農用高架作業(yè)車技術發(fā)展概述

針對煙草、玉米等高稈作物的種植特點和農藝要求，農用高架作業(yè)車在田間作業(yè)時，不能傷害農作物，這要求高架作業(yè)車跨在作物行間進行作業(yè)或跨越作物頂端進行作業(yè)。當前，農田高架作業(yè)車主要應用在煙葉打頂、噴藥、煙葉收獲和玉米中耕除草、植保、去雄等環(huán)節(jié)。在滿足高稈作物作業(yè)要求的高架作業(yè)車輛中，液壓技術應用更為普遍，國內外的科研院所和企業(yè)研制了不同類型的高架作業(yè)車輛。

1 國外農用高架作業(yè)車技術發(fā)展

Chen等人研究設計了高地隙牽引機，跨越作物頂端驅動行駛，采用四輪驅動，四輪轉向，通過多路閥控制四個車輪支架，采用液壓缸驅動四桿機構調整機身離地間隙。

Spalla等人研制了一臺自走式多功能農業(yè)牽引車，采用履帶行走系統(tǒng)，通過液壓控制，實現(xiàn)底盤地隙變化及左右履帶間距離調整，可以通過調整驅動履帶與車架之間的相對位置關系，使得兩條驅動履帶可以在兩個不同的接地平面，使得農機作業(yè)時能夠自適應地形變化，增強整機穩(wěn)定性。

Gil等人研制了一臺用于密植蘋果園的龍門式行間噴霧機。整車架成倒U型，跨越兩米高的蘋果樹叢噴藥植保。

Chipriana等人研制的高地隙噴霧機，發(fā)動機和駕駛室安裝在一側，U型臂安裝四個行走輪，由液壓馬達驅動，兩個側臂之間通過滑動導軌與車架相連，通過液壓缸推動，實現(xiàn)左右輪距變換質心跨多行作業(yè)。Fontan等人設計了一臺發(fā)動機車輪是等腰三角形布置的三輪高地隙噴藥機，左、右側臂通過獨立液壓缸控制以調整左右輪距離，以適應不同行距作物。

GROSJEAN等人設計了一臺車輪菱形布置的高地隙葡萄園管理機，采用前后輪聯(lián)動轉向，四輪液壓驅動，前后車架之間通過鉸接軸連接，車架之間能夠相對轉動一定角度，以自適應地面高低變化。

美國、法國、意大利等國家設計開發(fā)的農用高架作業(yè)車輛上，液壓技術應用更為普遍。意大利SPAPPERI公司設計的JS826型高架植保機，主要用于煙田植保作業(yè)，設計應用四輪高地隙車架結構，采用靜液壓四輪驅動技術，液壓伺服轉向，輪距調整范圍為2~3 m，噴桿噴幅為18 m，可實現(xiàn)自動折疊，車最大行駛速度28 km/h，如圖1所示。

CASTRIX公司研制的S4C型去雄噴藥機，如圖2所示。采用四輪液壓驅動、液壓助力轉向系統(tǒng)，輪距可調，最大可達60cm，割臺上安裝有去雄刀片、旋轉切刀和磁盤切刀，由液壓馬達驅動，通過傳感器采集信號進行自動化作業(yè)。

圖1JS827型煙草植保機

圖2 意大利S4C型去雄噴藥機

圖3為法國BOURGOIN公司制造的BD844型玉米去雄機，采用靜液壓傳動技術，輪距調整范圍為2～3m，適用于4行、6行、8行、9行的玉米田間去雄作業(yè)。圖4為美國HAGIE公司研制的2045P型玉米去雄機。采用丹佛斯系列的泵和馬達傳動，實現(xiàn)四輪液壓驅動，采用輔助液壓轉向系統(tǒng)，實現(xiàn)優(yōu)先轉向要求，轉彎半徑為5m。

圖3 法國BD844型玉米去雄機

圖4 美國2045P型玉米去雄機

阿肯色州Bowman農場研制的四輪驅動多功能噴霧機，如圖5所示。采用四輪實時驅動液壓技術；車架中間鉸接銅襯套裝置以實現(xiàn)車輛折腰轉向，轉彎半徑?。卉嚭蟛坎捎靡簤焊昨寗涌刂茋姉U升降，也可連接藥液灌，運輸拖車；輪距調節(jié)范圍為1.9～2.5m，可滿足區(qū)間的行距作物噴藥，由藥液控制器控制噴淋壓力和噴霧速度；駕駛室中顯示器實時監(jiān)測車輛行駛和噴藥狀態(tài)，是目前世界上技術先進的高地隙噴藥車輛。

