丘陵山地拖拉机后悬挂技术的应用与研究

李玲玲++李广宇++徐峰++张云硕++孟长伊

摘 要：大幅度提高山地拖拉机的耕作效率一直是农业生产者的使用需求，丘陵山地拖拉机后悬挂系统作为拖拉机进行农业生产的关键部分，已然成为研究问题的重要部分。本文介绍了后悬挂液压系统与电液控制系统的应用与研究，比较分析了电液控制系统的优点，进一步说明智能拖拉机是未来农业生产的关键动力源。

关键词：山地拖拉机；后悬挂系统；控制技术

中图分类号：S222 文献标识码：A DOI：10.11974/nyyjs.20171132022

引言

我国地型复杂多样，特别是丘陵山地面积占有量大，目前，用于丘陵山地作业的农机具主要是一些小型拖拉机，这些拖拉机动力小，作业效率低，专业型山地拖拉机占有量少。无论在发展规模上、发展水平上还是发展速度上，丘陵地区的农机化发展水平滞后于平原地区几十年，导致我国农业机械发展极度不平衡。受地形因素的影响，国内外对丘陵山地农机化的发展模式都没有找到合适的解决方法，丘陵山地农机化发展水平也是我国农业机械发展的面临的一大难题，是亟待解决的一项技术难题。

2016年9月12日，国家科技部重点研发计划“智能农机装备”中重点专项“丘陵山地拖拉机关键技术研究与整机开发”项目成功启动。与会专家一致认为，我国丘陵山地农机发展水平落后，机械化进程缓慢，智能化水平较低等技术问题亟待解决[1]。丘陵山地拖拉机后悬挂技术控制着农具的升降，是保证机组作业质量的关键技术。

1 拖拉机后悬挂简介

拖拉机只有与相匹配的农机具安装在一起才可进行农业作业，比如将铧式犁与拖拉机安装在一起，则会组合形成拖拉机犁耕机组，将拖拉机与收割机安装在一起，则会组合形成拖拉机收割机机组等。拖拉机与农机具的安装方式一般分为3种模式：牵引式、悬挂式和半悬挂式[2]。

1.1 牵引式

由拖拉机牵引农机具进行农业作业，这类农机具结构复杂，需要手动操作，正在被逐渐取代，如牵引式播种机和收割机等。

1.2 悬挂式

农机具悬挂安装在拖拉机上方，作业人员通过控制提升机构或者操纵液压装置控制农具的升降，这类安装方式的特点是操作灵活、对作业场地要求不高，农机具结构紧凑，如悬挂式撒肥机等。

1.3 半悬挂式

拖拉机与农具的安装方式介于牵引式与悬挂式之间，在未作业前，农机具由液压结构悬挂置于拖拉机上方，在工作时，农机具通过机械结构下落到田地，由拖拉机牵引农具进行农田作业，这种安装方式结构简单，操作方便，正受到越来越多农户的欢迎，如半悬挂式播种机等。

拖拉机的液压系统是完成提升装置提升和下降的动作的动力源，农机具与拖拉机是通过提升装置（上拉杆、下拉杆和提升臂等）连接在一起的，农机具的上升和下降就等同于提升装置的动作[3]。根据农机具连接在拖拉机的不同位置，悬挂类型主要分为3类：前悬挂、后悬挂和独立悬挂，将农具安装在拖拉机后面称为后悬挂，它也是使用最广、最有效的方式[4]。目前，后悬挂系统主要分为两类：液压控制系统和电液控制系统。

2 后悬挂液压系统的应用与研究

作为拖拉机作业机组中的一个重要子系统，后悬挂液压系统是提供拖拉机牵引力的动力，将不同的农具与拖拉机组合安装在一起，可形成不同的拖拉机作业组，常用的有拖拉机与深耕犁组合成的拖拉机深耕犁机组等。

拖拉机后悬挂液压系统由油泵、分配器、液压缸以及辅件所组成[5]，如图1所示。驾驶员通过操作手柄来控制调节分配器的位置，从而根据液压油的流量与方向调节液压缸活塞的伸缩量，带动悬挂机构控制农具处于对应的工作位置。

