基于數(shù)智化的平原地區(qū)中耕青貯一體化收獲機創(chuàng)新設(shè)計

關(guān)鍵詞：中耕青貯；數(shù)智化；一體化；智慧農(nóng)機；平原地區(qū)

引言

糧食安全是國家安全的重要基礎(chǔ)保障，而智能農(nóng)機裝備是農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要支柱。在 2024 年10 月，我國農(nóng)業(yè)農(nóng)村部印發(fā)了《全國智慧農(nóng)業(yè)行動計劃（2024—2028 年）》，文件中強調(diào)要提升農(nóng)機裝備研發(fā)應(yīng)用水平，探索智慧農(nóng)業(yè)未來方向[1]。智能農(nóng)機的應(yīng)用被認(rèn)為是在實現(xiàn)可持續(xù)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方面發(fā)揮關(guān)鍵作用的技術(shù)之一，可滿足農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與發(fā)展需求，同時可減少對環(huán)境的影響。能有效滿足農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與發(fā)展的實際需求，并在同時顯著降低對環(huán)境的負(fù)面影響。中耕培土作為田間管理中一項重要的耕作技術(shù)，是我國傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)精耕細(xì)作的重要組成部分，也是農(nóng)民增產(chǎn)增收的一個必要因素[2]。在中耕培土作業(yè)過程中，利用培土裝置將土壤進(jìn)行銑削加工，完成碎土、除草、開溝作業(yè)，并將打碎的土壤拋送至作物根部附近，實現(xiàn)培土功能。增強土壤通氣、透氣性，有利于保持地溫，使土壤具有較好的蓄水保肥性。而中耕作業(yè)后，青貯則可以提升農(nóng)田的有機質(zhì)和土壤肥力，提升土地的利用效率，強化農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的可持續(xù)性。青貯收獲作業(yè)是一種將青貯飼料收割后通過厭氧發(fā)酵保存新鮮植物原料的農(nóng)業(yè)技術(shù)，旨在解決飼料季節(jié)性供應(yīng)不平衡問題[3]。青貯飼料作為牲畜類飼料重要組成成分，在解決牛羊飼料中起到至關(guān)重要的作用。

智能農(nóng)機技術(shù)不僅能夠?qū)崿F(xiàn)耕地精細(xì)化管理與可持續(xù)生產(chǎn)，還能顯著降低農(nóng)業(yè)活動對生態(tài)環(huán)境的負(fù)面影響，提高工作效率，成為破解現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展難題的關(guān)鍵技術(shù)體系。在中耕作業(yè)環(huán)節(jié)中，智能農(nóng)機的應(yīng)用價值尤為凸顯，通過松土、除草、培土等措施改善土壤物理結(jié)構(gòu)、加速養(yǎng)分循環(huán)并增強作物抗逆性，直接提升產(chǎn)量與質(zhì)量；與之形成作業(yè)協(xié)同的青貯作業(yè)，作為畜牧業(yè)飼料中的重要支撐，青貯作業(yè)保障了牛羊等牲畜的飼料安全，則在提升土壤有機質(zhì)含量、改善土地肥力方面發(fā)揮關(guān)鍵作用。青貯收獲技術(shù)通過機械收割與儲存發(fā)酵，既解決了飼料季節(jié)性供應(yīng)失衡的難題，又實現(xiàn)了農(nóng)作物殘余資源的高效轉(zhuǎn)化。

