陳恒峰 郭輝 曹廷 盛會

摘要：聯(lián)合收割機的機械使用性能由其底盤驅(qū)動方式所決定。目前，國內(nèi)聯(lián)合收割機大多采用皮帶無級變速器驅(qū)動，存在一些弊端。針對皮帶無級變速器的缺陷，對比國內(nèi)外聯(lián)合收割機底盤研究現(xiàn)狀，探討我國聯(lián)合收割機全液壓驅(qū)動底盤發(fā)展中存在的問題與解決方法。

關(guān)鍵詞：液壓底盤；聯(lián)合收割機；全液壓驅(qū)動；無級變速

中圖分類號： S225.3 文獻標識碼：A 文章編號：1674-1161（2016）03-0022-03

底盤車架作為聯(lián)合收割機的承載基體，不僅要固定其它零部件，形成車輛的整體造型，還要承受收割機行駛過程中的各種載荷，所以車架結(jié)構(gòu)性能直接影響整機的可靠性和安全性，而其底盤驅(qū)動方式?jīng)Q定機械使用性能。當前，底盤驅(qū)動方式主要分為全機械傳動和液壓驅(qū)動傳動2種。

全機械傳動裝置的機械傳動距離長、占用空間大，給精簡機具結(jié)構(gòu)和核心工作裝置布置帶來極大的不便。液壓驅(qū)動底盤系統(tǒng)可避免上述不足，只需用高壓油管將高壓液壓油根據(jù)需要輸送到需要位置即可，結(jié)構(gòu)簡單、傳動可靠，能夠為機構(gòu)節(jié)省出大量內(nèi)部空間，方便各種工作部件在機構(gòu)內(nèi)排布，因此用全液壓驅(qū)動底盤取代機械驅(qū)動底盤是發(fā)展趨勢。

1 國內(nèi)聯(lián)合收割機底盤研究現(xiàn)狀

我國聯(lián)合收割機底盤一般使用無級變速器的工作原理：通過帶輪傳動方式驅(qū)動前輪行走，后輪換向控制，可使機器在不停機的情況下實現(xiàn)無級變速，以滿足不同速度作業(yè)要求。其裝配動力傳輸形式分為發(fā)動機經(jīng)過中間傳動軸將動力傳給變速器及發(fā)動機直接V帶連接變速器兩種形式。這兩種傳動形式的變速器的傳動方式均為三角V帶傳動，在高濕、高溫、高阻的泥濘土壤進行大負荷重載時，皮帶極易老化、打滑、斷裂，導(dǎo)致機械故障頻發(fā)，維修率高。

新疆-2型收割機為柴油動力型，采用具有自主知識產(chǎn)權(quán)的專用底盤，適用于干、濕田地作業(yè)，輪式行走對工作環(huán)境要求低。底盤結(jié)構(gòu)可分解為驅(qū)動、轉(zhuǎn)向橋、行走無級變器等部件。

驅(qū)動橋機構(gòu)可分為變速箱與邊減速器。變速箱工作原理為：變速齒輪與差速器設(shè)計同箱，推拉軟軸改變滑動齒輪的配合位置實現(xiàn)變速；變速箱輸入端連接干式單片常壓式摩擦離合器；將分動器加在變速箱的輸入端，使之能夠克服離合器分離產(chǎn)生的慣性，方便換擋；邊減速器包括半浮式左右半軸、左右邊減內(nèi)嚙合齒輪傳動副和驅(qū)動輪等。

轉(zhuǎn)向橋為機械式銷軸鉸接，通過液壓油缸伸縮帶動轉(zhuǎn)向輪和橋橫完成轉(zhuǎn)向工作。行走無級變速裝置采用改變V帶輪半徑比實現(xiàn)無級變速。在整個底盤系統(tǒng)中，停車制動系統(tǒng)采用機械與靜液壓組合結(jié)構(gòu)，利用總分泵增力控制夾盤式制動器，加配機械帶輪式手控制裝置停車。

