农用高架作业车技术发展概述

针对烟草、玉米等高秆作物的种植特点和农艺要求，农用高架作业车在田间作业时，不能伤害农作物，这要求高架作业车跨在作物行间进行作业或跨越作物顶端进行作业。当前，农田高架作业车主要应用在烟叶打顶、喷药、烟叶收获和玉米中耕除草、植保、去雄等环节。在满足高秆作物作业要求的高架作业车辆中，液压技术应用更为普遍，国内外的科研院所和企业研制了不同类型的高架作业车辆。

1 国外农用高架作业车技术发展

Chen等人研究设计了高地隙牵引机，跨越作物顶端驱动行驶，采用四轮驱动，四轮转向，通过多路阀控制四个车轮支架，采用液压缸驱动四杆机构调整机身离地间隙。

Spalla等人研制了一台自走式多功能农业牵引车，采用履带行走系统，通过液压控制，实现底盘地隙变化及左右履带间距离调整，可以通过调整驱动履带与车架之间的相对位置关系，使得两条驱动履带可以在两个不同的接地平面，使得农机作业时能够自适应地形变化，增强整机稳定性。

Gil等人研制了一台用于密植苹果园的龙门式行间喷雾机。整车架成倒U型，跨越两米高的苹果树丛喷药植保。

Chipriana等人研制的高地隙喷雾机，发动机和驾驶室安装在一侧，U型臂安装四个行走轮，由液压马达驱动，两个侧臂之间通过滑动导轨与车架相连，通过液压缸推动，实现左右轮距变换质心跨多行作业。Fontan等人设计了一台发动机车轮是等腰三角形布置的三轮高地隙喷药机，左、右侧臂通过独立液压缸控制以调整左右轮距离，以适应不同行距作物。

GROSJEAN等人设计了一台车轮菱形布置的高地隙葡萄园管理机，采用前后轮联动转向，四轮液压驱动，前后车架之间通过铰接轴连接，车架之间能够相对转动一定角度，以自适应地面高低变化。

美国、法国、意大利等国家设计开发的农用高架作业车辆上，液压技术应用更为普遍。意大利SPAPPERI公司设计的JS826型高架植保机，主要用于烟田植保作业，设计应用四轮高地隙车架结构，采用静液压四轮驱动技术，液压伺服转向，轮距调整范围为2~3 m，喷杆喷幅为18 m，可实现自动折叠，车最大行驶速度28 km/h，如图1所示。

CASTRIX公司研制的S4C型去雄喷药机，如图2所示。采用四轮液压驱动、液压助力转向系统，轮距可调，最大可达60cm，割台上安装有去雄刀片、旋转切刀和磁盘切刀，由液压马达驱动，通过传感器采集信号进行自动化作业。

图1JS827型烟草植保机

图2 意大利S4C型去雄喷药机

图3为法国BOURGOIN公司制造的BD844型玉米去雄机，采用静液压传动技术，轮距调整范围为2～3m，适用于4行、6行、8行、9行的玉米田间去雄作业。图4为美国HAGIE公司研制的2045P型玉米去雄机。采用丹佛斯系列的泵和马达传动，实现四轮液压驱动，采用辅助液压转向系统，实现优先转向要求，转弯半径为5m。

图3 法国BD844型玉米去雄机

图4 美国2045P型玉米去雄机

阿肯色州Bowman农场研制的四轮驱动多功能喷雾机，如图5所示。采用四轮实时驱动液压技术；车架中间铰接铜衬套装置以实现车辆折腰转向，转弯半径小；车后部采用液压缸驱动控制喷杆升降，也可连接药液灌，运输拖车；轮距调节范围为1.9～2.5m，可满足区间的行距作物喷药，由药液控制器控制喷淋压力和喷雾速度；驾驶室中显示器实时监测车辆行驶和喷药状态，是目前世界上技术先进的高地隙喷药车辆。

图5美国Bowman农场四轮驱动多功能喷雾机

加拿大DeCloet公司生产的烟叶喷雾打顶一体机，采用三轮全液压驱动型式，通过液压缸推拉和升降实现车辆后轮距变换和打顶机距地间距调整，如图6所示。该公司研制的双行烟叶收获机，也采用静液压驱动型式，通过控制手柄调整变量泵的排量，从而控制收获机的前进、后退和速度变换，如图7所示。

图6烟叶喷雾打顶一体机

图7双行烟叶收获机

图8为荷兰Damcon公司研制的圣诞树管理机，三轮全液压驱动，前轮采用全液压转向系统，后方留置液压缸和液压马达输出接口，用于挂接中耕机具和喷杆等农具，作业适应行距为0.8～2.5m。

图9为意大利SPAAERI公司生产的JS600型烟叶修剪喷雾机，采用后轮液压磁盘制动，打顶装置可自动升降，轮距调整范围为2～2.4m，后方喷杆由液压缸控制，可实现高度自动调节。

