自2004年《農(nóng)業(yè)機械化促進法》實施以來，農(nóng)業(yè)機械行業(yè)發(fā)展迅速，基本解決了產(chǎn)量不足的問題，也帶來了質(zhì)量水平不高，有效供給不足的矛 盾。作為動力機械，拖拉機企業(yè)較多，同質(zhì)化嚴重，且技術水平依然處于發(fā)達國家20世紀末的水平，發(fā)展步伐緩慢。為此，有必要開展國內(nèi)外拖拉機先 進技術及我國拖拉機技術現(xiàn)狀的研究，準確把握國外先進拖拉機的技術、了 解我國拖拉機的發(fā)展水平、意識到存在的差距，為我國拖拉機技術的研究提 供參考，明確發(fā)展發(fā)現(xiàn)及技術路線，不斷提高我國拖拉機的技術水平，同時 也為其他農(nóng)業(yè)機械的發(fā)展提供參考。
一、先進技術介紹
拖拉機屬于動力機械，作業(yè)高質(zhì)高效是其根本發(fā)展方向。智能化、信息化、多功能是先進拖拉機體的主要特點，具體表現(xiàn)在電子控制技術、液壓技術、傳感器、控制策略、制造工藝等方面的應用。
1.1液壓技術
拖拉機上的液壓系統(tǒng)主要有液壓懸掛系統(tǒng)、液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、液壓傳動系系統(tǒng)、液壓潤滑系統(tǒng)及部 分液壓控制的操控系統(tǒng)等，具體應用有液壓提升、液壓輸出、液壓制動、液壓操控差速鎖、液壓離合器（PTO、變速箱）、液壓減震駕駛室等，主要應用如表1 所示。隨著機電液一體化技術的發(fā)展，液壓技術的應用水平直接決定了拖拉機的智能化水平，比如說電控液壓懸掛技術、電控液壓轉(zhuǎn)向或線控液壓轉(zhuǎn)向技術、液壓懸浮減震技術等，這些技術在國外已 經(jīng)是較為成熟的技術。
1.2 電動拖拉機
電動拖拉機已有百余年的發(fā)展歷史，近些年隨著電池的性能得到提高，電動拖拉機的優(yōu)點逐漸明顯。與傳統(tǒng)的燃油拖拉機相比，其扭矩較大，且可以實現(xiàn)無級變速，具有高效、底噪、低污染等優(yōu)點。但針對電動拖拉機的能源管理技術、電機技術、控制技術等與拖拉機的滿足惡劣環(huán)境工作、續(xù)航時長高、安全性好等要求還有差距，其應用范圍仍然較窄。
2017年，在法國SIMA展上，約翰迪爾發(fā)布了其開發(fā)的純電動拖拉機：ＳＥＳＡＭ（ＳｕｓｔａｉｎａｂｌｅＥｎｅｒｇｙＳｕｐｐｌｙｆｏｒＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌＭａｃｈｉｎｅｓ），該電動拖拉機已經(jīng)完成田間作業(yè)試驗，功率為260 kW，可持續(xù)工作4 h或滿足55 km的運輸作業(yè)。以中國農(nóng)業(yè)大學、南京農(nóng)業(yè)大學為主的高校就電動拖拉機構(gòu)、驅(qū)動系統(tǒng)、CAN總線傳輸、控制策略、試驗臺架進行了理論分析、仿真試驗、臺架試驗，取得了一定的研究成果，部分學者研究并試制了果園用小功率的電動拖拉機樣機，基本滿足果園旋耕、中耕、施肥等作業(yè)要求，但是中大功率的電動拖拉機仍無成熟樣機。2012年，中國拖拉機公司與美國公司合作開展電動拖拉機相關技術的研究，但至今未見關于推出樣機的相關信息。2018年由國家農(nóng)機裝備創(chuàng)新中心研發(fā)的以自主知識產(chǎn)權的電控系統(tǒng)為核心，集成應用北斗導航、毫米波雷達、視覺等無人駕駛系統(tǒng)的國內(nèi)第一臺純電動無人駕駛拖拉機進入人們視線，并已開始田間試驗階段。
1. 3 電控液壓懸掛
