0引言
随着农村产业结构的调整以及土地流转、城市化进程步伐的加快，山西省的农业机械也在迅速普及。在平原地区，农业机械化已达到较高的水平，玉米、小麦、水稻三大农作物的全程机械化水平已达到90%以上。其中，设施农业得到了飞速发展，仅2013年山西省新增大棚种植面积就达28万亩（1亩约等于0.067hm2）。但是，由于大棚作业机械化水平还很低，目前用于大棚的农业机械一般使用燃油发动机，而燃油发动机排出大量的废气不利于大棚作物生长。
山西是煤电大省，具有丰富的煤电资源。为了改善生态环境，减少动力燃油消耗，山西省政府也出台了大力扶持电动农业机械产业发展规划。电动拖拉机是利用蓄电池作为电源，替代现有燃油动力的农用动力机械，电动拖拉机具有结构简洁紧凑、控制灵活、低碳高效、无尾气噪音污染、维护成本低等特点，是下一代农用动力机械的发展方向和必然趋势。 1研究的主要内容和总体设计
本设计旨在研制一种适合于目前我国国情，能够在大棚、沟梁山坡使用的山区小型电动拖拉机装备，克服现有大棚动力机械的缺点，解决沟梁山坡地应用电动农业机械缺乏的问题，给田间作业机械提供节能、环保的动力。
总体设计涉及机具整体性能、结构、平衡性、稳定性、动力性、各工作部件相互配置关系等因素，这些因素互相关联、互相影响，只有相互优化配置，才能最大地发挥其作业能力。HD-PRIDE
2整机结构设计
整机结构设计主要是确定构成机具的关键部件（电池组、电机、变速箱、驱动桥、机架等）的相互位置和联接的型式。考虑到机具作业环境、行走道路等因素，决定将离地间隙降低、轴距缩短、重心降低并移后，保证机具的稳定性，机架为框架式结构，行走系统为四轮行走系统。整机各系统布置见图1。 电机采用横向布置，电机和传动系统用三角皮带联结，拆装维修方便，电机在机架上的纵向位置是可调的，并有张紧装置，用作皮带松紧度的调整和装卸。为了使最小轮距时皮带传动装置不受驱动轮干涉，并使得皮带在泥水不易沾污的高处工作，皮带从动轮均布置在较高的位置。旋耕等传动装置与后置变速箱刚性连接成为整机的一个主要附件，旋耕机的旋转刀相对驱动轮和操作者有一个安全的工作间距，分别应大于70mm、200mm。
3关键技术及部件研究
3.1额定牵引力的确定
额定牵引力TN是对旱地农用拖拉机在水平地段具有适耕湿度的壤土茬地上，拖拉机以基本犁耕速度、驱动轮或履带转率在规定值或发动机于标定工况工作时，所能发出的最大牵引力（取两者中的较小值）。为保持拖拉机在较高牵引效率范围内使用，延长行走机构寿命，减少对土壤结构的破坏，通常规定拖拉机正常工作时的滑转率不应超过一定值（本设计为手扶式，取值为25%）。
确定新拖拉机的额定牵引力，是由该拖拉机配带主要的配套机具在正常工作时的平均牵引阻力T
丘陵山区小型电动拖拉机总体设计研究
音王晓萍
摘要：介绍了一款适应于设施农业、丘陵山区农田耕作的电动拖拉机的总体设计和整机结构设计以及关键技术、部件的研究。通过电动机代替传统的燃油发动机，车架的优化设计可实现节能环保、排放绿、作业综合效益提高等优点，是下一代农业动力机械的发展方向与趋势。
关键词：拖拉机；电动；设计
DOI：10.3969/J.ISSN.1673—632X.2021.01.003中图分类号：S220文献标识码：A
图1整机结构布置
1.电机系统
2.电池组
3.底盘
4.行走系统
5.变速箱
6.操作系统
123456
50
来确定，并考虑工作条件和农具性能变化所引起的阻力变化因素，应留有10%～20%的储备，即
TN
=1.1~1.2
T
。此外，还应考虑牵引力系列化的因
素。对于拖拉机，犁耕是最基本而又繁重的作业，牵引力的确定首先应满足犁耕使用要求，对犁耕作业所需的拖拉机牵引力为wifi温控器
T =
1
k
①
式中，为犁铧个数；
1
为单体犁铧宽度，单
位为cm ；
k
为耕深，单位为cm ；
为土壤比阻，
单位为kg/cm 2。
在一定使用条件下，每种拖拉机所配带的犁都有其合埋的
与
1
配合，使得机组生产率高、经济
性好。本设计中电动拖拉机为小型动力机具，其耕整地主要在已耕地块进行一些浅翻、浅耕作业，因此其配带的犁体数量为1个，幅宽为25cm ，耕深为18～22cm ，犁铧结构的质量约为60kg ，其土壤比阻取0.4kg/cm 2。
将参数代入上述公式中，计算得出平均牵引阻力
T
为220kg （2.16kN ）。
则所需牵引力为
TN =
T =
kN
②
3.2理论速度的确定
本设计电动拖拉机的速度要求适应不同的工作
用途，需要进行多方面因素的考虑，兼顾耕整地、播种作业、中耕作业及前进后退等多种情况。根据