圖5美國Bowman農場四輪驅動多功能噴霧機

加拿大DeCloet公司生產的煙葉噴霧打頂一體機，采用三輪全液壓驅動型式，通過液壓缸推拉和升降實現(xiàn)車輛后輪距變換和打頂機距地間距調整，如圖6所示。該公司研制的雙行煙葉收獲機，也采用靜液壓驅動型式，通過控制手柄調整變量泵的排量，從而控制收獲機的前進、后退和速度變換，如圖7所示。

圖6煙葉噴霧打頂一體機

圖7雙行煙葉收獲機

圖8為荷蘭Damcon公司研制的圣誕樹管理機，三輪全液壓驅動，前輪采用全液壓轉向系統(tǒng)，后方留置液壓缸和液壓馬達輸出接口，用于掛接中耕機具和噴桿等農具，作業(yè)適應行距為0.8～2.5m。

圖9為意大利SPAAERI公司生產的JS600型煙葉修剪噴霧機，采用后輪液壓磁盤制動，打頂裝置可自動升降，輪距調整范圍為2～2.4m，后方噴桿由液壓缸控制，可實現(xiàn)高度自動調節(jié)。

圖10為法國GRV公司研發(fā)的葡萄園植保機械，其動力配置是排量為1.5升久保田柴油發(fā)動機，輸出功率31kW，采用前輪轉向，全液壓驅動；其中，后輪采用履帶形式，整車驅動性能好，能在有坡度的葡萄園中行走，整機轉彎半徑為3m，可通過安裝于車架的液壓缸伸縮來改變左右驅動履帶之間的距離。

圖11為GRV公司研制的菱形高地隙中耕機，采用菱形布置，其中前輪和后輪通過液壓實現(xiàn)轉向，前后聯(lián)動轉向以減小轉彎半徑，采用農業(yè)人字花低壓輪胎；作業(yè)時，農作物可以無障礙通過駕駛室與側臂之間的行程通道。

圖8 Damcon圣誕樹管理機

圖9 JS600煙葉修剪噴霧機

圖10 GRV葡萄園管理機

圖11 GRV菱形高地隙中耕機

2 我國農用高架作業(yè)車技術發(fā)展

在我國，適用于不同行間距高稈作物的農用高架作業(yè)車研制也成為科研院所和企業(yè)關注的重點。陳隨英、杜岳峰等設計了高地隙自走式玉米去雄機，采用靜液壓驅動系統(tǒng)，對整車動力學模型進行了穩(wěn)態(tài)和動態(tài)性能分析。

黃淼、鄭丁科等人研究開發(fā)了菱形四輪龍門架式高地隙甘蔗中耕機，中間左右輪是驅動輪，前后輪是轉向輪，左右輪與中部車架為嵌套套管連接，用于調整輪距，中耕機動力傳輸由液壓馬達實現(xiàn)，通過液壓泵的旋向和排量實現(xiàn)作業(yè)車的前進、倒退和變速。

許東亞、李懷剛發(fā)明了一種高地隙自走式農用作業(yè)機，作業(yè)機的高地隙通過在車盤的下方設計有加長支腿實現(xiàn)，采用開式液壓驅動系統(tǒng)，通過電磁換向閥工位切換，控制兩輪驅動和四輪驅動的功能轉換。

張國遠等對現(xiàn)有農業(yè)機械常見的四種轉向方式進行了基于阿克曼轉向原理的運動學分析，得到了轉彎半徑公式，進而設計了能夠滿足高地隙自走式平臺不同作業(yè)環(huán)境要求的四輪轉向液壓系統(tǒng)。

王寶山、王萬章等設計了一輛小型遙控高地隙履帶作業(yè)車，由開式液壓系統(tǒng)驅動，泵和馬達傳動回路中，通過電磁換向閥控制車的行駛和轉向，由同步閥實現(xiàn)驅動馬達轉動同步。