懸掛是拖拉機的關鍵組成部分，是實現(xiàn)拖拉機耕地、播種、施肥等作業(yè)功能的基本配置。早期，作業(yè)機具多以繩索或鏈條連接，直至19世紀30年代出現(xiàn)了液壓三點懸掛裝置，到現(xiàn)在拖拉機上已基本標配液壓懸掛系統(tǒng)。傳統(tǒng)的液壓懸掛采用機械液壓方式實現(xiàn)反饋控制，隨著傳感器技術的發(fā)展，反饋信號可以通過相應的傳感器來獲取，加上電子控制技術的應用，電控液壓懸掛技術逐漸成熟。電控液壓懸掛是指，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通過力、位置、轉(zhuǎn)速等傳感器獲取拖拉機耕作時的耕作阻力、耕作深度、拖拉機滑轉(zhuǎn)率，并提高處理器輸出指令進而控制液壓油缸的伸縮實現(xiàn)控制懸掛的提升與下降，保證懸掛最佳的工作狀態(tài)或調(diào)整到預設的耕作位置，實現(xiàn)耕作深度的自動控制，現(xiàn)常用的液壓懸掛控制方式有力、位綜合控制或者力、位、滑轉(zhuǎn)率綜合控制。
電控液壓懸掛控制系統(tǒng)（EHR）技術較為成熟，在國外先進企業(yè)得到了廣泛應用，該系統(tǒng)在實現(xiàn)耕作深度自動控制的基礎上還可以實現(xiàn)故障診斷、主動減震、擴展控制、前提升器高度控制、接地壓力控制等功能。試驗表明，該系統(tǒng)控制誤差較小，精度較高。中國農(nóng)業(yè)大學、南京農(nóng)業(yè)大學、江蘇大學等高校就自動耕深控制技術的智能控制算法、CAN總線傳輸技術、多參數(shù)調(diào)節(jié)技術等進行了深入的研究，取得了豐富的理論成果，制作了樣機，取得了一定的研究成果。部分公司也推出了較為成熟的產(chǎn)品，其中悅達智能農(nóng)業(yè)裝備有限公司在綜合市場與成本的前提下，研制了新型的適合中國國情的力位綜合控制的電控液壓懸掛系統(tǒng)。
1.4導航駕駛系統(tǒng)
拖拉機自動導航駕駛具有直線行駛偏差小、滿足夜間作業(yè)、降低駕駛員疲勞強度、減少人力資源、提高作業(yè)效率等優(yōu)點，是精準農(nóng)業(yè)的基礎。實現(xiàn)拖拉機導航的方法有多種，包括衛(wèi)星導航、視覺導航、電磁導航等，現(xiàn)在拖拉機上應用較多的就是衛(wèi)星導航方法，自動導航駕駛技術的關鍵在于環(huán)境感知技術、地圖構(gòu)建技術、路徑規(guī)劃技術、轉(zhuǎn)向控制技術等。根據(jù)駕駛的自動程度，拖拉機導航駕駛系統(tǒng)又可以分為輔助駕駛系統(tǒng)、自動駕駛系統(tǒng)、無人駕駛系統(tǒng)，各有優(yōu)缺點，具體分類如表２所示。國外先進拖拉機企業(yè)現(xiàn)已有成熟的導航產(chǎn)品，且已實現(xiàn)模塊化，移植性較好，通過參數(shù)的調(diào)整設置，可以靈活的應用到不同的拖拉機上。
上世紀70年代美國發(fā)明GPS以來，其在農(nóng)業(yè)上的應用范圍、方式得到不斷拓展。如今北斗導航系統(tǒng)工作衛(wèi)星已達33顆，服務性能不斷提高，民用范圍逐漸擴大，基于北斗導航的自動駕駛拖拉機也在研發(fā)試用當中。中國農(nóng)業(yè)大學、南京農(nóng)業(yè)大學、華中農(nóng)業(yè)大學、重慶理工大學等高校就自動導航轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)、控制決策方法、障礙物識別等關鍵技術進行了研究試驗，取得了豐富的理論成果。部分企業(yè)也推出了自動導航拖拉機，雷沃重工股份有限公司、中國一拖集團有限公司均推出了自主研發(fā)的自動導航拖拉機，以雷沃重工為例，其自動導航拖拉機可實現(xiàn)定位、導航、機具自動調(diào)節(jié)等功能，控制精度高，可滿足多種田間作業(yè)。
