輕型電動(dòng)農(nóng)用運(yùn)輸機(jī)械發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì)

孫 曉

0 序言

隨著農(nóng)村產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，農(nóng)產(chǎn)品養(yǎng)殖、加工和服務(wù)業(yè)等蓬勃發(fā)展，單次運(yùn)量少、距離短且頻繁的田間農(nóng)用運(yùn)輸工具需求日益增長(zhǎng)，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中迫切需要適用于短途少量散貨運(yùn)輸，機(jī)動(dòng)性好、污染少、成本低、使用方便的農(nóng)用運(yùn)輸機(jī)械。利用蓄電池作為電源，研制開(kāi)發(fā)輕型電動(dòng)農(nóng)用運(yùn)輸機(jī)械，是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的迫切需要，也是社會(huì)主義新農(nóng)村建設(shè)的需要。

1 國(guó)內(nèi)外電動(dòng)農(nóng)用運(yùn)輸機(jī)械發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 國(guó)外電動(dòng)農(nóng)用運(yùn)輸機(jī)械發(fā)展概況

最早出現(xiàn)的具有代表性的電動(dòng)力大田作業(yè)機(jī)械是1912年德國(guó)西門子公司生產(chǎn)的36.8 kW乘坐式電動(dòng)拖拉機(jī)，該公司后續(xù)又推出2.9 kW手扶式電動(dòng)拖拉機(jī)，該系列產(chǎn)品主要用于耕地作業(yè)。1941年瑞典研發(fā)了一款可換耕具的多用途電動(dòng)拖拉機(jī)。對(duì)我國(guó)電動(dòng)拖拉機(jī)影響較大的是前蘇聯(lián)在20世紀(jì)三四十年代研發(fā)的系列電動(dòng)拖拉機(jī)。以上電動(dòng)機(jī)械均采用電纜供電方式。

20世紀(jì)70年代，美國(guó)通用電氣公司推出了Elec-Trak系列電動(dòng)拖拉機(jī)，采用鉛酸蓄電池供電和永磁無(wú)刷電機(jī)作動(dòng)力源。由于當(dāng)時(shí)國(guó)際能源危機(jī)，電動(dòng)力拖拉機(jī)的研究得到追捧，加拿大、英國(guó)、意大利和日本等國(guó)家相繼進(jìn)行了電動(dòng)拖拉機(jī)的研究，推出的產(chǎn)品功率大多在10 kW左右。后續(xù)也有采用燃料電池等新技術(shù)的。

1.2 國(guó)內(nèi)電動(dòng)農(nóng)用運(yùn)輸機(jī)械發(fā)展概況

我國(guó)早在70年代就研制了一種塑料大棚電動(dòng)運(yùn)輸車。該車車速40 m/min，載重400 kg，還可以運(yùn)送糞肥，秧苗，架條等。這種實(shí)用型電動(dòng)運(yùn)輸車很快走向市場(chǎng)，成為廣大農(nóng)民朋友的至愛(ài)。隨后又出現(xiàn)了一種適用于農(nóng)村短途散貨運(yùn)輸?shù)碾妱?dòng)車，它具有生產(chǎn)和使用成本低、節(jié)能、安全和機(jī)動(dòng)性好的特點(diǎn)，對(duì)環(huán)境保護(hù)具有良好的效果。

近期，我國(guó)又研制了一種混合動(dòng)力拖拉機(jī)，既可用于收割、耕地、播種、施肥、地膜覆蓋、澆灌，噴灑農(nóng)藥等，也可用于短途貨物運(yùn)輸，還可乘載三人作為交通工具。其特點(diǎn)是體積小，功率在3～12 kW之間，機(jī)動(dòng)靈活，剎車采用汽車的碟式制動(dòng)，安全可靠，電力啟動(dòng)，操作方便。

針對(duì)農(nóng)村留守人員體質(zhì)偏弱，田間道路運(yùn)輸難的問(wèn)題研制的農(nóng)用手扶電力驅(qū)動(dòng)車，設(shè)計(jì)了改變輪的著地方式的結(jié)構(gòu)，可3 輪著地在寬路上行駛，或可實(shí)現(xiàn)1 輪著地在窄路上行駛。試驗(yàn)結(jié)果表明該車能順利通過(guò)120 mm 寬的道路，電力驅(qū)動(dòng)下爬坡度可達(dá)13°,人力助動(dòng)爬坡度可達(dá)17°，能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速，平路行駛最大速度為2.86 m/s。

2 輕型電動(dòng)農(nóng)用運(yùn)輸機(jī)械關(guān)鍵技術(shù)研究

2.1 輕型電動(dòng)農(nóng)用運(yùn)輸機(jī)械功耗分析

電動(dòng)農(nóng)用運(yùn)輸車用于短途小件散貨運(yùn)輸，主要保證貨物能方便安全地運(yùn)達(dá)目的地，對(duì)車速的要求在其次，這為電動(dòng)車節(jié)省能耗帶來(lái)有利條件。車輛在水平路面勻速行駛，所需最大功耗P(kW)為

式中η為機(jī)械系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)總效率。單級(jí)減速器效率為0.96，鏈傳動(dòng)機(jī)械效率為0.96，電氣系統(tǒng)效率根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值為0.95，則總效率η為0.875；m為車輛總質(zhì)量，約為600 kg；g為重力加速度，9.8m/s2；fs為滾動(dòng)阻力系數(shù)，車輛在硬路面上行駛時(shí)約為0.0165；vmax為最高車速，確定為20 km/h；CD為空氣阻力系數(shù)，低速時(shí)取0.4；A為車輛正面投影面積，估算為1.5 m2。