图10为法国GRV公司研发的葡萄园植保机械，其动力配置是排量为1.5升久保田柴油发动机，输出功率31kW，采用前轮转向，全液压驱动；其中，后轮采用履带形式，整车驱动性能好，能在有坡度的葡萄园中行走，整机转弯半径为3m，可通过安装于车架的液压缸伸缩来改变左右驱动履带之间的距离。

图11为GRV公司研制的菱形高地隙中耕机，采用菱形布置，其中前轮和后轮通过液压实现转向，前后联动转向以减小转弯半径，采用农业人字花低压轮胎；作业时，农作物可以无障碍通过驾驶室与侧臂之间的行程通道。

图8 Damcon圣诞树管理机

图9 JS600烟叶修剪喷雾机

图10 GRV葡萄园管理机

图11 GRV菱形高地隙中耕机

2 我国农用高架作业车技术发展

在我国，适用于不同行间距高秆作物的农用高架作业车研制也成为科研院所和企业关注的重点。陈随英、杜岳峰等设计了高地隙自走式玉米去雄机，采用静液压驱动系统，对整车动力学模型进行了稳态和动态性能分析。

黄淼、郑丁科等人研究开发了菱形四轮龙门架式高地隙甘蔗中耕机，中间左右轮是驱动轮，前后轮是转向轮，左右轮与中部车架为嵌套套管连接，用于调整轮距，中耕机动力传输由液压马达实现，通过液压泵的旋向和排量实现作业车的前进、倒退和变速。

许东亚、李怀刚发明了一种高地隙自走式农用作业机，作业机的高地隙通过在车盘的下方设计有加长支腿实现，采用开式液压驱动系统，通过电磁换向阀工位切换，控制两轮驱动和四轮驱动的功能转换。

张国远等对现有农业机械常见的四种转向方式进行了基于阿克曼转向原理的运动学分析，得到了转弯半径公式，进而设计了能够满足高地隙自走式平台不同作业环境要求的四轮转向液压系统。

王宝山、王万章等设计了一辆小型遥控高地隙履带作业车，由开式液压系统驱动，泵和马达传动回路中，通过电磁换向阀控制车的行驶和转向，由同步阀实现驱动马达转动同步。

覃志明、顾智原等人研究设计了一种应用于玉米收获机的后轮液压驱动系统，提高了玉米收获机在高秆作物行间行走的驱动性能。

陈国辉、门艳忠等研制出一种高地隙自走式烟草打顶底盘，采用开式静液压传动系统，通过传动回路控制作业车行进、后退和转向，实现了行驶速度的无极控制以及烟草打顶等作业，车轮跨距为2.3m，车架离地间隙1.75m。

图12所示为山东农业大学范国强等设计研制的四轮菱形布置农用高地隙作业车，高通过性能较好，作业速度为0～18km/h，可在株高小于2600mm、行间隙大于50mm左右的作物行间顺利行驶，车辆驱动转向轮为前轮和后轮，支撑轮为两个侧轮，整机采用液压-机械混合式传动，液压系统采用闭式回路，主要为变量柱塞泵和定量马达，整机的无极调速功能主要靠马达的无极转速实现，采用拉杆调节控制排量控制阀的排量，进而控制马达转速。

窦玲静等设计了高地隙喷雾机适用的轮距可调节转向系统，前轮支臂横管在底盘前桥横梁管内滑动，由液压缸提供动力，从而实现轮距调整。毛罕平等对高地隙液压四轮驱动喷雾机前轮转向模型进行研究，基于阿卡曼转向几何学，得出车轮理论转速比，提出基于转速比差值的控制策略。

王明友等人结合整杆式甘蔗联合收割机，对实际车辆应用的液压部件和液压系统进行详细说明和分析，通过农机鉴定站检测，液压技术的应用可使机器性能运行平稳。Motebennur等提出一种采用边梁式车架，前轮转向，后轮驱动，左右轮距可调，通过更换车架套来调整离地高度的自走式高地隙喷雾机。

图13为华南农业大学刘庆庭等人研制的菱形四轮龙门架式高地隙中耕机，由液压马达驱动左、右轮行驶，左右车架间通过插接式套筒滑动实现轮距调整，套筒滑动动力由液压缸提供，由液压转向系统控制前轮和后轮的转向，机具由液压缸实现翻转升降。该机质心位置较低，车辆行驶稳定性较好，可适用于甘蔗等不同行距作物的作业。

河南农业大学李燕等设计的一种自动行走的烟草收获机，主要包括车架、烟草收集箱、采收系统、传送系统、行车系统等，通过机械传动实现车辆行驶，由液压马达驱动采收刀旋转实现烟叶采摘，通过液压控制装置实现烟叶输送和烟叶采集箱的开合，进而完成烟叶采收任务，如图14所示。