1.5駕駛室技術
傳統(tǒng)的拖拉機駕駛室較為簡易，以遮風擋雨為基本功能，如今拖拉機駕駛室在保證視野的基礎上更加注重安全性、舒適性、可靠性，更加智能化、信息化，可完成拖拉機的大部分信息顯示記錄、駕駛操控、機具控制、遠程通訊等功能。綜合來看，其先進性主要體現(xiàn)在如下幾個方面。
安全性是拖拉機駕駛室的基本要求，同樣也是先進性的體現(xiàn)。作為防護裝置，拖拉機駕駛室須滿足壓垮、側(cè)翻等強度要求，須有滿足逃生的緊急出口；視野需要滿足標準要求，后視鏡位置須合理，保證視野良好，滿足安全駕駛，可選裝攝像頭及輔助顯示系統(tǒng)；須安裝工作燈滿足夜間安全作業(yè)及照明需求；駕駛座須安裝安全帶；前擋風玻璃應為安全玻璃；內(nèi)飾材料的阻燃性能需滿足標準要求。
駕駛舒適性上，先進的技術主要有：在駕駛室與車架的連接處加裝減振懸架、減震彈簧或阻尼裝置，降低整機的振動水平；方向盤及操縱桿件避振安裝，減少整機振動對手臂的沖擊，提高駕駛方向的準確性；安裝冷暖空調(diào)，可實現(xiàn)溫度、風速的控制；密封駕駛室，可滿足降低噪聲，隔斷沙塵、農(nóng)藥的要求；減震駕駛座椅，可自主調(diào)整座椅的阻尼程度，降低整機振動對駕駛員身體直接沖擊。
操控人機工程上，先進性主要體現(xiàn)在：操縱按鈕、桿件、界面分類集中合理布置，方便駕駛員操縱使用；信息顯示儀表、警示燈布置簡潔明了，操作簡單、信息簡明；階梯扶手滿足標準要求的同時充分考慮到駕駛員活動自如、操作方便的要求；設置有副駕駛座、杯托、文件柜、音響系統(tǒng)、點煙器、遮陽簾等，滿足駕駛員多元需求。
智能化方面，先進性主要表現(xiàn)在駕駛室內(nèi)實現(xiàn)拖拉機的大部分智能控制?？刂瓢粹o、界面、桿件，顯示界面等已經(jīng)是駕駛室的重要組成部分，且多數(shù)先進駕駛室將部分信息顯示界面設置于右前立柱，基本已經(jīng)融為一體。部分拖拉機將大部分操作按鍵設置于與駕駛座為一體的扶手上，與座椅同步轉(zhuǎn)動，其基本上可以實現(xiàn)大部分的拖拉機功能的操作，十分智能、簡便。
以 ＣＡＳＥ Ｍａｇｎｕｍ 系列拖拉機駕駛室為例，其配置減震懸架，可以隔離底盤振動，保證駕駛平穩(wěn)；空氣懸浮系統(tǒng)的轉(zhuǎn)椅，可以４０°右轉(zhuǎn)，實 現(xiàn)１８０°的全方位視野，駕駛室的控件也位于右上方，一切都在視野之內(nèi)。
裝有 ＭｕｌｔｉＣｏｎｔｒｏｌ扶手控制臺與ＩＣＰ直觀控制面板，可選 ＡＦＳＰｒｏ７００ＴＭ 觸屏監(jiān)視器，可隨駕駛座同步轉(zhuǎn)動，所有重要操作都集成在一個簡單的控制器上，可以實現(xiàn)速度選擇、換向、油門、地頭管理控制、電子遙控閥、后端掛接控制、ＰＴＯ、操縱桿等功能。配備智能空調(diào)，可以實現(xiàn)溫度自動控制；方向盤可以傾斜并調(diào)節(jié)高度；右前立柱設有顯示與監(jiān)控面板，顯示清晰、簡潔、易讀，綜合性能監(jiān)視器可提供額外的反饋，包括拖拉機系統(tǒng)狀態(tài)、滑轉(zhuǎn)率、已耕作面積和維護提醒等，如果存在任何警告信息，顯示器會向駕駛員報警，并在必要時自動關閉發(fā)動機以保護機器。
1.6動力換擋
