多功能底盘技术研究方法可行性探索

王立军　靳晓燕　陈宝昌　李存斌　孙士明

摘 要：为突破传统农用动力拖拉机的应用技术瓶颈问题，以填补我国农用多点悬挂、全方位液压电力多形式动力输出多功能底盘技术及关键配套机具空白为目的，满足农机化新技术对高性能供电系统、高性能液压动力输出系统、高性能悬挂系统动力底盘及与之配套的关键田间作业功能部件的迫切需求，为变量作业技术、智能监控技术、信息化技术在农业机械上的应用消除了一项瓶颈问题。文中通过探索农用多点悬挂、全方位动力输出多功能底盘技术及关键配套机具的可行性研究方法，以期给国内同行在多功能底盘技术的后续研究和应用提供借鉴与参考。

关键词：多功能底盘;多点悬挂;多点动力输出;电液驱动

中图分类号：S220.3文献标识码：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2019.08.008

0 引言

我国传统农用动力拖拉机，与之配套的农机具多采用后悬挂（国外有少数拖拉机配前悬挂系统），动力输出都为机械输出轴，此类悬挂和动力输出方式存在的问题是：（1）与此类拖拉机配套的农机具必须自成一体，拖拉机与农具的融合度较低，无法将药箱、肥箱、种箱等承装或载重类部件安装在拖拉机底盘中上部，比如播种机的肥箱、种箱，植保机械的药箱必须配置到农机具上，因此带来的是拖拉机纵向稳定性降低的问题;（2）动力输出轴转速为固定值，与之配套农具需要配置变速箱，且速度调整很难做到无极变速;（3）悬挂在拖拉机后部的农具由于距离拖拉机转向轮较远，拖拉机行进方向的不稳定性会较大程度的影响播种、耕作类机械的对行精度和耕深精度;（4）动力输出只能连接一个功能件，无法适应多功能联合作业时对多条件多点动力输出的要求;（5）拖拉机轮距调整为人工调换轮辐的安装方向，而且轮距不能够无级调整;（6）传统拖拉机地隙已经满足不了作物中后期田间管理作业的需求;（7）传统拖拉机皆为前轮转向，转弯半径较大，无法适应地头区域比较狭窄的地块作业需求;（8）传统拖拉机与农业装备新技术兼容性差，很难在其上做与新技术含量较高的农机具改造;（9）几乎不可能把农机装备新技术移动试验台架、移动试验平台、移动试验站设计在传统拖拉机上。因此，研究开发静液压驱动多点悬挂（前中后）、全方位动力输出底盘是一种可拓展性很强的全新底盘，可以从根本上解决上述问题，为农业装备智能化、信息化、集约化、节能节本增效和新技术的综合应用提供可扩展性的基础动力平台，为农具技术进步解决了瓶颈问题同时又研发出与之配套的关键农机具，为田间作业农机装备创新技术构建了一个与传统拖拉机技术路线平行的新技术试验平台。

国外发达国家部分厂家的拖拉机有配置前后双悬挂双动力输出的产品，美国CASE、John Deere、爱科.维美德等公司，而静液压驱动的底盘很少，即便是有也多为专用底盘，比如美国CASE、John Deere、丹麦Hadi的自走喷雾机专用底盘的液压驱动闭式系统的高压泵、行走马达和驱动桥技术已非常成熟，行走、转向、地隙和轮距调整均采用静液压驱动、四轮独立驱动和悬挂，全智能化操纵。高地隙底盘配套的喷雾系统普遍集成机电液一体化、精准控制、高精度定位与变量作业等技术。如美国Hagie公司的驱动STS16型自走式喷雾机配备300马力发动机，离地间隙可达2 m以上，幅宽可达40 m，药箱容积6058 L，配备欧洲“Green Star”施药系统，采用卫星定位、自主导航及变量施药方式作业，保证了高精度施药性能。丹麥Hardi公司的Alpha4100型自走式施药机，采用双气流辅助喷雾技术可减少药液飘移、作业速度提高一倍以上、节省农药30%以上。

综上所述，研发农用多点悬挂、全方位动力输出多功能底盘技术及关键配套机具可填补我国农用多点悬挂、全方位液压电力多形式动力输出多功能底盘技术及关键配套机具空白，满足农机化新技术对高性能供电系统、高性能液压动力输出系统、高性能悬挂系统动力底盘及与之配套的关键田间作业功能部件的迫切需求，为变量作业技术、智能监控技术、信息化技术在农业机械上的应用消除了一项瓶颈问题。

