多功能智能农机作业平台研究
【摘 要】针对以上一系列棘手问题，研制一种低能耗、无污染、高效率的绿色环保、结构简单、操作灵活并可实现远程智能遥控的多功能智能农机作业平台，对补强农业生产薄弱环节，全面促进我国农业机械化快速发展有着很强的现实和指导意义。
近年来，随着我国农业机械化和计算机云平台数据处理技术的快速发展，智能化精准农业生产被逐步提上议程，国家对智慧农业、生态农业、绿色农业及精准农业的期许越来越高，但在现有的农业生产中，基于计算机云平台数据采集的农业生产地理信息系统构建还不够完备，可进行作物生产地理信息采集的智能化媒介装备仍未成型，多数现有的农业装备多为粗放型生产，无法进行有效的智能化时时信息采集，而通过人工取样采集的数据多存在偏差较大、精准程度不足的问题，大大制约了智能化精准农业的有效推进。
近年来随着科技的不断进步，我国越来越多农业领域已基本实现机械化生产，但是部分现有农业机械如配套传统拖拉机的农机具在相对狭小的空间或分散地块上无法有效地进行耕整、播种、田间管理等作业。因此，根据我国的实际国情出发，在设计中将机械设计与自动化控制等相关知识结合起来，设计一款灵活、多功能、经济实用的多功能智能农机作业平台。
结合我国目前多功能智能农机作业平台的制作经验，多功能智能农机作业平台需要具备以下基本功能：
行走功能：多功能智能农机作业平台要求能够完成果园、林地的采摘运输作业，果园、林地的地面结构比较复杂，平台需要能够方便、准确的在果园、林地灵活的行走，从而来实现果园、林地辅助管理机械的功能。独立浮动双侧行走方式是平台技术突破的核心，平台两侧电机相互独立，工作时不相互影响，从而实现平台的移动与差速转向。
田间管理作业功能：多功能智能农机作业平台要求能够适应芝麻等典型经济作物的田间管理尤其是喷药环节，由于此类作物的生长环境特殊，平台需要能够稳定地完成高地隙喷药作业。平台纵向高度可进行调节，带有可拆卸的药箱，能配套喷药设备对芝麻，棉花等作物进行喷药。拆下药箱，降低高度后可配套农具，实现牵引功能。同时，机具整体横向跨度也可进行调节，适用于不同作物的行距。
横向纵向调节功能：基于目前果园、丘陵等地区地形复杂，作业环境多样性的基本情况，多功能智能农机作业平台为适应不同地段幅宽与离地间隙多变的情况，研制了作业幅宽更换的通用单体分离独立控制机构，以满足不同幅宽的作业要求。平台由两侧的行走装置与中间连接机架构成，通过中间连接机架的调节来实现平台宽度与高低的调节。在对不同农作物进行生产作业时，根据农作物的种植宽度与生长高度，调节横向跨度与纵向高度，实现模块化组合。
无线遥控功能：多功能智能农机作业平台具有自主研发的遥控装置，能够利用无线技术及配套操作系统实现100米范围内无线遥控作业。并且平台能够通过控制液压电磁阀两端电磁铁的开关量，来对液压悬挂系统进行远程调节，极大地提高液压悬挂系统操作的舒适性和操纵简便性以及实现迅速并且准确地使用和调节平台的液压悬挂系统，提高了生产效率和工作质量。
多功能智能农机作业平台主要由行走装置、驱动装置、纵向高度调节装置、可拆卸药箱、横向左右调节装置、支撑轮等组成。
平台的行走方式是履带式，后面两侧分别有一个驱动轮，每个驱动轮和一个电动机通过链条连接，两个电动机的链轮半径相同，比驱动轮上的链轮半径小。整个机器利用差速原理实现转向，后退时利用电动机的反转来实现。履带上方是升降台，用于整机的纵向高度调节和支撑机器上部的重量。主要的工作原理如下：
（1）用于喷药时的工作原理。
当多功能智能农机作业平台实现喷药功能时，升降台上板安装有四根支撑轴，整机为高地隙动力平台，中间放置可拆卸的药箱。机器上部安装三点悬挂装置，用来配套喷药设备。机器中间可通过作物，通过调节升降台和轮距，可以适应不同的作物。
（2）用于牵引时的工作原理。
当多功能智能农机作业平台实现牵引功能时，拆下升降台上部的方轴、药箱和上部的悬挂架。把升降台降到最低，机器顶部钢板直接和升降台上板连接，安装用于牵引的悬挂装置。
现在已经发现相对成熟的多功能平台基本都是轮式的，而且这些机器的动力传动系统都是利用现有的纯电动汽车的动力传动系统。多功能智能农机作业平台是采用履带式行走方式。有三种可应用于多功能智能农机作业平台的传动系统，对此进行研究确定采用之中最适合多功能智能农机作业平台的方案。
第一种方案是直线行驶电动机和转向电动机相结合的驱动传动系统。
传动系统是可应用在履带式多功能智能农机作业平台的传动装置系统，在此系统中，多功能智能农机作业平台的直驶和转向是相互独立的，既能够保证整机直线行驶的稳定性，又易于整机转向的控制。当需要转向时，转向电机所输出的动力促使锥齿轮转动并因而产生两个完全相反的旋转方向经由传动轴传递到外围的行星齿轮上，使其一端履带加速运动，一端履带减速运动，从而产生速度差，实现了多功能平台的转向运动。这个方案有一个很大的弊端，在多功能智能农机作业平台需要转向运动时由于转向功率流和直线行驶功率流分别独立输出，且转向功率单凭转向电机给予，使其操控难度较高不易控制且对电机的结构和配置要求过高增加了设计成本，并且由于安装了转向驱动轴和直驶驱动轴，增加了整机空间布置的难度，降低了整机的空间利用率。
一种单电机动力传动系统。这个系统的工作原理是电动机的动力经由机械传动装置（可由带传动、变速箱、减速器和锥齿轮齿轮箱等任意组合而成）后，再通过履带式平台的转向机构传递给两侧的驱动轮。这个方案虽然节省空间，但机械传动装置的存在使多功能平台无法做到针对不同农作物进行生产作业时，根据农作物的种植宽度与生长高度，调节横向跨度与纵向高度，实现模块化组合，并且成本太高并且安装难度较大，设计周期太长。
双电机同步驱动传动系统中，两侧的电动机上有链轮，驱动轮上也有链轮，电动机通过链条与链轮连接。这样把电机的动力直接传递给驱动轮，能够尽可能地使平台输出更大的牵引力。在整车转向方面，两条履带的速度差就需要依靠控制系统调节两侧电动机的转速来实现。这种传动系统方案无差速器、变速箱、中央传动、末端传动，结构简单，可靠性强，并且占用空间比较小。
多功能智能农机作业平台采用电能作为驱动能源，具有绿色环保、智能高效的特点。在构建整个多功能智能农机作业平台的过程中，能量源的种类对电机运转起到了至关重要的作用。我们可将以上几种电池分为两大类一类是可循环利用类能量源，另一类是不可循环利用类能量源，即便不可循环类能量源有點多，例如燃料电池具有极高的能效和极低的排放多种有点，却因为使用成本和后期的维护较高而难以在多功能智能农机作业平台中使用。对于多功能智能农机作业平台来说并不适用。经过测评后我们发现，超级电容器和超高速飞轮虽说其有点较多，例如可循环利用次数较多，效能极高，但是由于它装置操作过于困难，构造成本极高，对于多功能智能农机作业平台不实用，所以我们需要将目光之中到电化学蓄电池上。
参考文献：
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（作者单位：广西桂林咸水镇农业服务中心）。