圖13為華南農(nóng)業(yè)大學(xué)劉慶庭等人研制的菱形四輪龍門架式高地隙中耕機(jī)，由液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)左、右輪行駛，左右車架間通過插接式套筒滑動(dòng)實(shí)現(xiàn)輪距調(diào)整，套筒滑動(dòng)動(dòng)力由液壓缸提供，由液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制前輪和后輪的轉(zhuǎn)向，機(jī)具由液壓缸實(shí)現(xiàn)翻轉(zhuǎn)升降。該機(jī)質(zhì)心位置較低，車輛行駛穩(wěn)定性較好，可適用于甘蔗等不同行距作物的作業(yè)。

河南農(nóng)業(yè)大學(xué)李燕等設(shè)計(jì)的一種自動(dòng)行走的煙草收獲機(jī)，主要包括車架、煙草收集箱、采收系統(tǒng)、傳送系統(tǒng)、行車系統(tǒng)等，通過機(jī)械傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)車輛行駛，由液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)采收刀旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)煙葉采摘，通過液壓控制裝置實(shí)現(xiàn)煙葉輸送和煙葉采集箱的開合，進(jìn)而完成煙葉采收任務(wù)，如圖14所示。

國(guó)內(nèi)一些農(nóng)機(jī)生產(chǎn)企業(yè)和研究所也研制了不同類型的農(nóng)用高架作業(yè)車輛。圖15所示為3WP-1300G型自走式高稈作物噴桿噴霧機(jī)，由北京豐茂植保機(jī)械有限公司研制生產(chǎn)，駕駛室高度位置可調(diào)節(jié)，可應(yīng)用于玉米等高稈作物的田間噴藥作業(yè)，主要應(yīng)用了全液壓轉(zhuǎn)向、無級(jí)變速、液壓行車制動(dòng)和駐車制動(dòng)以及靜液壓四輪驅(qū)動(dòng)等系統(tǒng)。

圖12 四輪菱形布置農(nóng)用高地隙作業(yè)車

圖13 華南農(nóng)大菱形龍門架高地隙中耕機(jī)

圖14 一種自動(dòng)行走的煙草收獲機(jī)

圖15 3WP-1300G型自走式噴桿噴霧機(jī)

如圖16所示為3WX-1100G型高地隙去雄噴霧機(jī)，由五征集團(tuán)研制，驅(qū)動(dòng)行駛由液壓馬達(dá)控制實(shí)現(xiàn)，制動(dòng)采用液壓流量變換控制，噴霧作業(yè)由5段式電控液壓折疊桿實(shí)現(xiàn)，由4行切刀旋轉(zhuǎn)由液壓馬達(dá)控制，輪距可以調(diào)整，滿足了煙葉打頂、玉米植保和去雄等作業(yè)要求。

山東臨沂三禾永佳動(dòng)力有限公司制造的3WZG-1000型噴藥機(jī)如圖17所示，采用四輪液壓驅(qū)動(dòng)型式，行駛間轉(zhuǎn)向通過車架折腰翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，左右輪距調(diào)整由左右兩側(cè)車架間嵌套型式控制實(shí)現(xiàn)，圖18為五征集團(tuán)公司研制的4TZ-3半自動(dòng)煙葉采收機(jī)，采用三輪全液壓驅(qū)動(dòng)，前輪液壓轉(zhuǎn)向型式，可實(shí)現(xiàn)無極變速，最小工作間隙為1650mm，滿足三行煙葉采收。

3WP3-400型自走式噴桿噴霧機(jī)也由五征集團(tuán)研制，如圖19所示，采用HST靜液驅(qū)動(dòng)技術(shù)，由液控手柄控制車輛前進(jìn)和后退；采用三輪車架布置型式，最小轉(zhuǎn)彎半徑為3.14m，可通過無極變速系統(tǒng)自動(dòng)匹配行駛速度和噴藥量；噴桿高度和噴幅調(diào)整由全液壓升降折疊機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，從而完成高稈作物的田間植保作業(yè)。

圖16  3WX-1100G型高地隙去雄噴霧機(jī)

圖17 3WZG-1000型噴藥機(jī)

圖18 4TZ-3型半自動(dòng)煙葉采收機(jī)

圖19 3WP3-400型自走式噴桿噴霧機(jī)

