乘坐式多功能農用車設計與試驗

夏琪瑋， 陳勇帥， 俞利閏， 夏保升， 夏金邦， 武彩英

（浙江星萊和農業裝備有限公司，浙江 永康 321300）

0 引言

2020 年，我國水稻播種面積為3 007.6 萬hm2，占糧食作物播種面積的25.8%，水稻產量為21 186 萬t，占糧食總產量的31.6%，是我國主要的糧食作物[1]。農業的根本出路在于機械化，而水稻種植機械化是水稻生產全程機械化的關鍵。目前，在3 大水稻播種機械中，乘坐式高速插秧機（以下簡稱高速插秧機）具有節省人工、節約生產成本、提高工作效率、降低勞動強度、提高栽插作業質量和增產增收等優勢，是國家農機購置補貼重點支持和推廣的品類[2]。

水稻一年最多可以種3 季，使用高速插秧機種植水稻，每季作業時間約20 d，全年使用時間20～60 d，大部分時間處于閑置狀態。為了降低農戶的生產成本、提高農民收入，并增加高速插秧機使用時間，提高利用效率，浙江星萊和農業裝備有限公司研發了一款用高速插秧機底盤搭載耕、種、管、收功能部件的乘坐式多功能農用車。通過重新設計高速插秧機底盤上的變速箱，使其擁有兩根動力輸出軸，農用車可以懸掛不同功能的作業機具。該產品已申請5 項實用新型專利和3 項發明專利，其中已授權4 項實用新型專利[3-6]。

1 研究內容

目前，市場上高速插秧機的變速控制基本由液壓無級變速器和發動機油門共同組成，即發動機輸出的動力通過膠帶傳輸至液壓無級變速器，再由液壓無級變速器傳輸至變速箱，經過變速箱內齒輪副的轉換，分別輸出給四輪驅動及插植動力輸出軸[7]。高速插秧機為了保障插植穴距的一致性，在同一穴距擋位時，插植速度與行走速度必須相關聯，即行走速度加大則插植速度等比例加大，行走速度減小則插植速度也等比例減小。

耕整機具（旋耕機、打漿機、旱田開溝機）進行作業時，不管行走部件速度如何，耕整部件都需保持一定的轉速，耕整輸入轉速與行走速度不能相關聯。這就意味著目前市場上高速插秧機的插植輸出軸不能同時滿足插植與耕整作業的需求。同時，高速插秧機變速箱內齒輪、插植動力輸出軸及相關零件的設計強度僅能滿足插秧作業，并不能長時間滿足耕整作業。基于上述原因，耕整機具與插植、栽種機具無法共用一根動力輸出軸。因此，乘坐式多功能農用車以高速插秧機底盤為行走部件，設計了兩根動力輸出軸，一根用于驅動耕整機具，另一根用于驅動插植、栽種機具。

2 實施方案

在原有高速插秧機底盤的基礎上，變速箱右箱體外側增設變速箱右蓋，內部設置減速齒輪副及離合器；修改后橋中間齒輪箱，增設耕整齒輪箱蓋及減速齒輪副。發動機運轉時，輸出的動力通過同一膠帶傳動分別傳輸至液壓無級變速器和耕整輸入軸，經過系列齒輪副轉換，分別輸出至四輪驅動、插植動力輸出軸和耕整動力輸出軸。乘坐式多功能農用車傳動系統結構如圖1 所示，主要技術參數如表1 所示。

表1 乘坐式多功能農用車主要技術參數Tab. 1 Main technical parameters of riding multi-function agricultural vehicle

圖1 乘坐式多功能農用車傳動系統結構Fig. 1 Transmission system structure of riding multi-function agricultural vehicle

2.1 插植、行走動力傳輸路線

液壓無級變速器將動力傳輸至變速箱，經過變速箱內齒輪副組合的轉換，輸出至插植動力輸出軸、左右前輪軸和后橋動力輸出軸，后橋動力輸出軸輸出的動力再經后橋齒輪箱內齒輪副轉換輸出至左右后輪軸。此時，插植動力輸出軸的轉速和前后輪軸的轉速相關聯，都由液壓無級變速器和發動機油門控制。

