收割機在復雜地形中的作業性能與適應性研究

摘要：隨著農業機械化水平的不斷提升，收割機作為關鍵農業生產工具，其作業性能和適應性在不同地形環境下顯得尤為重要。復雜地形，如丘陵、坡地、濕地等，對收割機的作業效率、穩定性和燃油消耗等方面產生了深遠影響。本文探討了影響收割機適應性的關鍵因素，包括動力系統、驅動方式、液壓系統和智能控制等技術參數。研究結果表明，優化收割機的適應性設計，尤其是在懸掛系統、地面適應性和自動化控制系統方面，能夠顯著提高作業效率和質量，為農業生產提供更為高效、穩定的作業工具。

關鍵詞：收割機；復雜地形；作業性能；適應性

農業機械化發展水平與農業機械產品的應用，受到多種因素的制約，其中包括農業生產條件、地理地貌特點、農村土地經營規模以及家庭經濟狀況等。特別是在我國，由于幅員遼闊、自然地理條件復雜，各地的地形特征差異巨大，不同地區的農業生產方式和機械化需求存在顯著差異。丘陵、坡地、濕地等復雜地形對農業機械，尤其是收割機的作業性能提出了更高的要求。收割機作為農業生產中重要的機械設備，其在復雜地形中的作業效率、穩定性、作業質量以及燃油消耗等方面直接影響到農業生產的經濟效益。如何提升收割機在這些特殊地形環境中的適應性，已經成為當前農業機械化研究中的關鍵問題。

1 收割機在復雜地形中的作業性能分析

1.1 復雜地形對收割機性能的影響

收割機的作業性能通常指其在特定環境下執行農業收割任務的效率與穩定性，通常通過作業速度、作業質量、穩定性以及燃油消耗等多方面指標來進行評估。不同地形環境下，收割機的作業性能會受到多種因素的影響，尤其是復雜地形條件對其各項性能的制約尤為突出。

復雜地形對收割機動力系統的影響較為明顯。丘陵、坡地和濕地等復雜地形對收割機的牽引力需求和動力輸出提出了更高要求。在平坦的土地上，收割機作業時的牽引力需求較為均勻，但在復雜地形中，由于坡度、土壤的松軟度、濕滑度等因素的變化，收割機必須提供更大的牽引力來克服障礙[1]。例如，在陡坡上行駛時，動力系統需要調整輸出，以維持收割機的穩定性和行駛速度。而在濕滑的土地上，動力系統需要更為精確的控制，以避免輪胎或履帶打滑，從而提高作業的穩定性和安全性。

地形起伏對收割機的穩定性和行駛速度也有著直接的影響。在平地上，收割機能夠保持較高的行駛速度和穩定性，但當地面存在較大的起伏或不平整時，收割機的行駛速度將受到影響。較大的坡度或松軟的地面會導致收割機無法穩定快速行駛，甚至可能發生翻車或陷車的情況。

1.2 作業效率與作業質量的關系

收割機的作業效率通常由作業速度、工作寬度以及作物的收獲質量等因素共同決定。作業效率直接影響農業生產的整體效益，尤其在大規模農業生產中，提升作業效率能夠顯著減少農時，增加作物的收獲產量。

作業質量主要通過作物的收割效果、作物損傷率、雜草清除率等方面來衡量。收割機的適應性直接關系到作業質量，尤其是在復雜地形下，收割機需要更強的地面適應能力和更精準的控制能力來保證收割效果。作業效率與作業質量之間是一個相互制約的關系。在復雜地形中，收割機需要調整其行駛速度，以適應地形變化，而這往往會影響作業效率。通常情況下，行駛速度較高會導致作物損傷率增高，作業質量降低。為了平衡效率與質量，收割機需要通過精確的作業控制系統，動態調節其工作狀態。

不同地形條件下，作業質量也會有顯著的差異。在丘陵地帶，由于坡度較大，收割機的工作效率往往較低，且作業質量也較易受地面不平影響。在濕地或泥濘地帶，由于土壤濕滑，收割機容易陷車，作業進度慢，且作物損傷嚴重。相比之下，在平地或略微起伏的地面上，收割機的作業質量和效率相對較為理想，作物的收獲效果較好，損傷率較低[2]。

1.3 收割機的工作負荷與燃油消耗

復雜地形不僅對收割機的穩定性和作業效率產生影響，還會直接增加其工作負荷。工作負荷的增大主要來源于地形對動力系統的要求。以坡地作業為例，當坡度達到10%～20%時，收割機需要提供更多的牽引力來克服地形的阻力，增加動力系統的工作負荷。在濕滑和松軟的地面上，收割機的履帶或輪胎需要更大牽引力來保證不打滑，這會進一步加重工作負荷。由于地形的影響，收割機的發動機必須在更高的轉速和更大的輸出功率下工作，導致工作負荷增加。工作負荷的增加直接影響到燃油消耗。在復雜地形中，尤其是在坡地和濕地作業時，由于需要較大的牽引力和更高的動力輸出，收割機的燃油消耗顯著增加。