一、設(shè)計學(xué)視域下數(shù)智化技術(shù)與農(nóng)機裝備創(chuàng)新的雙向賦能

設(shè)計學(xué)是一門以創(chuàng)造性思維為內(nèi)核，融合技術(shù)手段與系統(tǒng)方法的交叉性學(xué)科，致力于探究人、物、環(huán)境及社會之間的復(fù)雜關(guān)系網(wǎng)絡(luò)及其優(yōu)化路徑，其研究范疇不僅涵蓋“如何設(shè)計”的實踐維度，還延伸至設(shè)計理論嬗變、歷史演進(jìn)、方法論體系構(gòu)建，設(shè)計作為人類創(chuàng)造性的造物活動，雖然有精神性的影響，但是它揭示了人類思維領(lǐng)域創(chuàng)造性活動的本質(zhì)，決定的第一要義是功能性以及文化價值傳導(dǎo)與社會影響評估等深層學(xué)術(shù)領(lǐng)域[4]。像可持續(xù)設(shè)計對于我國民間節(jié)日的保護(hù)和傳承進(jìn)行了新的探索等[5]。設(shè)計學(xué)作為貫通全流程的學(xué)科，通過功能迭代、美學(xué)表達(dá)、技術(shù)整合、藝術(shù)哲思等多維坐標(biāo)系的協(xié)同作用，構(gòu)建以用戶需求為核心、以系統(tǒng)性創(chuàng)新為驅(qū)動的解決方案范式。

數(shù)智化是數(shù)字化和智能化的結(jié)合的思想產(chǎn)物，最初可追溯到20世紀(jì)六七十年代左右。從本質(zhì)上來說，數(shù)智化和數(shù)字化之間的關(guān)系是相得益彰的[6]。隨著信息技術(shù)與創(chuàng)新科技的不斷進(jìn)步，涌現(xiàn)出大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)等新興技術(shù)，數(shù)智賦能成為知識創(chuàng)新的新議題。在互聯(lián)網(wǎng)移動的高速發(fā)展應(yīng)用中，各行業(yè)都已邁入數(shù)字化制造的新階段。其中，物聯(lián)網(wǎng)和人工智能，迅速向制造業(yè)方面滲透，并開啟了第4 次工業(yè)革命，全面進(jìn)入數(shù)智化時代。

在農(nóng)業(yè)機械化向現(xiàn)代化轉(zhuǎn)型的進(jìn)程中，設(shè)計學(xué)具有很強的時代性，現(xiàn)代工業(yè)設(shè)計主要通過結(jié)構(gòu)、工藝優(yōu)化、材料、形態(tài)和色彩的有機結(jié)合對產(chǎn)品進(jìn)行創(chuàng)新和品質(zhì)提升，隨著計算機技術(shù)和信息技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代工業(yè)設(shè)計又涵蓋了人機交互設(shè)計、信息產(chǎn)品設(shè)計、用戶體驗與產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計等，更大程度上增加工業(yè)設(shè)計對農(nóng)機創(chuàng)新設(shè)計的可能性。特別是近年來，隨著數(shù)字孿生、人工智能等數(shù)智化技術(shù)或基于可拓學(xué)的深度融合[7]，農(nóng)機裝備已突破單一機械功能的局限，逐步演進(jìn)為集成感知、決策與執(zhí)行的智能農(nóng)業(yè)系統(tǒng)。

數(shù)智化的發(fā)展是蓬勃新生的，而在農(nóng)機智能制造業(yè)方面，數(shù)智化的演進(jìn)與工業(yè)4.0 時代緊密融合，體現(xiàn)了農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的水平，而當(dāng)今數(shù)智化應(yīng)創(chuàng)新加快推動新質(zhì)生產(chǎn)力的發(fā)展，智能AIGC 不斷的換代升級，數(shù)智化也呈現(xiàn)出如日方升的狀態(tài)。數(shù)智化技術(shù)與農(nóng)機裝備的協(xié)同演進(jìn)中已成為推動農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化轉(zhuǎn)型的核心驅(qū)動力，通過深度融合物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等新興信息技術(shù)，傳統(tǒng)農(nóng)機裝備逐步發(fā)展為具有環(huán)境感知、智能決策與精準(zhǔn)調(diào)控功能的復(fù)合型生產(chǎn)系統(tǒng)。現(xiàn)階段，農(nóng)機數(shù)智化發(fā)展仍面臨農(nóng)機機組繁瑣復(fù)雜、農(nóng)村數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)滯后等現(xiàn)實問題，數(shù)智化技術(shù)與數(shù)字孿生模型的深入應(yīng)用，為農(nóng)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展提供持續(xù)動能。