動力換擋是拖拉機上先進的動力傳動方案，其是機電液一體化技術在拖拉機的典型應用，其主要是利用電控液壓離合器、制動器，在不斷開動力傳動的前提下實現(xiàn)快速換擋。動力換擋技術克服了傳統(tǒng)傳動系統(tǒng)停頓換擋、動力中斷的缺點，更加方便快捷，提高了工作效率。動力換擋技術已有６０余年的歷史，上世紀５０年代末，動力換擋變速箱首次應用于卡特彼勒履帶拖拉機上，２０世紀９０年代，該技術在普遍應用在大功率或重型拖拉機上。動力換擋變速箱主要由機械傳動系統(tǒng)、液壓控制系統(tǒng)和電子控制系統(tǒng)三部分組成。技術難點主要在液壓技術及電子控制策略上。如今國外 先 進 農(nóng) 機 企 業(yè) 該 技 術 已 經(jīng) 成 熟，如 Ｃａｓｅ、ＪｏｈｎＤｅｅｒｅ、Ｃｌａａｓ、Ｃｈａｌｌｅｎｇｅｒ、Ｆｅｎｄｔ、ＭａｓｓｅｙＦｅｒｇｕｓｏｎ、Ｄｅｕｔｚ－Ｆａｈｒ等，我國拖拉機企業(yè)在收購國外公司的基礎上開發(fā)出了自主的動力換擋技術，部分企業(yè)在積極的研發(fā)自主知識產(chǎn)權的動力換擋技術，即將開展型式試驗。
1.7無極變速
無極變速是指速比可連續(xù)變換。拖拉機作業(yè)環(huán)境惡劣，如果要達到較高的動力性及經(jīng)濟性，便需要根據(jù)作業(yè)負荷或速度實時調(diào)整傳動系的傳動比，使發(fā)動機工作在傳動效率較高區(qū)間，經(jīng)濟性較好，是拖拉機傳動技術發(fā)展的重要方向。
無級變速按傳動方式可以分為機械傳動、流體傳動、電氣傳動、液壓機械雙流傳動等。功率分流式無級變速傳動系已普遍使用，根據(jù)德國農(nóng)業(yè)協(xié)會試驗研究，該方式較動力換擋變速箱作業(yè)燃油消耗率更低。
無級變速種類主要分為四類，具體情況如表３所示。
在日本、韓國等國家，其作業(yè)田塊面積不大，拖拉機以中小功率為主，其對大功率、大扭矩要求不高，主要采用靜液壓變速的無級變速。
如今，ＡＣＧＯ、ＣＮＨ、ＪｏｈｎＤｅｅｒ、Ｃｌａａｓ、ＳａｍｅＤｅｕｔｚ－Ｆａｈｒ等公司均推出了無級變速技術，技術路線略有區(qū)別。中國僅有一拖東方紅ＬＷ４００４無級變速重型拖拉機以及常州東風農(nóng)機集團有限公司的鏈條傳動的無級變速拖拉機，且東方紅 ＬＷ４００４并沒有批量生產(chǎn)銷售，東風仍處于型式試驗階段。
1.8 電功率
隨著拖拉機智能化、大型化及作業(yè)機械復式化的發(fā)展，傳統(tǒng)的動力輸出軸和液壓輸出已經(jīng)不能完全滿足動力供應的需求。在２００７年，ＪｏｈｎＤｅｅｒｅ公司發(fā)布了提供電功率的拖拉機，２００９年，Ｂｅｌａｒｕｓ公司也向市場推出了一臺配置電功率輸出的拖拉機。近幾年，ＺＦ（ＺＦＦｒｉｅｄｒｉｃｈｓｈａｆｅｎＡＧ）公司研制出成熟的集成發(fā)電機解決方案：ＴＥＲＲＡ＋，該系統(tǒng)最大可以提供７０ｋＷ的電功率，更加節(jié)能高效。
1.9 拖拉機ABS
制動防抱死系統(tǒng)（ＡＢＳ：ＡｎｔｉｌｏｃｋＢｒａｋｉｎｇＳｙｓｔｅｍ）是一種車輛剎車制動力控制系統(tǒng)，可防止制動時車輪抱死，保證車輛整機可轉(zhuǎn)向性。如今，拖拉機最大行駛速度較高（在中國拖拉機最高速度限制在４０ｋｍ／ｈ，但一些國家高于此速度），尤其是掛車運輸或道路轉(zhuǎn)運行駛時，傳統(tǒng)制動系統(tǒng)便不能保證高速制動的安全，因此ＡＢＳ制動系統(tǒng)有必要應用到高速拖拉機或?qū)I(yè)拖拉機上，滿足高速行駛時的制定安全性。國外先進企業(yè)如 Ｎｅｗ Ｈｏｌｌａｎｄ、ＪｏｈｎＤｅｅｒｅ、Ｄｅｕｔｚ－Ｆａｈｒ等企業(yè)均已具備拖拉機ＡＢＳ制動技術，且已可以應用到拖拉機上，我國在拖拉機ＡＢＳ技術上基本沒有開展研究。
如圖１為John Deere的拖拉機ABS系統(tǒng)示意圖。其主要由輪速傳感器、制動單元、液壓系統(tǒng)（圖中未畫出）、控制單元（圖中未畫出）等組成，其可以根據(jù)各輪轉(zhuǎn)速、各制動單元液壓壓力控制控制閥的開閉，進而控制各輪的制動力，在防止車輪抱死的情況下實現(xiàn)車輪的最大減速度。
1.10 先進耕作系統(tǒng)