僅將靜壓液壓系統(tǒng)作用于轉(zhuǎn)向操縱系統(tǒng)。系統(tǒng)特點：在單向回路中加入穩(wěn)定分流閥，確保機械行走時向全液壓轉(zhuǎn)向器輸送恒定流量，使機器行走轉(zhuǎn)向平穩(wěn)，無飄移現(xiàn)象。

由此可見，新疆-2機專用底盤實際是主體全機械傳動、局部轉(zhuǎn)向操縱為液壓傳動，是我國絕大部分收割機底盤的典型結(jié)構(gòu)。

2 國外聯(lián)合收割機底盤研究現(xiàn)狀

歐美、日本等工業(yè)發(fā)達國家已經(jīng)實現(xiàn)了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)機械化作業(yè)。擁有先進技術(shù)的大型跨國聯(lián)合收割機制造公司基本上用液壓自動化、機械智能化控制機具。

行走底盤系統(tǒng)中的靜液壓傳動系統(tǒng)控制分為變量泵+雙定量馬達、變量泵+定量馬達+輸出變速箱、雙變量泵+雙定量馬達三種。

在雙變量泵+雙定量馬達模式中，以日本Morooka MK系列、瑞士PZ-61、英國挑戰(zhàn)者坦克等用的TN-37、TN-54靜液壓傳動系統(tǒng)為代表，主要傳動元件為標準件，結(jié)構(gòu)簡單，制造和操作比較方便，能實現(xiàn)無級調(diào)速，可控性和效率高，缺點是能量損失比較大、效率低、使用制造成本較高。

在量泵+定量馬達+輸出變速箱控制模式中，代表世界現(xiàn)階段主流發(fā)展方向的有意大利克拉斯公司LEXION500系列、荷蘭聯(lián)合收割機公司CR900系列、約翰迪爾公司9000系列、俄羅斯葉尼塞系列等。

約翰迪爾公司的代表機型為70系列STS，最大功率358 kW，配置智能動力優(yōu)化管理系統(tǒng)；柔性仿形割臺可根據(jù)田間作業(yè)情況自動控制收獲速度及割茬高度，最大收獲寬度達11 m。該機的液壓傳動系統(tǒng)為無級變速驅(qū)動系統(tǒng)（變量泵+定量馬達）加三級輸出變速箱組合部件，通過調(diào)節(jié)變速箱檔位實現(xiàn)無級變速。變量泵直接連接發(fā)動機齒輪分動箱，變量泵機械能轉(zhuǎn)換為液壓動能，推動馬達驅(qū)動機械式齒輪箱。

系統(tǒng)動力工作原理如圖1所示。

揉切動力系統(tǒng)、行走系統(tǒng)、作業(yè)系統(tǒng)由主發(fā)動機齒輪分動箱直接連接驅(qū)動，無需任何帶輪連接。同時，整個系統(tǒng)為全液壓傳動方式，保證動力系統(tǒng)工作穩(wěn)定。

荷蘭聯(lián)合收割機的代表機型為CR9000，其最大功率298kW；仿形割臺可以自動控制割茬高度，并配備新型浮式作業(yè)系統(tǒng)；脫粒滾筒保護裝置和防過載裝置使用靜液壓傳動系統(tǒng)；且配備先進的智能控制系統(tǒng)，可根據(jù)田間作業(yè)情況及谷物屬性對各個工作部件進行調(diào)節(jié)，并能夠?qū)崿F(xiàn)自動導(dǎo)航。

俄羅斯葉尼塞系列的靜液壓傳動系統(tǒng)是典型的由雙向變量泵+雙向定量馬達組成的可變?nèi)莘e調(diào)速閉式回路系統(tǒng)。因為油路閉式循環(huán)，所以機器功率大，系統(tǒng)無溢流損失，回路無節(jié)流損失，工作效率高，流量損耗低。

