兩棲履帶式遙感犁田機(jī)的研究

劉陶翔 鄭娟 蔣雙慶

摘要：針對(duì)丘陵山區(qū)地塊面積小、道路狹窄，大型聯(lián)合犁田機(jī)運(yùn)輸難、進(jìn)地難、轉(zhuǎn)場(chǎng)難、操作難等現(xiàn)狀，解決山地中犁地的困難，通過(guò)張緊輪調(diào)節(jié)履帶的松緊，改變牽引力的大小來(lái)適應(yīng)山地各種各樣的地形。

關(guān)鍵詞：荒田;荒地;地勢(shì)復(fù)雜;土地面積小;履帶式

引言：

水田一直是我國(guó)重要的耕地資源，近年來(lái)其耕種模式隨著農(nóng)業(yè)機(jī)械化的發(fā)展也在逐漸發(fā)生變化，從最初的牲畜耕作、手扶作業(yè)機(jī)械已逐步發(fā)展到現(xiàn)在的高花輪胎、高地隙拖拉機(jī)作業(yè)。這些機(jī)械都不適合南方復(fù)雜地勢(shì)耕作，而適用于這種地形小型農(nóng)用犁田機(jī)還是手扶式，還類似于以前牲畜耕作，這種機(jī)械沒(méi)有智能化，需要操作者有足夠的體力，但是現(xiàn)在的大部分年輕人都外出，留在老幼在家。因此，小型農(nóng)用機(jī)器智能化顯得格外重要。

1.兩棲履帶式遙感犁田機(jī)的研究意義

隨著社會(huì)科技和經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，農(nóng)村勞動(dòng)力都往城市遷移，農(nóng)村出現(xiàn)了嚴(yán)重的勞動(dòng)力不足，進(jìn)而導(dǎo)致了一大片的荒地?zé)o人耕種。盡管中國(guó)的糧食產(chǎn)量很高，但是中國(guó)卻是一個(gè)糧食進(jìn)口大國(guó)。每年國(guó)家都要從國(guó)外花費(fèi)大量資金進(jìn)口糧食（如圖1），習(xí)總書(shū)記曾說(shuō)“農(nóng)業(yè)農(nóng)村現(xiàn)代化是實(shí)施鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略的總目標(biāo)，堅(jiān)持農(nóng)業(yè)農(nóng)村優(yōu)先發(fā)展是總方針，產(chǎn)業(yè)興旺、生態(tài)宜居、鄉(xiāng)風(fēng)文明、治理有效、生活富裕是總要求，建立健全城鄉(xiāng)融合發(fā)展體制機(jī)制和政策體系是制度保障”，我們的想法就產(chǎn)生這樣的一個(gè)背景下。我們利用5G大數(shù)據(jù)可以遠(yuǎn)程操控，降低操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度，這樣減少農(nóng)村荒地的現(xiàn)象出現(xiàn)。我們的行走機(jī)構(gòu)采用履帶式，增大履帶與地面接觸面積，減小壓強(qiáng)防止機(jī)構(gòu)陷入松軟的路面。我們模仿挖掘機(jī)的運(yùn)動(dòng)，通過(guò)張緊輪調(diào)節(jié)履帶的松緊，改變牽引力的大小來(lái)適應(yīng)山地各種各樣的地形。

圖1

2.履帶式農(nóng)用機(jī)的市場(chǎng)狀況分析

由于履帶結(jié)構(gòu)比輪式結(jié)構(gòu)有降壓功能，并且履帶在復(fù)雜的地區(qū)有更好的穩(wěn)定性，因此履帶式旅耕機(jī)和履帶式拖拉機(jī)越來(lái)越普及。

2.1.區(qū)域分布

履帶旋耕機(jī)分布在湖南、江西、浙江、湖北以及安徽南部地區(qū)，尤其在洞庭湖、鄱陽(yáng)湖及其支流沿線的平原和丘陵地區(qū);履帶拖拉機(jī)主要分布在湖南中南部煙草種植區(qū)和稻蝦種養(yǎng)區(qū)，目前履帶拖拉機(jī)主要用于煙田起壟、稻蝦田打漿作業(yè)。盡管履帶式機(jī)器分布很廣，還是有很大部分地區(qū)不能進(jìn)行很好使用，履帶式行走機(jī)構(gòu)還需要優(yōu)化，讓其適應(yīng)山區(qū)崎嶇狹窄的山路。

2.2.履帶式與輪式比較

輪式不能跨越高度，不能走樓梯。在平坦的路上，輪式移動(dòng)方式速度快。履帶式移動(dòng)適應(yīng)于未加工的天然路上行走，與輪式移動(dòng)相比。履帶式具有以下優(yōu)點(diǎn)：

●支撐面積大，壓強(qiáng)小。適合松軟、泥濘場(chǎng)地進(jìn)行作業(yè)。

●越野機(jī)動(dòng)性好，爬坡、越溝等性能優(yōu)于輪式。

●履帶上有履赤，不易打滑，有利于發(fā)揮大的牽引力。

3.遙感技術(shù)

