多功能智能農機作業平臺研究

蔣榮妹

【摘 ?要】針對以上一系列棘手問題，研制一種低能耗、無污染、高效率的綠色環保、結構簡單、操作靈活并可實現遠程智能遙控的多功能智能農機作業平臺，對補強農業生產薄弱環節，全面促進我國農業機械化快速發展有著很強的現實和指導意義。

【關鍵詞】多功能;農機;平臺

近年來，隨著我國農業機械化和計算機云平臺數據處理技術的快速發展，智能化精準農業生產被逐步提上議程，國家對智慧農業、生態農業、綠色農業及精準農業的期許越來越高，但在現有的農業生產中，基于計算機云平臺數據采集的農業生產地理信息系統構建還不夠完備，可進行作物生產地理信息采集的智能化媒介裝備仍未成型，多數現有的農業裝備多為粗放型生產，無法進行有效的智能化時時信息采集，而通過人工取樣采集的數據多存在偏差較大、精準程度不足的問題，大大制約了智能化精準農業的有效推進。

1.多功能智能農機作業平臺設計要求

近年來隨著科技的不斷進步，我國越來越多農業領域已基本實現機械化生產，但是部分現有農業機械如配套傳統拖拉機的農機具在相對狹小的空間或分散地塊上無法有效地進行耕整、播種、田間管理等作業。因此，根據我國的實際國情出發，在設計中將機械設計與自動化控制等相關知識結合起來，設計一款靈活、多功能、經濟實用的多功能智能農機作業平臺。

結合我國目前多功能智能農機作業平臺的制作經驗，多功能智能農機作業平臺需要具備以下基本功能：

行走功能：多功能智能農機作業平臺要求能夠完成果園、林地的采摘運輸作業，果園、林地的地面結構比較復雜，平臺需要能夠方便、準確的在果園、林地靈活的行走，從而來實現果園、林地輔助管理機械的功能。獨立浮動雙側行走方式是平臺技術突破的核心，平臺兩側電機相互獨立，工作時不相互影響，從而實現平臺的移動與差速轉向。

田間管理作業功能：多功能智能農機作業平臺要求能夠適應芝麻等典型經濟作物的田間管理尤其是噴藥環節，由于此類作物的生長環境特殊，平臺需要能夠穩定地完成高地隙噴藥作業。平臺縱向高度可進行調節，帶有可拆卸的藥箱，能配套噴藥設備對芝麻，棉花等作物進行噴藥。拆下藥箱，降低高度后可配套農具，實現牽引功能。同時，機具整體橫向跨度也可進行調節，適用于不同作物的行距。

橫向縱向調節功能：基于目前果園、丘陵等地區地形復雜，作業環境多樣性的基本情況，多功能智能農機作業平臺為適應不同地段幅寬與離地間隙多變的情況，研制了作業幅寬更換的通用單體分離獨立控制機構，以滿足不同幅寬的作業要求。平臺由兩側的行走裝置與中間連接機架構成，通過中間連接機架的調節來實現平臺寬度與高低的調節。在對不同農作物進行生產作業時，根據農作物的種植寬度與生長高度，調節橫向跨度與縱向高度，實現模塊化組合。

無線遙控功能：多功能智能農機作業平臺具有自主研發的遙控裝置，能夠利用無線技術及配套操作系統實現100米范圍內無線遙控作業。并且平臺能夠通過控制液壓電磁閥兩端電磁鐵的開關量，來對液壓懸掛系統進行遠程調節，極大地提高液壓懸掛系統操作的舒適性和操縱簡便性以及實現迅速并且準確地使用和調節平臺的液壓懸掛系統，提高了生產效率和工作質量。

2.多功能智能農機作業平臺整體結構設計及工作原理

多功能智能農機作業平臺主要由行走裝置、驅動裝置、縱向高度調節裝置、可拆卸藥箱、橫向左右調節裝置、支撐輪等組成。

平臺的行走方式是履帶式，后面兩側分別有一個驅動輪，每個驅動輪和一個電動機通過鏈條連接，兩個電動機的鏈輪半徑相同，比驅動輪上的鏈輪半徑小。整個機器利用差速原理實現轉向，后退時利用電動機的反轉來實現。履帶上方是升降臺，用于整機的縱向高度調節和支撐機器上部的重量。主要的工作原理如下：

