标准型拖拉机水田耕作存在的问题与建议

2022-06-13张国忠李卓凡陈松文

农业开发与装备 2022年5期

张国忠，金鑫，李卓凡，陈松文

（1.东风井关农业机械有限公司，湖北武汉 430058；2.华中农业大学工学院，湖北武汉 430070；|3.华中农业大学植物科学技术学院，湖北武汉 430070）

0 引言

3月18日，农业农村部农业机械化总站和农业农村部农作物生产全程机械化专家指导组联合印发《早稻育插秧机械化技术指导意见》（以下简称，意见）。意见明确要求“耕整地宜采用橡胶履带式农业机械，禁止90及以上马力轮式拖拉机开展水田机械化作业，减少接地比压，减少水田犁底层的破坏”。这将推动南方稻区水田保护性耕作，避免了大马力拖拉机翻耕造成的土壤水分散失；采用橡胶履带式农业机械有助于降低水田接地比压，保持了土壤的自然结构，利于保墒。因此，开展适应于水田轻量化拖拉机的研发与推广应用，对于保护稻田土壤结构、提高土壤耕地质量、促进水田拖拉机高质量发展具有重要意义。

1 标准型拖拉机水田耕作应用现状问题

我国的水稻种植主要分为籼稻和粳稻种植，其中籼稻主要种植范围为南方江浙、湘鄂皖、赣闽、云贵川及两广地区，粳稻主要种植区分布于东北地区。为保持同一块田地水深一致，利于水稻生长，一般水田都被划分为较小的田块，在田块之间设置有引、排水渠道和田埂。因此，由于上述水稻的种植区域和田间地形条件，给水田拖拉机设计提出了特殊的要求。

稻田土壤可持续管理的一个突出矛盾反映在水稻机耕过程中拖拉机对土壤的压实，造成土壤紧实度增加、孔隙率降低、泥脚加深、耕作层变浅等问题日趋严重，对土壤理化性质及生态系统均产生不利影响，阻碍后续插秧和收获机械入场作业。理想的水稻土要求土壤结构耕性良好，干耕不成块，阻力小；水耕软而不烂，深而不陷；有较为深厚的耕作层和较为坚硬的犁底层，可以保水保肥，又有适当的渗漏性。由于水稻属于须根系作物，根系入土较浅，这样的土壤结构利于根系的生长，为后期水稻高产稳产创造有利条件。然而标准重型拖拉机的剪切力过大从而更容易改变水田结构，导致土壤原有空隙结构被破坏，使土壤失去均一性，其透水和排水性恶化，水稻根系生长受限，后期倒伏的风险加大，影响后期收获机下田收割。

我国南方稻作区水田作业主要是旋耕和打浆两种模式，部分区域由于拖拉机反复作业，导致水田环境逐年恶化，水田犁底层加深。归其原因，主要是拖拉机接地比压过大导致，经过拖拉机数年耕作，不利于土壤的蓄水保墒，即使通过深度翻耙，依然会出现板结硬块。

目前，市面上常用的标准型拖拉机多以旱地作业型或以水旱兼作型拖拉机为主，通过换装水田型轮胎局部改进而来，并配置了高功率发动机，增加拖拉机的总重，其在水田作业的适应性及可靠性均存在诸多问题，不能称之为水田拖拉机。该类型拖拉机用户普遍反映这类机型整机偏重、接地比压较大，在承压力低的烂泥田适应性较差，容易出现轮胎易下陷和打滑等问题；同时在防泥水密封保护、防夹草带泥、防腐防锈、水田通过性、机动性等方面也存在着明显不足。现有稻作区拖拉机市场上也存在着大功率的水田拖拉机（如110马力以上），然而其在小块水田应用时仍然挂接着小功率机具，与其并不配套，导致功率浪费，综合对比经济性差。

2 水田拖拉机装备研发设计理念与实践

水田拖拉机是在水稻田作业的一般用途拖拉机，主要用于整田、收获及运输等作业。其特点是装有水田行走装置（水田轮或高花纹轮胎），便于拖拉机在水田中能发挥足够的牵引性能，具有防陷、越埂通过性、转向操纵性和防泥水密封性等良好的性能。旋耕打浆是水田拖拉机整田的主要作业方式，水田拖拉机应具有良好的旋耕作业性能。除在灌水状态的水田作业外，还应适应于水田旱耕作业及兼顾旱地作业。

国外对水田拖拉机的研究早于国内，其中日本对水田拖拉机开展了深入的研究，不论是基础理论研究还是产品设计实践，都代表了当今世界上水田拖拉机领域的最先进水平。近年来，国外水田拖拉机产品在采用动力换挡、动力换向、电液控制、作业信息收集、精准农业等新技术方面的应用更加广泛。随着时代发展和科技进步，农业拖拉机越来越明显地表现出向高效率、自动化、精准化、智能化方向发展的趋势。

东风井关农业机械有限公司一直以来积极响应国家关于加快推进农业机械化和农机装备产业转型升级、提升农机装备研发应用水平的号召。在2022年3月农业农村部农业机械化管理司关于开展第一批短板机具项目化改造的实施方案中，公司牵头申报了适宜于水田环境下的作业拖拉机研发项目。东风井关通过技术合作，于2016年从日本井关农机引进水田拖拉机系列产品，根据水田环境特点和农艺要求，在轻量化、密封性、操作性、水田适应性、接地比压等方面不断升级。经过艰苦的引进·消化·吸收过程，以双品牌战略实现了在“井关”国际品牌的基础上发展“羿农”自主品牌，推动国产化应用。2019年3月16日，全国春季农业生产暨农业机械化转型升级现场会在湖北襄阳召开。中共中央政治局委员、国务院副总理胡春华莅临东风井关襄阳工厂视察农业机械研发制造及转型升级工作情况。2019年5月，全国政协调研组以“推动农机装备产业高质量发展”为课题，来到东风井关襄阳工厂考察现代农业装备生产制造基地，调研农业机械研发制造及转型升级工作情况，并肯定了东风井关水田拖拉机的先进性。