二、中耕機與青貯收獲機的研究現(xiàn)狀

我國農(nóng)業(yè)機械化發(fā)展呈現(xiàn)區(qū)域差異化特征。我國幅員遼闊，但平原地區(qū)大部分還是以中小型機組為主，其機械化程度尚未達(dá)到高度成熟階段。國內(nèi)中耕機起步較晚，中耕機械以中小型機組為主導(dǎo)，技術(shù)發(fā)展呈現(xiàn)快速追趕態(tài)勢。國產(chǎn)中耕機自1960 年實現(xiàn)自主研發(fā)突破后，已形成馬鈴薯、蘋果、玉米等農(nóng)作物專用機型體系，針對中耕機結(jié)合數(shù)智化等新興技術(shù)提出關(guān)鍵部件的完善與創(chuàng)新：《復(fù)雜環(huán)境下中耕除草機器人視覺導(dǎo)航路徑識別研究》[8]《甘薯壟作自適應(yīng)中耕除草機關(guān)鍵部件設(shè)計與優(yōu)化》[9]。相較之下，國外中耕作業(yè)機械化程度較高，對于中耕機的研究起步較早，內(nèi)燃機的大量普及使得自動化程度較高，種類繁多，多以大型寬幅機械為主，多適用于平原地區(qū)[10]。在歐美一些發(fā)達(dá)國家大力發(fā)展大功率、高效率的中耕機具，形成了以大型寬幅機械為主體的成熟體系，并持續(xù)研發(fā)。國外的火焰除草、微波除草等新興技術(shù)，成為近年來發(fā)展的熱點。荷蘭STRUIK 公司的模塊化動力中耕機具備多行可調(diào)寬幅，采用頂部獨立驅(qū)動單元設(shè)計，在保障耕作效果的同時有效保護(hù)作物根系，展現(xiàn)出現(xiàn)代化農(nóng)機的技術(shù)優(yōu)勢[11]。

青貯飼料收獲領(lǐng)域，我國正經(jīng)歷從傳統(tǒng)人機協(xié)作向機械化轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵階段。當(dāng)前主流機型包含自走式和懸掛式兩類，其中雷沃FA30A型配備六級切斷調(diào)節(jié)系統(tǒng)與低茬收割技術(shù)，最低割茬高度可精確控制在約120 毫米左右。森睿4QX-2400 型則集成鍘草、揉搓、粉碎多功能模塊，收割幅寬達(dá)2.22 米。對比國際先進(jìn)水平，德國（CLAAS）克拉斯公司自1973 年開始研制自走式JAGUAR 系列青貯飼料收獲機械，動力為235.9 ～ 444.7kW（321 ～ 605 hp）[12]，具有設(shè)計獨特、油耗低、收獲效率高和視野開闊等特點，是世界同類產(chǎn)品的佼佼者。該產(chǎn)品可提供多種割臺，以滿足不同作業(yè)需要。無行距割臺（收獲青貯玉米），以滿足各種不同行距的收獲，直切割臺（用于藥品、薄荷等收獲）及有行距青貯玉米割臺。技術(shù)演進(jìn)軌跡顯示，我國在引進(jìn)意大利早期機型基礎(chǔ)上，已形成適應(yīng)平原作業(yè)的自主創(chuàng)新體系，但核心部件性能與智能化程度仍存在提升空間。

