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国外专用型拖拉机技术发展浅析

发布日期:2018-08-10 21:37

一、专用型拖拉机的分类

当前,国外各拖拉机公司生产的专用型拖拉机产品按其用途可以分为以下几种:

1.果园型拖拉机

这类产品的外型结构基本相同,大部分果园型拖拉机发动机功率均在70kW以下,从轮距来看又多被定为窄轮距型,其外型尺寸最大宽度为1.7—1.8m。

2.葡萄园型拖拉机

这类产品的整机宽度比果园型的宽度还要窄200—300mm,功率一般均高于50kW,最小宽度可为1m。

3.低矮型(Low-profile)拖拉机

这类拖拉机是从果园和葡萄园型产品演变出来的,其特点是横向和垂直方向上的结构较为紧凑,以适应在一些较困难的作业条件(例如散开状藤蔓作物)下进行作业。

4.前后轮等直径轮式拖拉机

这类拖拉机为刚性底盘结构和前轮转向,发动机功率一般均低于果园和葡萄园型。这类拖拉机外型结构紧凑,多数产品可以正、反向驾驶操作,产品的用途较为广泛,技术性能类似于窄轮距拖拉机。

5.铰接式前后轮等直径轮式拖拉机

与前几种类型拖拉机相比,这类产品的一个最大特点就是有极好的可操纵性,其转向不是通过前轮的转动,而是通过拖拉机前后两段铰接框架相对运动来完成的,通常采用液压油缸转向;其最大缺点是这种拖拉机的机械传动系运转在发动机和后轮之间(通过一个万向节传动轴),且需装置一个特殊型驾驶室,该驾驶室骑马式装于铰接架上。

6.园艺型拖拉机

这类拖拉机产品的外型结构尺寸和发动机功率有一定限制。

二.主要组成部件技术发展概况

下面就这类专用型拖拉机用发动机、传动系、液压系统以及驾驶室等部件的近期技术发展作一粗浅分析。

1.发动机

目前,各公司生产的专用型拖拉机所装用的发动机(一般为3缸机和4缸机)的比油耗大都在一个水平上,如一些装有涡轮增压发动机的专用型拖拉机,其最大功率时的比油耗一般为200—225g/kW·h。大部分发动机的扭矩储备在25%—35%,某些机型的发动机除额定功率外,还提供一个最大功率工况下的临界功率百分比,其好处是使驾驶员可更好地综合利用拖拉机的功能,使其在要求负荷工况下具有极大的适应性。

由于具有这样一种特性,发动机工况的稳定性增加,这在沙姆—道依兹公司的大部分专用型拖拉机上的实际使用已经证实了这一点。尤其是在一些果园型拖拉机上,不少公司还采用电子技术调整发动机转速。传统的机械调速器均装有电位计,该电位计和踏板为刚性连接,两个手动按钮进行电子操作,电压经过转换后输送到电子控制中心,该电控中心对收到的电子信号进行分析处理,并和来自发动机转速传感器的信号进行比较,按比较的结果操纵喷油泵,在这种工况下,喷油泵开始向每个气缸供油。这样,既可获得相应的转速和精确的功率,又满足了车轮和动力输出轴所需的功率,可以保持其负荷工况下的设定转速。在使用工况下,也可以通过手动控制发动机转速显示并记录数据,从而精确地维持其动力输出轴的规定转速,例如,在使用喷雾机时。如果不能保持移动速度问题时,就只有采用手操纵进行调节,显示屏显示数据可以精确地确定出转速,并维持在所需要的转速范围。

其它还应一提的是提高了驾驶员工作条件的舒适性和安全性,特别是对专用型拖拉机使用条件下的环境保护方面的研究有很大的发展。当前,国外所有专用型拖拉机用发动机的废气排放标准均已达到欧Ⅱ法规要求。JohnDeere公司2004年向市场推出5015F和5015V型果园和葡萄园新系列拖拉机,有13种机型,所有机型均装用已达欧Ⅱ排放标准的PowerTech型柴油机;芬特公司和哥尔多尼公司的一些专用型拖拉机产品,在减少环境污染方面取得了很大成果,所用发动机装用催化消声器后排烟中的一氧化碳减少80%,碳氢化合物减少70%。