如圖20所示為鄭州容大科技股份有限公司研制的可調(diào)輪距噴霧打頂一體機(jī)。輪距調(diào)整由主車架與后輪車架間連接的滑動(dòng)導(dǎo)軌實(shí)現(xiàn)，后輪架可沿滑動(dòng)導(dǎo)軌平行移動(dòng)，由液壓缸提供動(dòng)力；行駛系統(tǒng)采用全液壓驅(qū)動(dòng)型式，實(shí)現(xiàn)無極變速調(diào)節(jié)；打頂切刀旋轉(zhuǎn)、距地間距調(diào)整和噴桿高度調(diào)節(jié)均通過液壓馬達(dá)和液壓缸實(shí)現(xiàn)。

河南農(nóng)業(yè)大學(xué)王萬章等設(shè)計(jì)的三輪高地隙田間作業(yè)車，如圖21所示。通過五連桿機(jī)構(gòu)，在液壓缸驅(qū)動(dòng)力作用下實(shí)現(xiàn)作業(yè)車行駛間輪距變換調(diào)整，調(diào)整范圍為1.8～2.4 m，適用于玉米、煙草等高稈作物的田間作業(yè)；行駛系統(tǒng)采用電驅(qū)動(dòng)；車后部設(shè)計(jì)有液壓升降架，可掛接噴桿、肥箱等機(jī)具，滿足多功能作業(yè)。

圖20 可調(diào)輪距噴霧打頂一體機(jī)

圖21三輪高地隙田間作業(yè)車

黑龍江富錦永興噴藥機(jī)械廠生產(chǎn)的四輪自走式噴藥機(jī)，如圖22所示，采用后輪液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)行駛，單人操作，勞動(dòng)強(qiáng)度低，車架結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，在小型農(nóng)場(chǎng)和農(nóng)民家庭中應(yīng)用較多，廣泛應(yīng)用于玉米、甘蔗等高稈作物的田間植保作業(yè)。盛楓華宇農(nóng)業(yè)機(jī)械有限責(zé)任公司生產(chǎn)三輪噴藥機(jī)，采用前輪機(jī)械傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)行駛，駕駛室距地間距較大，車架結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，適合高稈作物的農(nóng)藥噴施作業(yè)，如圖23所示。

圖22永興噴藥機(jī)

圖23億華宇三輪噴藥機(jī)

3結(jié)論

在吸收借鑒國(guó)外有代表性的農(nóng)用高架作業(yè)車機(jī)型的基礎(chǔ)上，我國(guó)也研制了不同類型的農(nóng)用高架作業(yè)車輛，但仍存在以下幾方面問題。

（1）在高稈作物的田間植保環(huán)節(jié)，如圖22、圖23所示機(jī)型，采用機(jī)械傳動(dòng)形式，噪音較大，作業(yè)舒適度相對(duì)較差，且作業(yè)車無封閉式駕駛室，操作環(huán)境較差。

（2）在玉米去雄和煙草打頂、噴霧、收獲等環(huán)節(jié)，國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)采用國(guó)產(chǎn)液壓元器件驅(qū)動(dòng)型式的農(nóng)用高架作業(yè)車輛，在精準(zhǔn)識(shí)別、智能控制和實(shí)時(shí)監(jiān)控等方面與國(guó)外機(jī)型仍存在很大差距。

（3）針對(duì)不同行距的高稈作物的田間管理作業(yè)，我國(guó)農(nóng)用高架作業(yè)車輛輪距調(diào)整方式較為復(fù)雜，且調(diào)整范圍較小。輪距調(diào)整過程中，輪胎的磨損較大。同時(shí)，也造成作業(yè)車的功能較為單一，不能實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用。

綜上，我國(guó)的農(nóng)用高架作業(yè)車研制已經(jīng)應(yīng)用了先進(jìn)的液壓技術(shù)，在操控性能、空間利用、行駛制動(dòng)等方面有了較大提升。未來，在計(jì)算機(jī)技術(shù)、GPS技術(shù)等的基礎(chǔ)上，還將向智能化、人性化、標(biāo)準(zhǔn)化、經(jīng)濟(jì)和節(jié)能環(huán)保方面發(fā)展，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)煙草、玉米等的田間管理作業(yè)，還可以適應(yīng)其他高稈作物的作業(yè)要求，實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用。