国外专业型果园轮式拖拉机的整机技术

2022-09-21 16:45:20 来源:写作指导

摘要:通过对国外专业型果园轮式拖拉机的整机布置技术、整机主要结构型式与技术特点的总结分析,对我国的果园轮式拖拉机研发工作提出了建议。

关键词:果园轮式拖拉机;整机布置技术;结构型式与技术特点;建议

国外专业型果园轮式拖拉机技术经历了半个多世纪的发展进步,特别是欧美等发达国家的产品技术已发展得非常成熟,代表了目前国际上专业型果园轮式拖拉机的技术发展现状和趋势[1]。国外专业型果园轮式拖拉机主导产品系列,主要以欧美产品为主,基本属于中马力偏中上功率段,技术上已越来越多地采用电液控制技术及多种智能化的管理系统。整机以结构紧凑、舒适方便、灵活机动为主要特点,适应果园多功能作业的需要,具有丰富的动力输出功能、液压输出功能和悬挂接口。为了进行复式作业,提高作业质量和效率,采用了附着性能更好的子午线轮胎。有些整机也可选装双向驾驶结构,以便在极为狭窄的空间,拖拉机悬挂机具作业时或需行驶作业时改善操纵性,并且也能极大地提高后部作业操作的视野。

1国外专业型果园轮式拖拉机的整机布置技术

(1)整机类型:因作业对象差别及主要用途不同,整机的外形特征也存在着较大差异,国外一般将果园轮式拖拉机按外形特征和用途来区分为:窄葡萄园型、中窄葡萄园型、宽葡萄园型和一般果园型、低矮型、高地隙型、发动机前悬、前后轮等直径(或非等直径)等类型[2]。不同类型的专业型果园轮式拖拉机则有着不同的设计思路和技术特点。

(2)发动机:一般选用三缸或四缸发动机,但以选用四缸发动机居多。欧美采用的发动机标定转速一般在2100~2300r/min之间,日本采用的发动机标定转速则普遍较高,基本都在2500~2800r/min之间。广泛采用增压和电控喷油技术。在美国销售的产品排放指标均达到美国EPA所规定的阶段排放要求,在欧洲销售的产品排放指标均达到欧盟排放法规所规定的阶段排放要求[3]。美国从2014年以后,就已正式实施了非道路Ⅳ阶段最终排放限值要求,欧盟则是从2019年以后正式实施了非道路Ⅴ阶段排放限值要求。国外专业型果园轮式拖拉机的功率段基本都在18.4~88.2kW之间。空气滤清器基本都采用干式、内置于机罩内的形式,排气消声器或后处理系统基本都采用内置于机罩或地板下布置形式,发动机一般均带有二级平衡机构。目前发动机普及较快的重点技术主要有:发动机智能控制和管理系统(如对功率和油耗的智能管理)以及环保、节能技术(如四气门技术、粘性风扇)等。

(3)全封闭安全驾驶室:驾驶室具有良好的密封性能,驾驶室内的气压要稍高于大气压,能保持50~200kPa的正压,进入驾驶室内的空气经过单级或多级滤清器过滤,能够有效减少灰尘以及果树喷洒农药时药雾的进入。驾驶室内用吸音材料装饰,地板铺多层复合胶垫,以避免发动机及传动系的噪音、热量和高频振动传入驾驶室,室内噪音一般在80dB以下。具有空调、暖风、功放、收音机、前后风挡玻璃刮水器及洗涤器、空调内外循环装置等功能。驾驶室悬架多为普通机械减震,但随着用户对舒适性要求越来越高,大多厂家的产品都可选配悬浮驾驶室(SuspendedCab)。悬架目前应用较广泛的是空气悬架,也有少部分采用液压悬架,如Fendt公司从2014年以后,就对其200VarioV/F/P系列专业型果园轮式拖拉机配装了弹性液压悬架前桥,可以在不改变拖拉机原有的技术特性基础上,极大地提高整机行驶稳定性和驾驶舒适性。