綜上，將其中的功率、機組、外觀、關(guān)鍵部位的性能等方面進(jìn)行了系統(tǒng)性的分析和整合[6]。傳統(tǒng)中耕機與青貯機分體作業(yè)模式下存在兩大核心矛盾：一是作業(yè)時序分離導(dǎo)致農(nóng)田重復(fù)碾壓，影響作物根系發(fā)育；二是設(shè)備冗余造成資源浪費，單次作業(yè)綜合能耗較高，還需要人工配合機器才能維持高效作業(yè)，單機組效率較低。

三、中耕青貯一體化收獲機的創(chuàng)新思路

（一）中耕青貯一體化收獲機設(shè)計前期思路分析

為解決上述矛盾，本文根據(jù)平原地區(qū)的農(nóng)作物作業(yè)環(huán)境要求特征以及國內(nèi)外近些年對中耕機和青貯收獲機的研究，基于數(shù)智化的概念設(shè)計邏輯，在針對當(dāng)前作業(yè)分離和機組工作效率問題，提出關(guān)于中耕青貯一體化收獲機的創(chuàng)新設(shè)計。通過頭腦風(fēng)暴、撰稿草圖的初步設(shè)計方法，運用Rhino 構(gòu)建整體模型，建立“中耕- 青貯”雙模態(tài)動力匹配模型，設(shè)計一款數(shù)智化關(guān)聯(lián)中耕青貯一體化收獲機。該機型通過前鏟紋桿式滾筒聯(lián)結(jié)外露絞龍螺旋輸送機和后鏟全懸掛式鏵式犁結(jié)合，結(jié)合傳送帶中樞運輸設(shè)計，實現(xiàn)切割收集，內(nèi)艙粉碎青貯設(shè)計。在外觀上，加入機械臂，達(dá)到抓取和智能運輸?shù)男ЧＭ黄菩缘貙商鬃鳂I(yè)系統(tǒng)的動力整合為可重構(gòu)式能量單元。

（二）中耕青貯一體化收獲機設(shè)計創(chuàng)新特色及工作原理

在功能設(shè)計方面，中耕與青貯作業(yè)模式二合一的結(jié)合與分離，將中耕與青貯結(jié)合在一臺裝備上，工作模式可同時進(jìn)行，將無人駕駛技術(shù)應(yīng)用到裝備上，計算機視覺的使用可以分辨圖像，進(jìn)行大面積中耕/ 青貯。利用結(jié)合數(shù)智化技術(shù)，使傳感器能夠感知有關(guān)農(nóng)田的信息，可以快速輕松地分辨農(nóng)作物或雜草，同時現(xiàn)場數(shù)據(jù)及時反饋給作業(yè)者以優(yōu)化整個作業(yè)過程。在青貯的同時進(jìn)行中耕將兩種工作模式結(jié)合，減少了資源的浪費，淘汰了一些工序繁雜的裝備，也可根據(jù)平原田地情況進(jìn)行模式的轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)了1+1 ＞ 2 的效果。中耕與青貯功能也可分開進(jìn)行，提高了工作效率和降低了人工成本、資源的浪費。伸縮機械臂的設(shè)計與數(shù)智化、大數(shù)據(jù)分析技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的結(jié)合，機械手臂能夠收集和處理大量生產(chǎn)數(shù)據(jù)，進(jìn)行作業(yè)優(yōu)化和決策支持，以提高作業(yè)效率，機械手臂可以實現(xiàn)與其他設(shè)備的互聯(lián)互通，實現(xiàn)信息的實時共享和協(xié)同作業(yè)，提高工作效率、減輕勞動強度、增強安全性。

在造型設(shè)計方面，在設(shè)計中耕青貯一體化收獲機造型之初，整理明確定位各部位的功能，在結(jié)合數(shù)智化技術(shù)確定了功能模塊的基礎(chǔ)上根據(jù)設(shè)計學(xué)的內(nèi)容進(jìn)行產(chǎn)品外觀設(shè)計。把握功能賦予材質(zhì)和造型的準(zhǔn)則，流線型的造型設(shè)計可以增強農(nóng)機的運動感和速度感，低趴的造型使得農(nóng)機重心更低，增加機身穩(wěn)定性和穩(wěn)重感，具有視覺沖擊性，硬朗的線條用于表達(dá)農(nóng)機的機械美感。

