國(guó)內(nèi)外農(nóng)用拖拉機(jī)先進(jìn)技術(shù)研究及對(duì)比分析
1.5駕駛室技術(shù)
傳統(tǒng)的拖拉機(jī)駕駛室較為簡(jiǎn)易,以遮風(fēng)擋雨為基本功能,如今拖拉機(jī)駕駛室在保證視野的基礎(chǔ)上更加注重性、舒適性、可靠性,更加智能化、信息化,可完成拖拉機(jī)的大部分信息顯示記錄、駕駛操控、機(jī)具控制、遠(yuǎn)程通訊等功能。綜合來看,其先進(jìn)性主要體現(xiàn)在如下幾個(gè)方面。
性是拖拉機(jī)駕駛室的基本要求,同樣也是先進(jìn)性的體現(xiàn)。作為防護(hù)裝置,拖拉機(jī)駕駛室須滿足壓垮、側(cè)翻等強(qiáng)度要求,須有滿足逃生的緊急出口;視野需要滿足標(biāo)準(zhǔn)要求,后視鏡位置須合理,保證視野良好,滿足駕駛,可選裝攝像頭及輔助顯示系統(tǒng);須安裝工作燈滿足夜間作業(yè)及照明需求;駕駛座須安裝帶;前擋風(fēng)玻璃應(yīng)為玻璃;內(nèi)飾材料的阻燃性能需滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。
駕駛舒適性上,先進(jìn)的技術(shù)主要有:在駕駛室與車架的連接處加裝減振懸架、減震彈簧或阻尼裝置,降低整機(jī)的振動(dòng)水平;方向盤及操縱桿件避振安裝,減少整機(jī)振動(dòng)對(duì)手臂的沖擊,提高駕駛方向的準(zhǔn)確性;安裝冷暖空調(diào),可實(shí)現(xiàn)溫度、風(fēng)速的控制;密封駕駛室,可滿足降低噪聲,隔斷沙塵、農(nóng)藥的要求;減震駕駛座椅,可自主調(diào)整座椅的阻尼程度,降低整機(jī)振動(dòng)對(duì)駕駛員身體直接沖擊。
操控人機(jī)工程上,先進(jìn)性主要體現(xiàn)在:操縱按鈕、桿件、界面分類集中合理布置,方便駕駛員操縱使用;信息顯示儀表、警示燈布置簡(jiǎn)潔明了,操作簡(jiǎn)單、信息簡(jiǎn)明;階梯扶手滿足標(biāo)準(zhǔn)要求的同時(shí)充分考慮到駕駛員活動(dòng)自如、操作方便的要求;設(shè)置有副駕駛座、杯托、文件柜、音響系統(tǒng)、點(diǎn)煙器、遮陽簾等,滿足駕駛員多元需求。
智能化方面,先進(jìn)性主要表現(xiàn)在駕駛室內(nèi)實(shí)現(xiàn)拖拉機(jī)的大部分智能控制??刂瓢粹o、界面、桿件,顯示界面等已經(jīng)是駕駛室的重要組成部分,且多數(shù)先進(jìn)駕駛室將部分信息顯示界面設(shè)置于右前立柱,基本已經(jīng)融為一體。部分拖拉機(jī)將大部分操作按鍵設(shè)置于與駕駛座為一體的扶手上,與座椅同步轉(zhuǎn)動(dòng),其基本上可以實(shí)現(xiàn)大部分的拖拉機(jī)功能的操作,十分智能、簡(jiǎn)便。
以CASEMagnum系列拖拉機(jī)駕駛室為例,其配置減震懸架,可以隔離底盤振動(dòng),保證駕駛平穩(wěn);空氣懸浮系統(tǒng)的轉(zhuǎn)椅,可以40°右轉(zhuǎn),實(shí)現(xiàn)180°的視野,駕駛室的控件也位于右上方,一切都在視野之內(nèi)。
裝有MultiControl扶手控制臺(tái)與ICP直觀控制面板,可選AFSPro700TM觸屏監(jiān)視器,可隨駕駛座同步轉(zhuǎn)動(dòng),所有重要操作都集成在一個(gè)簡(jiǎn)單的控制器上,可以實(shí)現(xiàn)速度選擇、換向、油門、地頭管理控制、電子遙控閥、后端掛接控制、PTO、操縱桿等功能。配備智能空調(diào),可以實(shí)現(xiàn)溫度自動(dòng)控制;方向盤可以傾斜并調(diào)節(jié)高度;右前立柱設(shè)有顯示與監(jiān)控面板,顯示清晰、簡(jiǎn)潔、易讀,綜合性能監(jiān)視器可提供額外的反饋,包括拖拉機(jī)系統(tǒng)狀態(tài)、滑轉(zhuǎn)率、已耕作面積和維護(hù)提醒等,如果存在任何警告信息,顯示器會(huì)向駕駛員報(bào)警,并在必要時(shí)自動(dòng)關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)以保護(hù)機(jī)器。
1.6動(dòng)力換擋
動(dòng)力換擋是拖拉機(jī)上先進(jìn)的動(dòng)力傳動(dòng)方案,其是機(jī)電液一體化技術(shù)在拖拉機(jī)的典型應(yīng)用,其主要是利用電控液壓離合器、制動(dòng)器,在不斷開動(dòng)力傳動(dòng)的前提下實(shí)現(xiàn)快速換擋。動(dòng)力換擋技術(shù)克服了傳統(tǒng)傳動(dòng)系統(tǒng)停頓換擋、動(dòng)力中斷的缺點(diǎn),更加方便快捷,提高了工作效率。動(dòng)力換擋技術(shù)已有60余年的歷史,上世紀(jì)50年代末,動(dòng)力換擋變速箱首次應(yīng)用于卡特彼勒履帶拖拉機(jī)上,20世紀(jì)90年代,該技術(shù)在普遍應(yīng)用在大功率或重型拖拉機(jī)上。