我國拖拉機前沿技術(shù)發(fā)展探討

李麗莎

（永濟市農(nóng)機發(fā)展中心，山西 永濟 044500）

新中國成立以來，我國農(nóng)業(yè)機械得到了長足發(fā)展，特別是改革開放以來，我國的農(nóng)機制造業(yè)得到了快速發(fā)展。以2000 年為時間節(jié)點，2000 年之前，是中小型農(nóng)機發(fā)展較快時期；2000年以后，是大型農(nóng)機發(fā)展較快時期，一是各主要拖拉機生產(chǎn)企業(yè)采取了中外合資、引進國外先進技術(shù)等措施，推動了農(nóng)機制造質(zhì)量水平的提高，縮小了與國際先進水平的差距。二是為適應(yīng)“村村通油路”道路條件，大型拖拉機均采用了輪式結(jié)構(gòu)。下面對國產(chǎn)大型拖拉機前沿技術(shù)發(fā)展情況作一回顧，為進一步研究此類問題奠定基礎(chǔ)。

1 大型拖拉機發(fā)展情況

1.1 大拖功率不斷刷新

2000年以來，國產(chǎn)大型拖拉機層出不窮，功率不斷刷新。幾年時間便從65 hp（1 hp=0.735 kW，下同）躍到100 hp以上。

2008 年10 月，中國一拖生產(chǎn)的東方紅-2884 輪拖，作為當(dāng)時國內(nèi)最大功率拖拉機，在鄭州全國農(nóng)機產(chǎn)品訂貨交易會亮相[1]。該機是中國一拖整合國際資源自主研發(fā)的新型高端產(chǎn)品。2016年6月14日，東方紅-LW4004型無級變速拖拉機問世[2]，宣告了中國已具備生產(chǎn)257.25 kW 以上輪拖的能力。該機突破了無級變速傳動系統(tǒng)、智能化控制管理等重型拖拉機核心技術(shù)，填補了多項國內(nèi)技術(shù)空白。2018 年12 月，凱特迪爾KAT4404型拖拉機問世，是迄今為止國內(nèi)企業(yè)生產(chǎn)的最大功率拖拉機[3]。該機配套淮柴高壓共軌、增壓中冷柴油機，扭矩儲備大，符合國標排放要求。配套工程機械后橋，承載大，鉗盤式制動器，制動力矩大。外形尺寸（長×寬×高）：7.8 m×3.74 m×4.1 m，裝配12 條520/85R42 輪胎，質(zhì)量達到17.83 t。額定功率/轉(zhuǎn)速為323 kW/2 100 r/min，標定工況燃油消耗率≤196 g/kW·h，額定牽引力94 kN，額定提升力51 kN，擋位數(shù)24F+12R，前進擋速度范圍2～36 km/h。

1.2 大型輪拖應(yīng)用新技術(shù)實例

僅以東方紅輪拖為例進行簡介。

1.2.1 東方紅LF2204拖拉機[4]

①發(fā)動機。采用康明斯6 缸電控高壓共軌、增壓中冷柴油機，最大輸出扭矩950 nM，扭矩儲備超過28%，扭矩儲備大、油耗低、排放達標；②離合器。濕式多片離合器，電液控制分離，主離合器為氣助力操縱；③采用液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)；④變速箱。采用中國一拖法國子公司設(shè)計制造的動力換擋傳動系及動力換向變速箱，48 個前進擋和41 個倒退檔。動力換擋和動力換向的有機組合，操作舒適。主變速為8 擋動力換擋，副變速為4 擋機械式同步器換擋。動力換擋采用液壓控制按鈕操縱；⑤動力輸出。動力輸出軸離合器為濕式多片、電液控制式，后動力輸出，可提供540、1 000、540E（即經(jīng)濟轉(zhuǎn)速）3種轉(zhuǎn)速。配備機外動力輸出及液壓提升控制按鈕，只需1 人就可輕松掛接農(nóng)具；⑥液壓輸出。裝配3～4 組液壓輸出，滿足復(fù)式作業(yè)要求。采用電控懸掛系統(tǒng)，操作方便精確；⑦行走系。前后輪距可調(diào)，后輪距為無級可調(diào)，裝配后雙輪,可裝配氣剎等，滿足多種用途電液控制的前驅(qū)動和差速鎖，結(jié)合與分離操作方便快捷。采用子午線輪胎，比斜交輪胎接地面積增加25%；⑧電液控制。實現(xiàn)農(nóng)具復(fù)合動作電液控制采用CAN2.0 總線控制系統(tǒng)，把發(fā)動機、傳動系、液壓提升、農(nóng)具連成一體，減少物理接線，實現(xiàn)更快速的故障診斷分析；⑨駕駛室。采用自主研發(fā)的帶側(cè)操縱臺的豪華舒適型半懸浮駕駛室，配置新型空調(diào)暖風(fēng)系統(tǒng)、大轉(zhuǎn)向角進口前橋、多維度可調(diào)方向盤、電控座椅、組合儀表和高性能顯示器等，集擋位變換、油門控制、液壓提升和輸出、動力輸出、前驅(qū)動等功能于一體的多功能操縱平臺，操縱環(huán)境和舒適性達到國際先進水平；⑩作業(yè)自動化。具有作業(yè)動作記憶功能的智能化自控技術(shù)，通過模式設(shè)定，一鍵實現(xiàn)整機配套農(nóng)具的田間自動化作業(yè)。

