酒泉无人驾驶自动导航小型四轮电动牵引平台及配套作业机具研制及推广应用
甘肃省农业生产条件差,山地和丘陵约占总土地面积的78%,丘陵山区地块陡峭、支离破碎,机械化立地条件差,难以适合大型机械作业,而适用于中小地块的机具少,特别是田间管理如喷药、追肥、除草等环节机具基本处于“空白”,已成为甘肃省主要农作物全程机械化和丘陵山区农机化发展的主要制约因素。电动农机作为节能环保农业装备,是促进农业绿色发展的重要载体,是今后国家重点支持和发展的方向,为解决丘陵山地机械化问题提供了一条新途径,符合甘肃省农业生产特别是丘陵山区农业发展需要。
近年来,甘肃省酒泉市铸陇机械有限责任公司在省、市农业农村及农机部门的支持下,针对甘肃省农业生产实际和丘陵山区农业机械化发展,研制出了以蓄电池为配套动力的电动玉米精量穴播机、电动小麦播种机等电动农机,经过农田作业试验,机具性能满足农业生产需求,发展前景看好。2022年,酒泉市铸陇机械制造有限责任公司承担甘肃省农业农村厅小型电动牵引平台及配套机具研发项目,组建研发团队,投入研发资金,针对甘肃丘陵山区农业生产高效专用农机装备短板,研发成功无人驾驶自动导航小四轮电动牵引平台及配套作业机具铺膜播种机、喷药机、除草机等绿色农机,为甘肃省探索发展山地和丘陵机械化开辟了一条新路子。
一、机具研制及试验验证情况
(一)无人驾驶自动导航小型四轮电动牵引平台
1、适用范围。无人驾驶自动导航小型四轮电动牵引平台以蓄电池为动力源,通过电机控制器、手把开关控制运行,蓄电池给电机供电,电机通过差速、变速系统驱动行走轮转动行走,通过电动液压升降系统牵引机具作业,平台安装北斗导航辅助驾驶和远距离遥控装置,牵引平台可挂接配套的铺膜、播种、中耕、 喷药等机具作业,实现平台自动驾驶、避障停车、转弯上线、具有作业成本低,动力续航时间长,无噪音,轻巧灵活等特点。本机的技术创新点是,无人驾驶自动导航小型四轮电动牵引平台操控设计为手动或遥控,采用电动液压控制系统,整机控制稳定,操做方便,便于丘陵山区作业。
2、技术参数
序号 |
项 目 |
单位 |
设计值 |
1 |
产品名称 |
/ |
小型四轮电动牵引平台 |
2 |
型 号 |
/ |
2BFYDZ-5 |
3 |
外形尺寸(长×宽×高) |
mm |
2350X1250X1300 |
4 |
结构型式 |
/ |
电动自走式 |
5 |
蓄电池 |
/ |
72V/180AH(6块) |
6 |
动 力 |
kW |
3.8 |
7 |
结构质量 |
kg |
730 |
8 |
作业速度范围 |
km/h |
3-6 |
9 |
作业小时生产率 |
hm2/h |
0.4-0.67 |
3、机具结构。小型四轮电动牵引平台由动力驱动行走和电动液压升降机构两部分组成。主要由机架、蓄电池、变速行走系统、转向系统、电气控制系统、刹车系统、液压升降系统、等部件组成(见下图)。
(二)小型四轮电动铺膜播种机组
1、适用范围。小型四轮电动铺膜播种机以蓄电池为动力源,通过电机控制器、手把开关控制运行,蓄电池给电机供电,电机通过差速、变速系统驱动行走轮转动行走,通过电动液压升降系统牵引机具作业。平台安装北斗导航辅助驾驶和远距离遥控装置,牵引平台可挂接配套的铺膜、播种等机具作业,实现平台自动驾驶、避障停车、转弯上线、具有作业成本低,动力续航时间长,无噪音,轻巧灵活等特点。
2、技术参数
序号 |
项 目 |
单位 |
设计值 |
|||||||
1 |
型号名称 |
/ |
2BFYDZ-5 |
|||||||
2 |
外形尺寸(长×宽×高) |
mm |
4600X1535X1300 |
|||||||
3 |
结构型式 |
/ |
电动自走式 |
|||||||
4 |
结构质量 |
kg |
730 |
|||||||
5 |
动力大小 |
kW |
3.8 |
|||||||
6 |
播种机间作套种模式 |
/ |
玉米2+大豆3 |
|||||||
7 |
工作幅宽(可调范围) |
mm |
800-1400 |
|||||||
8 |
铺膜(带)装置 |
/ |
有 |
|||||||
9 |
理论采光面宽度 |
mm |
650 |
|||||||
10 |
膜边覆土 |
宽度 |
mm |
40-50 |
||||||
厚度 |
mm |
20-40 |
||||||||
11 |
大豆 播种 施肥 |
播种行数 |
行 |
2 |
||||||
行距 |
cm |
25-40 |
||||||||
粒距 |
cm |
14-27 |
||||||||
播深是否可独立调节 |
/ |
是调节范围(3~5) |
||||||||
穴粒数(穴/粒) |
粒 |
1-3 |
||||||||
穴距 |
cm |
14-27 |