(4)燃油箱:普遍采用滚塑燃油箱,一般布置在发动机与仪表盘之间,但也有如Claas公司的NEXOS系列专业型果园轮式拖拉机,把燃油箱布置在发动机水箱散热器之前,这种布置,一方面降低了整机的高度,增强了通过性,同时也较好地调整了整机的重心。

(5)整机造型:整机造型更加符合现代化造型设计原则,覆盖件普遍采用外形圆滑的设计,防止对果树的损伤,中置式可折叠防翻架,增强拖拉机在果园作业的通过性[4]。

(6)操纵布置:一般操纵装置多布置于方向盘下或仪表盘上。操纵机构多采用软轴拉线形式或电液控制形式,这样能使整机结构更加紧凑。Fendt公司的200VarioV/F/P系列专业型果园轮式拖拉机,还采用了发动机和传动系自动管理操纵系统,使拖拉机的作业效率达到了最佳化水平[5]。

(7)仪表盘:普遍采用带液晶显示的数字仪表盘,识别清晰;具有完善的指示器功能,大部分机型均配备了电子监控和诊断系统。

(8)驾驶座椅:普遍采用前后、高度、悬浮减震均可调节的驾驶座椅,有些还配有可调节的扶手。

(9)离合器:欧美机型一般采用干式、独立双作用离合器形式;日本机型则采用膜片弹簧单作用离合器形式。离合器操纵系统一般以电液控制形式为主。

(10)前驱动桥:由于专业型果园轮式拖拉机对作业机动性有较高要求,因此,欧美机型往往采用大转向角前驱动桥,如Landini公司的ALPINEGT系列果园轮式拖拉机,其前驱动桥最大转向角达60°,为了进一步提高整机在果园作业时的机动灵活性,该前驱动桥同时还具备一个称之为“FAST-RUN”的前轮加速机构,使之在前驱挂接的情况下,当转向角超过35°时,通过一组湿式多片离合器结合,使前轮转弯速度增加78%,转弯时间可减少30%,其机构原理也类似Kubota公司产品上的倍速转向功能。而NewHolland公司则发明了超级转向技术,即除前轮相对于前驱动桥可转55°外,前驱动桥还可相对于机体转21°,其拖拉机最小转向圆直径减少了30%,极大提高了整机果园作业的机动灵活性。

(11)传动形式:目前还是以机械同步器换向、机械同步器换挡的传动形式为主。传动系一般具有高、中、低模块化配置。可装爬行减速传动或超爬行减速传动,电子液压操纵四轮驱动(离合器)、差速锁和动力输出轴离合器[6]。动力换向的机型普及迅速,有少部分机型采用了部分动力换挡和无级变速传动形式,最终传动基本都采用的是行星结构形式。

(12)制动器:国外专业型果园轮式拖拉机普遍采用湿式盘式制动器,其既有机械操纵形式,又有静液压操纵或液压助力操纵形式。

(13)液压系统:日本机型上常采用分置式液压系统,欧美机型上则常采用半分置式液压系统。普遍采用力控制、位控制、力位综合控制和浮动控制。一般都有电控提升选配。悬挂杆件为Ⅰ类或Ⅱ类。多标配有快速挂接装置。前悬挂机构也可选配。普遍采用传动和液压系统合用油结构,有些机型还和转向系统一起合用油。有多组液压输出配置,但以中置和后置液压输出组合配置居多,也有选择前置液压输出。

(14)动力输出轴及控制:一般都可选择前置或后置动力输出轴,普遍采用电液控制。另外,这种专用型拖拉机的动力输出轴转速大多为540r/min和1000r/min,有少量机型还增加有750r/min的经济型转速。有的还具有与拖拉机前进速度同步的动力输出轴,以适应各类特殊作业需要[7]。

(15)智能化控制:由于普遍采用了电子技术和创新型信息化技术[8],使得拖拉机和农业装备的结构成本降低,提高了使用效率。JohnDeere公司在其窄葡萄园及中窄葡萄园的5G系列产品上,配备了智能功率管理系统(IntelligentPowerManagement),它在道路运输或带动力输出轴驱动机具作业时,可自动响应,提供最高29kW的Boost功率。