（1）用于噴藥時的工作原理

當多功能智能農機作業平臺實現噴藥功能時，升降臺上板安裝有四根支撐軸，整機為高地隙動力平臺，中間放置可拆卸的藥箱。機器上部安裝三點懸掛裝置，用來配套噴藥設備。機器中間可通過作物，通過調節升降臺和輪距，可以適應不同的作物。

（2）用于牽引時的工作原理

當多功能智能農機作業平臺實現牽引功能時，拆下升降臺上部的方軸、藥箱和上部的懸掛架。把升降臺降到最低，機器頂部鋼板直接和升降臺上板連接，安裝用于牽引的懸掛裝置。

3.多功能智能農機作業平臺傳動系統方案設計

現在已經發現相對成熟的多功能平臺基本都是輪式的，而且這些機器的動力傳動系統都是利用現有的純電動汽車的動力傳動系統。多功能智能農機作業平臺是采用履帶式行走方式。有三種可應用于多功能智能農機作業平臺的傳動系統，對此進行研究確定采用之中最適合多功能智能農機作業平臺的方案。

第一種方案是直線行駛電動機和轉向電動機相結合的驅動傳動系統

傳動系統是可應用在履帶式多功能智能農機作業平臺的傳動裝置系統，在此系統中，多功能智能農機作業平臺的直駛和轉向是相互獨立的，既能夠保證整機直線行駛的穩定性，又易于整機轉向的控制。當需要轉向時，轉向電機所輸出的動力促使錐齒輪轉動并因而產生兩個完全相反的旋轉方向經由傳動軸傳遞到外圍的行星齒輪上，使其一端履帶加速運動，一端履帶減速運動，從而產生速度差，實現了多功能平臺的轉向運動。這個方案有一個很大的弊端，在多功能智能農機作業平臺需要轉向運動時由于轉向功率流和直線行駛功率流分別獨立輸出，且轉向功率單憑轉向電機給予，使其操控難度較高不易控制且對電機的結構和配置要求過高增加了設計成本，并且由于安裝了轉向驅動軸和直駛驅動軸，增加了整機空間布置的難度，降低了整機的空間利用率。

第二種方案是單電動機驅動的動力傳動系統

一種單電機動力傳動系統。這個系統的工作原理是電動機的動力經由機械傳動裝置（可由帶傳動、變速箱、減速器和錐齒輪齒輪箱等任意組合而成）后，再通過履帶式平臺的轉向機構傳遞給兩側的驅動輪。這個方案雖然節省空間，但機械傳動裝置的存在使多功能平臺無法做到針對不同農作物進行生產作業時，根據農作物的種植寬度與生長高度，調節橫向跨度與縱向高度，實現模塊化組合，并且成本太高并且安裝難度較大，設計周期太長。

第三種方案是雙電動機同步驅動傳動系統

雙電機同步驅動傳動系統中，兩側的電動機上有鏈輪，驅動輪上也有鏈輪，電動機通過鏈條與鏈輪連接。這樣把電機的動力直接傳遞給驅動輪，能夠盡可能地使平臺輸出更大的牽引力。在整車轉向方面，兩條履帶的速度差就需要依靠控制系統調節兩側電動機的轉速來實現。這種傳動系統方案無差速器、變速箱、中央傳動、末端傳動，結構簡單，可靠性強，并且占用空間比較小。

4.多功能智能農機作業平臺能量源的選取

多功能智能農機作業平臺采用電能作為驅動能源，具有綠色環保、智能高效的特點。在構建整個多功能智能農機作業平臺的過程中，能量源的種類對電機運轉起到了至關重要的作用。我們可將以上幾種電池分為兩大類一類是可循環利用類能量源，另一類是不可循環利用類能量源，即便不可循環類能量源有點多，例如燃料電池具有極高的能效和極低的排放多種有點，卻因為使用成本和后期的維護較高而難以在多功能智能農機作業平臺中使用。對于多功能智能農機作業平臺來說并不適用。經過測評后我們發現，超級電容器和超高速飛輪雖說其有點較多，例如可循環利用次數較多，效能極高，但是由于它裝置操作過于困難，構造成本極高，對于多功能智能農機作業平臺不實用，所以我們需要將目光之中到電化學蓄電池上。

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（作者單位：廣西桂林咸水鎮農業服務中心）