1.2.2 東方紅LF1204動力換擋拖拉機[5]

①采用直列、增壓或自吸發(fā)動機，可選裝4 缸或6 缸，額定功率88.2 kW，額定轉(zhuǎn)速2 200 r/min；②動力換擋，無需停車輕松實現(xiàn)前進中的快擋、慢擋變換，操作輕便、效率高。24+12 擋設(shè)計，擋位排布合理，整機適應(yīng)性強。同步器梭式換向裝置；③水旱田通用型加強前橋，承載提高20%；裝配進口油封，可靠防泥、防沙、防水；④裝配加強型模鍛懸掛裝置，強度大，更適合與大型復(fù)式作業(yè)農(nóng)具配套；⑤裝配傳動系散熱裝置，有效保障動力換擋控制器及濕式離合器等核心部件及傳動系的可靠性；⑥配裝豪華座椅，前后位置可調(diào)，增加氣阻尼座椅硬度調(diào)節(jié)功能，駕乘舒適；⑦加大、加強型轉(zhuǎn)向油缸，轉(zhuǎn)向操縱輕便、可靠。⑧配裝高速變速箱，車速達38 km/h，作業(yè)效率高。

2 自動駕駛拖拉機

2010 年以來，為提高作業(yè)質(zhì)量和效率，國內(nèi)一些大型企業(yè)已推出了拖拉機自動導(dǎo)航駕駛系統(tǒng)（簡稱自動駕駛拖拉機）。自動駕駛農(nóng)機是利用衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)遙控指揮農(nóng)機自動駕駛進行精準耕作。工作原理是通過自帶基站把衛(wèi)星定位信號經(jīng)過2次精確定位發(fā)射到拖拉機上，作業(yè)前，把耕作面積、土壤厚度等參數(shù)輸入導(dǎo)航系統(tǒng)，天線接收到信號后，就可以通過導(dǎo)航系統(tǒng)實現(xiàn)自動直線行駛。

2.1 福田雷沃農(nóng)機導(dǎo)航及自動作業(yè)系統(tǒng)

國內(nèi)最早報道拖拉機自動駕駛是2012 年8 月7 日，福田雷沃重工與華南農(nóng)業(yè)大學(xué)聯(lián)合在新疆石河子主辦農(nóng)機導(dǎo)航及自動作業(yè)系統(tǒng)演示活動[6]，2臺雷沃M904D型拖拉機參加了演示。據(jù)報道，該系統(tǒng)集全球衛(wèi)星定位、GPS 自動導(dǎo)航、電控液壓自動轉(zhuǎn)向、作業(yè)機具自動升降、油門開度自動調(diào)節(jié)和緊急遙控熄火等多項自動化技術(shù)于一體，直線導(dǎo)航精度＜5 cm，自動對行精度＜10 cm，轉(zhuǎn)向輪偏角控制精度＜1°，實現(xiàn)了拖拉機自動控制耕地、精密播種、施肥、旋耕起壟、噴藥等作業(yè)，解決了“播行不直、接行不準”的問題，實現(xiàn)了精準作業(yè)。2012 年9月17 日，福田雷沃重工和華南農(nóng)業(yè)大學(xué)共同研制的“農(nóng)業(yè)機械導(dǎo)航及自動作業(yè)系統(tǒng)”通過山東省科技廳組織的科技成果鑒定[7]。

2.2 約翰迪爾ATU自動導(dǎo)航系統(tǒng)

2015 年 1 月 21 日—23 日，在廣西省扶綏縣，約翰迪爾ATU 自動導(dǎo)航系統(tǒng)的新6B 系列拖拉機帶著甘蔗播種機進行作業(yè)演示，受到前來觀摩的種植大戶和合作社代表連連稱贊。約翰迪爾新6B 系列1104 型和1204 型拖拉機，配備約翰迪爾StarFire 3000 型接收器GreenStar2630 型顯示器、帶馬達的方向盤，以及RTK 地面基站，演示進行甘蔗播種作業(yè)精度RTK 可達2.5 cm、SF2 可達5 cm。約翰迪爾中國技術(shù)創(chuàng)新中心主任張宏巖在演示現(xiàn)場介紹，約翰迪爾ATU自動導(dǎo)航系統(tǒng)已在全球得到廣泛使用和好評，現(xiàn)在將此系統(tǒng)引入中國，該系統(tǒng)在播種、起壟、噴藥、收獲等方面都可以實現(xiàn)精準作業(yè)，給用戶帶來更多收益。

