电动拖拉机结构特点及发展趋势

0 引言

传统拖拉机主要以柴油为主，在燃烧时拖拉机尾气排放会对环境产生一定的污染，主要包括一氧化碳、碳氢化合物、氮氧化合物、硫化物等，会排出一些固体颗粒及光化学烟雾等，还会加剧温室效应、臭氧层破坏及酸雨等自然灾害，对于资源消耗、社会发展及农业绿色发展造成一定影响

。

电能是一种经济、清洁、使用及容易控制的能源

，目前已经被广泛应用于各个领域的发展，随着该技术在拖拉机行业的快速发展，逐步开始探索电动农机的发展与应用，电动拖拉机具有清洁高效、投入成本低、易于控制等特点，是未来的主要发展方向与研究热点。

本研究针对目前电动拖拉机的主要研究发展现状进行分析，进一步总结电动拖拉机驱动装置、控制器、电池能量分配、传动装置、自动导航技术等仍然存在技术瓶颈，针对以上问题提出未来电动拖拉机的主要发展趋势与相关技术建议，研究结果旨在为电动拖拉机的高效利用与普及提供技术参考，对于推动电动能源的发展具有重要意义。

1 发展现状

1.1 国外发展现状

国外对电动汽车及电动拖拉机的研究起步较早，目前已经有近100多年的发展历史

。最早是在19世纪90年代，德国、美国、前苏联等国家先后研制出用于田间整地的农用拖拉机，后期，挪威研制出第一台38 kW的小型电动拖拉机

，这一阶段电动拖拉机的动力来源主要以电线与电网进行连接，限制了电动拖拉机在田间的作业里程与工作范围；在20世纪中期，利用车载电池为电动拖拉机进行动力提供；20世纪80年代，德国电气公司使用蓄电池作为电动拖拉机的动力源，这也是现代电动拖拉机的雏形；后期，美国约翰迪尔发布了第一个可以在田间进行农业操作的样机，其功率可以达到250 kW，采用两块电池进行续航，一块电池主要为动力供电，另一块为PTO供电，与玉米旋耕机进行配套使用，田间试验结果表明,可以连续进行3 h的田间作业或者进行60 km里程运输，电池充电寿命超过3 000次

。随着蓄电池技术的不断发展，目前广泛应用的蓄电池类型主要包括锂电池、铅酸蓄电池等。

1.2 国内发展现状

与电动汽车相比，我国电动拖拉机发展较为缓慢，随着电动拖拉机的广泛应用，我国开始逐步关注电动拖拉机的研发与应用，受到国外电动拖拉机发展的影响，在20世纪50年代，东北农业大学及哈尔滨工业大学联合研制出我国第一台电动拖拉机，但是在田间作业时需要与电线进行链接使用，且对田间环境要求较高，因此没有得到广泛的应用与发展；在2008年，南京农业大学研制出我国第一台自主研发的4挡电动拖拉机，并在后期田间试验时进行性能优化

；在2011年，中国一拖集团与电气有限公司进行联合研发电动拖拉机，但是至今没有研制出相关成品；2013年，吉林大学对电动拖拉机的蓄电池进行优化升级，研制出我国第一台遥控驾驶的电动拖拉机，并通过温室试验验证其工作可靠性；2018年，西北农林科技大学通过CAN总线实现小型电动拖拉机的通信设计，推动电动拖拉机的智能化发展

；近年来，中国农业大学就我国农业农村部对电动拖拉机结构性能及智能控制系统进行深入研究，对电动拖拉机CAN总线、控制策略及驱动系统进行仿真模拟与田间试验，取得了一定的成果，但是尚未进行大田的推广与应用。

2 结构特点

2.1 驱动系统

对2013年种子生物测定表现为抗药性的12个看麦娘种群，采用整株生物测定方法进一步验证其抗药性。表3结果显示，12个看麦娘种群对精唑禾草灵的相对抗性倍数在6.86～125.53倍之间，表明这12个看麦娘种群确实对精唑禾草灵产生了抗药性。其中，低抗种群2个，比例为16.67%；中抗种群3个，比例为25.00%；高抗种群7个，比例为58.33%。抗性水平最高的是13JYGY-4种群，其抑制中剂量为 1 835.21 g a.i./hm2，相对抗性倍数达125.53倍。

电动拖拉机作为一种农业动力机械，与传统拖拉机相比，具有能源清洁、安全环保、体积小、操作灵活等特点，尤其适宜于在南方丘陵、小地块耕作及温室大棚内使用，我国目前多为理论研究、仿真实验，并无成型样机进行大田的推广应用；蓄电池多以铅酸电池为主，在田间与大马力机械进行配套使用时，存在续航能力不足的问题。

2.2 控制系统

传统农用拖拉机田间作业标准及质量评价体系较为完善，在GB/T15370《农业拖拉机通用技术条件》中进行了明确要求，依据传统拖拉机的质量评价体系，目前基本形成了电动拖拉机的相关评价体系，主要包括电动拖拉机的通用性、安全性、工作效率及可靠性等。电动拖拉机的经济性主要包括耗电量、能量消耗率、利用率及连续作业时间等进行评价；拖拉机作为一种田间动力机械，因此，动力性评价指标是评价体系的重要内容之一，主要包括最大传递功率、最大牵引功率、加速度、爬坡性能等；由于农业作业环境较为恶劣，因此，安全性也是质量评价体系之一，主要对防护装置、照明装置、安全操作、安全电力输送等进行评价。