在整體顏色方面，中耕青貯一體化收獲機使用工業(yè)橙色和黑色的顏色配比，是基于系統(tǒng)性設(shè)計思維與多維度驗證的產(chǎn)物，明確高可見性橙色與耐污性黑色為核心需求。工業(yè)橙在復(fù)雜光線下或在農(nóng)田中能保持高辨識度，降低作業(yè)風(fēng)險；黑色則通過低反射抑制眩光干擾，并利用其視覺收縮效應(yīng)突顯機械結(jié)構(gòu)的功能分區(qū)。

對于前鏟的設(shè)計，寬幅要寬，能夠加強加快收割青貯飼料，所以設(shè)計了前鏟紋桿式滾筒聯(lián)結(jié)外露絞龍螺旋輸送機，減少了不必要的機組以提高收割效率。履帶式底盤采用了橡膠材質(zhì)，保障了在復(fù)雜地形環(huán)境下的安全行駛。粗糙的紋理處理，尤其是在濕滑或不平整的地面上，增加其與地面的摩擦力和抓地力。機械臂部分采用了高強度合金，確保能夠承受較大的負(fù)載和扭矩。采用平滑的紋理處理，來減少摩擦和磨損。涂裝以增加標(biāo)識，提高識別度來彰顯農(nóng)機的歸屬。這種設(shè)計能夠使農(nóng)機在各種復(fù)雜環(huán)境中保持穩(wěn)定和靈活，同時，也會給人一種強大的視覺沖擊力，如圖1。

在工作原理方面，數(shù)智化中耕青貯收獲機采用雙動力輸入軸架構(gòu)，通過行星齒輪分動箱實現(xiàn)青貯模塊（前軸）與中耕模塊（后軸）的扭矩動態(tài)分配。前鏟紋桿式滾筒聯(lián)結(jié)外露絞龍螺旋輸送機（青貯模塊）與后鏟全懸掛式鏵式犁（中耕模塊）的軸向布局，前部青貯單元配置差速補償型紋桿滾筒，其鋸齒形排列紋桿在離心力作用下形成螺旋切削軌跡，實現(xiàn)作業(yè)功能的空間分離與時間連續(xù)性，青貯→中耕無縫銜接，配合外置式絞龍輸送機實現(xiàn)作物莖稈的切割- 拾取- 輸送連續(xù)作業(yè)，將收割完的田地進(jìn)行中耕除草施肥的同時將田地里收獲完的雜草、秸稈收割后的飼料通過中空設(shè)計的履帶進(jìn)行輸送，然后轉(zhuǎn)入后艙的壓縮打捆機里，并結(jié)合青貯玉米田間一體化作業(yè)機械化集成需求和青貯玉米秸稈致密成型技術(shù)將青貯飼料壓縮并放置適量的發(fā)酵劑[11]，繼而通過后艙傳送帶運輸出來放置窖里發(fā)酵。后部中耕單元通過三點懸掛機構(gòu)搭載曲面鏵式犁與星形耙組，在液壓伺服系統(tǒng)驅(qū)動下實現(xiàn)耕作深度的閉環(huán)控制。通過使用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)平臺，將農(nóng)機與App 界面設(shè)計動態(tài)交互，使用App 可以操控農(nóng)機，也可以觀測作業(yè)進(jìn)程，查看農(nóng)作物狀態(tài)等，如圖2、3。