動(dòng)力換擋變速箱主要由機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)、液壓控制系統(tǒng)和電子控制系統(tǒng)三部分組成。技術(shù)難點(diǎn)主要在液壓技術(shù)及電子控制策略上。如今國(guó)外先進(jìn)農(nóng)機(jī)企業(yè)該技術(shù)已經(jīng)成熟,如Case、JohnDeere、Claas、Challenger、Fendt、MasseyFerguson、Deutz-Fahr等,我國(guó)拖拉機(jī)企業(yè)在收購(gòu)國(guó)外公司的基礎(chǔ)上開發(fā)出了自主的動(dòng)力換擋技術(shù),部分企業(yè)在積極的研發(fā)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的動(dòng)力換擋技術(shù),即將開展型式試驗(yàn)。
1.7無極變速
無極變速是指速比可連續(xù)變換。拖拉機(jī)作業(yè)環(huán)境惡劣,如果要達(dá)到較高的動(dòng)力性及經(jīng)濟(jì)性,便需要根據(jù)作業(yè)負(fù)荷或速度實(shí)時(shí)調(diào)整傳動(dòng)系的傳動(dòng)比,使發(fā)動(dòng)機(jī)工作在傳動(dòng)效率較高區(qū)間,經(jīng)濟(jì)性較好,是拖拉機(jī)傳動(dòng)技術(shù)發(fā)展的重要方向。
無級(jí)變速按傳動(dòng)方式可以分為機(jī)械傳動(dòng)、流體傳動(dòng)、電氣傳動(dòng)、液壓機(jī)械雙流傳動(dòng)等。功率分流式無級(jí)變速傳動(dòng)系已普遍使用,根據(jù)德國(guó)農(nóng)業(yè)協(xié)會(huì)試驗(yàn)研究,該方式較動(dòng)力換擋變速箱作業(yè)燃油消耗率更低。
無級(jí)變速種類主要分為四類,具體情況如表3所示。
表3拖拉機(jī)無極變速器型式對(duì)比
在日本、韓國(guó)等,其作業(yè)田塊面積不大,拖拉機(jī)以中小功率為主,其對(duì)大功率、大扭矩要求不高,主要采用靜液壓變速的無級(jí)變速。
如今,ACGO、CNH、JohnDeer、Claas、SameDeutz-Fahr等公司均推出了無級(jí)變速技術(shù),技術(shù)路線略有區(qū)別。中國(guó)僅有一拖東方紅LW4004無級(jí)變速重型拖拉機(jī)以及常州東風(fēng)農(nóng)機(jī)集團(tuán)有限公司的鏈條傳動(dòng)的無級(jí)變速拖拉機(jī),且東方紅LW4004并沒有批量生產(chǎn)銷售,東風(fēng)仍處于型式試驗(yàn)階段。
1.8電功率
隨著拖拉機(jī)智能化、大型化及作業(yè)機(jī)械復(fù)式化的發(fā)展,傳統(tǒng)的動(dòng)力輸出軸和液壓輸出已經(jīng)不能完全滿足動(dòng)力供應(yīng)的需求。在2007年,JohnDeere公司發(fā)布了提供電功率的拖拉機(jī),2009年,Belarus公司也向市場(chǎng)推出了一臺(tái)配置電功率輸出的拖拉機(jī)。近幾年,ZF(ZFFriedrichshafenAG)公司研制出成熟的集成發(fā)電機(jī)解決方案:TERRA+,該系統(tǒng)可以提供70kW的電功率,更加節(jié)能。
1.9拖拉機(jī)ABS
制動(dòng)防抱死系統(tǒng)(ABS:AntilockBrakingSystem)是一種車輛剎車制動(dòng)力控制系統(tǒng),可防止制動(dòng)時(shí)車輪抱死,保證車輛整機(jī)可轉(zhuǎn)向性。如今,拖拉機(jī)行駛速度較高(在中國(guó)拖拉機(jī)速度限制在40km/h,但一些高于此速度),尤其是掛車運(yùn)輸或道路轉(zhuǎn)運(yùn)行駛時(shí),傳統(tǒng)制動(dòng)系統(tǒng)便不能保證高速制動(dòng)的,因此ABS制動(dòng)系統(tǒng)有必要應(yīng)用到高速拖拉機(jī)或?qū)I(yè)拖拉機(jī)上,滿足高速行駛時(shí)的制定性。國(guó)外先進(jìn)企業(yè)如NewHolland、JohnDeere、Deutz-Fahr等企業(yè)均已具備拖拉機(jī)ABS制動(dòng)技術(shù),且已可以應(yīng)用到拖拉機(jī)上,我國(guó)在拖拉機(jī)ABS技術(shù)上基本沒有開展研究。
如圖1為JohnDeere的拖拉機(jī)ABS系統(tǒng)示意圖。其主要由輪速傳感器、制動(dòng)單元、液壓系統(tǒng)(圖中未畫出)、控制單元(圖中未畫出)等組成,其可以根據(jù)各輪轉(zhuǎn)速、各制動(dòng)單元液壓壓力控制控制閥的開閉,進(jìn)而控制各輪的制動(dòng)力,在防止車輪抱死的情況下實(shí)現(xiàn)車輪的減速度。
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