2.传动机构

当前,国外大部分专用型拖拉机均采用机械式传动系,这种传动系的变速箱均具有逆向行驶机构,其变速箱前、后档次的传动比一样(逆向行驶机构可根据用户要求装用),这种结构有时也可以用作拖拉机的逆向驾驶操作。在芬特公司280P型拖拉机上装用一种超速传动机构的变速箱,同步器换档,有21个前进档21个倒档;在哥尔多尼公司的Quasar70型拖拉机上的变速箱,基本档次为20个前档20个倒档,如果装用一个DualPower机构,则所有档次均可减速20%。

这种变速箱很重要的一点是田间作业速度的档次覆盖尽可能均衡,避免过量重合和引起不必要的扩大传动系传动比范围。事实上,拖拉机尤其是在专用型拖拉机上经常采用具有爬行档的超减速器或微型减速器的主变速箱。因此,主变速箱增加了2个或4个传动比率,但实际使用中传动比率利用效率都较低。从逻辑上讲,通常装用这种爬行档的超减速器是为了获得超低速的前进行驶速度,一般均在1km/h以下,以适应某些典型的农机具的牵引作业,例如牵引水果收获车、移植机、挖沟器、除雾器等。因而,装用超减速器的目的主要是某些作业速度的需要。例如,哥尔多尼公司的3070Star和3060StarV型拖拉机就在其变速箱上采用了一个叫做Supercreeper超减速器,获得5个行驶速度低于1km/h的档次。在兰地尼公司和福格森公司的专用型拖拉机的基本变速箱上采用逆向机构后,传动系就直接派生出3种不同形式,即:装一个增扭器,变速箱的速比增加29%;装一个微型减速器,速度减少22%;装一个超减速器,速度可以减速80%,即最低行驶速度可达300m/h。

以上涉及的主要是根据作业要求选择一个前进行驶速度,但还有一个较为重要的问题,即在这种工况下,与之相符的驱动转矩的精确度,特别是装用于PowerShift动力换档传动系的专用型拖拉机,可在负载行驶工况下换档,而无须分离离合器。目前,由于其具有使用上的安全性,在一些功率较低的拖拉机上也开始普遍使用,但采用这种传动系也使拖拉机的产品成本有所增加。尽管如此,不少拖拉机公司仍先后开始装用这种传动系,如沙姆—道依兹公司已在其2001年推出的果园型拖拉机上,采用负载动力换档传动机构。这种传动机构主要是通过2组齿轮组与2个多片液压离合器连接,用电子液压操作,这样可以减速20%,以使驱动转矩获得相应增加,其转矩大大高于实际使用转矩,以适应各类作业条件下档次选择的需要。拖拉机装用的这种变速箱一般有3个速度区段(高、中、低),每个区段有4个档次,采用逆向行驶机构,并装用PowerShift负载换档机构,这样,该变速箱就获得24个前进档和24个倒档。

装用这种机械式传动系的专用型拖拉机能适应多种作业要求。另外,这种专用型拖拉机的动力输出轴大多数的转速均为540r/min和1000r/min,有的机型的动力输出轴还增加一个750r/min的经济型转速;有的还具有与拖拉机前进行驶速度同步的动力输出轴,以适应各类特殊作业需要。

C1aas公司在2004年向市场推出Nectis系列葡萄园和果园型拖拉机,有3种变型6个功率等级共12种机型,即NectisVE(葡萄园型)、NectisVL(葡萄园宽轮距型)、NectisF(果园型)。该系列拖拉机用传动系有3种结构:12/12个档变速箱,两轮驱动和四轮驱动型的最高行驶速度均为30km/h;24/24个档变速箱,两轮驱动型最高行驶速度为30km/h,四轮驱动型最高行驶速度为40km/h;Revershift+Twinshift型24/12档变速箱,两轮驱动型最高行驶速度为30km/h,四轮驱动型为40km小。

