我国拖拉机前沿技术发展探讨

2021-12-02李丽莎

农业技术与装备 2021年10期

李丽莎

（永济市农机发展中心，山西永济 044500）

新中国成立以来，我国农业机械得到了长足发展，特别是改革开放以来，我国的农机制造业得到了快速发展。以2000 年为时间节点，2000 年之前，是中小型农机发展较快时期；2000年以后，是大型农机发展较快时期，一是各主要拖拉机生产企业采取了中外合资、引进国外先进技术等措施，推动了农机制造质量水平的提高，缩小了与国际先进水平的差距。二是为适应“村村通油路”道路条件，大型拖拉机均采用了轮式结构。下面对国产大型拖拉机前沿技术发展情况作一回顾，为进一步研究此类问题奠定基础。

1 大型拖拉机发展情况

1.1 大拖功率不断刷新

2000年以来，国产大型拖拉机层出不穷，功率不断刷新。几年时间便从65 hp（1 hp=0.735 kW，下同）跃到100 hp以上。

2008 年10 月，中国一拖生产的东方红-2884 轮拖，作为当时国内最大功率拖拉机，在郑州全国农机产品订货交易会亮相[1]。该机是中国一拖整合国际资源自主研发的新型高端产品。2016年6月14日，东方红-LW4004型无级变速拖拉机问世[2]，宣告了中国已具备生产257.25 kW 以上轮拖的能力。该机突破了无级变速传动系统、智能化控制管理等重型拖拉机核心技术，填补了多项国内技术空白。2018 年12 月，凯特迪尔KAT4404型拖拉机问世，是迄今为止国内企业生产的最大功率拖拉机[3]。该机配套淮柴高压共轨、增压中冷柴油机，扭矩储备大，符合国标排放要求。配套工程机械后桥，承载大，钳盘式制动器，制动力矩大。外形尺寸（长×宽×高）：7.8 m×3.74 m×4.1 m，装配12 条520/85R42 轮胎，质量达到17.83 t。额定功率/转速为323 kW/2 100 r/min，标定工况燃油消耗率≤196 g/kW·h，额定牵引力94 kN，额定提升力51 kN，挡位数24F+12R，前进挡速度范围2～36 km/h。

1.2 大型轮拖应用新技术实例

仅以东方红轮拖为例进行简介。

1.2.1 东方红LF2204拖拉机[4]

①发动机。采用康明斯6 缸电控高压共轨、增压中冷柴油机，最大输出扭矩950 nM，扭矩储备超过28%，扭矩储备大、油耗低、排放达标；②离合器。湿式多片离合器，电液控制分离，主离合器为气助力操纵；③采用液压转向系统；④变速箱。采用中国一拖法国子公司设计制造的动力换挡传动系及动力换向变速箱，48 个前进挡和41 个倒退档。动力换挡和动力换向的有机组合，操作舒适。主变速为8 挡动力换挡，副变速为4 挡机械式同步器换挡。动力换挡采用液压控制按钮操纵；⑤动力输出。动力输出轴离合器为湿式多片、电液控制式，后动力输出，可提供540、1 000、540E（即经济转速）3种转速。配备机外动力输出及液压提升控制按钮，只需1 人就可轻松挂接农具；⑥液压输出。装配3～4 组液压输出，满足复式作业要求。采用电控悬挂系统，操作方便精确；⑦行走系。前后轮距可调，后轮距为无级可调，装配后双轮,可装配气刹等，满足多种用途电液控制的前驱动和差速锁，结合与分离操作方便快捷。采用子午线轮胎，比斜交轮胎接地面积增加25%；⑧电液控制。实现农具复合动作电液控制采用CAN2.0 总线控制系统，把发动机、传动系、液压提升、农具连成一体，减少物理接线，实现更快速的故障诊断分析；⑨驾驶室。采用自主研发的带侧操纵台的豪华舒适型半悬浮驾驶室，配置新型空调暖风系统、大转向角进口前桥、多维度可调方向盘、电控座椅、组合仪表和高性能显示器等，集挡位变换、油门控制、液压提升和输出、动力输出、前驱动等功能于一体的多功能操纵平台，操纵环境和舒适性达到国际先进水平；⑩作业自动化。具有作业动作记忆功能的智能化自控技术，通过模式设定，一键实现整机配套农具的田间自动化作业。

1.2.2 东方红LF1204动力换挡拖拉机[5]

①采用直列、增压或自吸发动机，可选装4 缸或6 缸，额定功率88.2 kW，额定转速2 200 r/min；②动力换挡，无需停车轻松实现前进中的快挡、慢挡变换，操作轻便、效率高。24+12 挡设计，挡位排布合理，整机适应性强。同步器梭式换向装置；③水旱田通用型加强前桥，承载提高20%；装配进口油封，可靠防泥、防沙、防水；④装配加强型模锻悬挂装置，强度大，更适合与大型复式作业农具配套；⑤装配传动系散热装置，有效保障动力换挡控制器及湿式离合器等核心部件及传动系的可靠性；⑥配装豪华座椅，前后位置可调，增加气阻尼座椅硬度调节功能，驾乘舒适；⑦加大、加强型转向油缸，转向操纵轻便、可靠。⑧配装高速变速箱，车速达38 km/h，作业效率高。