先進耕作系統(tǒng)是指在電子控制、液壓控制、傳感器、數(shù)據(jù)傳輸?shù)然A技術的基礎上，集成物聯(lián)網(wǎng)、衛(wèi)星導航駕駛、能源管理、電控液壓懸掛等拖拉機技術，聯(lián)接人、拖拉機、土地、控制中心（包括基于手機的app軟件和基于電腦的控制中心），實現(xiàn)拖拉機各項功能的全面、精確、智能控制，其是基于拖拉機的精確農(nóng)業(yè)，是拖拉機技術的高級階段。世界先進拖拉機企業(yè)在先進耕作系統(tǒng)的研究起步較早，已有十余年的歷史，由于其基礎技術與各項集成技術已經(jīng)較為成熟，現(xiàn)階段先進耕作系統(tǒng)已經(jīng)成功走向市場，代表了前沿的拖拉機技術。CaseIH耕作系統(tǒng)（AFSTM）為僅為典型的先進耕作系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要由個模塊組成，分別是車輛控制、車輛導航、AFSTM農(nóng)場管理軟件、AFSCNO-NECTTM遠程信息處理，各模塊分工明確，功能強大，可實現(xiàn)對整機的控制、自動導航駕駛、信息顯示存儲等基礎功能，同時還可以實現(xiàn)農(nóng)田信息、作業(yè)情況、產(chǎn)量信息等的記錄，并在此數(shù)據(jù)的基礎上進行分析統(tǒng)計，幫助農(nóng)場主或機手進行田間管理作業(yè)的正確決策，是物聯(lián)網(wǎng)的具體應用，是精確農(nóng)業(yè)的載體。
二、對比分析
通過以上分析并進一步查閱文獻，在掌握國內(nèi)外主流拖拉機產(chǎn)品技術特點的基礎上，分別就發(fā)動機、底盤、駕駛室與車身、工作裝置等部分分別就國內(nèi)外拖拉機先進水平的拖拉機技術特點進行的總結(jié)概括，列出國內(nèi)外主流拖拉機產(chǎn)品先進技術對比情況，如表４所示。
三、總結(jié)分析
經(jīng)過上述先進技術分析以及國內(nèi)外拖拉機主流技術對比，可以發(fā)現(xiàn)我國拖拉機技術水平較國外先進企業(yè)差距較大，主要在智能化與信息化上面，具體表現(xiàn)在智能控制策略、機電液一體化技術、制造工藝、人機工程等四個方面。
1）智能控制策略。智能控制策略是智能化、信息化拖拉機的核心，如自動導航駕駛、電控液壓懸掛、動力換擋、無級變速等技術，其關鍵也在于智能控制策略。國外先進企業(yè)在上述先進技術上均具有成熟的智能控制策略，如ACGO的無級變速器、CaseIH先進耕作系統(tǒng)（AFSTM）。我國部分高校及科研院所針對動力換擋、自動導航等技術進行了豐富的控制策略理論研究及臺架試驗，如基于模糊控制算法的耕深控制技術、基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡的直線行走控制策略、無級變速拖拉機智能變速規(guī)律等，但是多處于研究階段，應用水平較低。
2）機電液一體化技術。我國拖拉機機電液一體化技術水平較差，從全液壓轉(zhuǎn)向液壓懸掛、動力換擋、無級變速、ABS到自動導航等技術均需要機械、電控、液壓等技術的有效結(jié)合，我國液壓技術相對落后，尤其是液壓閥可靠性有待提高。國外先進拖拉機，電子控制技術、液壓技術、控制策略運用成熟，引領拖拉機技術的發(fā)展，整體來看，我國拖拉機機電液一體化技術與國外仍存在較大差距。
3）制造工藝。我國拖拉機企業(yè)眾多，且多數(shù)為中小企業(yè)，部分還是以組裝為主的家庭作坊式工廠，且我國農(nóng)機工業(yè)基礎較差，生產(chǎn)過程控制水平較低，對質(zhì)量體系要求不高，工藝要求低，導致拖拉機整體裝備質(zhì)量不高，直接結(jié)果就是振動、噪聲水平高，壽命下降，可靠性有待提高，維護成本高。
