0 引言

近年來，我國的農(nóng)業(yè)機(jī)械生產(chǎn)制造能力得到了快速提升，農(nóng)機(jī)產(chǎn)品的性能得到了有效改善，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)全程機(jī)械化的大背景下，農(nóng)業(yè)機(jī)械的使用量得到了顯著增加。拖拉機(jī)作為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的主要動力機(jī)械，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中承擔(dān)著牽引、懸掛多種農(nóng)機(jī)具作業(yè)的任務(wù)，并擔(dān)任著農(nóng)業(yè)運(yùn)輸重任，工作環(huán)境復(fù)雜、工作任務(wù)呈現(xiàn)多樣性特征。為確保拖拉機(jī)的動力性能，發(fā)動機(jī)技術(shù)在拖拉機(jī)中發(fā)揮著重要作用，發(fā)動機(jī)不僅要保證拖拉機(jī)具有足夠的動力性能，還需要具有良好的可靠性、節(jié)能環(huán)保、經(jīng)濟(jì)性等，拖拉機(jī)發(fā)動機(jī)技術(shù)的提升對于拖拉機(jī)整體質(zhì)量的提升意義重大。

1 農(nóng)用拖拉機(jī)的系統(tǒng)組成

拖拉機(jī)是應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)使用的重要動力機(jī)械，主要功能是配套不同機(jī)具或設(shè)備進(jìn)行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的田間作業(yè)和運(yùn)輸作業(yè)，并輔助完成其他的動力供給作業(yè)。通常情況下，拖拉機(jī)的農(nóng)田作業(yè)任務(wù)包括耕整地、播種、植保、收割、農(nóng)田建設(shè)、作物運(yùn)輸?shù)?。拖拉機(jī)經(jīng)過多年的技術(shù)改進(jìn)與發(fā)展，現(xiàn)機(jī)械技術(shù)體系已經(jīng)相對成熟，無論哪種形式的拖拉機(jī)，其主體均由發(fā)動機(jī)、底盤、電氣設(shè)備三大部分組成，只是在功能與細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)上存在一定的差異。拖拉機(jī)的作業(yè)優(yōu)勢是通過性好、地形適應(yīng)能力強(qiáng)、離地間隙較高、功能擴(kuò)展性強(qiáng)、接地壓力較低、通用性好。除普通的常規(guī)機(jī)型外，拖拉機(jī)根據(jù)使用環(huán)境的不同還有一些特殊機(jī)型種類，如水田拖拉機(jī)、中耕拖拉機(jī)、果園拖拉機(jī)等。

從上文分析可以看到，現(xiàn)在適用權(quán)利用盡理論的主要經(jīng)濟(jì)體，除了美國已經(jīng)否定了該規(guī)則的區(qū)別適用理論之外，德國、日本及我國都還多多少少保留著區(qū)別適用的情況。

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中常見的拖拉機(jī)結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要包括前輪、電氣系統(tǒng)、底盤、輔助系統(tǒng)、發(fā)動機(jī)系統(tǒng)、駕駛操作裝置、駕駛室、后輪等。整機(jī)以發(fā)動機(jī)為中心產(chǎn)生動力，并傳遞到各個功能系統(tǒng)用于為傳動、行駛、電控、液壓提供動力和能源。現(xiàn)階段，根據(jù)拖拉機(jī)配套發(fā)動機(jī)動力的不同，可將拖拉機(jī)分為小型拖拉機(jī)、中型拖拉機(jī)和大型拖拉機(jī)三類，其中小型拖拉機(jī)配套發(fā)動機(jī)動力在23 kW以下，中型拖拉機(jī)配套發(fā)動機(jī)動力在23～74 kW之間，大型拖拉機(jī)發(fā)動機(jī)動力在74 kW以上。

2 拖拉機(jī)上應(yīng)用的發(fā)動機(jī)技術(shù)

現(xiàn)階段，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上應(yīng)用的拖拉機(jī)發(fā)動機(jī)技術(shù)方案包括柴油機(jī)驅(qū)動和混合動力驅(qū)動兩大類。

2.1 柴油機(jī)技術(shù)

柴油機(jī)在拖拉機(jī)上的應(yīng)用具有以下特征：1)可靠性高。柴油機(jī)現(xiàn)階段的技術(shù)十分成熟，經(jīng)過多年的故障優(yōu)化與性能提升，其在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中使用故障率低、壽命長，有利于提高生產(chǎn)效率。2)能源利用率高。與汽油發(fā)動機(jī)相比，先進(jìn)的農(nóng)用柴油機(jī)熱效率可達(dá)46%以上，增壓柴油機(jī)的體積功率可達(dá)330～350 kW·m

