丘陵山地拖拉機后懸掛技術的應用與研究

李玲玲++李廣宇++徐峰++張云碩++孟長伊

摘 要：大幅度提高山地拖拉機的耕作效率一直是農業生產者的使用需求，丘陵山地拖拉機后懸掛系統作為拖拉機進行農業生產的關鍵部分，已然成為研究問題的重要部分。本文介紹了后懸掛液壓系統與電液控制系統的應用與研究，比較分析了電液控制系統的優點，進一步說明智能拖拉機是未來農業生產的關鍵動力源。

關鍵詞：山地拖拉機；后懸掛系統；控制技術

中圖分類號：S222 文獻標識碼：A DOI：10.11974/nyyjs.20171132022

引言

我國地型復雜多樣，特別是丘陵山地面積占有量大，目前，用于丘陵山地作業的農機具主要是一些小型拖拉機，這些拖拉機動力小，作業效率低，專業型山地拖拉機占有量少。無論在發展規模上、發展水平上還是發展速度上，丘陵地區的農機化發展水平滯后于平原地區幾十年，導致我國農業機械發展極度不平衡。受地形因素的影響，國內外對丘陵山地農機化的發展模式都沒有找到合適的解決方法，丘陵山地農機化發展水平也是我國農業機械發展的面臨的一大難題，是亟待解決的一項技術難題。

2016年9月12日，國家科技部重點研發計劃“智能農機裝備”中重點專項“丘陵山地拖拉機關鍵技術研究與整機開發”項目成功啟動。與會專家一致認為，我國丘陵山地農機發展水平落后，機械化進程緩慢，智能化水平較低等技術問題亟待解決[1]。丘陵山地拖拉機后懸掛技術控制著農具的升降，是保證機組作業質量的關鍵技術。

1 拖拉機后懸掛簡介

拖拉機只有與相匹配的農機具安裝在一起才可進行農業作業，比如將鏵式犁與拖拉機安裝在一起，則會組合形成拖拉機犁耕機組，將拖拉機與收割機安裝在一起，則會組合形成拖拉機收割機機組等。拖拉機與農機具的安裝方式一般分為3種模式：牽引式、懸掛式和半懸掛式[2]。

1.1 牽引式

由拖拉機牽引農機具進行農業作業，這類農機具結構復雜，需要手動操作，正在被逐漸取代，如牽引式播種機和收割機等。

1.2 懸掛式

農機具懸掛安裝在拖拉機上方，作業人員通過控制提升機構或者操縱液壓裝置控制農具的升降，這類安裝方式的特點是操作靈活、對作業場地要求不高，農機具結構緊湊，如懸掛式撒肥機等。

1.3 半懸掛式

拖拉機與農具的安裝方式介于牽引式與懸掛式之間，在未作業前，農機具由液壓結構懸掛置于拖拉機上方，在工作時，農機具通過機械結構下落到田地，由拖拉機牽引農具進行農田作業，這種安裝方式結構簡單，操作方便，正受到越來越多農戶的歡迎，如半懸掛式播種機等。

拖拉機的液壓系統是完成提升裝置提升和下降的動作的動力源，農機具與拖拉機是通過提升裝置（上拉桿、下拉桿和提升臂等）連接在一起的，農機具的上升和下降就等同于提升裝置的動作[3]。根據農機具連接在拖拉機的不同位置，懸掛類型主要分為3類：前懸掛、后懸掛和獨立懸掛，將農具安裝在拖拉機后面稱為后懸掛，它也是使用最廣、最有效的方式[4]。目前，后懸掛系統主要分為兩類：液壓控制系統和電液控制系統。

2 后懸掛液壓系統的應用與研究

作為拖拉機作業機組中的一個重要子系統，后懸掛液壓系統是提供拖拉機牽引力的動力，將不同的農具與拖拉機組合安裝在一起，可形成不同的拖拉機作業組，常用的有拖拉機與深耕犁組合成的拖拉機深耕犁機組等。

拖拉機后懸掛液壓系統由油泵、分配器、液壓缸以及輔件所組成[5]，如圖1所示。駕駛員通過操作手柄來控制調節分配器的位置，從而根據液壓油的流量與方向調節液壓缸活塞的伸縮量，帶動懸掛機構控制農具處于對應的工作位置。