2.3 中聯(lián)重科“耕王”自動駕駛拖拉機

2015年2月5日，中聯(lián)重科“耕王”RV1254型自動駕駛拖拉機亮相廣西省崇左市舉行的甘蔗生產(chǎn)收獲機械化推廣演示會，“耕王”拖拉機不僅動力強勁，駕駛舒適，而且還實現(xiàn)了數(shù)字化、自動化的輔助駕駛。駕駛室內(nèi)機手坐在座位上不用手動操作，作業(yè)前設(shè)定好參數(shù)后，走直線時基本不用扶方向盤，只要在地頭轉(zhuǎn)彎時調(diào)整拖拉機方向就行了，操作起來非常方便輕松。據(jù)了解，“耕王”拖拉機搭載的國產(chǎn)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航自動駕駛系統(tǒng)，通過北斗基準站和拖拉機車頂安裝的衛(wèi)星定位組件，接收高精度的車輛位置、速度等信息，最終實現(xiàn)自動控制。1 000 m 播行偏差不超過2 cm，可全天候作業(yè)。還可以通過設(shè)定農(nóng)田邊界和行駛路徑避免重復(fù)和遺漏作業(yè)，同時可記錄行駛路徑和測量農(nóng)田面積。

2.4 東方紅無人駕駛拖拉機

2016 年10 月26 日下午，在2016 中國國際農(nóng)業(yè)機械展覽會機具演示中，以中國一拖發(fā)布首臺無人駕駛拖拉機為開場，引發(fā)行業(yè)轟動。東方紅LF954-C 型拖拉機配套東方紅1LF-430 型液壓翻轉(zhuǎn)犁，進行實地作業(yè)演示。該機裝備有自動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、整車控制系統(tǒng)、雷達及視覺測量系統(tǒng)、遠程視頻傳輸系統(tǒng)、監(jiān)測系統(tǒng)、遠程遙控系統(tǒng)等。通過這些系統(tǒng)，這款拖拉機實現(xiàn)了規(guī)定區(qū)域內(nèi)自動路徑規(guī)劃及導(dǎo)航、自動換向、自動剎車、發(fā)動機轉(zhuǎn)速自動控制、農(nóng)具的自動控制、障礙物主動避讓、遠程控制等功能。特別是應(yīng)用了毫米波雷達測量、雙目相機視覺識別等先進技術(shù)，結(jié)合北斗高精度定位技術(shù)，可進行多項農(nóng)田作業(yè)的無人駕駛。

2.5 國內(nèi)首臺無人駕駛大功率電動拖拉機

2020 年11 月，國家農(nóng)機裝備創(chuàng)新中心成功研制出國內(nèi)首臺大功率輪邊驅(qū)動電動拖拉機樣機，該機正式名稱為ET1004-W 型拖拉機，首次在國產(chǎn)農(nóng)機采用輪邊驅(qū)動技術(shù)，操作精度為厘米級，達到國際先進水平，并創(chuàng)下同等功率拖拉機轉(zhuǎn)彎半徑國內(nèi)最小紀錄。輪邊驅(qū)動就是將電機裝在單個車輪邊上實現(xiàn)單獨驅(qū)動，取消了主減速器和差速器。該技術(shù)近年來已在汽車上應(yīng)用，但在農(nóng)機領(lǐng)域目前只有少數(shù)國際巨頭開展前沿研發(fā)。由于采取模塊化設(shè)計，該機理論上可搭載任何能源動力系統(tǒng)。機身裝載的5G 網(wǎng)聯(lián)與自動駕駛模塊，使ET1004-W 型拖拉機具備遙控駕駛、無人駕駛及網(wǎng)聯(lián)集群功能，在2020 年11 月中國國際農(nóng)業(yè)機械展覽會上首次亮相，受到多位院士、專家高度評價。

3 結(jié)論和討論

進入新世紀以來，為適應(yīng)農(nóng)村土地流轉(zhuǎn)和節(jié)本增效要求，我國拖拉機不斷向高效大型化、控制智能化、操作自動化、駕駛舒適化發(fā)展。下一步，要大力推進農(nóng)業(yè)機械化、智能化，主動適應(yīng)農(nóng)機轉(zhuǎn)型升級的新形勢，推進農(nóng)業(yè)機械化向全程全面高質(zhì)高效發(fā)展。