JohnDeere公司2004年向市场推出5015F和5015V型果园和葡萄园新系列拖拉机,这2个系列产品的特点是具有极大的舒适性和可操纵性,共有13种机型供用户选用,功率范围在43.38—66.91kW(59—91马力)之间,传动系有5种结构型式供用户选择。其中,24/12档变速箱装有液压逆向器和电液操纵的Hi—Lo变速箱;24/24个档变速箱除上述结构外,还装有爬行档机构,行驶速度最低可达0.5km/h,而其最高行驶速度为40km/h。

MF公司在近2年来陆续向市场推出3400系列的果园型和葡萄园型拖拉机产品。该系列产品主要有4类:葡萄园(V)、专用型(S)、果园型(F)和低矮型(GE,包括GEV超低矮型变型)。这4类产品共有14种机型,宽度最小的仅为1m。所有3400系列各类产品的机型装用的传动系分别采用具有4个传动比或5个传动比的变速箱,每种变速箱均有2个或3个速度区段,其Powershift。型变速箱有3个档次为负载换挡,变速箱行驶速度范围在0.153—40.000km/h之间。所有变速箱均装有1个分离式机械逆向器,挡次换向操纵采用一个手柄,快速简便。

大部分专用型拖拉机具有前置动力输出轴,可以装前置机具进行作业。如芬特公司生产的这类拖拉机均装有前置和后置动力输出轴,通过一个双作用离合器在负载工况下进行结合和分离。另外,有些草坪用专用型拖拉机还装有腹置式动力输出轴,其转速一般为2000r/min,用以驱动腹置机具进行作业,即挂接盘式剪草机进行草坪剪草作业,这类拖拉机一般通称草坪拖拉机。

近年来,专用型拖拉机的前桥结构技术的发展主要体现在可靠性和实用性。例如,哥尔多尼公司的Star3000系列拖拉机上则采用一个完全防泥水的措施,特别值得一提的是该系列拖拉机的离地间隙较大,其整机外型结构尺寸均小于同类产品。

沙姆公司的Solaris系列拖拉机采用一个结构极具有特点的前桥,以满足某些垄沟作业和在某些作物下通过性的要求。由于前桥为铰接式结构,前轮转向角大大增加(一般为50°,有的甚至高达55°),从而大大提高了前桥的操纵性。对于某些四轮驱动专用型拖拉机仍有某些局限,因为前驱动轮轮辙可能损坏农作物。

芬特公司在其专用型拖拉机前桥上,通常是大功率机型上装有一个自动调节机构(即通过传感器作用),当前轮转向角超过30°—35°时,前驱动桥动力自动分离,前轮转向角小于30°—35°时,自动结合前驱动桥动力。对于在前驱动桥上装用这种机构后,拖拉机可以连续性获得最大附着力。在2004年,芬特公司对其专用型拖拉机200V和200F系列产品结构作了较大改进,主要是所有机型均装用了弹性悬架前桥。这是首次在葡萄园和果园型拖拉机上装用这种弹性悬架前桥,装用这种弹性悬架前桥后不改变拖拉机原有的技术特性,极大地提高了驾驶操纵的舒适性。

目前,国外专用型拖拉机采用前轮驱动自动结合已很普及,可以提高四轮驱动的传动效率,最大行驶速度普遍可以达到40km/h,例如在哥尔多尼公司的Quasar70型和Star75型拖拉机上,则装配了一种叫做IST(牵引瞬时结合)结合系统;在芬特公司的V系列(以及P系列)拖拉机上把一个盘式传力器与万向节装在一起,把动力传给前驱动轴;纽荷兰公司则把这种技术应用在其30km/h的一些变型拖拉机上。当然,在一些小功率拖拉机上并没有采用这种结构,采用这种结构的大多为四轮驱动型,且行驶速度大部分为40km/h。兰地尼公司和福格森公司生产的专用型拖拉机则采用通过传动轴把动力传给前轮,即所谓的IBF(全制动)系统,为静液压操纵。