2.2 耕整動力傳輸路線

耕整輸入軸傳遞的動力經過變速箱右箱蓋內齒輪副的減速傳輸至中間軸，再經過后橋中間齒輪箱內齒輪副的減速傳遞至耕整動力輸出軸。此時，耕整動力輸出軸的動力來源于發動機，其速度與農用車行走速度無關，直接由發動機油門控制。

3 主要功能

乘坐式多功能農用車以高速插秧機底盤為行走部件，可搭載懸掛式耕整、種植、管理、收獲及輔助5 種功能機具，如圖2 所示。其中，適用的耕整機具有旋耕機、水田打漿機、旱地開溝機等，與農用車耕整動力輸出軸連接。適用的種植機具有插秧機和直播機，與農用車插植動力輸出軸連接。適用的管理機具有撒肥機、噴藥機，與耕整動力輸出軸連接；除草機和水田開溝器，無須連接動力輸出軸，掛接后隨農用車行駛工作。適用收獲機具有谷物收割機、馬鈴薯收割機等，與農用車耕整動力輸出軸連接。適用的輔助機具有翻斗車，用于運輸秧苗、化肥等至作業田塊。部分作業機具主要技術參數如表2 所示。

表2 部分作業機具主要技術參數Tab. 2 Main technical parameters of some work tools

圖2 乘坐式多功能農用車主要配套機具Fig. 2 Main supporting farm tools of riding multi-function agricultural vehicle

4 試驗及應用

4.1 試驗

2021 年9 月，浙江星萊和農業裝備有限公司技術人員在乘坐式多功能農用車后掛接旋耕機和旱田開溝機，分別進行了200 h 的可靠性、耐久性試驗，結果顯示耕整動力輸出軸能夠滿足連續、高強度的動力傳輸工作，相關齒輪、軸類零件也未見異常情況。之后，技術人員又在農用車后掛接水田開溝機、中耕除草機、噴藥機、撒肥機等作業機具進行試驗，作業效果良好。同年12 月，公司在湖南省舉辦了乘坐式多功能農用車演示會。演示會上，技術人員與參會農戶一起駕駛農用車，體驗旱田開溝、旋耕、撒肥、噴藥和插秧等作業過程，作業效果獲得農戶認可。乘坐式多功能農用車作業現場如圖3 所示。

圖3 乘坐式多功能農用車作業場景Fig. 3 Operation site of riding multi-function agricultural vehicle

4.2 應用

在我國，丘陵、山地占陸地面積比例超過50%的省份多達19 個，廣泛分布在中南、東南、西南和西北地區。受到地理條件、耕作方式、種植規模、交通條件等多種因素的制約，平原中大型機械很難應用于丘陵、山地，適應丘陵、山地作業的農業機具供給嚴重不足。國務院印發的《關于加快推進農業機械化和農機裝備產業轉型升級的指導意見》明確提出，重點支持丘陵山區開展農田“宜機化”改造，加快補齊丘陵、山區農業機械化基礎條件薄弱的短板。丘陵山區農田宜機化改造工作納入國家層面予以重視和部署。浙江星萊和農業裝備有限公司研發的乘坐式多功能農用車可通過懸掛不同作業機具實現一機多用，特別適合丘陵、山區及小塊農田，幫助農戶降本增收，推廣應用前景廣闊。

5 結束語

水稻生產全程機械化是穩定水稻生產、增加農民收入的重要措施，是提高水稻產量、實現糧食安全的重要保障。以高速插秧機底盤為行走部件設計的乘坐式多功能農用車，通過搭載不同的作業機具，具備耕整、種植、管理、收獲及輔助5 種功能，初步實現了水稻耕、種、管、收全程機械化，幫助農民減輕勞動強度，實現增產增收，同時提高了高速插秧機利用率。田間作業效果良好，獲得農民的認可，在我國水稻種植區，尤其是丘陵、山區水稻種植區應用前景廣闊。