牧神4YZT-8型自走式玉米籽粒收获机智能操控系统的开发应用

徐玉龙

（新疆新研牧神科技有限公司，新疆 乌鲁木齐 830026）

0 引言

玉米的机械化收获已经是我国现阶段大部分玉米种植者的第一选择，而自走式玉米籽粒收获机逐渐替代了老式的玉米果穗收获机，成为了玉米机械化收获的主力军，同时也被越来越多的玉米种植者和收获机械使用者所青睐。

随着玉米籽粒收获机械的不断发展和更新，用户对机具操控性能的简洁化和智能化要求也越来越高。牧神4YZT-8型自走式玉米籽粒收获机是新疆机械研究院股份有限公司设计和生产的一种大型自走式玉米籽粒收获机械。该机具的研制和开发作为国家重点研发计划（“智能农机装备”专项；玉米联合收获技术与智能装备研发项目；高含水率玉米双纵轴流籽粒收获机研制），集中了公司的优势资源，历经两年的技术攻关和田间试验，完成了整机的设计、试制和优化工作。该机具采用的双纵轴流脱粒分离滚筒技术、智能操控技术、折叠割台技术已达到国内外领先水平，其中先进的智能操控系统是该机具的最大亮点。

1 智能操控系统的开发与应用

1.1 智能操控系统结构

牧神4YZT-8型自走式玉米籽粒收获机智能操控系统（图1）主要由智能监控屏幕、多功能操纵手柄、多功能浮动式操纵箱和一体式座椅组成[1]。

图1 牧神4YZT-8型自走式玉米籽粒收获机智能操控系统

智能监控屏幕上会显示机具当前的工作状态，包括发动机的转速、水箱温度、机油压力、电瓶电量、油箱油量、脱离滚筒转速、风机转速、升运器转速和粮箱充满程度等数据。集成式多功能操纵手柄上的三组按钮分别控制着收获割台升降，拨禾轮升降、卸粮筒的伸出和收回，还控制着机具的行走无级变速功能，可实现一键式操纵，比安装多个操纵杆节省了空间，降低了误操作的可能性，同时也方便了机具操作手的操作。多功能浮动式操纵箱上安装有电子手油门操纵杆、换挡机构操纵杆和多个翘板开关，机具各个工作部件的操纵和调节都可以在此完成，方便快捷。多功能浮动式操纵箱和一体式座椅通过连接部件装配在一起，操纵箱可以随座椅的上下前后移动而联动，这种一体式设计大大节省了驾驶室的空间，也让机手在操作时更加方便、舒适。

1.2 智能操控系统的应用

智能操控系统可以应用于机具的多个工作部件的使用和参数调整中，主要体现在机具操控性能的简洁化和智能化上。以往的操控系统一般使用机械传动和拉线来控制机具的各个工作部件[2]，工作部件的转速或者其他参数需要改变时，机手必须停止机具，然后使用专用工具通过机械部件的调整来调节机具的工作参数，这不仅费时费力，而且机械部件容易损坏，出现故障，造成一定的损失。而智能操控技术的应用可以避免这些问题，采用大量的液压元件和电器元件组成的智能操控系统代替了原有的机械操控装置，精确的数字化和模块化设计为机具生产和田间作业提供了很大的便利，电液一体化智能操控系统（图2）在机具作业过程中能准确及时反映各关键部件的信息和具体工作情况，通过多功能操纵手柄上的按钮便可以方便快捷的调整机具的作业参数[3]，达到最佳的作业效果，当机具发生故障时，能及时的进行监测以及报警处理，智能监控屏幕（图3）上会显示发生故障的具体位置和故障原因，机手在机具的驾驶室内就能一目了然，方便机具的检测和维修。

图2 智能操控系统

图3 智能监控屏幕

（1）智能操控技术在推进行走系统（图4）中的应用。牧神4YZT-8型自走式玉米籽粒收获机推进行走系统采用静液压驱动，动力输出系统将发动机动力传至分动箱，分动箱连接着液压泵，液压泵通过液压管路连接着安装在前桥变速箱上的液压马达，液压马达再将动力传送至变速箱和边减，从而驱动机具运动。机具在行走时，操作手只需要在驾驶室内通过操作多功能操纵手柄来控制电动推杆的行程，从而调节液压泵的流量，达到控制机具前进、倒退和调节行走速度快慢的功能。该推进行走系统实现了全部电液一体化控制，在国内玉米籽粒收获机领域达到了领先水平，相比复杂的机械式传动降低了故障率，提高了工作效率，也极大的方便了机手的操作。