当前,国外草坪园艺拖拉机大都采用液压传动机构。液压传动机构与机械传动机构不同之点在于有3个速度区段,在每个速度区段范围内,最小和最大速度之间均可以实现无级调速,显示出最佳的操纵性能,尤其是在地面空间较窄或地块形状不规则条件下进行作业更为明显,即把发动机调整到最大转速,任意选择所需要的速度区段和速度,操作极为简单。在沙姆—道依兹公司生产的各专用型液压传动拖拉机上,装用的液压泵流量高达79L/min。

液压泵输出流量的一半提供给液压传动,流量的另一半则提供给各种操作机构,使用极为简便,因此取代机械传动的各类机构供油的复杂性(如传动轴、接头、齿轮等)。其液压马达为定量马达,并通过液压管路与液压泵和一个或几个控制阀连接。这样一来,就增加了液压传动的使用功能,使许多专用型拖拉机的使用功能相应得到增加。根据这一要求,国外不少拖拉机公司生产的专用型拖拉机就装用2个液压泵(有的公司装用3个液压泵)以满足其液压需求。芬特公司生产的拖拉机上装用2个并联液压泵,采用2条独立油路:一条油路向拖拉机提升器分配器和4个辅助分配器供油,该液压泵流量为41L/min;另一条油路向液压转向系统和带有流量调节器的分配器供油,油泵流量为28L/min。为了改善其液压油的分配,在其转向器上装有一个Load-Sensing负载传感阀,将液压油优先供给负载油路,从而使液压油得到有效利用。在兰地尼公司和福格森公司的果园拖拉机上,根据作业要求,装有一个双联液压泵(其流量为28+38L/min),其中一个油泵负责向液压提升器和辅助液压分配器供油,另一个液压泵则负责向装在驾驶室前面的分配器供油,从而满足拖拉机前置机具和腹置机具的液压机构作业所需要的油量。

调节液压泵流量的大小,既容易改变液压马达的转速和旋转方向,又能对进入分配器的流量进行控制。纽荷兰公司生产的拖拉机上采用一个液压流量控制阀,通过该阀把液压油部分地(从8—40L/min)分配给拖拉机前置液压分配器和后置液压分配器,液压油从小到大有3个区段。

3.液压系统

对于液压系统的主要部件一一液压提升器,各公司在设计拖拉机时就予以极大的重视,即将传统拖拉机液压提升器的所有特性都用在了专用型拖拉机上。大多数产品的后置液压提升器均使用了力调节传感元件(机械式或电子式),布置在上悬挂点上,不足之处是只能测量一个牵引部件。纽荷兰公司则在其下拉杆上装一个弯杆弹簧,根据其变形量来测定其牵引力大小,变形量再通过一个反馈直拉杆传递给液压主控制阀,使其弯杆弹簧恢复到原来工况。

在一些种植特殊作物的地面上作业时,专用型拖拉机的提升器也必须具有使用上的特点,因此,国外各公司生产的专用型拖拉机所装用的液压提升机构,均可以在驾驶室直接进行连续性调节提升机构的斜度以及侧移,好处是可使驾驶员在不规则地面上操作而且操作方便,在行驶工况下也可以进行提升作业。芬特公司则在其液压提升机构上装有2个如拉杆式圆柱型液压油缸,用以操纵提升机构侧向位移,自由摆动,以便于挂接某些牵引机具进行作业。而在沙姆—道依兹和兰地尼公司的拖拉机上则只装1个液压拉杆,这是另一种结构形式,其提升机械垂直方向摆动距离为±100mm,水平方向调节是装用2个液压稳定器,并通过驾驶室的1个按钮操纵2个电控液压阀进行调节。