国内一些农机生产企业和研究所也研制了不同类型的农用高架作业车辆。图15所示为3WP-1300G型自走式高秆作物喷杆喷雾机，由北京丰茂植保机械有限公司研制生产，驾驶室高度位置可调节，可应用于玉米等高秆作物的田间喷药作业，主要应用了全液压转向、无级变速、液压行车制动和驻车制动以及静液压四轮驱动等系统。

图12 四轮菱形布置农用高地隙作业车

图13 华南农大菱形龙门架高地隙中耕机

图14 一种自动行走的烟草收获机

图15 3WP-1300G型自走式喷杆喷雾机

如图16所示为3WX-1100G型高地隙去雄喷雾机，由五征集团研制，驱动行驶由液压马达控制实现，制动采用液压流量变换控制，喷雾作业由5段式电控液压折叠杆实现，由4行切刀旋转由液压马达控制，轮距可以调整，满足了烟叶打顶、玉米植保和去雄等作业要求。

山东临沂三禾永佳动力有限公司制造的3WZG-1000型喷药机如图17所示，采用四轮液压驱动型式，行驶间转向通过车架折腰翻转机构实现，左右轮距调整由左右两侧车架间嵌套型式控制实现，图18为五征集团公司研制的4TZ-3半自动烟叶采收机，采用三轮全液压驱动，前轮液压转向型式，可实现无极变速，最小工作间隙为1650mm，满足三行烟叶采收。

3WP3-400型自走式喷杆喷雾机也由五征集团研制，如图19所示，采用HST静液驱动技术，由液控手柄控制车辆前进和后退；采用三轮车架布置型式，最小转弯半径为3.14m，可通过无极变速系统自动匹配行驶速度和喷药量；喷杆高度和喷幅调整由全液压升降折叠机构实现，从而完成高秆作物的田间植保作业。

图16  3WX-1100G型高地隙去雄喷雾机

图17 3WZG-1000型喷药机

图18 4TZ-3型半自动烟叶采收机

图19 3WP3-400型自走式喷杆喷雾机

如图20所示为郑州容大科技股份有限公司研制的可调轮距喷雾打顶一体机。轮距调整由主车架与后轮车架间连接的滑动导轨实现，后轮架可沿滑动导轨平行移动，由液压缸提供动力；行驶系统采用全液压驱动型式，实现无极变速调节；打顶切刀旋转、距地间距调整和喷杆高度调节均通过液压马达和液压缸实现。

河南农业大学王万章等设计的三轮高地隙田间作业车，如图21所示。通过五连杆机构，在液压缸驱动力作用下实现作业车行驶间轮距变换调整，调整范围为1.8～2.4 m，适用于玉米、烟草等高秆作物的田间作业；行驶系统采用电驱动；车后部设计有液压升降架，可挂接喷杆、肥箱等机具，满足多功能作业。

图20 可调轮距喷雾打顶一体机

图21三轮高地隙田间作业车

黑龙江富锦永兴喷药机械厂生产的四轮自走式喷药机，如图22所示，采用后轮液压马达驱动行驶，单人操作，劳动强度低，车架结构简单，在小型农场和农民家庭中应用较多，广泛应用于玉米、甘蔗等高秆作物的田间植保作业。盛枫华宇农业机械有限责任公司生产三轮喷药机，采用前轮机械传动驱动行驶，驾驶室距地间距较大，车架结构简单，适合高秆作物的农药喷施作业，如图23所示。

图22永兴喷药机

图23亿华宇三轮喷药机

3结论

在吸收借鉴国外有代表性的农用高架作业车机型的基础上，我国也研制了不同类型的农用高架作业车辆，但仍存在以下几方面问题。

（1）在高秆作物的田间植保环节，如图22、图23所示机型，采用机械传动形式，噪音较大，作业舒适度相对较差，且作业车无封闭式驾驶室，操作环境较差。

（2）在玉米去雄和烟草打顶、喷雾、收获等环节，国内设计采用国产液压元器件驱动型式的农用高架作业车辆，在精准识别、智能控制和实时监控等方面与国外机型仍存在很大差距。

（3）针对不同行距的高秆作物的田间管理作业，我国农用高架作业车辆轮距调整方式较为复杂，且调整范围较小。轮距调整过程中，轮胎的磨损较大。同时，也造成作业车的功能较为单一，不能实现一机多用。

综上，我国的农用高架作业车研制已经应用了先进的液压技术，在操控性能、空间利用、行驶制动等方面有了较大提升。未来，在计算机技术、GPS技术等的基础上，还将向智能化、人性化、标准化、经济和节能环保方面发展，不仅能够实现烟草、玉米等的田间管理作业，还可以适应其他高秆作物的作业要求，实现一机多用。