。3)使用維護(hù)方便。柴油機(jī)零部件通用性好，使用維護(hù)相較于汽油機(jī)更為簡單。4)柴油機(jī)對柴油品質(zhì)要求較為嚴(yán)格，劣質(zhì)柴油易造成柴油機(jī)早期故障。5)拖拉機(jī)配套柴油機(jī)在使用過程存在一定的振動、噪音影響使用體驗(yàn)，并在燃燒過程中產(chǎn)生有害氣體、顆粒物等污染。

大多數(shù)的漂流木都未經(jīng)人類之手觸碰，但它們在大海上的漂流故事也同樣令人驚訝。大多數(shù)漂流木的最終命運(yùn)是沉入海底，并永遠(yuǎn)待在了那里。像克萊默這樣的研究人員的努力極大增進(jìn)了我們對漂流木對海洋生態(tài)巨大影響的理解，但對它們在海洋食物鏈中所扮演角色的認(rèn)識我們?nèi)匀恢跎佟?0世紀(jì)70年代至90年代，露絲·迪克森·特納（Ruth Dixon Turner）曾對漂流木進(jìn)行了開創(chuàng)性的研究，之后美國林務(wù)局的著名科學(xué)家、美國國家魚類和野生動物基金會魚類保護(hù)機(jī)構(gòu)主任詹姆斯·塞德爾（James Sedell）將特納的研究成果匯編成冊。從小就在俄勒岡海岸的海灘上玩耍的塞德爾，對海上已經(jīng)漸漸消失的漂流木一直十分感興趣。

柴油機(jī)是拖拉機(jī)應(yīng)用最多的動力機(jī)械，其通過柴油燃燒將化學(xué)能轉(zhuǎn)換為動能，驅(qū)動拖拉機(jī)完成行駛、動力輸出等功能。拖拉機(jī)配套柴油機(jī)的組成結(jié)構(gòu)如圖2所示。其主要包括以下幾大部分：1)機(jī)體。包括柴油機(jī)的安裝主體，以及汽缸體、曲軸箱、油底殼等結(jié)構(gòu)。2)曲柄連桿機(jī)構(gòu)。主要包括活塞、連桿、曲軸等部分，活塞在汽缸內(nèi)往復(fù)運(yùn)動實(shí)現(xiàn)動能供給。3)燃油供給系統(tǒng)。包括油箱、供油管路、燃油濾清器、噴油機(jī)構(gòu)等。4)配氣系統(tǒng)。主要為柴油機(jī)燃燒提供空氣，并將燃燒廢氣排出，包括進(jìn)氣門、排氣門、傳動裝置、空氣濾清器等。5)潤滑系統(tǒng)。主要通過機(jī)油對發(fā)動機(jī)的各個運(yùn)動部件進(jìn)行潤滑，關(guān)鍵部件包括機(jī)油泵、輸油管路等。6)冷卻系統(tǒng)。包括冷卻液箱、泵體、風(fēng)扇、散熱器、節(jié)溫器等，用以保持柴油機(jī)工作處于合理溫度范圍。7)電控系統(tǒng)。包括控制發(fā)動機(jī)的啟停、儀表顯示、照明、電液控制等。

從表5可以看出，2012—2016年青島市GDP總量及三次產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值都在增加，其中第一產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值的增加速度最慢，第二產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值的增加速度較快，第三產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值的增加速度最快，這完全符合經(jīng)濟(jì)發(fā)展的趨勢。另外，從第一產(chǎn)業(yè)、第二產(chǎn)業(yè)和第三產(chǎn)業(yè)的GDP占比來看，2012—2016年第一產(chǎn)業(yè)和第二產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)值雖然在數(shù)量上有所增長，但是其在青島市GDP的占比卻有所下降，而第三產(chǎn)業(yè)GDP的占比穩(wěn)步增長。由此可以認(rèn)為，青島市第三產(chǎn)業(yè)發(fā)展速度非?？?，是帶動GDP增長的主要產(chǎn)業(yè)。通過三次產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)可以看出，2012—2013年青島市的工業(yè)化發(fā)展水平進(jìn)入工業(yè)化中期，2014—2016年同樣屬于工業(yè)化中期。

2.2 混合動力驅(qū)動技術(shù)

