李麗莎

（永濟(jì)市農(nóng)機(jī)發(fā)展中心，山西 永濟(jì) 044500）

新中國(guó)成立以來(lái)，我國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械得到了長(zhǎng)足發(fā)展，特別是改革開(kāi)放以來(lái)，我國(guó)的農(nóng)機(jī)制造業(yè)得到了快速發(fā)展。以2000 年為時(shí)間節(jié)點(diǎn)，2000 年之前，是中小型農(nóng)機(jī)發(fā)展較快時(shí)期；2000年以后，是大型農(nóng)機(jī)發(fā)展較快時(shí)期，一是各主要拖拉機(jī)生產(chǎn)企業(yè)采取了中外合資、引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)等措施，推動(dòng)了農(nóng)機(jī)制造質(zhì)量水平的提高，縮小了與國(guó)際先進(jìn)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(jī)均采用了輪式結(jié)構(gòu)。下面對(duì)國(guó)產(chǎn)大型拖拉機(jī)前沿技術(shù)發(fā)展情況作一回顧，為進(jìn)一步研究此類(lèi)問(wèn)題奠定基礎(chǔ)。

1 大型拖拉機(jī)發(fā)展情況

1.1 大拖功率不斷刷新

2000年以來(lái)，國(guó)產(chǎn)大型拖拉機(jī)層出不窮，功率不斷刷新。幾年時(shí)間便從65 hp（1 hp=0.735 kW，下同）躍到100 hp以上。

2008 年10 月，中國(guó)一拖生產(chǎn)的東方紅-2884 輪拖，作為當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)最大功率拖拉機(jī)，在鄭州全國(guó)農(nóng)機(jī)產(chǎn)品訂貨交易會(huì)亮相[1]。該機(jī)是中國(guó)一拖整合國(guó)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(wú)級(jí)變速拖拉機(jī)問(wèn)世[2]，宣告了中國(guó)已具備生產(chǎn)257.25 kW 以上輪拖的能力。該機(jī)突破了無(wú)級(jí)變速傳動(dòng)系統(tǒng)、智能化控制管理等重型拖拉機(jī)核心技術(shù)，填補(bǔ)了多項(xiàng)國(guó)內(nèi)技術(shù)空白。2018 年12 月，凱特迪爾KAT4404型拖拉機(jī)問(wèn)世，是迄今為止國(guó)內(nèi)企業(yè)生產(chǎn)的最大功率拖拉機(jī)[3]。該機(jī)配套淮柴高壓共軌、增壓中冷柴油機(jī)，扭矩儲(chǔ)備大，符合國(guó)標(biāo)排放要求。配套工程機(jī)械后橋，承載大，鉗盤(pán)式制動(dòng)器，制動(dòng)力矩大。外形尺寸（長(zhǎng)×寬×高）：7.8 m×3.74 m×4.1 m，裝配12 條520/85R42 輪胎，質(zhì)量達(dá)到17.83 t。額定功率/轉(zhuǎn)速為323 kW/2 100 r/min，標(biāo)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(jìn)擋速度范圍2～36 km/h。

1.2 大型輪拖應(yīng)用新技術(shù)實(shí)例

僅以東方紅輪拖為例進(jìn)行簡(jiǎn)介。

1.2.1 東方紅LF2204拖拉機(jī)[4]

①發(fā)動(dòng)機(jī)。采用康明斯6 缸電控高壓共軌、增壓中冷柴油機(jī)，最大輸出扭矩950 nM，扭矩儲(chǔ)備超過(guò)28%，扭矩儲(chǔ)備大、油耗低、排放達(dá)標(biāo)；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(guó)一拖法國(guó)子公司設(shè)計(jì)制造的動(dòng)力換擋傳動(dòng)系及動(dòng)力換向變速箱，48 個(gè)前進(jìn)擋和41 個(gè)倒退檔。動(dòng)力換擋和動(dòng)力換向的有機(jī)組合，操作舒適。主變速為8 擋動(dòng)力換擋，副變速為4 擋機(jī)械式同步器換擋。動(dòng)力換擋采用液壓控制按鈕操縱；⑤動(dòng)力輸出。動(dòng)力輸出軸離合器為濕式多片、電液控制式，后動(dòng)力輸出，可提供540、1 000、540E（即經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)速）3種轉(zhuǎn)速。配備機(jī)外動(dòng)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(wú)級(jí)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(dòng)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(shí)現(xiàn)農(nóng)具復(fù)合動(dòng)作電液控制采用CAN2.0 總線控制系統(tǒng)，把發(fā)動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)系、液壓提升、農(nóng)具連成一體，減少物理接線，實(shí)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(tái)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(jìn)口前橋、多維度可調(diào)方向盤(pán)、電控座椅、組合儀表和高性能顯示器等，集擋位變換、油門(mén)控制、液壓提升和輸出、動(dòng)力輸出、前驅(qū)動(dòng)等功能于一體的多功能操縱平臺(tái)，操縱環(huán)境和舒適性達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平；⑩作業(yè)自動(dòng)化。具有作業(yè)動(dòng)作記憶功能的智能化自控技術(shù)，通過(guò)模式設(shè)定，一鍵實(shí)現(xiàn)整機(jī)配套農(nóng)具的田間自動(dòng)化作業(yè)。

