拖拉機電液懸掛技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀與展望

王堰 魏國俊

拖拉機是實現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化不可缺少的動力機械。液壓懸掛系統(tǒng)作為拖拉機的重要工作裝置，主要用于農(nóng)機具的連接、懸掛、提升、下降及作業(yè)深度控制。液壓懸掛系統(tǒng)功能的優(yōu)劣直接影響著農(nóng)機具的田間作業(yè)質(zhì)量，也是判斷拖拉機性能的重要指標(biāo)。

1 電液懸掛技術(shù)優(yōu)勢

隨著電控液壓技術(shù)的日臻完善，該技術(shù)在發(fā)達國家中大功率拖拉機的懸掛系統(tǒng)上得到充分應(yīng)用。電控液壓懸掛系統(tǒng)以電子信號替代機械反饋信號，通過控制器接收傳感器的電子信號，經(jīng)過處理后輸出信號給電液比例閥來控制液壓油缸的升降。與傳統(tǒng)的拖拉機液壓懸掛系統(tǒng)相比，電控液壓懸掛系統(tǒng)具有以下優(yōu)點：

1）提高作業(yè)效率。使拖拉機在穩(wěn)定的犁耕作業(yè)狀態(tài)下精確控制耕深，減少燃油使用量；使拖拉機驅(qū)動輪處于最佳滑轉(zhuǎn)率的前提下，實現(xiàn)電控液壓懸掛系統(tǒng)的力調(diào)節(jié)、位調(diào)節(jié)、力位綜合調(diào)節(jié)等多種耕深調(diào)節(jié)控制功能，以獲得最大牽引力，減少驅(qū)動輪打滑，提高拖拉機耕作效率。

2）提高作業(yè)質(zhì)量。拖拉機電液懸掛系統(tǒng)的應(yīng)用可使拖拉機在最佳滑轉(zhuǎn)率下工作，采用力位綜合調(diào)節(jié)耕深控制策略，充分利用力調(diào)節(jié)和位調(diào)節(jié)的優(yōu)勢，在保證最佳耕深的同時維持發(fā)動機負荷的穩(wěn)定性。適用于土壤比阻變化較大、地塊起伏程度較大等各種類型的作業(yè)地塊。

3）降低駕駛員作業(yè)強度。拖拉機電控液壓懸掛系統(tǒng)采用耕深自動控制方法，耕地作業(yè)時只需在控制面板上設(shè)定目標(biāo)耕深和力位綜合度系數(shù)即可，大大降低了駕駛員的勞動強度，使駕駛員能夠從傳統(tǒng)的手動調(diào)節(jié)耕深的操作中解放出來，從而更專注于拖拉機的田間駕駛。

4）提升拖拉機的智能化、自動化水平?；诟钭詣涌刂萍夹g(shù)的電控液壓懸掛系統(tǒng)，與GPS導(dǎo)航技術(shù)、CAN總線技術(shù)、高精度傳感技術(shù)等相結(jié)合，可實現(xiàn)拖拉機作業(yè)智能化控制，使拖拉機更適合未來精細農(nóng)業(yè)的發(fā)展要求。

2 國外拖拉機電液懸掛技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

目前，電子控制耕深技術(shù)已在發(fā)達國家拖拉機上得到廣泛應(yīng)用，電液懸掛產(chǎn)品已經(jīng)進入主流市場，許多知名公司的大功率拖拉機都裝備了電控液壓懸掛系統(tǒng)。如約翰迪爾（JohnDeere）、紐荷蘭（NewHolland），都各自開發(fā)了相應(yīng)的數(shù)字化耕深控制系統(tǒng)。一些公司在拖拉機液壓系統(tǒng)中使用了負載敏感系統(tǒng)，以提高液壓系統(tǒng)的操作性。還有一些拖拉機采用了基于CAN總線的多路傳輸網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，使得電液懸掛系統(tǒng)在拖拉機上的應(yīng)用達到很高的水平。

國際市場上比較成熟的電液懸掛產(chǎn)品是德國BOSCH公司推出的拖拉機電控液壓懸掛系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括三部分：電氣部分、液壓部分和機械部分。電氣部分主要由控制器、控制面板、力傳感器、位置傳感器、雷達傳感器、驅(qū)動輪輪速傳感器和壓力傳感器等組成。控制器通過力傳感器和位置傳感器得到拖拉機耕地作業(yè)時的阻力和耕深，經(jīng)計算進行力調(diào)節(jié)、位調(diào)節(jié)和力位綜合調(diào)節(jié)；通過雷達傳感器和驅(qū)動輪輪速傳感器測量拖拉機的車速和輪速，經(jīng)計算得到耕地作業(yè)時的滑轉(zhuǎn)率，再輸出控制信號控制液壓閥，實現(xiàn)滑轉(zhuǎn)率控制。液壓部分由液壓泵、控制閥和液壓缸組成?？刂崎y使用LS（LoadSensing）系統(tǒng)，通過負載敏感技術(shù)控制閥芯運動，提高了拖拉機液壓效率。試驗結(jié)果表明，該產(chǎn)品耕深誤差小，可降低拖拉機能耗2%～3%，整體工作效率較高。