水田拖拉机应采用高离地间隙、大转向角、大底盘、轻量化设计，以降低对烂湿泥田的土壤剪切和压实作用过程。公司开发适应水田作业的伞齿型桥箱，前桥旋转性能好，转弯半径小，通过实验测量东风井关两款机型（T954和T1054）转弯半径仅为3.6 m，相比其他拖拉机缩短0.7～2.0 m，更适应相对狭小的水田田块，并使用耐泥水的油封加强整机密封性，可面向全行业提供桥箱总成的配套，推动行业整体进步。

公司开发的专业水田拖拉机桥箱，可面向全行业提供桥箱总成的配套，推动行业整体进步。目前，东风井关已构建国内最完整的水田、蔬菜全程机械化解决方案。在行业内推出全序列全程化智能农机，产品技术含量和先进性行业领先。

图1 市场主流拖拉机型号转弯半径对比

目前，东风井关已构建国内最完整的水田、蔬菜全程机械化解决方案。在行业内推出全序列全程化智能农机，产品技术含量和先进性行业领先。东风井关序列拖拉机具备轻量化、密封性和转弯性能好等特性，更适用于水田领域。井关品牌（T804、954、1054系列）和羿农品牌（EN804、954、1004系列）注重对水田犁底层的保护，其创新体现在：

1）东风井关系列拖拉机通过选择轻量化的发动机、结构紧凑的传动系、传动液压系统合油、合理优化驾驶室骨架结构等实现水田拖拉机结构质量轻量化。较同类旱地拖拉机、“旱改水”拖拉机相比拖拉机总重轻500 kg左右，接地比压减少约20%（如表1、图2）；

图2 不同动力拖拉机机型整机重量对比

表1 不同型号拖拉机接地压力比较

2）选用水旱两用的动力传导装置，其变速器为主变速6档，副变速2档，前进和后退通过液压切换的非离合器动力控制。目前市面上销售的水田拖拉机行走离合器操纵多数为机械杆件或机械软轴操纵，长时间作业后易被泥草等缠裹造成操纵力增大，用户操纵起来很累。液压助力离合器操纵可以借助液压系统降低操纵力，简单轻便。电控湿式PTO离合器和电控提升系统在操纵时，均只需按动电控按钮就可以轻松解决PTO离合器的分离和结合以及悬挂杆件的提升与下降。悬挂调平系统可以及时有效地调平悬挂杆件，确保旋耕过后的田块平整，便于后续插秧及提高秧苗的成活率。后摄像监控系统便于用户观察拖拉机后面作业情况，不用经常扭头观察后部。以上这些选装配置均为水田拖拉机发展的趋势，在水田拖拉机设计时应预留好安装的空间和位置，便于后续拖拉机升级换代；

3）水田拖拉机长时间在水里作业需考虑防水密封性，一方面是防止水进入拖拉机箱体内部，另一方面防止拖拉机内部油外漏污染田地环境。对于由传动箱伸出的轴来说，东风井关系列拖拉机各处密封均采用油封方式代替传统的O型橡胶圈密封，O型圈在装配时或轴运动过程中易造成切圈和磨损现象，密封效果较差。

4）通过采用控制器和比例电磁阀，在作业机上下移动时进行油量控制。例如，如果稍微抬起控制杆，以较少的流量慢慢抬起旋耕机，如果进行大幅抬高操作，则以较多的流量快速提升旋耕机，可以按照操作者的想法决定作业机的位置，在打浆时可全面发挥其功效，使整个农田变得均匀，为水稻生长创造理想环境。

5）水田拖拉机的最小离地间隙应尽可能大，进而在水田作业时具有更强的通过性和良好的适应性。东风井关系列拖拉机选用双锥加轮边行星机构，该机构传动比大、地隙高、转角大，在满足强度的前提下尽可能缩短两轴之间的间隙。前驱动轴尽量布置在前变速箱内部，抬高前驱动轴的离地间隙。

3 推动水田拖拉机装备高质量发展建议

我国南方稻作区由于拖拉机反复作业，导致水田环境逐年恶化，水田犁底层加深。综合当前水田拖拉机实际表现，水田拖拉机的衡量标准不应以马力作为单一条件，实际上最关键的是水田拖拉机的技术路径，应在105马力及以下不断优化产品，可基本解决水田犁底层破坏的问题。建议：在接地比压方面，尽快出台测试方法和规范，例如静态接地比压应小于 0.35 kgf/cm²；在密封性方面，关键部位需具备防泥水性能，尤其在前驱动桥和后桥部位，避免造成传动系统失效；在底盘方面，强调采用标准水田的适用底盘规格，满足湿烂田多种耕作要求，避免为追求轻量化而采用小底盘，出现“大马拉小车”的现象。在水稻种植前期全部生产作业过程中，应重视耕整地要求，丰富并明确水田拖拉机各项衡量标准。

在整机重量方面建议设定水田拖拉机重量区间段，确保水田拖拉机结构质量尽可能减少拖拉机在水田作业时对硬底层的破坏。同时结构质量轻对承压力低的烂泥田有更好的适应性，不易下陷。水田拖拉机在设计时可通过选择轻量化的发动机、结构紧凑的传动系、传动液压系统合油、合理优化驾驶室骨架结构等实现水田拖拉机结构质量轻量化。根据东风井关全品类拖拉机的试验，水田拖拉机结构质量比约在小于50 kg/kW（整机重量在3 300～3 500 kg；功率不超过 70 kW时）较为适宜。