2国外专业型果园轮式拖拉机的整机主要结构型式与技术特点

国外专业型果园轮式拖拉机因主要用途不同,整机主要结构型式与技术特点有着明显的差别。

2.1窄葡萄园型

适应行距一般为1.5~2.2m的窄葡萄园。整车最小宽度一般在1~1.162m之间,但以1.07m左右居多。方向盘顶至地面最低点高度一般在1.44m左右。轮胎有多种配置,最小基本配置一般为前轮6.5R16轮胎、后轮9.5R28轮胎。

2.2中窄葡萄园型

适应行距一般为2.2~2.5m的中窄葡萄园。整车最小宽度一般在1.213~1.350m之间,但以1.3m左右居多。这类产品的整机宽度一般比窄葡萄园型的要宽200~300mm。方向盘顶至地面最低点高度一般在1.44m左右。轮胎有多种配置,最小基本配置一般为前轮6.5R16轮胎、后轮11.2R28轮胎。

2.3宽葡萄园和一般果园型

适应行距为2.50~5.00m的宽葡萄园和一般果园用。整车最小宽度一般在1.437~1.482m之间,但以1.45m左右居多。方向盘顶至地面最低点高度一般在1.44m左右。轮胎有多种配置,最小基本配置一般为前轮260/70R20轮胎、后轮380/70R20轮胎。

2.4低矮型

垂直方向上的结构较为紧凑,适合在温室或果树架下进行乘坐作业。方向盘顶至地面最低点高度一般在1.218~1.330m之间,但以1.3m左右居多。整车最小宽度1.40m。轮胎有多种配置,最小基本配置一般为前轮260/70R16轮胎、后轮380/70R20轮胎。

2.5高地隙型

适应低矮水果的田间中耕管理。四驱型农艺地隙一般在0.66m以上,两驱型农艺地隙一般在0.78m以上。一般标配13.6-38/13.6-38轮胎,可选9.5-48/9.5-48和12.4-46/12.4-46等型号轮胎。

2.6发动机前悬、前后轮等直径型或非等直径型

整机质心较低,侧向稳定性较好。整机轴距较小,转向半径小。采用前轮转向的整车最小宽度一般比采用折腰转向的大。方向盘顶至地面最低高度一般在1.1~1.25m之间。较大功率机型一般可选择高度可调式方向盘。发动机前悬布置,前桥质量分配比达60%以上,具有前、后差速锁。整机基本都为四轮驱动型。前桥最大转向角一般在45°以上。轮胎有多种配置,一般为6.50-16/6.50-16或8.25-16/8.25-16等型号轮胎。

3建议

综上所述,专业型果园轮式拖拉机作业有其特殊的技术要求和结构特点。在研发我国的专业型果园轮式拖拉机的过程中,不仅需要我们深入进行一些基础专用部件的研发和有针对性的整机总体设计工作,也需要制造工艺的大幅提高及研发观念和流程的科学化改进。

3.1改进开发

以我国目前市场上销量非常大的中小轮拖产品为基础,研发果园轮式拖拉机,在工装设备最大继承性和零部件通用性的基础上,重新进行变型设计,尽可能好地去满足果园作业环境和性能需要。

3.2引进开发

通过引进国外先进的专业型果园轮式拖拉机样机,重点研究其大转向角前驱动桥、超级转向前驱动桥、折腰转向系统、折腰加前轮双重转向系统、电控液压系统、电控传动系统、前悬挂和前动力输出等技术。

3.3制造能力

将国外先进专业型果园轮式拖拉机零部件供应商纳入到国内研发机构的采购体系,缩短关键零部件技术差距,布局全球,实施战略重组,通过合作、购买制造技术等手段,直接提高制造能力,快速缩短研发周期,大力整合企业供应链、研发链和资源链优势,提高产品制造能力。

作者:邹娇蓉 李晨硕 李继光 单位:第一拖拉机股份有限公司 洛阳拖拉机研究所有限公司