我国农机生产和拥有量居世界首位,2018年农机总动力达到10.04亿千瓦,
总量近2亿台,其中拖拉机保有量2240万台、联合收获机206万台,截止
2019年综合机械化率为69%。随着工业化和城镇化的加速发展,社会老龄化加
剧、人工劳动成本不断增加,发展以现代化、工厂化农业为主体的生产模式成为
当务之急。在新形势与背景下,《中国制造2025》实施纲要把智能农机装备列
为重点发展的十大领域之一;在“十四五”科技发展规划中,工厂化农业关键技
术与智能农机装备也被列为重点研发计划。
底盘总成是移动式农业动力机械的重要组成部分,其性能直接影响整机的作
业质量和效率。底盘支撑、安装驱动系统及各部件的总成,并接受驱动系统的动
力,使农业装备在各种复杂环境下运动,不仅要在耕、播、管、收等生产环节正
常行驶,而且通用底盘上还要安装其他功能性机构,从而实现苗木移栽、林果采
收、产品分级、根茎切割等功能。因此,农业机械底盘技术发展水平是体现农业
现代化和智能化程度的重要标志,世界农业装备强国均将底盘作为智能农机装备
研究发展的核心。
底盘是集传动、行走、液压、转向、制动、机-电-液集成控制等技术于一体
的动力机械移动平台,可以稳定、高效、可靠地承载、牵引、外挂其他功能性
[3]
农机具,从而完成农业生产任务。近年来,国内外学者从“高效、智能、环保”
等角度出发,在四轮驱动、动力换挡、无级变速、轮距可调、空气悬架、悬浮车
桥、线控转向、制动防滑、底盘遥控等方面取得了创新性成果,对提升农业装备
底盘作业性能具有重要意义。本文从传动系统、行驶系统、转向系统、制动系统
及底盘遥控技术等方面阐述国内外农业机械底盘技术的发展现状,结合不同应用
此基础上,结合我国国情对农业机械底盘技术的未来发展方向进行展望,为智能
农机装备底盘设计提供参考。
1农业机械底盘传动系统
1.1布置方案
农业机械底盘传动系统布置形式按驱动类型可分为机械式、液力式和电力式
。机械式传动系统是指由发动机提供动力,依次经过离合器、变速箱、驱动桥、
[4]
半轴,最后传递至车轮,主要适用于农用拖拉机、收获机等底盘传动系统布置方
案;液力式传动系统是以液体作为传动介质,循环流动的动能或压能变化来传递
或转换能量,主要适用于高地隙植保机、水田插秧机等底盘传动系统布置方案;
电力式传动系统是指将电动机输出的动力传递至传动轴或驱动桥,或多轮毂电机
直接驱动,目前中国一拖集团有限公司的超级无人拖拉机1号、农业采摘机器人
等装备底盘均采用电力式传动系统布置方案,图1所示为不同驱动类型的农机
装备。
图1不同驱动形式的农业装备
Fig.1Differentdriveformsofagriculturalequipment
1.1.1机械式驱动
机械式四轮驱动具有良好的越障性、牵引性、坡地稳定性,广泛适用于山区
农机底盘传动系统布置方案,常见的机械式四轮驱动主要包括:全时四轮驱动、
分时四轮驱动和适时四轮驱动。陈黎卿团队为了提高四轮驱动底盘动力性和行
[5-7]
驶稳定性,提出一种基于前后轴转速差及车轮滑转率实时观测的轴间扭矩分配控
制策略。张京等针对农用轮式机器人转向方式单一、难以适应田间地头转向等
[8]
问题,设计了一种四轮独立驱动转向农用轮式机器人。QUAN等基于扩展阿克
[9]
曼转向原理设计了一种适用于作物行间行驶的四轮驱动移动式农用信息获取机
器人。李勇等通过对四轮驱动拖拉机牵引效率的分析,提出了影响四轮驱动拖
[10]
拉机牵引效率的关键因素。
1.1.2液力式驱动
静液压驱动底盘具有轻量化、功率密度高、无级变速、转向灵活性强等特点。
英国国立农机研究所于1956年成功研制第一台液压驱动的农用拖拉机