图4 推进行走系统智能操控示意

（2）智能操控技术在脱粒分离系统中的应用。机具的脱粒分离系统主要由轴流滚筒和凹板组成。不同的农作物，或者是同一种农作物在不同产量、湿度情况下收割时的轴流滚筒转速和凹板与轴流滚筒间隙都是不一样的，只有将机具调节到相匹配的参数才能达到最佳收割效果[4]。机具在收割时轴流滚筒转速和机具行走速度会直接反应在智能监控屏幕上，轴流滚筒由液压系统控制，机手通过调节操纵手柄就可以实现轴流滚筒的无级变速，不需要停止机具来调节机械部件，节约时间，提高工作效率。

（3）智能操控技术在籽粒清选系统中的应用。机具的清选系统主要由清选风机和三个清选筛子组成。收获不同的农作物都要将风机转速调整到相对应的参数，来达到最佳的籽粒清洁率和损失率，一般机手在收割时都要隔一段时间停止机器一次，在已经收割的农田中来观察机具的收割损失情况，加装了漏粮传感器后，数据会实时传送至智能监控屏幕上，如果有漏粮现象会及时报警，机手可以在驾驶室内通过调节开关来控制机具最合适的行走速度和风机转速，既减少了损失又方便了操作[5]。

2 智能操控系统的技术难点及设计思路

智能操控技术在玉米籽粒收获机中的应用使机具的操纵性能得到了很大的增强，简化了机手的操作，降低了整个系统的故障率，同时也提高了机具的收获性能[6]。但是智能操控系统的设计和优化需要借鉴大量的技术资料以及充足的田间试验，因此牧神4YZT-8型自走式玉米籽粒收获机智能操控系统在下一个阶段的优化设计中需要攻克几个技术难点，同时也提出了以下几点设计思路和需要达到的收获效果：

（1）籽粒破碎率检测装置。设计一种能够分辨完整的玉米籽粒和有破损的玉米籽粒的检测装置，通过行车电脑程序计算出籽粒破损率，从而自动调节相应的工作部件，使机具在正常工作的情况下将籽粒破碎率降到最低，达到最好的收割效果和最高的收获率。

（2）凹板间隙自动调节装置。凹板间隙的大小决定着玉米籽粒的破碎率和玉米籽粒是否能全部从玉米芯上脱落，通过检测玉米籽粒的破碎率和脱净率，将数据反馈至行车电脑，使凹板间隙自动调节，达到最佳收割状态，降低籽粒破碎率，提高脱净率。

（3）上下鱼鳞筛开度大小自动调节装置。通过实时监测风机的风量风速、玉米籽粒的损失率和粮仓内玉米籽粒的含杂率，将这些数据整合分析，通过调节装置使上下鱼鳞筛的筛片开度进行自动调节，降低玉米籽粒的含杂率和损失率，提高机具性能。

（4）自动对行与辅助驾驶装置。收获玉米时，机手需要通过目测来观察收获割台是否正对玉米的生长行距，以免推倒玉米植株，增加损失。现在通过红外线或者其他装置使玉米割台两组分禾尖的中间位置正对玉米植株，使之自动对正，实时修正，不需要机手进行手动操作，这样不仅大大降低了机手的操作难度，同时也降低了收获作业时的损失，提高了收获效率。

（5）喂入量与作业速度自适应控制。收获机械的喂入量主要取决于收获割台的宽度和机具作业速度，在使用相同的收获割台情况下，机具作业速度越快，喂入量越大。作业速度太快会导致脱离滚筒堵塞，机具出现故障，作业速度太慢就会降低收获效率，无法达到最佳收获性能，喂入量与作业速度自适应控制装置是通过检测收获作业时机具的实时喂入量而自动调节作业速度，从而到达最佳收获效率。

以上智能操控技术正处在设计和优化阶段，将会应用在牧神4YZT-8型自走式玉米籽粒收获机第二轮样机的生产制造中。这些技术的使用会使机具的操纵性能和工作性能上升到一个新的高度。