1 与多功能底盘相融合的功能部件技术解析

（1）高速精量播种关键部件及智能监控技术。本项技术应着重解决作物不同播种方式、种植参数对机械化高速播种与农艺适应性问题;研究种子特性与高速排种防损伤机理相适应的低伤种率问题;研究漏播堵塞故障诊断技术，保证高速作业播种质量;研究高速播种单体仿形技术，实现播深一致性精确调控。

（2）精量施药技术。以主粮、经济作物为作业对象，探索雾滴在生长中后期冠层中的运移、穿透与沉积机理，研究雾滴防漂移和均匀沉积的精准施药技术和最佳喷雾模式优化技术，研发基于不同生长期形态和实时作业环境信息反馈的精准施药调控技术，开发在线变量混药、大幅宽喷杆动态调平、基于智能控制的作业质量监测控制技术。

（3）精量配混深施肥技术。研究智能控制技术驱动计量排肥装置动态控制排肥量的方法;研究利用气流实现固态肥的输送、防沉降结团、混拌及均匀分配技术。

（4）精准耕耘变量施肥技术。针对农田耕耘施肥精量化程度低的问题，研究低阻脱附节能作业技术;研究基于农田环境和作物信息反馈与机具之间的交互关系解决现有耕作机具中存在的精量化程度低和效率低等问题。

2 与多功能底盘相融合的功能部件可行性研究

首先从模块化、整机优化及轻量化技术研究入手，分析市场需求，确定整机方案与明确设计目标，构建模块与子系统功能定义、模块通用性与互换性定义两个任务体系，通过结构布局拓扑优化、模块与系统优化、加工材料与工艺优化研究方法，建立整机设计集成平台同时考虑轻量化设计要求，形成整机总体设计方案。

其次以总体方案为基础，进一步确定高地隙底盘和系列多功能机具的结构参数与动力匹配参数，在整机设计方案参数确定的同时做充分的整机工作稳定性、可靠性和耐久性分析;集成高地隙静液压底盘与动力输出技术、精量施药技术、固液态肥精量配混施肥技术、精准耕耘施肥技术等关键共性技术，搭建多功能整机集成平台;集成高地隙静液压驱动智能控制模块、精准施药控制模块、精量施肥控制模块、在线反馈质量监控模块，开发整机智能控制系统及整机作业质量监控系统，实现整机智能控制与作业质量监控。

最后在各模块开发过程中构建各功能部件试验测试平台、各性能评价指标与可靠性评价方法，对行驶速度、转向性能、动力输出、牵引性能、极限负载、偏载工况、播种性能、耕耘性能、施药性能、配混肥性能、施肥性能、除草性能、培土性能等进行充分测试，形成综合测试性能试验报告，为改进优化设计提供可靠数据支撑。

3 与多功能底盘相融合的整机研究方法

本研究方法在研究的关键技术基础上，将先进成果整合集成，借助虚拟现实技术建立配套装置及整机仿真模型，针对整机工作工况分别模拟各项性能仿真测试，实现整机动力系统参数优化;利用硬件在环仿真系统实现基于整机工况模拟的精准耕耘、精量播种、精量施药、混配施肥、气流辅助、静电喷雾、精量配混过程中整机控制器、电机控制器等电控系统的仿真测试及各系统优化设计;在各关键总成及其控制器性能优化基础上，完成各功能的关键部件模块化设计及整机匹配集成;最后借助整机试验测试，完成整机的性能评估及定型设计。在该过程中，课题利用虚拟仿真技术、硬件在环技术、整机试验技术等技术手段，逐步完成整机由前期设计到定型样机的设计，技术路线环环相扣、由仿真到试验、由虚拟到样机，最终实现物理样机、试验样机和定型样机的整机集成制造，从技术路线及方案设计方面保证了课题的顺利执行。

試验方案环节：以样机性能及可靠性为测试目标，在关键零部件、关键总成、整机等环节进行包括振动噪声试验、台架试验、整机性能试验、整机安全性试验等在内的各项试验测试，针对试验中所暴露的问题进行整改，从而提高整机各项性能指标及可靠性。试验方案设计几乎包括了研发、生产过程所需要的全部试验测试，试验方案全面、合理、满足课题在试验环节方面的要求，利用试验、检测设备，构建测试试验平台，运用计算机测控技术、半物理仿真测试技术、网络测试技术等方法进行关键装置的性能和可靠性试验，并针对试验中所暴露的问题进行整改。从试验方面保证研究的顺利开展。

参考文献：

[1] 刘茂成，梁天航 ，陈奕颖.变量施肥自动控制技术的研究现状与发展趋势[J].农业与技术，2015.

[2] 袁永伟，弋景刚， 吴红雷，等.多功能农用底盘结构设计及关键技术研究[J].江苏农业科学，2017（13）.

[3] 李维江.我国植保机械与施药技术现状及发展措施[J]. 农业与技术，2017（22）.