4）人機工程。我國拖拉機人機工程仍處于起步階段，國外先進拖拉機企業(yè)比較注重人機工程，尤其在駕駛室上面，可以協(xié)調(diào)操作顯示與安全性、舒適性于一體，振動、噪聲水平較小，駕駛員可以方面操作，大大降低勞動強度，提高了舒適性。
我國農(nóng)業(yè)機械相關高校、科研院所或者拖拉機企業(yè)應該以《農(nóng)機裝備發(fā)展行動方案（2016—2025）》的落實為契機，以《關于加快推進農(nóng)業(yè)機械化和農(nóng)機裝備產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級的指導意見》為指導，充分把握國家對新型高效農(nóng)業(yè)機械，尤其是拖拉機提出的具體發(fā)展要求，以培養(yǎng)優(yōu)質(zhì)人才、提高科研投入、提升制造工藝、攻克關鍵技術為發(fā)展路線，加強關鍵零部件的研發(fā)力度，如傳感器、液壓閥、控制器等，集中精力攻克關鍵技術如無級變速技術、智能控制策略，進一步關注拖拉機人機工程，改善拖拉機的可靠性與舒適性，提高智能化、信息化水平，不斷提升我國拖拉機技術水平。
（來源：中國農(nóng)機工業(yè)援引拖拉機與農(nóng)用運輸車雜志）
一、先進技術介紹
拖拉機屬于動力機械，作業(yè)高質(zhì)高效是其根本發(fā)展方向。智能化、信息化、多功能是先進拖拉機體的主要特點，具體表現(xiàn)在電子控制技術、液壓技術、傳感器、控制策略、制造工藝等方面的應用。
1.1液壓技術
拖拉機上的液壓系統(tǒng)主要有液壓懸掛系統(tǒng)、液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、液壓傳動系系統(tǒng)、液壓潤滑系統(tǒng)及部 分液壓控制的操控系統(tǒng)等，具體應用有液壓提升、液壓輸出、液壓制動、液壓操控差速鎖、液壓離合器（PTO、變速箱）、液壓減震駕駛室等，主要應用如表1 所示。隨著機電液一體化技術的發(fā)展，液壓技術的應用水平直接決定了拖拉機的智能化水平，比如說電控液壓懸掛技術、電控液壓轉(zhuǎn)向或線控液壓轉(zhuǎn)向技術、液壓懸浮減震技術等，這些技術在國外已 經(jīng)是較為成熟的技術。
表1 液壓技術在拖拉機上的應用
1.2 電動拖拉機
電動拖拉機已有百余年的發(fā)展歷史，近些年隨著電池的性能得到提高，電動拖拉機的優(yōu)點逐漸明顯。與傳統(tǒng)的燃油拖拉機相比，其扭矩較大，且可以實現(xiàn)無級變速，具有高效、底噪、低污染等優(yōu)點。但針對電動拖拉機的能源管理技術、電機技術、控制技術等與拖拉機的滿足惡劣環(huán)境工作、續(xù)航時長高、安全性好等要求還有差距，其應用范圍仍然較窄。
2017年，在法國SIMA展上，約翰迪爾發(fā)布了其開發(fā)的純電動拖拉機：ＳＥＳＡＭ（ＳｕｓｔａｉｎａｂｌｅＥｎｅｒｇｙＳｕｐｐｌｙｆｏｒＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌＭａｃｈｉｎｅｓ），該電動拖拉機已經(jīng)完成田間作業(yè)試驗，功率為260 kW，可持續(xù)工作4 h或滿足55 km的運輸作業(yè)。以中國農(nóng)業(yè)大學、南京農(nóng)業(yè)大學為主的高校就電動拖拉機構(gòu)、驅(qū)動系統(tǒng)、CAN總線傳輸、控制策略、試驗臺架進行了理論分析、仿真試驗、臺架試驗，取得了一定的研究成果，部分學者研究并試制了果園用小功率的電動拖拉機樣機，基本滿足果園旋耕、中耕、施肥等作業(yè)要求，但是中大功率的電動拖拉機仍無成熟樣機。2012年，中國拖拉機公司與美國公司合作開展電動拖拉機相關技術的研究，但至今未見關于推出樣機的相關信息。2018年由國家農(nóng)機裝備創(chuàng)新中心研發(fā)的以自主知識產(chǎn)權的電控系統(tǒng)為核心，集成應用北斗導航、毫米波雷達、視覺等無人駕駛系統(tǒng)的國內(nèi)第一臺純電動無人駕駛拖拉機進入人們視線，并已開始田間試驗階段。