1.2.2 東方紅LF1204動(dòng)力換擋拖拉機(jī)[5]

①采用直列、增壓或自吸發(fā)動(dòng)機(jī)，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(dòng)力換擋，無(wú)需停車(chē)輕松實(shí)現(xiàn)前進(jìn)中的快擋、慢擋變換，操作輕便、效率高。24+12 擋設(shè)計(jì)，擋位排布合理，整機(jī)適應(yīng)性強(qiáng)。同步器梭式換向裝置；③水旱田通用型加強(qiáng)前橋，承載提高20%；裝配進(jìn)口油封，可靠防泥、防沙、防水；④裝配加強(qiáng)型模鍛懸掛裝置，強(qiáng)度大，更適合與大型復(fù)式作業(yè)農(nóng)具配套；⑤裝配傳動(dòng)系散熱裝置，有效保障動(dòng)力換擋控制器及濕式離合器等核心部件及傳動(dòng)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(qiáng)型轉(zhuǎn)向油缸，轉(zhuǎn)向操縱輕便、可靠。⑧配裝高速變速箱，車(chē)速達(dá)38 km/h，作業(yè)效率高。

2 自動(dòng)駕駛拖拉機(jī)

2010 年以來(lái)，為提高作業(yè)質(zhì)量和效率，國(guó)內(nèi)一些大型企業(yè)已推出了拖拉機(jī)自動(dòng)導(dǎo)航駕駛系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱自動(dòng)駕駛拖拉機(jī)）。自動(dòng)駕駛農(nóng)機(jī)是利用衛(wèi)星定位導(dǎo)航系統(tǒng)遙控指揮農(nóng)機(jī)自動(dòng)駕駛進(jìn)行精準(zhǔn)耕作。工作原理是通過(guò)自帶基站把衛(wèi)星定位信號(hào)經(jīng)過(guò)2次精確定位發(fā)射到拖拉機(jī)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(hào)后，就可以通過(guò)導(dǎo)航系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)直線行駛。

2.1 福田雷沃農(nóng)機(jī)導(dǎo)航及自動(dòng)作業(yè)系統(tǒng)

國(guó)內(nèi)最早報(bào)道拖拉機(jī)自動(dòng)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(jī)導(dǎo)航及自動(dòng)作業(yè)系統(tǒng)演示活動(dòng)[6]，2臺(tái)雷沃M904D型拖拉機(jī)參加了演示。據(jù)報(bào)道，該系統(tǒng)集全球衛(wèi)星定位、GPS 自動(dòng)導(dǎo)航、電控液壓自動(dòng)轉(zhuǎn)向、作業(yè)機(jī)具自動(dòng)升降、油門(mén)開(kāi)度自動(dòng)調(diào)節(jié)和緊急遙控熄火等多項(xiàng)自動(dòng)化技術(shù)于一體，直線導(dǎo)航精度＜5 cm，自動(dòng)對(duì)行精度＜10 cm，轉(zhuǎn)向輪偏角控制精度＜1°，實(shí)現(xiàn)了拖拉機(jī)自動(dòng)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(zhǔn)”的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了精準(zhǔn)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(jī)械導(dǎo)航及自動(dòng)作業(yè)系統(tǒng)”通過(guò)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(dòng)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(dòng)導(dǎo)航系統(tǒng)的新6B 系列拖拉機(jī)帶著甘蔗播種機(jī)進(jìn)行作業(yè)演示，受到前來(lái)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(jī)，配備約翰迪爾StarFire 3000 型接收器GreenStar2630 型顯示器、帶馬達(dá)的方向盤(pán)，以及RTK 地面基站，演示進(jìn)行甘蔗播種作業(yè)精度RTK 可達(dá)2.5 cm、SF2 可達(dá)5 cm。約翰迪爾中國(guó)技術(shù)創(chuàng)新中心主任張宏巖在演示現(xiàn)場(chǎng)介紹，約翰迪爾ATU自動(dòng)導(dǎo)航系統(tǒng)已在全球得到廣泛使用和好評(píng)，現(xiàn)在將此系統(tǒng)引入中國(guó)，該系統(tǒng)在播種、起壟、噴藥、收獲等方面都可以實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)作業(yè)，給用戶帶來(lái)更多收益。

2.3 中聯(lián)重科“耕王”自動(dòng)駕駛拖拉機(jī)