總結(jié)國外合收割機底盤研究現(xiàn)狀分析，靜壓傳動系統(tǒng)在行走底盤中的發(fā)展迅速，成為現(xiàn)在的主流發(fā)展方向。但是在科學(xué)技術(shù)快速發(fā)展的社會，農(nóng)業(yè)機械發(fā)展速度落后于科技進步腳步，操作人員勞動強度高，能量消耗大，資源浪費嚴重，不利于節(jié)約型社會發(fā)展。對此，使日漸成熟的液壓控制技術(shù)與快速發(fā)展的電子科技緊密結(jié)合，推動現(xiàn)代農(nóng)業(yè)機械從單一純機械向電控智能化發(fā)展，著重解決能源利用效率低下、操作控制復(fù)雜、勞動強度大等問題。

3 聯(lián)合收割機發(fā)展趨勢

3.1 節(jié)能技術(shù)

3.1.1 電子傳感技術(shù) 在農(nóng)業(yè)機械各個工作部件安裝相應(yīng)的電子傳感器，時刻監(jiān)控工作狀態(tài)，可有效減少能量損失及提高利用率。

3.1.2 自動化系統(tǒng)技術(shù) 用電子傳感器監(jiān)測農(nóng)業(yè)機械各種工作狀態(tài)形成參數(shù)，用計算機數(shù)字控制系統(tǒng)分析、對比、運算整理、匹配參數(shù)后，對執(zhí)行元件輸出最優(yōu)化目標控制指令，使機械實現(xiàn)全能化控制，確保機器的經(jīng)濟價值、能源消耗、作業(yè)生產(chǎn)效率均優(yōu)化到最佳值。

3.2 靜液壓驅(qū)動技術(shù)

靜液壓驅(qū)動技術(shù)控制簡單有效，工作環(huán)境舒適平穩(wěn)，控制人員無需達到專業(yè)控制水平?？刂坪唵?，變速平穩(wěn)無沖擊，可以無間斷操作。在重載滿負荷工作狀態(tài)下能夠輸出恒定轉(zhuǎn)矩，保證機械啟動平穩(wěn)。低頻率機械制動為系統(tǒng)的一大特色。靜壓驅(qū)動系統(tǒng)本身可進行液壓制動，能夠減少使用機械制動的次數(shù)，在緊急狀態(tài)便于停車保護。對超載進行系統(tǒng)保護，防止損壞動力源。液壓系統(tǒng)中的溢流控制回路可控制整個系統(tǒng)中的液壓參數(shù)，進行超壓卸載保護。整個系統(tǒng)安裝簡單，布局合理。液壓泵與液壓馬達為液壓管路柔性連接，結(jié)構(gòu)合理。配置多種功能液壓驅(qū)動回路系統(tǒng)，可配套多種機械部件，實現(xiàn)一機多能，提高機械能源利用率及經(jīng)濟效益。

3.3 機電液一體化技術(shù)

借助電子科技的快速發(fā)展，將電子數(shù)控技術(shù)與靜液壓傳動技術(shù)相互結(jié)合，可對液壓系統(tǒng)的各個節(jié)點及回路參數(shù)進行時時監(jiān)測、分析。同時，數(shù)字控制的應(yīng)用和各種傳感器的配合，可優(yōu)化液壓元件工作參數(shù)、提高工作效率、節(jié)約經(jīng)濟成本。傳感器檢測農(nóng)業(yè)機械各部件的工作狀態(tài)參數(shù)，經(jīng)過計算機分析處理、整合匹配，對執(zhí)行元件發(fā)出控制生產(chǎn)指令，使農(nóng)業(yè)機械實現(xiàn)全自動化控制，減輕操作人員勞動強度。