在拖拉机后悬挂液压系统当中，通过后悬挂机械式控制机构（提升臂、上拉杆、下拉杆）完成农具的提升和下降，控制后悬挂液压系统的输入信号均是由驾驶员通过操作手柄和与之相连的杆件以位移的形式控制的，后悬挂液压系统的输出量则由连杆机构、弹簧、凸轮以及位移调节和阻力调节杆件机构转换为位移量，以此来实现后悬挂液压系统对农具位置的调节[6]。采用杆件以及弹性元件等机械结构控制后悬挂液压系统的方式，受弹性元件自身因素影响，会加速机械结构磨损，增大控制误差，降低控制精度。现如今，智能化的大功率低油耗的拖拉机将担当未来农用机械动力源的重要角色，传统的机械控制式的拖拉机后悬挂系统已经不符合现代农用机械的发展要求，会被时代所取代。

3 后悬挂电液控制系统的应用与研究

随着现代科技的进步，电子技术与现代控制技术开始逐渐被应用于拖拉机后悬挂控制系统中，机电液一体化技术是当前提高拖拉机性能的先进技术，特对是拓宽后悬挂控制系统功能的最佳选择方案[7]。随着人工智能设备在人类生活中的广泛应用，现代控制技术在拖拉机领域正被逐步推广，电子元件被广泛的应用于拖拉机中。单片机、PLC等电控元件在后悬挂系统中起着重要作用，电子信息技术占据主要位置，由电控箱、电路、传感器等电子元件智能控制提升装置的升降，正在被大范围的应用于拖拉机后悬掛系统中，

在现代拖拉机中，传感器技术得到了很好的应用。传感器技术是提升现代拖拉机智能化水平的关键技术[8]。传感器种类繁多，应用于后悬挂系统的传感器主要有：用于测量测速的速度传感器，用于测量拖拉机车身倾角的倾角传感器，用于测量拖拉机牵引力值的力传感器，传感器发送来的模拟量通过转换装置转换为数字量，将数字量值与实测值进行比较。若检测值超出设定值允许的误差范围，驱动控制装置会根据反馈信号调整农具的上升或下降，从而保证作业深度和牵引力控制在设定值允许的范围内。

相比传统的后悬挂液压系统，后悬挂电液控制系统主要由悬挂机构、液压泵、提升油缸、电控元件以及各种传感器组成，如图2所示。电控后悬挂液压系统充分利用传感器技术替代机械反馈传动机构，用控制电器元件替代操作手柄，减少了机械结构的连接，便于系统布置。

4 小结

智能农机将会是未来农用机械发展的主要方向，后悬挂系统作为拖拉机的重要组成部分，提升其智能化水平也是亟待解决的问题之一，本文比较分析了传统后悬挂液压技术与后悬挂电液技术，进一步说明，电控技术是发展山地拖拉机后悬挂系统的最佳方案。

参考文献

[1]王建鹏.丘陵山地拖拉机关键技术研究与整机开发项目启动[N].中国农机化导报，2016-09-20（1）.

[2]吕杰.农用拖拉机后悬挂液压系统的控制研究[D].秦皇岛：燕山大学，2016.

[3]李立.拖拉机后悬挂电液控制系统的研究[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学，2012.

[4] Mettala K，Djurovic M，Keuper G，et al.Intelligent Oil Flow Management with EFM：The Potentials of Electrohydraulic Flow Matching in Tractor Hydraulics[C].The Tenth Scandinavian International Conference on Fluid Power，SICFP07，Tampere，Finland，2014：25-34.

[5]冯春凌，徐书雷，徐培.从2013汉诺威国际农机展看国外拖拉机技术发展[J].拖拉机与农用运输车，2015（04）：1-4.

[6]吴清分.国外山地型多用途拖拉机产晶的技术发展[J].拖拉机与农用运输车，2011（12）：1-5.

[7]毛锐.比例阀控液压缸系统的非线性特性及控制方法研究[D]. 北京：北京理工大学硕士学位论文，2015：53-56.

[8]王涛，杨福增，王元杰.山地拖拉机车身自动调平控制系统的设计[J].农机化研究，2014（7）：232-235.

作者简介：李玲玲（1987-），女，吉林长春人，硕士研究生，主要从事农业信息化与自动化技术研究。endprint