1. 3 電控液壓懸掛
懸掛是拖拉機的關鍵組成部分，是實現(xiàn)拖拉機耕地、播種、施肥等作業(yè)功能的基本配置。早期，作業(yè)機具多以繩索或鏈條連接，直至19世紀30年代出現(xiàn)了液壓三點懸掛裝置，到現(xiàn)在拖拉機上已基本標配液壓懸掛系統(tǒng)。傳統(tǒng)的液壓懸掛采用機械液壓方式實現(xiàn)反饋控制，隨著傳感器技術的發(fā)展，反饋信號可以通過相應的傳感器來獲取，加上電子控制技術的應用，電控液壓懸掛技術逐漸成熟。電控液壓懸掛是指，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通過力、位置、轉(zhuǎn)速等傳感器獲取拖拉機耕作時的耕作阻力、耕作深度、拖拉機滑轉(zhuǎn)率，并提高處理器輸出指令進而控制液壓油缸的伸縮實現(xiàn)控制懸掛的提升與下降，保證懸掛最佳的工作狀態(tài)或調(diào)整到預設的耕作位置，實現(xiàn)耕作深度的自動控制，現(xiàn)常用的液壓懸掛控制方式有力、位綜合控制或者力、位、滑轉(zhuǎn)率綜合控制。
電控液壓懸掛控制系統(tǒng)（EHR）技術較為成熟，在國外先進企業(yè)得到了廣泛應用，該系統(tǒng)在實現(xiàn)耕作深度自動控制的基礎上還可以實現(xiàn)故障診斷、主動減震、擴展控制、前提升器高度控制、接地壓力控制等功能。試驗表明，該系統(tǒng)控制誤差較小，精度較高。中國農(nóng)業(yè)大學、南京農(nóng)業(yè)大學、江蘇大學等高校就自動耕深控制技術的智能控制算法、CAN總線傳輸技術、多參數(shù)調(diào)節(jié)技術等進行了深入的研究，取得了豐富的理論成果，制作了樣機，取得了一定的研究成果。部分公司也推出了較為成熟的產(chǎn)品，其中悅達智能農(nóng)業(yè)裝備有限公司在綜合市場與成本的前提下，研制了新型的適合中國國情的力位綜合控制的電控液壓懸掛系統(tǒng)。
1.4導航駕駛系統(tǒng)
拖拉機自動導航駕駛具有直線行駛偏差小、滿足夜間作業(yè)、降低駕駛員疲勞強度、減少人力資源、提高作業(yè)效率等優(yōu)點，是精準農(nóng)業(yè)的基礎。實現(xiàn)拖拉機導航的方法有多種，包括衛(wèi)星導航、視覺導航、電磁導航等，現(xiàn)在拖拉機上應用較多的就是衛(wèi)星導航方法，自動導航駕駛技術的關鍵在于環(huán)境感知技術、地圖構(gòu)建技術、路徑規(guī)劃技術、轉(zhuǎn)向控制技術等。根據(jù)駕駛的自動程度，拖拉機導航駕駛系統(tǒng)又可以分為輔助駕駛系統(tǒng)、自動駕駛系統(tǒng)、無人駕駛系統(tǒng)，各有優(yōu)缺點，具體分類如表２所示。國外先進拖拉機企業(yè)現(xiàn)已有成熟的導航產(chǎn)品，且已實現(xiàn)模塊化，移植性較好，通過參數(shù)的調(diào)整設置，可以靈活的應用到不同的拖拉機上。
表2基于衛(wèi)星的拖拉機自動導航駕駛系統(tǒng)分類