（三）前鏟紋桿式滾筒聯(lián)結(jié)外露絞龍螺旋輸送機設(shè)計

1. 在外觀設(shè)計亮點中，前鏟整體采用整合式結(jié)構(gòu)設(shè)計，紋桿式滾筒和外露絞龍螺旋輸送機通過流線型曲面過渡銜接，紋桿式滾筒與絞龍螺旋輸送機通過直切型半包裹外殼形成一體化輪廓，突破傳統(tǒng)農(nóng)機模塊堆砌的臃腫形態(tài)，流線過渡消除機械割裂感，同時寬幅設(shè)計大幅提升單次作業(yè)割量。工業(yè)橙色主色調(diào)覆蓋半包裹外殼，黑色涂裝聚焦于輸送機傳動，通過色彩分區(qū)直觀標(biāo)識功能屬性。紋桿式滾筒和外露絞龍螺旋輸送機保留傳統(tǒng)金屬銀色，外露絞龍的開放式結(jié)構(gòu)采用金屬原色拋光處理，既保留工業(yè)質(zhì)感，又通過半包裹式外殼實現(xiàn)內(nèi)部物料流動的可視化監(jiān)控。

2. 在功能設(shè)計創(chuàng)新上，為實現(xiàn)流程創(chuàng)新，通過功能集成與流程重構(gòu)，設(shè)計將紋桿式滾筒的縱向切割到達(dá)外露絞龍的橫向切割二級切割體系，既通過縱向切割實現(xiàn)秸稈的初步分段，又借助橫向切割進(jìn)一步細(xì)化纖維結(jié)構(gòu)，基本解決傳統(tǒng)單級切割導(dǎo)致的粒度不均問題。切割過程中，外露絞龍螺旋輸送機的開放式結(jié)構(gòu)配合動態(tài)清雜功能，顯著降低泥土混入，一定程度上保障了青貯飼料的貯存。確定了刀輪的轉(zhuǎn)速，定破碎輥速度以及浮動破碎輥速度，解決傳統(tǒng)單級切割粒度離散系數(shù)的痛點，如表1、圖4。

（四）終端傳送帶設(shè)計

1. 在外觀設(shè)計亮點方面，防滑紋理的視覺引導(dǎo)設(shè)計，傳送帶表面采用嵌入式V 字橡膠防滑標(biāo)識，通過幾何陣列排布形成視覺引導(dǎo)線，既強化防滑功能，又通過符號化語言直觀提示物料流動方向，降低操作誤判風(fēng)險。滑輪組與傳動帶采用框架式結(jié)構(gòu)，金屬骨架外露部分以拋光銅色噴涂，與橙色液壓接口形成對比，通過色彩分區(qū)突顯動力傳遞路徑；整體布局摒棄冗余護(hù)罩，展現(xiàn)機械傳動的秩序美感。

2. 在功能設(shè)計創(chuàng)新中，分布式動力滑輪組，在傳動系統(tǒng)中設(shè)置多個主動驅(qū)動滑輪，降低傳送帶局部張力過載風(fēng)險，顯著提升傳動效率與壽命，利用數(shù)智化技術(shù)精準(zhǔn)匹配青貯飼料的輸送負(fù)載需求，實現(xiàn)強牽引力低能耗的平衡。前鏟連接傳送帶裝置和液壓裝置，傳送帶系統(tǒng)通過動力轉(zhuǎn)換優(yōu)化與動態(tài)控制，實現(xiàn)青貯飼料從卷軸切割端至后艙的高效傳輸，其設(shè)計邏輯包含幾個關(guān)鍵點，滑輪中有多個有動力驅(qū)動，傳動效率提高。系統(tǒng)通過液壓裝置將前鏟初始高轉(zhuǎn)速動力轉(zhuǎn)化為適合物料傳輸?shù)牡娃D(zhuǎn)速、高扭矩輸出，既滿足了青貯飼料輸送的負(fù)載需求，又避免了能量浪費。驅(qū)動滑輪與惰輪采用交錯排布布局形成穩(wěn)定的傳動拓?fù)浣Y(jié)合張力傳感器實時調(diào)節(jié)惰輪位置，確保傳送帶全程勻速運行，避免物料堆積或斷層現(xiàn)象。讓傳動帶行進(jìn)，并且?guī)е鴤鲃訋蟼鲃拥娘暳闲羞M(jìn)。傳送帶裝置的內(nèi)機產(chǎn)生高轉(zhuǎn)速、低扭矩的機械動力轉(zhuǎn)換成更為有效的低轉(zhuǎn)速和高扭矩的動力，降低扭矩的轉(zhuǎn)換，將卷軸收集起來的青貯飼料通過傳送帶裝置傳送到后艙，如圖5。