完成的作业性质不同，一般将其行进的速度分为缓行速度（包括爬行速度，主要用于进行一些低速作业及通过难行地区用）、田间基本工作速度、运输速度3类。根据经验并兼顾实际情况确定：犁耕及播种等作业速度一般为3～4km/h ，旋耕速度为1.5～2.5km/h ，运输速度一般不大于16km/h 。
直流电机可以实现无极调速，其调速由直流电动机转速
方程而得。即
=
③
式中，
为转速，单位为r/min ；
为电枢电压，单位为V ；为电枢电流，单位为A ；为电枢
回路总电阻，单位为Ω；为励磁磁通，单位为
Wb ；e
为由电机结构决定的电动势常数。
调节电动机转速的3种方法：①调节电枢供电电压
；②改变电枢回路电阻
；③减弱励磁磁通。
调压调速特性：由图2可以看出，转速下降，机械特性曲线平行下移。
调阻调速特性：由图3可以看出，转速下降，
机械特性曲线变软。
喷香器调磁调速特性：由图4可以看出，转速上升，
机械特性曲线变软。
3种调速方法的性能与比较：改变电阻只能有级调速；减弱磁通虽然能够平滑调速，但调速范围不大，
适宜在基速以上作小范围的弱磁升速。调压调速能在较大的范围内无级平滑调速。因此调压调速在直流电机调速方面应用较广。
对于一台电机，为电枢电路总电阻，
为每
极磁通量，为电动机结构参数。可以看出，转速
和
、有关，并且可控量只有这2个，我们可以通过调节这2个量来改变转速。可以通过改变电压
进行改变，而目前普遍使用的PWM 控制就是
通过调节电压波形来进行电机转速调节的，通过单片机输出一定频率的方波，方波的占空比大小决定平均电压的大小，也决定了电机的转速大小。
电机功率为=
④
式中，为功率，单位为kW ；为电压，单位
为V ；为电流，单位为A 。
由此可见，直流电机通过PWM 降速后，平均电压、平均电流都降低，所以平均功率也会降低。
图2
调压调速特性曲线
N
12
3
N
12
3
L
图3
调阻调速特性曲线
N 123
0123
L
0图4
调磁调速特性曲线
N
123
N 12
3
L
051
因此，只通过电子减速，会出现输出功率降低，牵引力就会下降，需要与机械减速相配合。机械减速可以实现减速增扭，在电机输出功率不变的情况下，扭矩增大，增加了整机的牵引能力。
隧道式搪瓷烧结炉针对电子减速导致输出功率降低的问题，本研究设计了机械减速器部件，该减速部件设置有Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ3个前进挡以及倒挡共4个常规挡，并且设置有高低速挡，共形成8个挡位的组合。此外，电子控制还设置有2个挡位，总共组合可形成16个挡位的组合，基本覆盖了该装备作业使用中各挡位需求，可以在电动机功率恒定的情况下通过减速增加扭矩，发挥其作业能力。各挡位组合见表2。
3.3
机架设计
机架是整机的承载部件，也是电机、行走系统、变速箱等零部件的安装部件，上面设置有需要连接部件的连接孔。
本设计机架主要由50cm ×37cm ×4cm 槽钢与角铁、钢板等辅助性材料焊接而成，形成框架结构，机架部件设置有连接孔，供与其他部件连接固定。机架整体结构见图5。
3.4电动机功率及性能要求
电动机功率由在基本耕作挡位所发挥的额定牵
引力
来确定，即
=
T ⑤
式中，f
为基本耕作挡位所发挥出额定牵引力
时候的实际速度，本设计取3km/h ；T
为牵引效
率，本设计取80%。
将数值代入上式得
=3.6马力≈2.8kW
根据市场现有电机参数，确定使用功率为3kW 的直流无刷卧式电机。这种电机内部没有电刷，相位角为120°，靠外部的控制器进行电机控制，电机运转平稳，噪音小。3.5
整机质量确定及重心位置
拖拉机的质量参数对其制造的成本、使用性能影响均很大。拖拉机的质量一般分为结构质量f
（无驾驶员、无随车工具、无配重时的质量
）、最小使用质量
smin
（有驾驶员、有随车工具、有配重时
的质量）、最大使用质量smax
（保证拖拉机发挥出额
定牵引力的质量
）3种，每种拖拉机经设计优化后都有其适宜的质量参数。3.5.1
最大使用质量
smax
的计算
拖拉机的最大使
用质量应能使其在旱地上工作时滑转率不超过规定值情况下发挥出额定牵引力，最大使用质量smax
也
可以近似计算，手扶式拖拉机为
smax
=2.7
TN
⑥
将数值代入上式得
smax
=6.99kN ≈699kg 。
3.5.2结构质量
目前，随着机械设计和制造工艺
水平不断提高，新材料的不断应用，拖拉机的结构比质量呈现降低趋势。对于手扶式拖拉机，结构比质量参考范围为35～45（kg/马力）。本设计山区小型电动拖拉机由于使用直流电机代替传统的柴油机，结构更加简单，质量更加轻便。由于其应用于丘陵山区，所以结构质量在满足使用性能的前提下力求轻便，节省动力消耗，最终本研究的山区小型电动拖拉机装备的结构质量为150kg ，没有超过最大使用质量699kg ，符合设计要求。3.5.3