2 影響收割機適應性的關鍵技術因素

2.1 懸掛系統與驅動系統的適應性設計

懸掛系統和驅動系統是收割機適應復雜地形的重要技術因素。懸掛系統在收割機的作業性能中起到了關鍵作用，尤其是在面對不平坦地形時。懸掛系統能夠有效地提高收割機與地面的接觸穩定性，減少震動，保持作業的連續性和精度。在復雜地形中，懸掛系統通過吸收地面不平帶來的沖擊，確保收割機的各個工作部件不受過度震動的影響，減少故障率，提高工作效率。

驅動系統是收割機在不同地形中保持穩定行駛的核心部分。在復雜地形中，尤其是在坡地、濕地等地面條件下，驅動系統的調節和優化顯得尤為重要。傳統的輪式驅動系統在平坦地面上的表現較為穩定，但在復雜地形中，尤其是濕滑的土壤或不規則地面上，輪式驅動系統容易出現牽引力不足的問題，導致收割機打滑或陷入泥濘之中。相比之下，履帶式驅動系統通過增大接地面積，提高了收割機的牽引力和穩定性，能夠有效克服復雜地形帶來的挑戰。

在復雜地形中，懸掛系統和驅動系統需要緊密配合，確保收割機的穩定性和作業效率。懸掛系統吸收地面沖擊的同時，驅動系統應根據地面條件調整輸出功率，保障牽引力和行駛穩定性[3]。當懸掛系統檢測到地面起伏變化時，會自動調節懸掛高度與剛度，保持車身平衡。驅動系統也會根據懸掛系統的反饋信息調整動力輸出，以適應不同地面的變化，確保作業過程中的平穩運行。

2.2 傳感器與自動控制系統的應用

自動駕駛技術的引入顯著提升了收割機在復雜地形中的適應性。自動駕駛技術通過高精度的傳感器和智能化的控制系統，使得收割機能夠自主判斷地形變化，并做出相應的調整。例如，通過全景攝像頭、激光雷達等傳感器，自動駕駛系統能夠實時感知周圍環境的變化，精確識別坡度、障礙物以及土壤濕滑程度等因素，自動調整收割機的行駛路徑和作業模式。這種技術不僅提高了作業效率，還能夠大大減少因人為操作失誤帶來的安全風險，尤其是在復雜地形作業中，自動駕駛系統能夠在確保安全的前提下，保持較高的作業精度和效率。

環境感知系統與傳感器的協同作用使得收割機能夠更加靈敏地應對復雜地形。通過多個傳感器的融合，收割機能夠實時收集和處理地面信息，并將其反饋給控制系統，實現精確控制。例如，濕度傳感器和壓力傳感器的協同作用使得收割機能夠精準判斷土壤的濕滑程度，調整行駛速度和牽引力，減少在濕地作業時的陷車風險。此外，激光雷達和GPS系統的結合，使得收割機能夠更精確地規劃行駛路徑，避免發生偏離預定軌跡的現象。

精準控制技術是提高收割機作業精度和穩定性的核心技術之一。在復雜地形下，精準控制技術能夠對收割機的各個工作部件進行實時調節，優化作業效果。例如，在丘陵地帶作業時，精準控制系統能夠根據地形變化自動調整收割機的行駛速度和工作高度，以最大化作業效率和減少作物損傷[4]。

3 收割機在復雜地形中的適應性優化措施

3.1 動力系統與傳動裝置的優化設計

收割機的動力系統是其在復雜地形中正常運行的核心，優化動力系統對于提高收割機的適應性具有至關重要的作用。

高效動力系統設計原則首先要求選用高效、低排放的發動機，以提供充足的動力輸出，并減少燃油消耗。例如，采用高效能柴油發動機能夠在滿足動力需求的同時，降低燃油消耗。在復雜地形作業時，發動機需要具備足夠的扭矩輸出，特別是在坡地和濕地等地面條件較差的環境中，發動機的動力輸出需要根據負載和地形變化進行動態調節，以確保作業的穩定性和牽引力。

傳動裝置的優化設計也是動力系統優化的重要組成部分。傳動系統的作用不僅是將發動機輸出的動力傳遞給驅動輪或履帶，還需要通過減震裝置降低工作中的振動，以提升收割機的舒適性和穩定性。在復雜地形中，由于地面起伏較大，收割機常面臨較強的沖擊力，優化的傳動裝置不僅要保證動力的高效傳遞，還需要通過減震系統來減少來自地面的沖擊，提高車身的穩定性。例如，采用液壓減震系統可以有效吸收起伏地面帶來的沖擊力，保持收割機的穩定運行。