2015年2月5日，中聯(lián)重科“耕王”RV1254型自動(dòng)駕駛拖拉機(jī)亮相廣西省崇左市舉行的甘蔗生產(chǎn)收獲機(jī)械化推廣演示會(huì)，“耕王”拖拉機(jī)不僅動(dòng)力強(qiáng)勁，駕駛舒適，而且還實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化、自動(dòng)化的輔助駕駛。駕駛室內(nèi)機(jī)手坐在座位上不用手動(dòng)操作，作業(yè)前設(shè)定好參數(shù)后，走直線時(shí)基本不用扶方向盤(pán)，只要在地頭轉(zhuǎn)彎時(shí)調(diào)整拖拉機(jī)方向就行了，操作起來(lái)非常方便輕松。據(jù)了解，“耕王”拖拉機(jī)搭載的國(guó)產(chǎn)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航自動(dòng)駕駛系統(tǒng)，通過(guò)北斗基準(zhǔn)站和拖拉機(jī)車(chē)頂安裝的衛(wèi)星定位組件，接收高精度的車(chē)輛位置、速度等信息，最終實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。1 000 m 播行偏差不超過(guò)2 cm，可全天候作業(yè)。還可以通過(guò)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(shí)可記錄行駛路徑和測(cè)量農(nóng)田面積。

2.4 東方紅無(wú)人駕駛拖拉機(jī)

2016 年10 月26 日下午，在2016 中國(guó)國(guó)際農(nóng)業(yè)機(jī)械展覽會(huì)機(jī)具演示中，以中國(guó)一拖發(fā)布首臺(tái)無(wú)人駕駛拖拉機(jī)為開(kāi)場(chǎng)，引發(fā)行業(yè)轟動(dòng)。東方紅LF954-C 型拖拉機(jī)配套東方紅1LF-430 型液壓翻轉(zhuǎn)犁，進(jìn)行實(shí)地作業(yè)演示。該機(jī)裝備有自動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、整車(chē)控制系統(tǒng)、雷達(dá)及視覺(jué)測(cè)量系統(tǒng)、遠(yuǎn)程視頻傳輸系統(tǒng)、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、遠(yuǎn)程遙控系統(tǒng)等。通過(guò)這些系統(tǒng)，這款拖拉機(jī)實(shí)現(xiàn)了規(guī)定區(qū)域內(nèi)自動(dòng)路徑規(guī)劃及導(dǎo)航、自動(dòng)換向、自動(dòng)剎車(chē)、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速自動(dòng)控制、農(nóng)具的自動(dòng)控制、障礙物主動(dòng)避讓、遠(yuǎn)程控制等功能。特別是應(yīng)用了毫米波雷達(dá)測(cè)量、雙目相機(jī)視覺(jué)識(shí)別等先進(jìn)技術(shù)，結(jié)合北斗高精度定位技術(shù)，可進(jìn)行多項(xiàng)農(nóng)田作業(yè)的無(wú)人駕駛。

2.5 國(guó)內(nèi)首臺(tái)無(wú)人駕駛大功率電動(dòng)拖拉機(jī)

2020 年11 月，國(guó)家農(nóng)機(jī)裝備創(chuàng)新中心成功研制出國(guó)內(nèi)首臺(tái)大功率輪邊驅(qū)動(dòng)電動(dòng)拖拉機(jī)樣機(jī)，該機(jī)正式名稱為ET1004-W 型拖拉機(jī)，首次在國(guó)產(chǎn)農(nóng)機(jī)采用輪邊驅(qū)動(dòng)技術(shù)，操作精度為厘米級(jí)，達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，并創(chuàng)下同等功率拖拉機(jī)轉(zhuǎn)彎半徑國(guó)內(nèi)最小紀(jì)錄。輪邊驅(qū)動(dòng)就是將電機(jī)裝在單個(gè)車(chē)輪邊上實(shí)現(xiàn)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)，取消了主減速器和差速器。該技術(shù)近年來(lái)已在汽車(chē)上應(yīng)用，但在農(nóng)機(jī)領(lǐng)域目前只有少數(shù)國(guó)際巨頭開(kāi)展前沿研發(fā)。由于采取模塊化設(shè)計(jì)，該機(jī)理論上可搭載任何能源動(dòng)力系統(tǒng)。機(jī)身裝載的5G 網(wǎng)聯(lián)與自動(dòng)駕駛模塊，使ET1004-W 型拖拉機(jī)具備遙控駕駛、無(wú)人駕駛及網(wǎng)聯(lián)集群功能，在2020 年11 月中國(guó)國(guó)際農(nóng)業(yè)機(jī)械展覽會(huì)上首次亮相，受到多位院士、專家高度評(píng)價(jià)。

3 結(jié)論和討論

進(jìn)入新世紀(jì)以來(lái)，為適應(yīng)農(nóng)村土地流轉(zhuǎn)和節(jié)本增效要求，我國(guó)拖拉機(jī)不斷向高效大型化、控制智能化、操作自動(dòng)化、駕駛舒適化發(fā)展。下一步，要大力推進(jìn)農(nóng)業(yè)機(jī)械化、智能化，主動(dòng)適應(yīng)農(nóng)機(jī)轉(zhuǎn)型升級(jí)的新形勢(shì)，推進(jìn)農(nóng)業(yè)機(jī)械化向全程全面高質(zhì)高效發(fā)展。