果园大棚型拖拉机研究概述.pdf
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1、果园大棚型拖拉机研究概述杜东辉,金鑫,段华威,张韶丹,郝朝增(智能农业动力装备全国重点实验室,河南 洛阳 ;洛阳拖拉机研究所有限公司,河南 洛阳 ;第一拖拉机股份有限公司 中小拖公司,河南 洛阳 )摘要:简述了国内外果园大棚型拖拉机的现状、存在的问题以及未来的前景展望。对于果园大棚型拖拉机的设计,从整机外形尺寸、发动机及附件系统、传动系统、悬挂系统、液压系统以及覆盖件方面提出了一些设计要点,为后续产品技术提升和对于果园大棚型拖拉机的研究提供一定的参考意义。关键词:果园大棚型;拖拉机;研究中图分类号:文献标志码:文章编号:(),(,;,;,):,:;目前,我国中小马力拖拉机市场巨大,近几年销量均
2、在 万辆以上,因此许多企业进入到拖拉机行业想来分这块“蛋糕”。由于中小马力拖拉机技术水平不高,同质化严重,中低端市场竞争激烈,企业为追求利益往往降低拖拉机整机配置、降低零部件加工制造精度等,导致企业对于技术研发、产品升级等方面缺乏强力支撑 。年,我国果园种植面积达到了 万公顷(约 亿亩),温室大棚面积达到了 万公顷(约 亿亩),果园大棚农机市场巨大。虽然传统农业型拖拉机数量在市场上已趋于饱和,但农业机械化水平还未全部实现,部分地区面临着“有机难用”的问题,尤其在果园大棚以及特殊经济作物(例如:花生、甜菜等)狭小区域对于小外形尺寸、窄轮距、短轴距、小转向圆的专业型拖拉机需求不断增加,与国外成熟的
3、专业型拖拉机在技术水平方面还存在着很大的差距。国家也出台了一系列相关法规政策支持多功能型拖拉机的研制和产业化,加快推进农业机械化进程。如 国家中长期科学和技术发展规划纲要()中指出“重点研究开发适合我国农业特点的多功能作业关键装备,经济型农林动力机械”。农业部 农机装备发展行动方案()中指出“重点突破菜园、果园、设施园艺等专用拖拉机”。果园大棚型拖拉机定义及国内外发展现状 果园大棚型拖拉机定义果园轮式拖拉机主要是用于葡萄园、苹果园等果园耕作和管理作业的轮式拖拉机 ,大棚轮式拖拉机主要是用于温室大棚内部作业的轮式拖拉机。该类机型需满足在大棚或者果树架下进行作业,防止整机外形尺寸过大所导致的大棚作
4、业机动性差、工作效率低,或者在果园中出现与枝杈干涉等问题。国内外发展现状国外没有专业的大棚型拖拉机,在 世纪 年收稿日期:基金项目:中国机械工业集团有限公司青年培育项目()。第 卷第 期拖 拉 机 与 农 用 运 输 车 年 月 ,代欧美发达国家首次将一般农用拖拉机改装后用于果园作业,并将该类拖拉机归属于专业型拖拉机。到 世纪 年代果园机械及配套农具的快速发展,使得果园作业由人工操作转变到机械作业;进入到 世纪 年代后,欧美发达国家的果园种植已经初具规模,基本上已经普及使用专业型果园拖拉机,专业型拖拉机技术已逐渐成熟 。技术水平比较先进的农机企业都有属于自己特色的专业型拖拉机,例如 公司的 ;
5、公司的 系列 ()、系列 ()和 (),可实现前轮和折腰双重转向,最小转向半径仅为 ;公司的 系列();公司旗下的 品牌专业型拖拉机系列等。世纪 年代之前,我国拖拉机主要用于大田农耕作业,果园大棚等专业型拖拉机还未广泛应用,果园生产主要采用人工作业方式;在 世纪 年代之后,我国逐渐引进学习国外农业机械的同时,慢慢开始研制出果园除草机、果园液压升降剪枝机等农业机械。尤其近年来对于适用于果园大棚的专业型拖拉机需求不断增加,国内农机企业相继推出专业型的产品,例如福田雷沃的 、马力段的 平台和 马力段的 平台;黄海金马的 、等多款大棚王产品;中国一拖集团的 、等紧凑型机型;常州东风集团推出的 等适用于
6、果园大棚机型。虽然近年来我国果园大棚型产品日渐丰富,但是多数在传统农业底盘上通过更换窄的前后桥、配套小轮胎等措施进行改制而成,目前在市场上销售的 段的果园机,均是在上世纪八十年代初开发的直联传动小四轮拖拉机的基础上改进而成的,传动系未发生大的变化,用户在使用中出现整机尺寸过大、在果园大棚中机动性和转向性差等问题。近些年,国外先进专业型拖拉机的发展也非常迅速,配套排放要求更高的欧发动机、操纵更舒适的电液控制系统、驾驶室配套有液压减震及空调系统、可选装前中后的液压输出装置、前后悬挂机构、自动导航系统等技术。随着机电液一体化技术的不断发展,液压系统在智能化拖拉机上应用水平逐渐提高,例如电控液压悬挂系