對于控制變量，速動比率和資產(chǎn)負(fù)債率的相關(guān)系數(shù)均在1%的水平下顯著，作為一項(xiàng)嚴(yán)重依賴于企業(yè)內(nèi)外部融資約束的經(jīng)營決策，企業(yè)的綜合償債能力越好，相應(yīng)會促進(jìn)研發(fā)投入水平的提高；盈利能力與研發(fā)支出在1%的水平下顯著負(fù)相關(guān)，主要可能因?yàn)榘凑諘?jì)準(zhǔn)則，當(dāng)期研發(fā)投入沒有達(dá)到資本化條件的計(jì)入費(fèi)用處理，一定程度上沖減了當(dāng)期經(jīng)營業(yè)績，這也是管理者不愿進(jìn)行過高研發(fā)投入的原因之一。此外，公司的成長性、市場份額與營運(yùn)能力和研發(fā)投入呈負(fù)相關(guān)，企業(yè)年齡與研發(fā)投入呈正相關(guān)，并均通過了顯著性檢驗(yàn)。

拖拉機(jī)配套的柴油機(jī)主要為四沖程柴油機(jī)，其工作是進(jìn)行進(jìn)氣、壓縮、做功、排氣循環(huán)往復(fù)的過程。在進(jìn)氣過程，汽缸內(nèi)的活塞由上止點(diǎn)向下止點(diǎn)運(yùn)動，汽缸內(nèi)因密閉作用而被抽真空，產(chǎn)生負(fù)壓吸力，此時進(jìn)氣門開啟，空氣被吸入汽缸內(nèi)，當(dāng)活塞到達(dá)下止點(diǎn)后，進(jìn)氣門關(guān)閉，進(jìn)氣工作完成。在壓縮過程，活塞被曲軸運(yùn)轉(zhuǎn)驅(qū)動而由下止點(diǎn)向上止點(diǎn)運(yùn)動，此時進(jìn)氣門與排氣門均關(guān)閉，汽缸形成密閉空間，隨著壓縮的進(jìn)行，汽缸內(nèi)氣體溫度上升，當(dāng)活塞運(yùn)行到接近上止點(diǎn)位置時，壓縮工作結(jié)束。在做功過程，柴油被增壓霧化后噴入燃燒室，與空氣混合后被壓縮產(chǎn)生的高溫點(diǎn)燃，汽缸內(nèi)溫度、壓力迅速提升，氣體體積急速膨脹，推動活塞由上止點(diǎn)向下止點(diǎn)運(yùn)動，并帶動曲軸運(yùn)轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)動力輸出，當(dāng)活塞到達(dá)下止點(diǎn)后，做功過程結(jié)束。在排氣過程，排氣門開啟，活塞由下止點(diǎn)向上止點(diǎn)運(yùn)動，汽缸內(nèi)的燃燒廢氣被活塞運(yùn)動產(chǎn)生的推力推動，由排氣門排出，當(dāng)活塞運(yùn)行到上止點(diǎn)后，排氣過程結(jié)束，柴油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)進(jìn)入下一個循環(huán)過程

。

拖拉機(jī)作為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中使用量最大的農(nóng)業(yè)機(jī)械，其節(jié)能減排一直是技術(shù)研究的重點(diǎn)，從國際范圍看，世界一流的農(nóng)機(jī)企業(yè)針對拖拉機(jī)的節(jié)能技術(shù)研究已經(jīng)延續(xù)了幾十年，盡管成熟的技術(shù)產(chǎn)品還沒有大范圍在生產(chǎn)中應(yīng)用，但是約翰迪爾、紐荷蘭、菲亞特、ZF等企業(yè)均已實(shí)現(xiàn)了混合動力拖拉機(jī)樣機(jī)的試驗(yàn)與制造。對于我國而言，混合動力拖拉機(jī)的研究也得到了廣泛的重視，哈爾濱工業(yè)大學(xué)、南京農(nóng)業(yè)大學(xué)、中國一拖等單位針對拖拉機(jī)的混動技術(shù)開展了大量的研究與試驗(yàn)工作。從近年來的國際國內(nèi)農(nóng)機(jī)展會上看，混合動力拖拉機(jī)已經(jīng)進(jìn)入人們視野。如圖3所示為柳工HE2604型油電混合動力拖拉機(jī)，該機(jī)應(yīng)用了電控雙擋無級變速技術(shù)，配套動力鋰電池和電機(jī)驅(qū)動前后橋技術(shù)，具有顯著的節(jié)能減排優(yōu)勢