覃志明、顧智原等人研究設計了一種應用于玉米收獲機的后輪液壓驅動系統(tǒng)，提高了玉米收獲機在高稈作物行間行走的驅動性能。

陳國輝、門艷忠等研制出一種高地隙自走式煙草打頂?shù)妆P，采用開式靜液壓傳動系統(tǒng)，通過傳動回路控制作業(yè)車行進、后退和轉向，實現(xiàn)了行駛速度的無極控制以及煙草打頂?shù)茸鳂I(yè)，車輪跨距為2.3m，車架離地間隙1.75m。

圖12所示為山東農業(yè)大學范國強等設計研制的四輪菱形布置農用高地隙作業(yè)車，高通過性能較好，作業(yè)速度為0～18km/h，可在株高小于2600mm、行間隙大于50mm左右的作物行間順利行駛，車輛驅動轉向輪為前輪和后輪，支撐輪為兩個側輪，整機采用液壓-機械混合式傳動，液壓系統(tǒng)采用閉式回路，主要為變量柱塞泵和定量馬達，整機的無極調速功能主要靠馬達的無極轉速實現(xiàn)，采用拉桿調節(jié)控制排量控制閥的排量，進而控制馬達轉速。

竇玲靜等設計了高地隙噴霧機適用的輪距可調節(jié)轉向系統(tǒng)，前輪支臂橫管在底盤前橋橫梁管內滑動，由液壓缸提供動力，從而實現(xiàn)輪距調整。毛罕平等對高地隙液壓四輪驅動噴霧機前輪轉向模型進行研究，基于阿卡曼轉向幾何學，得出車輪理論轉速比，提出基于轉速比差值的控制策略。

王明友等人結合整桿式甘蔗聯(lián)合收割機，對實際車輛應用的液壓部件和液壓系統(tǒng)進行詳細說明和分析，通過農機鑒定站檢測，液壓技術的應用可使機器性能運行平穩(wěn)。Motebennur等提出一種采用邊梁式車架，前輪轉向，后輪驅動，左右輪距可調，通過更換車架套來調整離地高度的自走式高地隙噴霧機。

圖13為華南農業(yè)大學劉慶庭等人研制的菱形四輪龍門架式高地隙中耕機，由液壓馬達驅動左、右輪行駛，左右車架間通過插接式套筒滑動實現(xiàn)輪距調整，套筒滑動動力由液壓缸提供，由液壓轉向系統(tǒng)控制前輪和后輪的轉向，機具由液壓缸實現(xiàn)翻轉升降。該機質心位置較低，車輛行駛穩(wěn)定性較好，可適用于甘蔗等不同行距作物的作業(yè)。

河南農業(yè)大學李燕等設計的一種自動行走的煙草收獲機，主要包括車架、煙草收集箱、采收系統(tǒng)、傳送系統(tǒng)、行車系統(tǒng)等，通過機械傳動實現(xiàn)車輛行駛，由液壓馬達驅動采收刀旋轉實現(xiàn)煙葉采摘，通過液壓控制裝置實現(xiàn)煙葉輸送和煙葉采集箱的開合，進而完成煙葉采收任務，如圖14所示。

國內一些農機生產企業(yè)和研究所也研制了不同類型的農用高架作業(yè)車輛。圖15所示為3WP-1300G型自走式高稈作物噴桿噴霧機，由北京豐茂植保機械有限公司研制生產，駕駛室高度位置可調節(jié)，可應用于玉米等高稈作物的田間噴藥作業(yè)，主要應用了全液壓轉向、無級變速、液壓行車制動和駐車制動以及靜液壓四輪驅動等系統(tǒng)。

圖12 四輪菱形布置農用高地隙作業(yè)車

圖13 華南農大菱形龍門架高地隙中耕機

圖14 一種自動行走的煙草收獲機

圖15 3WP-1300G型自走式噴桿噴霧機

如圖16所示為3WX-1100G型高地隙去雄噴霧機，由五征集團研制，驅動行駛由液壓馬達控制實現(xiàn)，制動采用液壓流量變換控制，噴霧作業(yè)由5段式電控液壓折疊桿實現(xiàn)，由4行切刀旋轉由液壓馬達控制，輪距可以調整，滿足了煙葉打頂、玉米植保和去雄等作業(yè)要求。

