我國拖拉機前沿技術發展探討

李麗莎

（永濟市農機發展中心，山西 永濟 044500）

新中國成立以來，我國農業機械得到了長足發展，特別是改革開放以來，我國的農機制造業得到了快速發展。以2000 年為時間節點，2000 年之前，是中小型農機發展較快時期；2000年以后，是大型農機發展較快時期，一是各主要拖拉機生產企業采取了中外合資、引進國外先進技術等措施，推動了農機制造質量水平的提高，縮小了與國際先進水平的差距。二是為適應“村村通油路”道路條件，大型拖拉機均采用了輪式結構。下面對國產大型拖拉機前沿技術發展情況作一回顧，為進一步研究此類問題奠定基礎。

1 大型拖拉機發展情況

1.1 大拖功率不斷刷新

2000年以來，國產大型拖拉機層出不窮，功率不斷刷新。幾年時間便從65 hp（1 hp=0.735 kW，下同）躍到100 hp以上。

2008 年10 月，中國一拖生產的東方紅-2884 輪拖，作為當時國內最大功率拖拉機，在鄭州全國農機產品訂貨交易會亮相[1]。該機是中國一拖整合國際資源自主研發的新型高端產品。2016年6月14日，東方紅-LW4004型無級變速拖拉機問世[2]，宣告了中國已具備生產257.25 kW 以上輪拖的能力。該機突破了無級變速傳動系統、智能化控制管理等重型拖拉機核心技術，填補了多項國內技術空白。2018 年12 月，凱特迪爾KAT4404型拖拉機問世，是迄今為止國內企業生產的最大功率拖拉機[3]。該機配套淮柴高壓共軌、增壓中冷柴油機，扭矩儲備大，符合國標排放要求。配套工程機械后橋，承載大，鉗盤式制動器，制動力矩大。外形尺寸（長×寬×高）：7.8 m×3.74 m×4.1 m，裝配12 條520/85R42 輪胎，質量達到17.83 t。額定功率/轉速為323 kW/2 100 r/min，標定工況燃油消耗率≤196 g/kW·h，額定牽引力94 kN，額定提升力51 kN，擋位數24F+12R，前進擋速度范圍2～36 km/h。

1.2 大型輪拖應用新技術實例

僅以東方紅輪拖為例進行簡介。

1.2.1 東方紅LF2204拖拉機[4]

①發動機。采用康明斯6 缸電控高壓共軌、增壓中冷柴油機，最大輸出扭矩950 nM，扭矩儲備超過28%，扭矩儲備大、油耗低、排放達標；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采用液壓轉向系統；④變速箱。采用中國一拖法國子公司設計制造的動力換擋傳動系及動力換向變速箱，48 個前進擋和41 個倒退檔。動力換擋和動力換向的有機組合，操作舒適。主變速為8 擋動力換擋，副變速為4 擋機械式同步器換擋。動力換擋采用液壓控制按鈕操縱；⑤動力輸出。動力輸出軸離合器為濕式多片、電液控制式，后動力輸出，可提供540、1 000、540E（即經濟轉速）3種轉速。配備機外動力輸出及液壓提升控制按鈕，只需1 人就可輕松掛接農具；⑥液壓輸出。裝配3～4 組液壓輸出，滿足復式作業要求。采用電控懸掛系統，操作方便精確；⑦行走系。前后輪距可調，后輪距為無級可調，裝配后雙輪,可裝配氣剎等，滿足多種用途電液控制的前驅動和差速鎖，結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。實現農具復合動作電液控制采用CAN2.0 總線控制系統，把發動機、傳動系、液壓提升、農具連成一體，減少物理接線，實現更快速的故障診斷分析；⑨駕駛室。采用自主研發的帶側操縱臺的豪華舒適型半懸浮駕駛室，配置新型空調暖風系統、大轉向角進口前橋、多維度可調方向盤、電控座椅、組合儀表和高性能顯示器等，集擋位變換、油門控制、液壓提升和輸出、動力輸出、前驅動等功能于一體的多功能操縱平臺，操縱環境和舒適性達到國際先進水平；⑩作業自動化。具有作業動作記憶功能的智能化自控技術，通過模式設定，一鍵實現整機配套農具的田間自動化作業。

1.2.2 東方紅LF1204動力換擋拖拉機[5]

①采用直列、增壓或自吸發動機，可選裝4 缸或6 缸，額定功率88.2 kW，額定轉速2 200 r/min；②動力換擋，無需停車輕松實現前進中的快擋、慢擋變換，操作輕便、效率高。24+12 擋設計，擋位排布合理，整機適應性強。同步器梭式換向裝置；③水旱田通用型加強前橋，承載提高20%；裝配進口油封，可靠防泥、防沙、防水；④裝配加強型模鍛懸掛裝置，強度大，更適合與大型復式作業農具配套；⑤裝配傳動系散熱裝置，有效保障動力換擋控制器及濕式離合器等核心部件及傳動系的可靠性；⑥配裝豪華座椅，前后位置可調，增加氣阻尼座椅硬度調節功能，駕乘舒適；⑦加大、加強型轉向油缸，轉向操縱輕便、可靠。⑧配裝高速變速箱，車速達38 km/h，作業效率高。