（五）伸縮機械臂設(shè)計

1. 在外觀設(shè)計亮點中，伸縮機械臂作為數(shù)智化作業(yè)鏈的柔性執(zhí)行終端，采用模塊化折疊，形態(tài)采用多段式伸縮結(jié)構(gòu)，收縮狀態(tài)下與機身頂部輪廓平齊，展開時通過仿生關(guān)節(jié)分段延伸，形成流暢的折線形態(tài)。臂體為亞光金屬灰黑主體色，關(guān)節(jié)連接處為工業(yè)橙色作為點綴，兩種色調(diào)相結(jié)合，既契合農(nóng)機工業(yè)美學(xué)，又通過色彩對比強化運動軌跡的可視化識別。空間占位優(yōu)化是伸縮機械臂的亮點，頂部懸吊式安裝設(shè)計釋放機身中部作業(yè)空間，避免與割臺、中耕模塊發(fā)生運動干涉

2. 在功能設(shè)計創(chuàng)新中，結(jié)合數(shù)智化技術(shù)，云端操控人機交互界面終端采用磁吸式折疊屏設(shè)計，屏幕展開后顯示抓取力度、伸縮長度等關(guān)鍵參數(shù)，在屏幕終端操作閉合機械臂時，機械臂與機身一體化，避免田間作業(yè)中的磕碰損傷。機械臂應(yīng)適用于精準(zhǔn)物料轉(zhuǎn)移、殘料回收、抓取漏割青貯飼料等工作，將后艙打捆的青貯壓縮包精準(zhǔn)投放入窖，應(yīng)對田間復(fù)雜地形等非結(jié)構(gòu)化場景。機械臂通過多段式伸縮結(jié)構(gòu)，覆蓋從田間殘料抓取到青貯壓縮包轉(zhuǎn)運的全流程。前端抓取模塊可針對松散秸稈、未完全收割的青貯與致密青貯壓縮。切換夾持模式，利用柔性觸覺反饋動態(tài)調(diào)節(jié)夾持力，可以避免物料破損或滑脫。利用機械臂的轉(zhuǎn)動自由度，實現(xiàn)抓取、運輸、投放三方路徑工作，提升設(shè)備空間利用率。當(dāng)機械臂末端接觸青貯壓縮包時，自動調(diào)整抓取姿態(tài)，確保重心穩(wěn)定。進(jìn)一步可以優(yōu)化機械臂在復(fù)雜田間環(huán)境中自主優(yōu)化運動軌跡，減少人工干預(yù)需求，如表2、圖6。

（六）后鏟全懸掛式鏵式犁設(shè)計

1. 在外觀設(shè)計亮點中，全懸掛式鏵式犁采用懸掛式設(shè)計，在青貯模式的同時快速展開中耕作業(yè)。與前鏟一樣采用直切型半包裹外殼形成一體化輪廓，鏵式犁機組裸漏在外，主框架以工業(yè)橙色噴涂，和前鏟色調(diào)對應(yīng)，犁鏟與彈齒組件保留金屬原色，通過色彩對比強化功能模式的視覺關(guān)聯(lián)性。中耕作業(yè)模式動態(tài)形態(tài)的可視化，配合機身上LED 狀態(tài)燈同步切換，直觀反饋設(shè)備運行階段，降低誤操作風(fēng)險。

