国内外农用拖拉机先进技术研究及对比分析
1.5驾驶室技术
传统的拖拉机驾驶室较为简易,以遮风挡雨为基本功能,如今拖拉机驾驶室在保证视野的基础上更加注重性、舒适性、可靠性,更加智能化、信息化,可完成拖拉机的大部分信息显示记录、驾驶操控、机具控制、远程通讯等功能。综合来看,其先进性主要体现在如下几个方面。
性是拖拉机驾驶室的基本要求,同样也是先进性的体现。作为防护装置,拖拉机驾驶室须满足压垮、侧翻等强度要求,须有满足逃生的紧急出口;视野需要满足标准要求,后视镜位置须合理,保证视野良好,满足驾驶,可选装摄像头及辅助显示系统;须安装工作灯满足夜间作业及照明需求;驾驶座须安装带;前挡风玻璃应为玻璃;内饰材料的阻燃性能需满足标准要求。
驾驶舒适性上,先进的技术主要有:在驾驶室与车架的连接处加装减振悬架、减震弹簧或阻尼装置,降低整机的振动水平;方向盘及操纵杆件避振安装,减少整机振动对手臂的冲击,提高驾驶方向的准确性;安装冷暖空调,可实现温度、风速的控制;密封驾驶室,可满足降低噪声,隔断沙尘、农药的要求;减震驾驶座椅,可自主调整座椅的阻尼程度,降低整机振动对驾驶员身体直接冲击。
操控人机工程上,先进性主要体现在:操纵按钮、杆件、界面分类集中合理布置,方便驾驶员操纵使用;信息显示仪表、警示灯布置简洁明了,操作简单、信息简明;阶梯扶手满足标准要求的同时充分考虑到驾驶员活动自如、操作方便的要求;设置有副驾驶座、杯托、文件柜、音响系统、点烟器、遮阳帘等,满足驾驶员多元需求。
智能化方面,先进性主要表现在驾驶室内实现拖拉机的大部分智能控制。控制按钮、界面、杆件,显示界面等已经是驾驶室的重要组成部分,且多数先进驾驶室将部分信息显示界面设置于右前立柱,基本已经融为一体。部分拖拉机将大部分操作按键设置于与驾驶座为一体的扶手上,与座椅同步转动,其基本上可以实现大部分的拖拉机功能的操作,十分智能、简便。
以CASEMagnum系列拖拉机驾驶室为例,其配置减震悬架,可以隔离底盘振动,保证驾驶平稳;空气悬浮系统的转椅,可以40°右转,实现180°的视野,驾驶室的控件也位于右上方,一切都在视野之内。
装有MultiControl扶手控制台与ICP直观控制面板,可选AFSPro700TM触屏监视器,可随驾驶座同步转动,所有重要操作都集成在一个简单的控制器上,可以实现速度选择、换向、油门、地头管理控制、电子遥控阀、后端挂接控制、PTO、操纵杆等功能。配备智能空调,可以实现温度自动控制;方向盘可以倾斜并调节高度;右前立柱设有显示与监控面板,显示清晰、简洁、易读,综合性能监视器可提供额外的反馈,包括拖拉机系统状态、滑转率、已耕作面积和维护提醒等,如果存在任何警告信息,显示器会向驾驶员报警,并在必要时自动关闭发动机以保护机器。
1.6动力换挡
动力换挡是拖拉机上先进的动力传动方案,其是机电液一体化技术在拖拉机的典型应用,其主要是利用电控液压离合器、制动器,在不断开动力传动的前提下实现快速换挡。动力换挡技术克服了传统传动系统停顿换挡、动力中断的缺点,更加方便快捷,提高了工作效率。动力换挡技术已有60余年的历史,上世纪50年代末,动力换挡变速箱首次应用于卡特彼勒履带拖拉机上,20世纪90年代,该技术在普遍应用在大功率或重型拖拉机上。动力换挡变速箱主要由机械传动系统、液压控制系统和电子控制系统三部分组成。技术难点主要在液压技术及电子控制策略上。如今国外先进农机企业该技术已经成熟,如Case、JohnDeere、Claas、Challenger、Fendt、MasseyFerguson、Deutz-Fahr等,我国拖拉机企业在收购国外公司的基础上开发出了自主的动力换挡技术,部分企业在积极的研发自主知识产权的动力换挡技术,即将开展型式试验。
1.7无极变速
无极变速是指速比可连续变换。拖拉机作业环境恶劣,如果要达到较高的动力性及经济性,便需要根据作业负荷或速度实时调整传动系的传动比,使发动机工作在传动效率较高区间,经济性较好,是拖拉机传动技术发展的重要方向。
无级变速按传动方式可以分为机械传动、流体传动、电气传动、液压机械双流传动等。功率分流式无级变速传动系已普遍使用,根据德国农业协会试验研究,该方式较动力换挡变速箱作业燃油消耗率更低。
无级变速种类主要分为四类,具体情况如表3所示。
表3拖拉机无极变速器型式对比
在日本、韩国等,其作业田块面积不大,拖拉机以中小功率为主,其对大功率、大扭矩要求不高,主要采用静液压变速的无级变速。
如今,ACGO、CNH、JohnDeer、Claas、SameDeutz-Fahr等公司均推出了无级变速技术,技术路线略有区别。中国仅有一拖东方红LW4004无级变速重型拖拉机以及常州东风农机集团有限公司的链条传动的无级变速拖拉机,且东方红LW4004并没有批量生产销售,东风仍处于型式试验阶段。
1.8电功率
随着拖拉机智能化、大型化及作业机械复式化的发展,传统的动力输出轴和液压输出已经不能完全满足动力供应的需求。在2007年,JohnDeere公司发布了提供电功率的拖拉机,2009年,Belarus公司也向市场推出了一台配置电功率输出的拖拉机。近几年,ZF(ZFFriedrichshafenAG)公司研制出成熟的集成发电机解决方案:TERRA+,该系统可以提供70kW的电功率,更加节能。
1.9拖拉机ABS
制动防抱死系统(ABS:AntilockBrakingSystem)是一种车辆刹车制动力控制系统,可防止制动时车轮抱死,保证车辆整机可转向性。如今,拖拉机行驶速度较高(在中国拖拉机速度限制在40km/h,但一些高于此速度),尤其是挂车运输或道路转运行驶时,传统制动系统便不能保证高速制动的,因此ABS制动系统有必要应用到高速拖拉机或专业拖拉机上,满足高速行驶时的制定性。国外先进企业如NewHolland、JohnDeere、Deutz-Fahr等企业均已具备拖拉机ABS制动技术,且已可以应用到拖拉机上,我国在拖拉机ABS技术上基本没有开展研究。
如图1为JohnDeere的拖拉机ABS系统示意图。其主要由轮速传感器、制动单元、液压系统(图中未画出)、控制单元(图中未画出)等组成,其可以根据各轮转速、各制动单元液压压力控制控制阀的开闭,进而控制各轮的制动力,在防止车轮抱死的情况下实现车轮的减速度。
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