重心位置
拖拉机的重心位置直接影响它的
稳定性、操作性、牵引附着性能。拖拉机的重心偏离其纵向对称平面的偏移量
一般不大（
因拖拉机的主要部件是按照拖拉机纵向对称平面对称布置），可不做考虑。当结构需要出现非对称布置时，应该采取措施，使得
尽可能小，以提高拖拉机的横向
稳定性。如果后面配带犁耕作业部件，出现重心横向偏移时，则向左侧偏移比向右侧偏移好，可以提高作业时候的横向稳定性。重心离地高度
应在满
足拖拉机离地间隙要求的前提下尽可能降低，以提
高其稳定性。对于本设计中手扶式拖拉机，应使作业时扶手把上的操纵力尽可能小、机组行进稳定。重心位置随配带机具不同而有不同的要求。如果牵
12345
6
图5机架结构
1.机架横梁
2.机架纵梁
3.地轮连接杆
4.电池固定座
5.电池固定座加强板
6.变速箱连接板
7.加强板
7
表1
挡位组合
52
引犁进行犁耕作业时候，重心最好位于驱动轴前方。但是，不能过于靠前；否则，不仅犁的入土性能
变坏，难以保持犁耕作业的耕深稳定性，而且操纵费力。如果是配带旋耕机作业，由于驱动力的作用，机组会发生“上跳”“前滑”现象，影响正常工作。为避免这种现象的发生，重心应位于驱动轴后方的位置，这样就可以保证旋耕机自动入土和耕作深度的一致性。但是，也不能太靠后；否则，起犁费力，劳动强度大。最后，经设计确定重心位置为：拖拉机重心距离后驱动轮轴的水平距离为225mm ，重
心离地高度为280mm ，拖拉机的重心偏离其纵向
对称平面的偏移量
为88mm 。
3.6
稳定性计算
稳定性主要是进行静态稳定性计算，包括抗倾翻、抗滑移的能力，用极限倾翻倾角和下滑临界坡度角计算。
极限倾翻角指拖拉机停放在坡道上而不倾翻的最大坡度角，用下列公式计算。
上
坡极限倾翻角
μm
为
μm
=arctg
⑦
下坡极限倾翻
角
/
μm
为
/μm
=arctg
⑧
横向侧翻极限倾翻角
μm
大理石粘接剂为
μm
=arctg ⑨
式中：为拖拉机轴距，为400mm ；为拖拉
机重心距离驱动轮轴的水平距离，为225mm ；为重心离地高度，为280mm ；为拖拉机的重心偏离
其纵向对称平面的偏移量，为88mm ；
为轮距，
为400mm ；为轮胎接地印痕宽度，为140mm 。
将数值代数上述公式计算得出：上坡极限倾翻角为38.7°，下坡极限倾翻角为32°，横向侧翻极限倾翻角为33°。因此，机具在田间道路行驶时，应避免在超出此数值的路况下行走作业，避免倾翻发生事故。
4结束语
本研究针对丘陵山区和大棚设计了一种山区小型电动拖拉机装备，使用清洁能源电，节能环保，克服了现有大棚动力机械不适宜燃油动力的缺点，解决了沟梁山坡种植地区劳动力缺乏的问题。对总体方案进行了分析、设计，确定了整机结构，对牵引力、稳定性、机架、行走装置、电动控制系统、液压提升装置等计算分析，确定了基本参数及结构。样机经过试验，得知各方面性能均达到了设计要求。
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2019,33(09):53-58.
【项目类型】本项目为山西省科技厅重点研发项目，项目编号201603D221034。
（作者简介：王晓萍———女，1974年出生，山西省太原市农业机械科学研究所，主要从事农机新技术、新装备的研究
）目前，农产品的常用干燥方法主要有热风干燥、真空冷冻干燥，这些方法普遍存在干制时间长、耗能高等缺点。因此，如何提高农产品的干燥效率，降低干燥能耗是当前和今后农产品干燥加工领域中的一个重要课题。
齿轮齿条转向器食品的干燥预处理技术是在食品干燥前采用一些物理方法对它进行一定的处理，然后再进行干燥的方法。预处理不仅能够改善干品的品质，而且能够提高干燥产品的干燥速度，降低干燥能耗。
高压脉冲电场干燥预处理技术是20世纪末新兴的一种食品干燥预处理技术，它是以一定频率的高压脉冲电场在较短的时间内对待干燥食品进行处理，高压脉冲电场干燥预处理技术综述
音唐德龙
白亚乡
摘要：总结了高压脉冲电场干燥预处理技术的特点，介绍了高压脉冲电场预处理机理，分析
了存在问题和发展趋势。
关键词：高压脉冲电场；预处理；干燥；研究进展DOI ：10.3969/J.ISSN.1673—632X.2021.01.004中图分类号：S226.6文献标识码：A
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