为了提高专用型拖拉机液压功率的使用,不少公司除增加液压泵的功率外,还采用设置多个油泵的方法。如Landini公司在2004年向市场推出其RexF系列拖拉机上,采用三泵液压系统,所3个液压泵为并联式安装:1个泵流量为30L/min,用于转向液压;1个泵流量为30L/min,用于后置分配器的提升机构;1个泵流量为40L/min,用于前置液压提升机构。为了使拖拉机液压系统更加完备,该公司把前置液压分配器进行组合装配,即将1个分流器,3个分配器和1个液压马达,1个操纵Joystick控制器的浮动分配器和1个按钮操纵的电液分配器进行组合装配,这样,该系统就可以保证最大液压功率的使用,提高液压功率作业效率。C1aas公司在Nectis系列葡萄园和果园型拖拉所装液压提升器的最大提升力分别为:NectisVE型为2910kg、NectisVL型和NectisF型为3140kg。拖拉机液压系统可以根据需要选装单泵、双泵和三泵,液压流量分别为:单泵为36L/min、双泵为27L/min+48L/min、三泵为36L/min+48L/min+27L/min。装有4个液压输出辅助分配器,用以机具的操控。由于前轴转向角可达55°,拖拉机前轴和底盘架均具有较高可操纵性。

自上世纪90年代中后期以来,国外各拖拉机公司生产的专用型拖拉机大部分机型均装有前置动力输出轴和前置液压提升器,以挂接相应的机具进行各类复式作业。在这种情况下,尤其需要注意的是前置机构的离地间隙,以及农药和肥料施散作业的最大精确度等。为此,国外大部分公司均在其拖拉机上采用一种专门系统,首先将来自固定在下拉杆上的电子传感器的电子信号输入电子信息处理器中,进行连续分析对比,确定出操作位置,一旦出现误差,则通过电控阀控制液压油缸来确定提升器位置。每种外部因素均可再次影响油缸的工作性能,因此,可通过一个负载感应阀,使其液压能量利用率达到最佳化。在整个油路系统中,均有一个提升臂速度下降控制系统和一个防振阀,以限制(作业时由于颠簸而引起的)压力脉冲

4.驾驶室

近年来,国外大部分公司生产的专用型拖拉机均装有驾驶室。由于其空间缩减至最小限度,迫使各公司想尽各种办法,以合理装置各种操纵机构。

座椅是驾驶室的一个主要部件,各公司均装用舒适型座椅。如迪尔公司在其5020系列拖拉机上装用了一种空气悬浮式座椅。大部分公司均把许多操纵机构装在方向盘上,变速手柄装在座椅侧面,这给驾驶操作以及上下拖拉机带来极大的方便。C1aas公司在Nectis系列葡萄园和果园型拖拉所装驾驶室有2种结构:1种装用于VE型,1种装用于VL/F型拖拉机,其共同点是驾驶座椅均为弹性悬架式安装,装有空调设备,驾驶室减振器,整个驾驶室视野度为360°,驾驶室内噪声级为86dB(A)。

不少专用型拖拉机还装用数字型仪表盘,以显示出前进速度、发动机转速、后置动力输出轴转速,以及前置和腹置动力输出轴转速。

很多专用型拖拉机驾驶室还装用空调和通风设备,驾驶室内噪声均有所降低和驾驶振动大大减少;不少机型还装有空气滤清器。

在降低噪声和减少振动方面采取的主要措施是减少对驾驶室内带来噪声的噪声源(发动机和传动系噪声),如有的公司把发动机全封闭包裹起来,有的驾驶室装用一种凸型玻璃,以减少噪声波的有害影响。大部分机型驾驶室均装在隔音块上,从而减弱来自传动系的振动影响,有的专用型拖拉机的载货平台采用悬浮式安装也起着一定减振作用。当前,大部分公司生产的专用型拖拉机驾驶室内噪声均在85dB(A)左右,各种操作机构均采用国际标准。

国外专用型拖拉机均广泛采用新材料新工艺,从仪表盘到车身均采用镀锌工艺,各公司普遍采用陶瓷金属离合器片以及对一些小部件(如螺钉螺母、垫圈、轴套等)均进行特殊的镀锌处理,并进行镀铝和镀铬热处理。

近年来,国外出现不少可以双向驾驶操作的专用型拖拉机,使其作业用途更为广泛,这种机型为前后轮等直径四轮驱动型。有的专用型拖拉机则把主要操纵机构一分为二(分成两半)以备其反向驾驶操作之用。采用这种反向驾驶的主要好处是,在极为狭窄的空间,拖拉机悬挂机具作业时或需行驶作业时改善其可操纵性,并且大大提高了后部作业操作的视野。

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