面對(duì)復(fù)雜的地形，遙感技術(shù)的應(yīng)用，計(jì)算出最短途徑。為提高工作效率，遙感技術(shù)的加入無(wú)疑是很不錯(cuò)的選擇，它利用非接觸傳感器來(lái)獲取有關(guān)目標(biāo)的時(shí)空信息，不僅著眼于解決傳統(tǒng)目標(biāo)的幾何定位，更為重要的是對(duì)利用外層空間傳感器獲取的影像和非影像信息進(jìn)行語(yǔ)義和非語(yǔ)義解譯，提取客觀世界中各種目標(biāo)對(duì)象的幾何與物理特征信息。利用GPS空中定位成像，遙感技術(shù)能夠克服傳統(tǒng)遙感圖像獲取成本高、分辨率低、氣候影響大等缺點(diǎn)，在某些領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。遙感技術(shù)在農(nóng)業(yè)或耕地上的研究?jī)?nèi)容主要集中在土壤演變、耕地提取及分類、種植信息提取等方面。利用收到的電磁波來(lái)判斷地形情況，然后根據(jù)算法規(guī)劃出最短路徑，避免因人為操作帶來(lái)的行走重復(fù)路線，減少燃油消耗。

4.兩棲履帶式遙感犁田機(jī)的實(shí)現(xiàn)路徑

4.1.基于現(xiàn)有履帶式農(nóng)機(jī)的研究

在人工林區(qū)，土壤堅(jiān)實(shí)度差異較大，當(dāng)?shù)孛尜|(zhì)地松軟時(shí)，接地比壓是衡量機(jī)具通過(guò)性能的重要指標(biāo)。接地比壓過(guò)大時(shí)，行走系統(tǒng)容易沉陷在土壤里，不僅影響效率，還可能使機(jī)具發(fā)生前后傾斜，使切割器接觸地面，影響割草效果。故選擇接地比壓小的行走系統(tǒng)，能減小對(duì)土壤的壓實(shí)，更適應(yīng)人工林的作業(yè)環(huán)境。履帶式主要特點(diǎn)是接地比壓小，爬坡能力強(qiáng)。

4.2.兩棲履帶式遙感犁田機(jī)的構(gòu)建

設(shè)計(jì)一種小型輕便的遙控耕作犁田機(jī)，采用數(shù)碼集成遙控接收器和螺桿千斤頂轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，犁或耙分別根據(jù)情況安裝于機(jī)座桿后下方，通過(guò)磁性電動(dòng)機(jī)和螺桿千斤頂電動(dòng)升降機(jī)構(gòu)控制耙或犁的深度，動(dòng)力機(jī)可優(yōu)先選用165F柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，動(dòng)力機(jī)安裝于驅(qū)動(dòng)輪上方并可前后移動(dòng)調(diào)整，使其集犁田、耙田和蒲田于一體，并且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，重量輕，造價(jià)低，操作方便?；诂F(xiàn)有的犁田機(jī)研究上，由驅(qū)動(dòng)和遙控兩大部分組成。驅(qū)動(dòng)部分主要由驅(qū)動(dòng)離合裝置、轉(zhuǎn)向裝置和電動(dòng)升降裝置構(gòu)成。包括驅(qū)動(dòng)輪、變速箱、動(dòng)力機(jī)和機(jī)架，其機(jī)架上部為兩條軌道，動(dòng)力機(jī)安裝于機(jī)架上并可在其軌道上前后移動(dòng)調(diào)整，轉(zhuǎn)向支座設(shè)于變速箱上方與機(jī)座桿前部銜接，通過(guò)千斤頂調(diào)整螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)、使千斤頂匡架向前推動(dòng)，通過(guò)合動(dòng)連桿使設(shè)于轉(zhuǎn)向軸上的轉(zhuǎn)向支桿前后推動(dòng)，使裝設(shè)于變速箱下方的驅(qū)動(dòng)輪左右轉(zhuǎn)動(dòng)、轉(zhuǎn)向，以船做為犁田機(jī)的支承點(diǎn)，犁和耙分別根據(jù)情況安裝于機(jī)座桿側(cè)后端和后尾部，通過(guò)電動(dòng)機(jī)和千斤頂調(diào)整螺桿、電動(dòng)控制犁或耙的深度，遙控部分可為一遙控裝置，由數(shù)碼集成遙控接收器、繼電器、電瓶和電動(dòng)機(jī)等構(gòu)成，通過(guò)設(shè)在發(fā)射器上的開(kāi)關(guān)任意控制操作。

結(jié)束語(yǔ)：

總而言之，兩棲履帶式遙感犁田機(jī)的研究過(guò)程，需要基于現(xiàn)有的科學(xué)技術(shù)條件，從而提供更加智能化、便民化的設(shè)計(jì)。項(xiàng)目研究過(guò)程還需要各項(xiàng)學(xué)科之間的協(xié)同幫助及資金支持，基于現(xiàn)有的報(bào)警裝置進(jìn)行改進(jìn)，更加快速的完成兩棲履帶式遙感犁田機(jī)的建設(shè)。

參考文獻(xiàn)：

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《兩棲履帶式遙感犁田機(jī)的研究》論文用于湖南省創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目“兩棲履帶式遙感犁田機(jī)”研究成果，項(xiàng)目編號(hào)：S202113809010。

通訊作者：蔣雙慶，河南夏邑，大學(xué)本科，講師，研究方向：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化。