。

現(xiàn)階段，拖拉機(jī)混動技術(shù)研究主要方向是柴油機(jī)動力與電機(jī)動力的串聯(lián)式混合，與傳統(tǒng)的柴油拖拉機(jī)相比，混動拖拉機(jī)還配套有電機(jī)、蓄電池等硬件，能夠?qū)崿F(xiàn)根據(jù)作業(yè)過程動力需求選擇相應(yīng)的動力輸出?；靹油侠瓩C(jī)與傳統(tǒng)拖拉機(jī)相比，在控制邏輯上更為復(fù)雜，通過整合農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的作業(yè)特征和拖拉機(jī)牽引力及動力輸出變化，分配電機(jī)與柴油機(jī)的介入時機(jī)，如電機(jī)主要用于行駛和負(fù)載較小的作業(yè)。例如，道路行駛、植保作業(yè)等；柴油機(jī)主要用于負(fù)載較大的作業(yè)，如耕整地、播種、收獲等，利用電機(jī)與柴油機(jī)的配合使用實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排與動力輸出的優(yōu)化。

3 農(nóng)用拖拉機(jī)排放特性

3.1 排放物質(zhì)分析

現(xiàn)階段，農(nóng)用拖拉機(jī)配套的柴油機(jī)在使用過程中對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及周邊環(huán)境造成了明顯的不利影響，主要表現(xiàn)為排放物質(zhì)對大氣產(chǎn)生污染。截至2020年底，我國拖拉機(jī)保有量達(dá)到2 204.88萬臺，其中58.84 kW(80馬力)以上拖拉機(jī)擁有量143.66萬臺，拖拉機(jī)作業(yè)產(chǎn)生的排放污染達(dá)到農(nóng)業(yè)機(jī)械作業(yè)總排放量的24%～34%。拖拉機(jī)作業(yè)過程排放的污染物主要包括氮氧化物(NO

)、一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO

)、顆粒物(PM)、碳?xì)浠衔?HC)等，且其在同樣使用時間內(nèi)排放出的顆粒物及氮氧化物是柴油機(jī)動車的1.4～1.8倍。

3.2 排放的檢測

對于拖拉機(jī)的尾氣排放檢測，主要裝置如圖4所示，主要包括尾氣排放氣態(tài)污染物測試儀、尾氣質(zhì)量流量測試儀、尾氣排放顆粒物測試儀等。

3.3 作業(yè)工況與排放的關(guān)系

拖拉機(jī)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中使用環(huán)境相對復(fù)雜，受到氣候、田間粉塵、地勢等因素影響，作業(yè)條件相對惡劣，與普通柴油機(jī)動車相比，使用過程除常規(guī)的行駛、怠速外，還包括重負(fù)載、牽引、偏載、顛簸等作業(yè)工況，使用過程中常伴隨工況無規(guī)律變化，導(dǎo)致出現(xiàn)排放污染物增加。張麗等

針對拖拉機(jī)在怠速、行駛、負(fù)載作業(yè)三種常見工況進(jìn)行了排放特性測試，得出負(fù)載作業(yè)工況下污染物的排放最為嚴(yán)重。此外，當(dāng)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速和進(jìn)氣壓力增加時，排放中的污染物明顯增加。從拖拉機(jī)不同的作業(yè)任務(wù)對比來看，以耕整地作業(yè)過程中的排放污染物為最高，在進(jìn)行犁耕、旋耕、聯(lián)合整地過程中排放的CO

、NO

、HC、CO、PM等污染物明顯提升，相對于拖拉機(jī)的正常行駛提高約13～15倍，在耕整地作業(yè)的過程中，合理選擇耕作深度與行駛速度有利于降低排放污染

?？傮w來看，無論是負(fù)載較大的耕整地作業(yè)，還是負(fù)載相對較小的植保、播種，都應(yīng)合理選擇和設(shè)計(jì)作業(yè)方案，規(guī)范操作、勻速行駛是控制排放的有效手段。

4 結(jié)語

現(xiàn)階段，農(nóng)用拖拉機(jī)仍然以柴油機(jī)作為主要動力源，混合動力等新能源拖拉機(jī)仍處于研究和試驗(yàn)階段，隨著國家對柴油機(jī)排放政策的逐漸升級，拖拉機(jī)配套發(fā)動機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了快速提升，柴油機(jī)的可靠性和工作能力顯著增強(qiáng)，排放的空氣污染問題得到了有效控制。但與此同時，拖拉機(jī)發(fā)動機(jī)使用過程的故障率、使用壽命、排放污染等也與駕駛員的操作習(xí)慣、保養(yǎng)方式等密切相關(guān)，因此，在提升發(fā)動機(jī)技術(shù)的同時，還應(yīng)重視駕駛技術(shù)、技能的提升，以此保證拖拉機(jī)的合理、高效、低碳應(yīng)用。

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