3 國內(nèi)拖拉機電液懸掛技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

目前，國內(nèi)大部分拖拉機仍采用傳統(tǒng)的液壓懸掛控制技術(shù)控制作業(yè)深度，部分中大馬力拖拉機已開始配置電液懸掛系統(tǒng)［1］。我國拖拉機液壓懸掛系統(tǒng)耕深控制方式主要有三種：高度調(diào)節(jié)、力調(diào)節(jié)、位調(diào)節(jié)。高度調(diào)節(jié)是通過駕駛員調(diào)節(jié)農(nóng)機具上地輪的高低位置來改變地輪與農(nóng)機具工作部件底平面之間的相對位置；力調(diào)節(jié)是通過駕駛員操縱力調(diào)節(jié)手柄，使農(nóng)機具靠液壓維持在某一工作狀態(tài)；位調(diào)節(jié)是通過駕駛員操縱位調(diào)節(jié)手柄，使農(nóng)機具相對于拖拉機的位置固定不變。

國產(chǎn)拖拉機的三種耕深調(diào)節(jié)方式主要存在以下問題：

1）耕深控制精度低。三種耕深控制方式均為機械式調(diào)節(jié)，誤差大。

2）耕深調(diào)節(jié)方式不能隨時更換。當(dāng)選用某種耕深調(diào)節(jié)方式后，不能隨時更換其他方式，停機后駕駛員才能選擇另一種作業(yè)方式。

3）不能同時采用兩種或兩種以上耕深控制方式。當(dāng)選用某種耕深調(diào)節(jié)方式后，就只能采用這種方式進行耕深控制，不能采用力位綜合調(diào)節(jié)方式。

4）不能進行滑轉(zhuǎn)率控制。耕地時，由于土壤比阻不同，若駕駛調(diào)節(jié)不當(dāng)或拖拉機功率不足，則會出現(xiàn)拖拉機驅(qū)動輪打滑、排氣管冒黑煙現(xiàn)象。耕深不能根據(jù)負荷自動調(diào)節(jié)，既降低了作業(yè)效率，增加了油耗，又會造成空氣污染。

4 展望

電液懸掛系統(tǒng)不僅能夠根據(jù)不同土地狀況自動控制機具作業(yè)深度，使拖拉機配套農(nóng)機具作業(yè)始終處于最佳工作狀態(tài)，作業(yè)質(zhì)量高，耗油量小，而且能夠減輕操作者勞動強度，提高駕駛舒適性。隨著現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展以及用戶對操控舒適性、作業(yè)質(zhì)量、作業(yè)效率要求的提高，拖拉機電液懸掛技術(shù)將進一步得到推廣應(yīng)用。

4.1 應(yīng)用機型功率下延

基于成本考慮，目前電液懸掛系統(tǒng)的配置多以中大功率拖拉機為主，隨著技術(shù)水平的提升、成本的降低，配置機型將逐步向低功率段延伸。

4.2 控制方式多元化

現(xiàn)已應(yīng)用的電液懸掛系統(tǒng)控制方式多為力控制、位控制或力位綜合控制，以犁耕阻力、懸掛位置為控制參數(shù)，不能有效地控制拖拉機的滑轉(zhuǎn)率，因此該系統(tǒng)不適用于濕度較大或易打滑田塊。在實際應(yīng)用中，旱地作業(yè)應(yīng)用較多，水田作業(yè)應(yīng)用較少。一些學(xué)者針對上述問題，開展了基于力、位置、滑轉(zhuǎn)率等的多參數(shù)聯(lián)合控制研究，取得了一定的研究成果，旨在有效控制拖拉機滑轉(zhuǎn)率，提高多種工作環(huán)境下的適用性。

4.3 實現(xiàn)精準(zhǔn)作業(yè)

電液懸掛控制系統(tǒng)是拖拉機整機自動控制系統(tǒng)的重要組成部分。隨著定位導(dǎo)航技術(shù)、自動駕駛技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，電液懸掛系統(tǒng)將匯集衛(wèi)星定位技術(shù)、發(fā)動機管理技術(shù)、農(nóng)機具控制技術(shù)以及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)不同作業(yè)環(huán)境、不同作業(yè)地塊、不同土壤類型條件下的精準(zhǔn)作業(yè)。