棚式电动微耕机关键技术研究

曹中华 冯 伟 张先锋 湛小梅 李 平 周玉华 李亚丽

(重庆市农业科学院，重庆 401329)

1 研究意义

我国现有微耕机主要以内燃机为动力，环境污染重，操作强度大，噪声大，成本高，而温室大棚等设施农业的耕作环境比较特殊，空间有限且比较封闭，对耕作机械的要求一般是体积小、噪声低和没有废气污染等。因此电动微耕机的研究成为现阶段迫切的需求，且电动微耕机由电力控制可以向智能化方向发展，拥有更好的发展前景。因此，电动微耕机成为未来微耕机发展的必然趋势。

2 整体结构及工作原理

电动微耕机整体的结构如图1所示，主要由扶手、机架、电动机、蓄电池、控制器、传动装置、旋耕装置、限深杆等组成。扶手上布置有电源开关、调速装置等，调速装置是通过控制器实现调节电机输出不同转速达到调节旋耕刀耕作时的不同转速。传动装置主要是齿轮传动，由一对锥齿轮进行直传式传动。电动微耕机是由蓄电池给电动机提供电能，电动机输出的动力经电机输出轴与传动装置连接传送到传动装置，然后从传动装置中的齿轮输出轴传至刀轴带动刀辊转动，从而使旋耕刀进行耕作。由刀片切土时，土壤对刀片的反作用力推动电动微耕机前进，进而完成电动微耕机的旋耕作业。电动微耕机是通过电源的开启与闭合实现动力的传递与切断来控制电动微耕机的工作状态，通过对限深杆的入土深度的调节来实现电动微耕机的耕作深度及行进速度，保证整机耕作过程安全可靠。

1.扶手;2.控制器;3.电机;4.蓄电池;5.传动装置;6.旋耕装置;7.机架;8.限深杆图1 电动微耕机的整体结构

3 关键技术研究

(1)棚式电动微耕机基本结构研究。棚式电动微耕机的结构设计应从其整机轻便性、电动技术部分的密封安全性等方面综合考虑设计。①整机轻便性。采用新电动技术作为动力源的微耕机在工作中应考虑其因自重而造成的能耗损失，因此在设计上可采用新材料、简化结构等方法以减轻自重。②电动技术部分的密封安全性。应综合考虑新电动技术的密封要求和微耕机的作业环境，确保电动技术部分在微耕机工作过程中的安全可靠性。在完成棚式电动微耕机的结构设计后，利用软件或硬件，对其结构的力学性能进行测试、仿真分析、检验，并根据结果对其进行结构优化，以确保整机结构的安全可靠和稳定性。

(2)新电动技术的最优组合技术研究。棚式电动微耕机拟采用新电动技术取代内燃机驱动微耕机工作，凸显环保、节能等优势，因此新电动技术这一部分将作为电动微耕机的核心技术进行突破。新电动技术主要由储能装置(电池)、能量转换装置、传动装置三部分组成。储能装置的选择，该部分主要考虑微耕机工作所需的能耗以及工作时长。能量转换装置的研发或选择，这一装置的作用是将储能装置储存的电能转化为驱动微耕机工作的机械能，该部分与传动装置综合考虑，要从以下几个方面考虑：①能量的转换效率；②微耕机刀辊工作所需要的扭矩；③传动装置的高效、可靠、简单、安全等。综合考虑微耕机工作性质和工作条件，包括其工作需满足的农艺要求如耕深、耕宽等，合理选择或研制适合棚式电动微耕机的装置，并将各装置进行合理组合以完成棚式电动微耕机新电动技术这一核心部分的最优组合。

(3)耕作装置的优化设计技术研究。综合考虑新电动技术在动力等方面的制约，对微耕机工作的耕作部件进行优化设计，以降低其作业功耗。优化设计主要包括耕作部件的结构优化和形状优化：对单个刀片进行形状优化，如采用特殊材料、运用仿生或仿形设计等，以提高其入土和切土性能，降低作业功耗；对整个耕作装置优化设计可从刀片的组合排列等方面进行结构优化，最终达到降低功耗的目的。

(4)电池管理系统技术研究。该部分主要涉及电池输出电压的控制、电池能量的显示、预警等，使得操作者能够简便地操作和及时了解电池状态，从而保证电动微耕机作业的顺利进行，同时确保电池在健康状态下作业，以免损伤电池。

4 结论

本文通过对电动微耕机整体结构及工作原理分析，进行了电动微耕机的基本结构、新电动技术组合、耕作部件设计电池管理系统等关键技术研究，为电动微耕机的设计提供了理论依据。