2 自动驾驶拖拉机

2010 年以来，为提高作业质量和效率，国内一些大型企业已推出了拖拉机自动导航驾驶系统（简称自动驾驶拖拉机）。自动驾驶农机是利用卫星定位导航系统遥控指挥农机自动驾驶进行精准耕作。工作原理是通过自带基站把卫星定位信号经过2次精确定位发射到拖拉机上，作业前，把耕作面积、土壤厚度等参数输入导航系统，天线接收到信号后，就可以通过导航系统实现自动直线行驶。

2.1 福田雷沃农机导航及自动作业系统

国内最早报道拖拉机自动驾驶是2012 年8 月7 日，福田雷沃重工与华南农业大学联合在新疆石河子主办农机导航及自动作业系统演示活动[6]，2台雷沃M904D型拖拉机参加了演示。据报道，该系统集全球卫星定位、GPS 自动导航、电控液压自动转向、作业机具自动升降、油门开度自动调节和紧急遥控熄火等多项自动化技术于一体，直线导航精度＜5 cm，自动对行精度＜10 cm，转向轮偏角控制精度＜1°，实现了拖拉机自动控制耕地、精密播种、施肥、旋耕起垄、喷药等作业，解决了“播行不直、接行不准”的问题，实现了精准作业。2012 年9月17 日，福田雷沃重工和华南农业大学共同研制的“农业机械导航及自动作业系统”通过山东省科技厅组织的科技成果鉴定[7]。

2.2 约翰迪尔ATU自动导航系统

2015 年 1 月 21 日—23 日，在广西省扶绥县，约翰迪尔ATU 自动导航系统的新6B 系列拖拉机带着甘蔗播种机进行作业演示，受到前来观摩的种植大户和合作社代表连连称赞。约翰迪尔新6B 系列1104 型和1204 型拖拉机，配备约翰迪尔StarFire 3000 型接收器GreenStar2630 型显示器、带马达的方向盘，以及RTK 地面基站，演示进行甘蔗播种作业精度RTK 可达2.5 cm、SF2 可达5 cm。约翰迪尔中国技术创新中心主任张宏岩在演示现场介绍，约翰迪尔ATU自动导航系统已在全球得到广泛使用和好评，现在将此系统引入中国，该系统在播种、起垄、喷药、收获等方面都可以实现精准作业，给用户带来更多收益。

2.3 中联重科“耕王”自动驾驶拖拉机

2015年2月5日，中联重科“耕王”RV1254型自动驾驶拖拉机亮相广西省崇左市举行的甘蔗生产收获机械化推广演示会，“耕王”拖拉机不仅动力强劲，驾驶舒适，而且还实现了数字化、自动化的辅助驾驶。驾驶室内机手坐在座位上不用手动操作，作业前设定好参数后，走直线时基本不用扶方向盘，只要在地头转弯时调整拖拉机方向就行了，操作起来非常方便轻松。据了解，“耕王”拖拉机搭载的国产北斗卫星导航自动驾驶系统，通过北斗基准站和拖拉机车顶安装的卫星定位组件，接收高精度的车辆位置、速度等信息，最终实现自动控制。1 000 m 播行偏差不超过2 cm，可全天候作业。还可以通过设定农田边界和行驶路径避免重复和遗漏作业，同时可记录行驶路径和测量农田面积。

2.4 东方红无人驾驶拖拉机

2016 年10 月26 日下午，在2016 中国国际农业机械展览会机具演示中，以中国一拖发布首台无人驾驶拖拉机为开场，引发行业轰动。东方红LF954-C 型拖拉机配套东方红1LF-430 型液压翻转犁，进行实地作业演示。该机装备有自动转向系统、整车控制系统、雷达及视觉测量系统、远程视频传输系统、监测系统、远程遥控系统等。通过这些系统，这款拖拉机实现了规定区域内自动路径规划及导航、自动换向、自动刹车、发动机转速自动控制、农具的自动控制、障碍物主动避让、远程控制等功能。特别是应用了毫米波雷达测量、双目相机视觉识别等先进技术，结合北斗高精度定位技术，可进行多项农田作业的无人驾驶。

2.5 国内首台无人驾驶大功率电动拖拉机

2020 年11 月，国家农机装备创新中心成功研制出国内首台大功率轮边驱动电动拖拉机样机，该机正式名称为ET1004-W 型拖拉机，首次在国产农机采用轮边驱动技术，操作精度为厘米级，达到国际先进水平，并创下同等功率拖拉机转弯半径国内最小纪录。轮边驱动就是将电机装在单个车轮边上实现单独驱动，取消了主减速器和差速器。该技术近年来已在汽车上应用，但在农机领域目前只有少数国际巨头开展前沿研发。由于采取模块化设计，该机理论上可搭载任何能源动力系统。机身装载的5G 网联与自动驾驶模块，使ET1004-W 型拖拉机具备遥控驾驶、无人驾驶及网联集群功能，在2020 年11 月中国国际农业机械展览会上首次亮相，受到多位院士、专家高度评价。