在拖拉機后懸掛液壓系統當中，通過后懸掛機械式控制機構（提升臂、上拉桿、下拉桿）完成農具的提升和下降，控制后懸掛液壓系統的輸入信號均是由駕駛員通過操作手柄和與之相連的桿件以位移的形式控制的，后懸掛液壓系統的輸出量則由連桿機構、彈簧、凸輪以及位移調節和阻力調節桿件機構轉換為位移量，以此來實現后懸掛液壓系統對農具位置的調節[6]。采用桿件以及彈性元件等機械結構控制后懸掛液壓系統的方式，受彈性元件自身因素影響，會加速機械結構磨損，增大控制誤差，降低控制精度。現如今，智能化的大功率低油耗的拖拉機將擔當未來農用機械動力源的重要角色，傳統的機械控制式的拖拉機后懸掛系統已經不符合現代農用機械的發展要求，會被時代所取代。

3 后懸掛電液控制系統的應用與研究

隨著現代科技的進步，電子技術與現代控制技術開始逐漸被應用于拖拉機后懸掛控制系統中，機電液一體化技術是當前提高拖拉機性能的先進技術，特對是拓寬后懸掛控制系統功能的最佳選擇方案[7]。隨著人工智能設備在人類生活中的廣泛應用，現代控制技術在拖拉機領域正被逐步推廣，電子元件被廣泛的應用于拖拉機中。單片機、PLC等電控元件在后懸掛系統中起著重要作用，電子信息技術占據主要位置，由電控箱、電路、傳感器等電子元件智能控制提升裝置的升降，正在被大范圍的應用于拖拉機后懸掛系統中，

在現代拖拉機中，傳感器技術得到了很好的應用。傳感器技術是提升現代拖拉機智能化水平的關鍵技術[8]。傳感器種類繁多，應用于后懸掛系統的傳感器主要有：用于測量測速的速度傳感器，用于測量拖拉機車身傾角的傾角傳感器，用于測量拖拉機牽引力值的力傳感器，傳感器發送來的模擬量通過轉換裝置轉換為數字量，將數字量值與實測值進行比較。若檢測值超出設定值允許的誤差范圍，驅動控制裝置會根據反饋信號調整農具的上升或下降，從而保證作業深度和牽引力控制在設定值允許的范圍內。

相比傳統的后懸掛液壓系統，后懸掛電液控制系統主要由懸掛機構、液壓泵、提升油缸、電控元件以及各種傳感器組成，如圖2所示。電控后懸掛液壓系統充分利用傳感器技術替代機械反饋傳動機構，用控制電器元件替代操作手柄，減少了機械結構的連接，便于系統布置。

4 小結

智能農機將會是未來農用機械發展的主要方向，后懸掛系統作為拖拉機的重要組成部分，提升其智能化水平也是亟待解決的問題之一，本文比較分析了傳統后懸掛液壓技術與后懸掛電液技術，進一步說明，電控技術是發展山地拖拉機后懸掛系統的最佳方案。

參考文獻

[1]王建鵬.丘陵山地拖拉機關鍵技術研究與整機開發項目啟動[N].中國農機化導報，2016-09-20（1）.

[2]呂杰.農用拖拉機后懸掛液壓系統的控制研究[D].秦皇島：燕山大學，2016.

[3]李立.拖拉機后懸掛電液控制系統的研究[D].哈爾濱：哈爾濱工業大學，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]馮春凌，徐書雷，徐培.從2013漢諾威國際農機展看國外拖拉機技術發展[J].拖拉機與農用運輸車，2015（04）：1-4.

[6]吳清分.國外山地型多用途拖拉機產晶的技術發展[J].拖拉機與農用運輸車，2011（12）：1-5.

[7]毛銳.比例閥控液壓缸系統的非線性特性及控制方法研究[D]. 北京：北京理工大學碩士學位論文，2015：53-56.

[8]王濤，楊福增，王元杰.山地拖拉機車身自動調平控制系統的設計[J].農機化研究，2014（7）：232-235.

作者簡介：李玲玲（1987-），女，吉林長春人，碩士研究生，主要從事農業信息化與自動化技術研究。endprint