电动拖拉机主要包括蓄电池、动力传递系统、转向系统、变速器等组成(图1)，在电动拖拉机进行田间作业时，主要由电池装置提供动力，通过变速装置和差速器将动力传递至电动拖拉机的车轮，用于田间进行农业生产操作。

2.3 质量评价体系

控制系统是电动拖拉机的关键部分，是电动拖拉机的“大脑”，用于控制电动拖拉机的工况，目前，针对电动拖拉机控制系统进行了广泛的研究及相关试验。在2015年，河南农业大学针对电动拖拉机的功率平衡进行试验研究，通过软件开发建立了电动拖拉机四轮控制模型，并制定出一项模糊控制策略进行整机能量控制与分配；在2019年，江苏大学针对履带式电动拖拉机控制系统中的力学传递效率进行试验研究，提出一种电动拖拉机单元控制器，克服控制器开发困难的问题，以耕地模式为目标，建立适合的力学控制系统结构，如图2所示，制定了4层控制策略，提高电动拖拉机的能量利用效率。但是以上研究主要以理论研究及实验室研究为主，尚未进行田间大面积推广应用。

式(2)表示线路限额约束。其中，Ri为转移侧的线路容量；ai为转移侧实际负载率；Li为失电前馈线的负荷量。

3 存在的问题

3.1 蓄电池动力不足

在仔猪白痢发病的后期，仔猪会出现不良状况，上述方法可用于治疗仔猪。此外，还可在静脉注射或腹腔注射的协助下，利用添加一定量抗生素的葡萄糖盐水治疗患病仔猪，为防止机体酸中毒的情况发生，可以利用碳酸氢钠（3%～5%）；如果患病仔猪心脏出现衰竭，则需要配合利用强心药物进行及时治疗。

3.2 电机故障频发

由于农业生产条件较为恶劣，因此电动拖拉机电机工况十分复杂，在田间环境中电机故障频发，如电源无法接通，电机不能启动且伴有嗡嗡声、电动机启动困难、电机启动后发热或者冒烟等，但是目前关于电机故障诊断方式较为单一，不能满足在较为复杂的农业环境中进行电机故障诊断。

4 发展趋势

4.1 完善质量评价体系

由于电动拖拉机与传统燃油拖拉机的动力来源不同，因此相关动力性能及经济性能评价体系应该在传统拖拉机的基础上完善电动拖拉机的评价体系，主要包括耗电率、连续作业里程、最大牵引效率、最大加速度等，由于电动拖拉机的动力来源为蓄电池，其种类较多，因此应该对拖拉机蓄电池进行通用性与规范性要求，加快电动拖拉机质量评价体系标准的建设与发展。

小桁架、上层平台焊接组件、固定机位支撑件、活动机位支撑件、导轨、附墙导座及各部件连接件组成，如图1所示。为了研究4种不同工况下施工平台各部件的应力分布规律，根据平台运行的工况条件做如下简化：

4.2 发展多电机耦合驱动装置

双电机耦合驱动装置实质是将两个电机或多个电机耦合，可以提高驱动效率。由于农用拖拉机属于田间动力机械，因此，较高的功率输出对于提高田间作业效率具有重要意义，目前单个电机驱动下的电动拖拉机在爬坡或者与大马力联合收获机配合时效率下降较为严重，单电机输出扭矩有一定的限制。目前提高输出功率的主要途径是配合较大的驱动器，成本较高，采用双电机可以提高工作效率与多挡位变换，降低出现动力中断的问题。

5 结语

随着电动能源的逐渐发展，电动能源车辆在国内外发展迅速，其中以电动汽车发展最为广泛，其相关技术逐渐应用到农业机械中，对于传统燃油农业机械的发展与转型起到一定的推动作用，电动拖拉机在国内外发展迅速，但是核心技术研发还存在一定的技术难题，未来应该加快对电动拖拉机核心技术的研发与应用，加快建立完善的电动拖拉机技术体系，如动力性能、安全性能、经济性能等。本研究首先阐述了电动拖拉机在国内外的主要应用现状，对电动拖拉机结构特点及质量技术体系进行详述，提出目前电动拖拉机发展存在的主要问题与制约条件，针对以上问题提出未来电动拖拉机应该加快核心技术研发并完善相关田间标准体系，研究结果以期为电动拖拉机的快速发展提供技术参考，对于推动农业机械化绿色可持续发展及电动清洁能源深入研究具有重要意义。

[1] 赵崇付,司金冬,龚立娇.电动拖拉机驱动控制系统建模与仿真分析[J].新疆农机化,2022(1):15-17+37.

[2] 黄盛杰,郑巍,孙传东.浅谈电动拖拉机的开发研究[J].农业装备技术,2021,47(5):43-44.

[3] 邴坤,刘元义,宋发成,等.国内电动拖拉机研究现状[J].农业开发与装备,2021(7):22-23.

[4] 曹六建.纯电动拖拉机驱动技术路线探析[J].拖拉机与农用运输车,2022,49(1):37-39+42.

[5] 韩建刚,张琳琳,陈俊杰,等.电动拖拉机驱动电机试验台测控系统的设计[J].拖拉机与农用运输车,2020,47(5):34-38.

[6] 白学峰,常江雪,纪鸿波,等.农业电动轮式拖拉机质量评价技术规范研究[J].拖拉机与农用运输车,2020,47(5):7-11.

[7] 赵国栋,管春松,高庆生,等.电动拖拉机发展现状与趋势[J].江苏农业科学,2018,46(22):24-28.