山東臨沂三禾永佳動力有限公司制造的3WZG-1000型噴藥機如圖17所示，采用四輪液壓驅動型式，行駛間轉向通過車架折腰翻轉機構實現(xiàn)，左右輪距調整由左右兩側車架間嵌套型式控制實現(xiàn)，圖18為五征集團公司研制的4TZ-3半自動煙葉采收機，采用三輪全液壓驅動，前輪液壓轉向型式，可實現(xiàn)無極變速，最小工作間隙為1650mm，滿足三行煙葉采收。

3WP3-400型自走式噴桿噴霧機也由五征集團研制，如圖19所示，采用HST靜液驅動技術，由液控手柄控制車輛前進和后退；采用三輪車架布置型式，最小轉彎半徑為3.14m，可通過無極變速系統(tǒng)自動匹配行駛速度和噴藥量；噴桿高度和噴幅調整由全液壓升降折疊機構實現(xiàn)，從而完成高稈作物的田間植保作業(yè)。

圖16  3WX-1100G型高地隙去雄噴霧機

圖17 3WZG-1000型噴藥機

圖18 4TZ-3型半自動煙葉采收機

圖19 3WP3-400型自走式噴桿噴霧機

如圖20所示為鄭州容大科技股份有限公司研制的可調輪距噴霧打頂一體機。輪距調整由主車架與后輪車架間連接的滑動導軌實現(xiàn)，后輪架可沿滑動導軌平行移動，由液壓缸提供動力；行駛系統(tǒng)采用全液壓驅動型式，實現(xiàn)無極變速調節(jié)；打頂切刀旋轉、距地間距調整和噴桿高度調節(jié)均通過液壓馬達和液壓缸實現(xiàn)。

河南農業(yè)大學王萬章等設計的三輪高地隙田間作業(yè)車，如圖21所示。通過五連桿機構，在液壓缸驅動力作用下實現(xiàn)作業(yè)車行駛間輪距變換調整，調整范圍為1.8～2.4 m，適用于玉米、煙草等高稈作物的田間作業(yè)；行駛系統(tǒng)采用電驅動；車后部設計有液壓升降架，可掛接噴桿、肥箱等機具，滿足多功能作業(yè)。

圖20 可調輪距噴霧打頂一體機

圖21三輪高地隙田間作業(yè)車

黑龍江富錦永興噴藥機械廠生產的四輪自走式噴藥機，如圖22所示，采用后輪液壓馬達驅動行駛，單人操作，勞動強度低，車架結構簡單，在小型農場和農民家庭中應用較多，廣泛應用于玉米、甘蔗等高稈作物的田間植保作業(yè)。盛楓華宇農業(yè)機械有限責任公司生產三輪噴藥機，采用前輪機械傳動驅動行駛，駕駛室距地間距較大，車架結構簡單，適合高稈作物的農藥噴施作業(yè)，如圖23所示。

圖22永興噴藥機

圖23億華宇三輪噴藥機

3結論

在吸收借鑒國外有代表性的農用高架作業(yè)車機型的基礎上，我國也研制了不同類型的農用高架作業(yè)車輛，但仍存在以下幾方面問題。

（1）在高稈作物的田間植保環(huán)節(jié)，如圖22、圖23所示機型，采用機械傳動形式，噪音較大，作業(yè)舒適度相對較差，且作業(yè)車無封閉式駕駛室，操作環(huán)境較差。

（2）在玉米去雄和煙草打頂、噴霧、收獲等環(huán)節(jié)，國內設計采用國產液壓元器件驅動型式的農用高架作業(yè)車輛，在精準識別、智能控制和實時監(jiān)控等方面與國外機型仍存在很大差距。

（3）針對不同行距的高稈作物的田間管理作業(yè)，我國農用高架作業(yè)車輛輪距調整方式較為復雜，且調整范圍較小。輪距調整過程中，輪胎的磨損較大。同時，也造成作業(yè)車的功能較為單一，不能實現(xiàn)一機多用。

綜上，我國的農用高架作業(yè)車研制已經應用了先進的液壓技術，在操控性能、空間利用、行駛制動等方面有了較大提升。未來，在計算機技術、GPS技術等的基礎上，還將向智能化、人性化、標準化、經濟和節(jié)能環(huán)保方面發(fā)展，不僅能夠實現(xiàn)煙草、玉米等的田間管理作業(yè)，還可以適應其他高稈作物的作業(yè)要求，實現(xiàn)一機多用。