4 聯(lián)合收割機發(fā)展中存在的問題與解決方法

通過分析國內(nèi)外谷物聯(lián)合收割機發(fā)展現(xiàn)狀及現(xiàn)代農(nóng)業(yè)機械趨勢發(fā)現(xiàn)，國內(nèi)谷物聯(lián)合收割機與國外存在較大差距，主要表現(xiàn)在以下3個方面：谷物收獲質(zhì)量等級和操作舒適性；液壓、電控、智能集成化技術(shù)應(yīng)用；全自動、遙感、傳感技術(shù)應(yīng)用。

針對我國谷物聯(lián)合收割機發(fā)展現(xiàn)狀，應(yīng)著重從以下2方面提高技術(shù)裝備水平：1） 提高產(chǎn)品的自動化、信息化水平，實現(xiàn)收獲過程自動化控制，改善收獲質(zhì)量，實現(xiàn)精準化作業(yè)。加強對液壓技術(shù)的研究與利用；加強遙感、傳感技術(shù)研究力度，實現(xiàn)谷物信息、工作部件狀態(tài)智能化監(jiān)測，提高遠程故障診斷能力；加強自動化控制技術(shù)研究力度，如全自動導(dǎo)向系統(tǒng)、自動駕駛系統(tǒng)、脫粒滾筒恒速控制系統(tǒng)等。2） 加快高效率、高性能大型谷物聯(lián)合收割機的產(chǎn)業(yè)化步伐。加大谷物聯(lián)合收割機關(guān)鍵部件及配套自動控制系統(tǒng)的研發(fā)力度，提升其作業(yè)性能。向大功率、高效率方向發(fā)展，加大喂入量割臺、高效脫粒分離及清選等關(guān)鍵部件研究力度，集成研發(fā)喂入量10 kg/s以上的自走式谷物聯(lián)合收割機。向通用性、適應(yīng)性方向發(fā)展，加大割臺、清選裝置等關(guān)鍵部件研究，實現(xiàn)大型谷物聯(lián)合收割機一機多用，提高不同地區(qū)、不同作物、不同單產(chǎn)的適應(yīng)能力，保證作業(yè)質(zhì)量與效率，降低生產(chǎn)成本。

5 結(jié)語

根據(jù)我國聯(lián)合收割機發(fā)展現(xiàn)狀，靈活運用先進技術(shù)對重要關(guān)鍵位置進行突破創(chuàng)新，把握發(fā)展潮流，跟進發(fā)展方向，對現(xiàn)有技術(shù)進行分析融合再創(chuàng)新，走“引進+吸收+分析+融合+提升+改進=創(chuàng)新”的道路，有效縮小與國際最先進技術(shù)間的距離，爭取成為生產(chǎn)自主研發(fā)的第一梯隊成員。只有這樣，收割機行業(yè)才會真正找到市場突破路徑，實現(xiàn)行業(yè)技術(shù)快速發(fā)展和收獲機械升級換代。采用靜液壓驅(qū)動技術(shù)改進底盤，選用變量泵+定量馬達+輸出變速箱的控制模式結(jié)構(gòu)，可減少故障率，保證工作的穩(wěn)定性，提高通過性和對濕地的適應(yīng)性，降低農(nóng)業(yè)機械使用維護成本，從而提高經(jīng)濟效益。為促進我國谷物聯(lián)合收割機快速發(fā)展，在“十二五”期間，國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃（863計劃設(shè)置了“高效收獲分離清選技術(shù)研究”課題，對大喂入量脫粒分離、高效清選與靜液壓驅(qū)動底盤等關(guān)鍵技術(shù)進行攻關(guān)，研發(fā)喂入量10 kg/s、配置智能化監(jiān)測和控制系統(tǒng)的大型自走式谷物聯(lián)合收割機。該課題促進我國農(nóng)業(yè)裝備產(chǎn)業(yè)技術(shù)進步，滿足我國糧食作物規(guī)?；斋@，提升收獲機械產(chǎn)品核心競爭力。