||||||||
排种器 |
数量 |
个 |
2 |
|||||||
型式 |
/ |
机械式 窝眼式 |
||||||||
驱动方式 |
/ |
电动自走式 |
||||||||
排肥器 |
数量 |
个 |
2 |
|||||||
型式 |
/ |
外槽轮式 |
||||||||
驱动方式 |
/ |
镇压地轮驱动 |
||||||||
施肥量是否可独立调节 |
/ |
是 |
||||||||
施肥深度 |
mm |
0-60 |
||||||||
施肥深度是否可独立调节 |
/ |
是 |
||||||||
施肥量 |
kg/hm2 |
0-800 |
||||||||
覆土器型式 |
/ |
镇压地轮+塑料轮 |
||||||||
镇压器型式 |
/ |
金属滚筒+塑料轮 |
||||||||
镇压强度是否可独立调节 |
/ |
可调 |
||||||||
开沟器 |
数量 |
个 |
施肥: 3 |
|||||||
型式 |
/ |
施肥:锄铲式 |
||||||||
12 |
玉米 播种 施肥 |
播种行数 |
行 |
2 |
||||||
行距 |
cm |
35-80 |
||||||||
粒距 |
cm |
14-21 |
||||||||
播深是否可独立调节 |
/ |
是调节范围(3~5) |
||||||||
种子覆土厚度 |
mm |
30-50 |
||||||||
膜下播种深度 |
mm |
30-50 |
||||||||
穴粒数(穴/粒) |
粒 |
1 |
||||||||
穴距 |
mm |
14-21 |
||||||||
排种器 |
数量 |
个 |
2 |
|||||||
型式 |
/ |
机械式 窝眼式 |
||||||||
驱动方式 |
/ |
自转式 |
||||||||
排肥器 |
数量 |
个 |
2 |
|||||||
型式 |
/ |
外槽轮式 |
||||||||
驱动方式 |
/ |
镇压地轮驱动 |
||||||||
施肥深度 |
mm |
0-60 |
||||||||
施肥量 |
kg/hm2 |
≥900 |
||||||||
覆土器型式 |
/ |
镇压地轮+塑料轮 |
||||||||
镇压器型式 |
/ |
金属滚筒+塑料轮 |
||||||||
镇压强度是否可独立调节 |
/ |
可调 |
||||||||
开沟器 |
数量 |
个 |
施肥:2 |
|||||||
型式 |
/ |
施肥:锄铲式 |
||||||||
13 |
大豆带与玉米带间距 |
cm |
40-80 |
|||||||
14 |
仿形方式 |
/ |
地轮仿形 |
|||||||
15 |
地轮型式 |
/ |
金属滚筒 |
|||||||
16 |
地轮直径 |
mm |
197 |
|||||||
17 |
作业速度范围 |
km/h |
3-4 |
|||||||
3.机具结构。小型四轮电动铺膜播种机由电动作业平台、铺膜播种机构两部分组成。电动平台主要由机架、蓄电池、变速行走系统、转向系统、电气控制系统、刹车系统、液压升降系统、铺膜机构、滚筒式精量点播器等部件组成(见下图)。
(三)小型四轮电动喷药机组
1、适用范围。
小型四轮电动喷药机组以蓄电池为动力源,通过电机控制器、手把开关控制运行,蓄电池给电机供电,电机通过差速、变速系统驱动行走轮转动行走,通过电动液压升降系统挂架喷药装置作业。平台安装北斗导航辅助驾驶和远距离遥控装置,实现平台自动驾驶、避障停车、转弯上线、具有作业成本低,动力续航时间长,无噪音,轻巧灵活等特点。本机技术创新点是,喷药泵电机采用直流无刷电机,可远距离遥控操作,噪音低,整机控制稳定,操做方便,喷杆架可折叠,便于丘陵山区行走作业。
2、技术参数
序号 |
项 目 |
单位 |
设计值 |
1 |
产品名称 |
/ |
小型四轮电动喷药机机 |
2 |
外形尺寸(长×宽×高) |
mm |
3200X1600X1300 |
3 |
结构型式 |
/ |
电动自走式 |
4 |
动 力 |
KW |
3.8 |
5 |
药箱容积 |
L |
300 |
6 |
喷药泵电机功率 |
KW |
0.8 |
7 |
喷药泵压力 |
Mpa |
2.0-4.5 |
8 |
喷药泵流量 |
L/mmin |
14-22 |
9 |
喷杆高度(可调范围) |
mm |
300-1000 |
10 |
喷药幅宽 |
mm |
6000 |
11 |
结构质量 |
kg |
730 |
12 |
作业速度范围 |
km/h |
3-6 |
13 |
作业小时生产率 |
hm2/h |
0.5-1.2 |
3.机具结构。
小型四轮电动喷药机由电动作业平台、喷药装置两部分组成。主要由机架、蓄电池、变速行走系统、转向系统、电气控制系统、刹车系统、液压升降系统、喷药装置等部件组成(见下图)。