2. 在功能設(shè)計亮點中，數(shù)智化中耕青貯作業(yè)一體化收獲機采用的后鏟全懸掛式鏵式犁，作為一體化設(shè)備的中耕功能核心執(zhí)行模塊，來適應(yīng)不同作物殘茬覆蓋與土壤類型。結(jié)合數(shù)智化技術(shù)，人機界面整合控制面板集成于駕駛艙扶手側(cè)方，通過磁吸式旋鈕可進(jìn)行收割、中耕模式，界面圖標(biāo)采用犁鏟與青貯秸稈抽象符號，形成跨語言操作直覺。當(dāng)青貯作業(yè)開始后，后鏟快速進(jìn)行中耕作業(yè)，利用彈齒犁鏟同步完成土壤耕作與殘渣掩埋，減少設(shè)備往返作業(yè)次數(shù)，降低土壤壓實風(fēng)險。犁鏟的彈性齒結(jié)構(gòu)可選擇性分離雜草與青貯殘渣，前者被掩埋降解以提升土壤肥力。通過機械結(jié)構(gòu)創(chuàng)新，將青貯作業(yè)后的殘茬處理與中耕翻埋整合至同一設(shè)備，實現(xiàn)收割、中耕、壓貯，三大流程的連續(xù)化操作。后者通過輸送系統(tǒng)回收再利用，形成資源閉環(huán)。懸掛式鏵式犁設(shè)計優(yōu)化了土壤翻動軌跡，既避免過度擾動，又確保殘渣均勻覆蓋，抑制雜草再生。在犁地過程中同步掩埋青貯殘茬和雜草，既減少焚燒污染，又通過生物降解提升土壤有機質(zhì)含量，可實現(xiàn)可持續(xù)循環(huán)，如圖7。

結(jié)語

結(jié)合數(shù)智化技術(shù)設(shè)計了一款面向平原地區(qū)中耕青貯作業(yè)一體化收獲機，在外觀、功能等方面進(jìn)行了深度探索與創(chuàng)新。前鏟作為青貯模塊的割臺，紋桿式滾筒與外露絞龍螺旋輸送機的動力耦合設(shè)計，利用紋桿式滾筒的抓取力與絞龍的輸送功能完成作物收割，配合智能傳送帶與伸縮機械臂的協(xié)同作業(yè)，形成了高效的青貯飼料處理通道。全懸掛式鏵式犁則同時進(jìn)行中耕作業(yè)，通過彈性齒間距調(diào)節(jié)同步完成殘茬收集與土壤耕作，實現(xiàn)了耕作系統(tǒng)的快速轉(zhuǎn)換與精準(zhǔn)調(diào)控。這種一機雙態(tài)設(shè)計避免了重復(fù)購置專用設(shè)備的成本，同時亦減少了田間作業(yè)次數(shù)，降低了土壤壓實風(fēng)險。對中耕青貯收獲機的前鏟紋桿式滾筒聯(lián)結(jié)外露絞龍螺旋輸送機、傳送帶、機械臂、后鏟全懸掛式鏵式犁關(guān)鍵部件結(jié)合智能化技術(shù)進(jìn)行了設(shè)計，完善了當(dāng)前中耕青貯收獲機部分結(jié)構(gòu)問題。中耕青貯一體化收獲機的創(chuàng)新設(shè)計可探索現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)農(nóng)機高質(zhì)量發(fā)展，基本滿足了平原地區(qū)農(nóng)戶的需求，推動新質(zhì)生產(chǎn)力農(nóng)業(yè)發(fā)展，加快智能化收獲機的研究，成為智慧農(nóng)業(yè)生態(tài)的核心支點，推動農(nóng)業(yè)相關(guān)產(chǎn)業(yè)穩(wěn)步向好，展現(xiàn)出助力農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化進(jìn)程的廣闊應(yīng)用前景。