2 自動駕駛拖拉機

2010 年以來，為提高作業質量和效率，國內一些大型企業已推出了拖拉機自動導航駕駛系統（簡稱自動駕駛拖拉機）。自動駕駛農機是利用衛星定位導航系統遙控指揮農機自動駕駛進行精準耕作。工作原理是通過自帶基站把衛星定位信號經過2次精確定位發射到拖拉機上，作業前，把耕作面積、土壤厚度等參數輸入導航系統，天線接收到信號后，就可以通過導航系統實現自動直線行駛。

2.1 福田雷沃農機導航及自動作業系統

國內最早報道拖拉機自動駕駛是2012 年8 月7 日，福田雷沃重工與華南農業大學聯合在新疆石河子主辦農機導航及自動作業系統演示活動[6]，2臺雷沃M904D型拖拉機參加了演示。據報道，該系統集全球衛星定位、GPS 自動導航、電控液壓自動轉向、作業機具自動升降、油門開度自動調節和緊急遙控熄火等多項自動化技術于一體，直線導航精度＜5 cm，自動對行精度＜10 cm，轉向輪偏角控制精度＜1°，實現了拖拉機自動控制耕地、精密播種、施肥、旋耕起壟、噴藥等作業，解決了“播行不直、接行不準”的問題，實現了精準作業。2012 年9月17 日，福田雷沃重工和華南農業大學共同研制的“農業機械導航及自動作業系統”通過山東省科技廳組織的科技成果鑒定[7]。

2.2 約翰迪爾ATU自動導航系統

2015 年 1 月 21 日—23 日，在廣西省扶綏縣，約翰迪爾ATU 自動導航系統的新6B 系列拖拉機帶著甘蔗播種機進行作業演示，受到前來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，配備約翰迪爾StarFire 3000 型接收器GreenStar2630 型顯示器、帶馬達的方向盤，以及RTK 地面基站，演示進行甘蔗播種作業精度RTK 可達2.5 cm、SF2 可達5 cm。約翰迪爾中國技術創新中心主任張宏巖在演示現場介紹，約翰迪爾ATU自動導航系統已在全球得到廣泛使用和好評，現在將此系統引入中國，該系統在播種、起壟、噴藥、收獲等方面都可以實現精準作業，給用戶帶來更多收益。

2.3 中聯重科“耕王”自動駕駛拖拉機

2015年2月5日，中聯重科“耕王”RV1254型自動駕駛拖拉機亮相廣西省崇左市舉行的甘蔗生產收獲機械化推廣演示會，“耕王”拖拉機不僅動力強勁，駕駛舒適，而且還實現了數字化、自動化的輔助駕駛。駕駛室內機手坐在座位上不用手動操作，作業前設定好參數后，走直線時基本不用扶方向盤，只要在地頭轉彎時調整拖拉機方向就行了，操作起來非常方便輕松。據了解，“耕王”拖拉機搭載的國產北斗衛星導航自動駕駛系統，通過北斗基準站和拖拉機車頂安裝的衛星定位組件，接收高精度的車輛位置、速度等信息，最終實現自動控制。1 000 m 播行偏差不超過2 cm，可全天候作業。還可以通過設定農田邊界和行駛路徑避免重復和遺漏作業，同時可記錄行駛路徑和測量農田面積。

2.4 東方紅無人駕駛拖拉機

2016 年10 月26 日下午，在2016 中國國際農業機械展覽會機具演示中，以中國一拖發布首臺無人駕駛拖拉機為開場，引發行業轟動。東方紅LF954-C 型拖拉機配套東方紅1LF-430 型液壓翻轉犁，進行實地作業演示。該機裝備有自動轉向系統、整車控制系統、雷達及視覺測量系統、遠程視頻傳輸系統、監測系統、遠程遙控系統等。通過這些系統，這款拖拉機實現了規定區域內自動路徑規劃及導航、自動換向、自動剎車、發動機轉速自動控制、農具的自動控制、障礙物主動避讓、遠程控制等功能。特別是應用了毫米波雷達測量、雙目相機視覺識別等先進技術，結合北斗高精度定位技術，可進行多項農田作業的無人駕駛。

2.5 國內首臺無人駕駛大功率電動拖拉機

2020 年11 月，國家農機裝備創新中心成功研制出國內首臺大功率輪邊驅動電動拖拉機樣機，該機正式名稱為ET1004-W 型拖拉機，首次在國產農機采用輪邊驅動技術，操作精度為厘米級，達到國際先進水平，并創下同等功率拖拉機轉彎半徑國內最小紀錄。輪邊驅動就是將電機裝在單個車輪邊上實現單獨驅動，取消了主減速器和差速器。該技術近年來已在汽車上應用，但在農機領域目前只有少數國際巨頭開展前沿研發。由于采取模塊化設計，該機理論上可搭載任何能源動力系統。機身裝載的5G 網聯與自動駕駛模塊，使ET1004-W 型拖拉機具備遙控駕駛、無人駕駛及網聯集群功能，在2020 年11 月中國國際農業機械展覽會上首次亮相，受到多位院士、專家高度評價。

3 結論和討論

進入新世紀以來，為適應農村土地流轉和節本增效要求，我國拖拉機不斷向高效大型化、控制智能化、操作自動化、駕駛舒適化發展。下一步，要大力推進農業機械化、智能化，主動適應農機轉型升級的新形勢，推進農業機械化向全程全面高質高效發展。