(四)小型四轮电动除草机
1.适用范围。
小型四轮电动除草机以蓄电池为动力源,通过电机控制器、手把开关控制运行,蓄电池给电机供电,电机通过差速、变速系统驱动行走轮转动行走,通过电动液压升降系统挂架除草装置作业。平台安装北斗导航辅助驾驶和远距离遥控装置,实现平台自动驾驶、避障停车、转弯上线、具有作业成本低,动力续航时间长,无噪音,轻巧灵活等特点,主要适宜中小地块及丘陵山区农田作业。创新点:除草铲采用燕尾式三个一组结构形式,阻力小、重量轻,整机除草装置稳定,机架可折叠,便于丘陵山区行走作业。
2、技术参数
序号 |
项 目 |
单位 |
设计值 |
1 |
产品名称 |
/ |
小型四轮电动除草机 |
2 |
外形尺寸(长×宽×高) |
mm |
3000X1800X1300 |
3 |
结构型式 |
/ |
电动自走式 |
4 |
动 力 |
KW |
3.8 |
9 |
作业深度(可调范围) |
mm |
15--40 |
10 |
作业宽度 |
mm |
3400 |
11 |
结构质量 |
kg |
730 |
12 |
作业速度范围 |
km/h |
3-6 |
13 |
作业小时生产率 |
hm2/h |
0.5-1.2 |
3.机具结构。
小型四轮电动除草机由电动作业平台、除草装置两部分组成。主要由机架、蓄电池、变速行走系统、转向系统、电气控制系统、刹车系统、液压升降系统、除草装置等部件组成(见下图)。
(五)试验验证情况。目前,酒泉市铸陇机械制造有限公司在甘肃定西、陇南等丘陵山区县投放小型四轮电动牵引平台10台,各类配套机具20台,完成机具试验面积1000亩。在酒泉市投放小型四轮电动牵引平台2台,配套机具3台,完成机具试验面积785亩。从前期的试验情况看,可挂接农田作业机具的遥控或导航型小型四轮电动牵引平台基本成熟定型,配套机械性能稳定,能够满足农业生产要求。
二、存在问题
一是企业开展无人驾驶自动导航小四轮电动牵引平台及配套作业机具研发缺乏有效的资金保障。开展绿色智能电动农业研发需要大量的配套资金支持保障,但企业在开展新机具研制开发过程中,只有甘肃省农业农村厅农机化处下达的100万元省级农机装备研发补短板项目资金,大量的科技研发资金需要企业自筹,由于资金匮乏严重影响了开发设计、生产制造、实验验证等关键环节创新,好多工作因为没有资金而不能开展。
二是无人驾驶自动导航电动牵引平台的续航能力亟待增强,需要重点解决充电时间要短的问题,要延长续航时间,单次续航要满足一天作业量;要提高机具配套比,实现多功能,提升性价比。小型四轮电动喷药机喷头的雾化效果需要增强,需要解决低电压大功率喷药泵电机配套的喷药泵流量和压力问题。小型四轮电动除草机除草与松土效果亟待提高,需要解决除草铲的结构与平台的牵引力和除草平衡问题。
三是机具试验验证不足,需进一步加强。目前,酒泉市铸陇机械制造有限公司在甘肃定西、陇南等丘陵山区县和酒泉市投放小型四轮电动牵引平台不过20台,实验验证面积不超过2000亩。由于机具下地作业时间短,试验验证面积小,机具本身存在的问题尚未充分暴露出来,机具试验验证需要进一步强化,需要在不同区域、不同土壤类型条件下试验验证无人驾驶自动导航电动牵引平台及配套机械的续航能力、机具作业性能、适应性等指标,进一步改进和完善结构设计,优化组成系统布局,提高机具性价比。
三、意见建议
1.强化财政支持企业开展科技创新的资金保障力度。各地区各部门在开展农机装备补短板行动过程中,建立企业科技创新资金专项,支持农机装备重点企业有重点、有计划、有步骤地开展农机装备补短板行动,进一步优化无人驾驶自动导航电动牵引平台及配套机械结构设计,提升机具性能,加快农机科技成果向农业现实生产力转化的步伐,解决农机研发制造推广应用一体化“最后一公里”问题。
2.强化绿色电动农机研发产学研推深度融合协作。支持引导农机企业与高等院校、科研院所等创新主体组建创新联合体,通过成立农机装备补短板专家库等多种方式,吸纳农机设计、制造、管理、营销等方面的专家人才入库,推进农机装备研发制造企业、农业高等教育机构、农机科技研究推广单位之间深度融合,通过合法合规合理的利益联结机制形成农机装备研发合力,加快农机研发制造推广应用一体化步伐。
3.加大无人驾驶自动导航电动牵引平台及配套机械试验验证力度。以甘肃省定西、陇南、临夏、天水等市州县市区丘陵山区为重点,选择不同区域、不同土壤类型条件,在不同地域、土壤、耕作模式等条件下,布点对无人驾驶自动导航电动牵引平台及配套机械的续航能力、机具作业性能、适应性等指标进行试验验证,总结形成适宜于在山地条件下开展无人驾驶自动导航电动牵引平台及配套机械作业的技术模式和工艺路线,深化农机农艺融合,实现“帕累托最优”。