7、统、静液压制动系统、电控液压转向系统以及液压悬浮避震驾驶室等 ,专业型拖拉机能够满足从土地准备 种植 喷药到采摘全过程的使用需求,减轻了用户的劳动强度、提高了作业精度和作业效率。整机零部件的设计要点 整机外形尺寸拖拉机整机外形尺寸过大受多种因素影响,主要存在传动系及前后桥尺寸大、发动机及散热系统尺寸大、小尺寸燃油箱工作时间短、普通悬挂布置不下、驾驶员操作舒适性差等问题,制约着果园大棚型拖拉机的发展。对于上述存在的问题,在设计时可以充分考虑以下部件的选型和优化设计。()传动系可以通过缩短前、后箱尺寸,后桥可以缩短壳体长度,选用窄轮距、大转向角前驱动桥等措施减少底盘的轴向、横向尺寸和转向圆半径。国
8、内的鲁中 轴距可做到 、轮距 ;东方红 轴距为 、轮距为 ;国外 公司的 轴距为 、轮距为 ;公司的 和 公司 轴距均为 、轮距分别为 和 ;公司的 轴距仅为 、轮距为 ,可大幅度地减少传动系和整机外形尺寸。()选配小尺寸的发动机,散热系统可采用高效水箱,可大大的缩小整机空间占用,并提高前轮的转向角,减少最小转向圆半径。目前 公司的 系列:机型采用外形尺寸更小的意大利进口发动机(发动机),机身最小可达 、方向盘离地高度为 ,能够实现前轮转向、折腰转向、前轮和折腰双重转向方式,最小转向圆半径可达 ,尤其适用于果园大棚以及设施园艺等领域;公司的 采用欧洲 (公司)发动机,机身最小可达 、方向盘离地
9、高度为 、最小转向圆半径仅为 ;目前国内中马力段发动机尺寸控制较好的为东柴 、扬动 、常柴 等系列,可覆盖功率范围约为 。()燃油箱是保证拖拉机工作的关键部件,整机工作时间取决于燃油箱容量。对于果园大棚型拖拉机而言,由于整机空间非常有限,为保证燃油箱容量满足整机使用要求,一般采用滚塑油箱,一方面可以在有限的空间内对燃油箱进行仿形设计,尽可能的利用有限的空间增加燃油箱容量;另一方面可以将燃油箱布置于驾驶员后侧,燃油箱高度不高于驾驶员视野高度。为提高整机的工作时间,可以采用前后主副油箱的方式,可显著增加燃油箱的容量。国内多数燃油箱布置在驾驶室底部、发动机上侧或座椅后侧,黄海金马 系列将燃油箱与仪表
10、集成设计,造型美观且空间利用率更高;国外 公拖拉机与农用运输车第 期 年 月司的 将燃油箱布置于后壁板上、公司的 系列将燃油箱布置于散热器前端,可有效的将整机重心前移,避免翘头。()普通悬挂机构对于窄轮距机型,易与轮胎内侧发生干涉,影响机具的配套和使用,可以将传统型的“”字型悬挂装置进行优化设计,改为“”字型或“”字型,通过小的改变可满足窄轮距机型的配套使用。国内东方红 系列窄轮距()下拉杆可采用“”字型或“”字型,避让开轮胎和立板内侧。国外窄轮距多数采用“”字型悬挂装置,例如 公司的 窄轮距机型下拉杆采用“”型悬挂机构,下拉杆上开有不同的孔,可通过调整下悬挂点的安装位置,满足不同机具的需求。
11、()果园大棚型拖拉机相对于传统型,空间更小、功能配置却不少,驾驶员在操作时空间过小,舒适性差。在不考虑成本的情况下,尽可能采用电控操作的方式,例如电子手脚油门、电控切换 转速、电液控制提升悬挂等措施,可大大减少操纵杆件,提升整机的操纵舒适性。例如雷沃公司配驾驶室机型均为全包内饰,将电子手油门、电控提升、电控 集成于操作台上。为提高整机的操纵舒适性,可以采用人机工程分析软件对整机操纵杆件的舒适性进行校核并优化,对于操纵舒适性的提升有一定的积极效果。发动机及附件系统果园大棚型拖拉机由于整机外形尺寸小,则需要发动机及附件系统更加高效紧凑,选用符合排放要求的紧凑型发动机。水箱、中冷器、冷凝器等散热系统
12、均采用高效型散热系统,在机罩内部尽可能将中冷器、水箱芯子、冷凝器(配套空调)与风扇中心共线布置,优化内部风场分布,散热效果达到最佳,避免因长时间工作出现水箱“开锅”问题,影响用户的作业效率。空气滤清器采用内置式,机油滤、燃油滤、机油散热器、燃油散热器等部件内置于机罩内,消声器及后处理(国四)内置,消声管下置,尽可能紧凑布置。国外 公司的 采用电控发动机,燃油消耗率低、功率大、扭矩储备高,全铝板翅式散热器结构,散热快、寿命长。传动系统传动系是拖拉机工作的核心。对于果园大棚型拖拉机而言,传动系尺寸是影响整机尺寸的重要因素,如何才能既保证传动系工作可靠,又让传动系尺寸尽可能小是个关键问题。传动系主要
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