3.2 車身結構與智能化改造

車身結構的強度與耐用性設計直接關系到收割機在復雜地形中的穩定性和抗沖擊能力。為了應對復雜地形帶來的不確定性，收割機的車身必須具備較強的結構強度和良好的抗震能力。特別是在丘陵、坡地等不平整地形中，車身結構需要承受來自地面不平的沖擊與振動，避免因應力過大導致車身結構損壞或部件故障。

高強度材料的使用是車身結構設計的基礎。例如，采用鋼鐵合金或復合材料制成車架和支撐結構，能夠顯著增強車身的抗壓性和抗沖擊能力。這些高強度材料不僅能提高車身的耐用性，還能降低重量，減少燃油消耗。車身結構設計還應考慮到車輛的重量分布和重心設計，讓收割機能夠在復雜地形中保持良好的穩定性，避免翻車或失衡現象的發生。

智能化改造技術的引入使得收割機的適應性得到了極大提升。通過搭載智能化控制系統，收割機能夠根據實時檢測到的地面變化自動調節其作業模式和車身高度[5]。例如，智能化懸掛系統能夠根據地面狀況自動調節車身的高度和剛度，以保持最佳的作業狀態。智能化系統通過不斷監測地面狀況和收割機的運行參數，能夠自動選擇最適合的作業模式，以應對不同地形的挑戰。

3.3 液壓系統與操控系統的協同優化

液壓系統和操控系統在收割機作業中的作用不可忽視，尤其是在復雜地形中，液壓系統與操控系統的優化能夠顯著提高作業的精準度和穩定性。液壓系統主要負責驅動收割機的各個工作部件，如切割刀、輸送帶等，而操控系統則通過精準控制，調節收割機的運動和作業模式。

液壓系統的設計和控制策略在復雜地形中的適應性至關重要。優化液壓系統可以提升收割機在不同地面條件下的作業能力，尤其是在較為困難的地形環境中，如濕地、泥濘地帶等，液壓系統需要具備較強的響應能力和穩定性。通過引入可變排量液壓泵和高效液壓馬達，收割機能夠根據作業負荷的變化，自動調節液壓系統的工作狀態，提供穩定且高效的作業支持。在復雜地形作業時，液壓系統還需要具備較高的抗污染能力，以應對惡劣的作業環境，防止液壓油因土壤污染或水分入侵而導致系統故障。

操控系統的優化同樣是提高收割機適應性的重要因素。在復雜地形中，操控系統需要具備靈活的調節能力，以應對不同地面變化對收割機性能的影響。例如，操控系統可以根據坡地的傾斜程度自動調節收割機的行駛速度和工作方式，保證作業的精確性和高效性。智能化操控系統還能夠實時監測收割機的運行狀態，并根據傳感器反饋的信息調整動力輸出、液壓系統和懸掛系統的工作狀態，從而確保收割機在復雜地形中的穩定性和作業精度。

液壓系統與操控系統的協同優化方案主要通過信息傳遞與實時調節實現。當液壓系統感知到地面起伏時，操控系統能夠根據液壓系統的反饋數據，自動調節收割機的動力輸出與工作模式，以保持最佳的作業狀態。

4 結語

隨著農業生產需求的多樣化和地形條件的復雜化，收割機的技術不斷進步，推動著農業生產方式的變革。優化動力系統、強化車身結構、提升智能化水平以及液壓與操控系統的協同作用，不僅能提高收割機在各種地形條件下的作業效率和穩定性，還能有效降低能源消耗和機械故障率，延長了設備的使用壽命。未來，隨著新材料、新技術的不斷應用，收割機的適應性優化將進一步提升，使其在更加復雜的地形和氣候條件下發揮更大潛力，推動農業生產進入更加精細化、智能化的新時代。

參考文獻

[1] 王沈策，黃青，李嘉豪.基于智能化趨勢的收割機造型設計研究及其美學思考[J].湖南包裝，2024，39（3）：152-156.

[2] 楊智文.多模態數據融合驅動的農用收割機設計方法研究[D].秦皇島：燕山大學，2023.

[3] 高海洋.刺五加灌木收割機的設計與技術研究[D].哈爾濱：東北林業大學，2023.

[4] 王忱.基于改進遺傳算法的多機型收割機調度[D].南京：南京農業大學，2022.

[5] 周陳林.收割機技術參數與地理地塊特征的匹配性研究[D].南京：南京農業大學，2022.