可以推斷，電動(dòng)運(yùn)輸車在水平路面上低速行駛時(shí)，功耗較小，爬坡時(shí)阻力增加很快。如采用串激直流電機(jī)，當(dāng)阻力矩增加時(shí)，轉(zhuǎn)速會(huì)自動(dòng)下降，車速變慢，爬坡時(shí)總功耗不致增大很多。

2.2 農(nóng)田環(huán)境速度檢測(cè)

農(nóng)用運(yùn)輸機(jī)械除一般運(yùn)輸作業(yè)外，裝配一定刀具后，往往具有某些大田作業(yè)功能，如翻耕、旋耕、噴施農(nóng)藥和收割等。需要實(shí)時(shí)采集準(zhǔn)確的地速數(shù)據(jù)作為控制系統(tǒng)的輸入量，進(jìn)行實(shí)時(shí)產(chǎn)量計(jì)算或調(diào)整肥料、農(nóng)藥等物料的排放率。此外，作業(yè)機(jī)械地速信號(hào)也是計(jì)算作業(yè)面積、統(tǒng)計(jì)作業(yè)效率的依據(jù)。因此，速度信號(hào)采集和解析對(duì)于智能農(nóng)業(yè)裝備作業(yè)過(guò)程監(jiān)視、農(nóng)業(yè)物料資源的按需投入控制都是至關(guān)重要的技術(shù)環(huán)節(jié)。

標(biāo)桿測(cè)速法是一種傳統(tǒng)的農(nóng)田作業(yè)機(jī)械測(cè)速方法，通過(guò)計(jì)時(shí)工具計(jì)算作業(yè)機(jī)械通過(guò)固定標(biāo)桿的時(shí)間，再根據(jù)作業(yè)機(jī)械行走速度、行走距離和行駛時(shí)間之間的簡(jiǎn)單數(shù)學(xué)關(guān)系可以測(cè)算出作業(yè)機(jī)械的平均速度。

輪速傳感器測(cè)速法是利用霍爾或光電效應(yīng)進(jìn)行接觸式輪速測(cè)量的，但由于分辨率低、作業(yè)過(guò)程輪胎的滑移、輪胎與地表的不同接觸狀況、輪胎氣壓變化等各種因素的影響，導(dǎo)致這種測(cè)速方法不夠精確。

多普勒雷達(dá)是利用多普勒原理對(duì)運(yùn)動(dòng)物體的速度進(jìn)行連續(xù)測(cè)量的一種測(cè)速系統(tǒng)。國(guó)外許多商品化智能農(nóng)業(yè)裝備中多采用多普勒雷達(dá)測(cè)速的方法，相關(guān)研究文獻(xiàn)也多認(rèn)為這種測(cè)速方法精確度較高。但在農(nóng)田有作物生長(zhǎng)的狀況下這種測(cè)量方法的累積誤差較大。同時(shí)，這種測(cè)速方法的成本較高。

隨著GPS技術(shù)的應(yīng)用推廣，近年來(lái)有研究人員提出將GPS技術(shù)用于農(nóng)田作業(yè)機(jī)械的測(cè)速。如同定位功能一樣，GPS接收機(jī)能夠?qū)ζ漭d體進(jìn)行測(cè)速，一般有原始多普勒觀測(cè)值測(cè)速法、位置差分測(cè)速法和載波相位中心差分測(cè)速法。研究表明，GPS定位設(shè)備是精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)智能作業(yè)系統(tǒng)中的重要組成部分，可以利用GPS的測(cè)速功能實(shí)時(shí)解析接收機(jī)輸出的NMEA語(yǔ)句（如RMC語(yǔ)句、VTG語(yǔ)句）中包含的速度信號(hào)值。

3 結(jié)論

綜上所述，由于廣大農(nóng)村對(duì)電動(dòng)農(nóng)機(jī)的需求量很大，輕型電動(dòng)農(nóng)用運(yùn)輸機(jī)械發(fā)展較快，但目前國(guó)內(nèi)還沒(méi)有比較成熟的產(chǎn)品，整個(gè)行業(yè)還處于起步階段，今后的發(fā)展趨勢(shì)如下：

（1）探索適合農(nóng)業(yè)環(huán)境的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和車體結(jié)構(gòu)，研究適應(yīng)農(nóng)村道路和作業(yè)環(huán)境的關(guān)鍵技術(shù)。進(jìn)一步降低生產(chǎn)成本，提高電動(dòng)農(nóng)用機(jī)械的可靠性，使之為農(nóng)民接受。

（2）建設(shè)相應(yīng)的配套設(shè)施，如充電站和維修站，促進(jìn)電動(dòng)農(nóng)用運(yùn)輸機(jī)械行業(yè)向規(guī)?；l(fā)展。

（3）國(guó)家和有關(guān)部門應(yīng)進(jìn)一步加大對(duì)電動(dòng)農(nóng)用運(yùn)輸機(jī)械的政策扶持力度，在讓農(nóng)民受益的同時(shí)，促進(jìn)該行業(yè)健康、快速地發(fā)展。

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