上世紀70年代美國發(fā)明GPS以來，其在農(nóng)業(yè)上的應用范圍、方式得到不斷拓展。如今北斗導航系統(tǒng)工作衛(wèi)星已達33顆，服務性能不斷提高，民用范圍逐漸擴大，基于北斗導航的自動駕駛拖拉機也在研發(fā)試用當中。中國農(nóng)業(yè)大學、南京農(nóng)業(yè)大學、華中農(nóng)業(yè)大學、重慶理工大學等高校就自動導航轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)、控制決策方法、障礙物識別等關鍵技術進行了研究試驗，取得了豐富的理論成果。部分企業(yè)也推出了自動導航拖拉機，雷沃重工股份有限公司、中國一拖集團有限公司均推出了自主研發(fā)的自動導航拖拉機，以雷沃重工為例，其自動導航拖拉機可實現(xiàn)定位、導航、機具自動調(diào)節(jié)等功能，控制精度高，可滿足多種田間作業(yè)。
1.5駕駛室技術
傳統(tǒng)的拖拉機駕駛室較為簡易，以遮風擋雨為基本功能，如今拖拉機駕駛室在保證視野的基礎上更加注重安全性、舒適性、可靠性，更加智能化、信息化，可完成拖拉機的大部分信息顯示記錄、駕駛操控、機具控制、遠程通訊等功能。綜合來看，其先進性主要體現(xiàn)在如下幾個方面。
安全性是拖拉機駕駛室的基本要求，同樣也是先進性的體現(xiàn)。作為防護裝置，拖拉機駕駛室須滿足壓垮、側(cè)翻等強度要求，須有滿足逃生的緊急出口；視野需要滿足標準要求，后視鏡位置須合理，保證視野良好，滿足安全駕駛，可選裝攝像頭及輔助顯示系統(tǒng)；須安裝工作燈滿足夜間安全作業(yè)及照明需求；駕駛座須安裝安全帶；前擋風玻璃應為安全玻璃；內(nèi)飾材料的阻燃性能需滿足標準要求。
駕駛舒適性上，先進的技術主要有：在駕駛室與車架的連接處加裝減振懸架、減震彈簧或阻尼裝置，降低整機的振動水平；方向盤及操縱桿件避振安裝，減少整機振動對手臂的沖擊，提高駕駛方向的準確性；安裝冷暖空調(diào)，可實現(xiàn)溫度、風速的控制；密封駕駛室，可滿足降低噪聲，隔斷沙塵、農(nóng)藥的要求；減震駕駛座椅，可自主調(diào)整座椅的阻尼程度，降低整機振動對駕駛員身體直接沖擊。
操控人機工程上，先進性主要體現(xiàn)在：操縱按鈕、桿件、界面分類集中合理布置，方便駕駛員操縱使用；信息顯示儀表、警示燈布置簡潔明了，操作簡單、信息簡明；階梯扶手滿足標準要求的同時充分考慮到駕駛員活動自如、操作方便的要求；設置有副駕駛座、杯托、文件柜、音響系統(tǒng)、點煙器、遮陽簾等，滿足駕駛員多元需求。
智能化方面，先進性主要表現(xiàn)在駕駛室內(nèi)實現(xiàn)拖拉機的大部分智能控制?？刂瓢粹o、界面、桿件，顯示界面等已經(jīng)是駕駛室的重要組成部分，且多數(shù)先進駕駛室將部分信息顯示界面設置于右前立柱，基本已經(jīng)融為一體。部分拖拉機將大部分操作按鍵設置于與駕駛座為一體的扶手上，與座椅同步轉(zhuǎn)動，其基本上可以實現(xiàn)大部分的拖拉機功能的操作，十分智能、簡便。
以 ＣＡＳＥ Ｍａｇｎｕｍ 系列拖拉機駕駛室為例，其配置減震懸架，可以隔離底盤振動，保證駕駛平穩(wěn)；空氣懸浮系統(tǒng)的轉(zhuǎn)椅，可以４０°右轉(zhuǎn)，實 現(xiàn)１８０°的全方位視野，駕駛室的控件也位于右上方，一切都在視野之內(nèi)。
裝有 ＭｕｌｔｉＣｏｎｔｒｏｌ扶手控制臺與ＩＣＰ直觀控制面板，可選 ＡＦＳＰｒｏ７００ＴＭ 觸屏監(jiān)視器，可隨駕駛座同步轉(zhuǎn)動，所有重要操作都集成在一個簡單的控制器上，可以實現(xiàn)速度選擇、換向、油門、地頭管理控制、電子遙控閥、后端掛接控制、ＰＴＯ、操縱桿等功能。配備智能空調(diào)，可以實現(xiàn)溫度自動控制；方向盤可以傾斜并調(diào)節(jié)高度；右前立柱設有顯示與監(jiān)控面板，顯示清晰、簡潔、易讀，綜合性能監(jiān)視器可提供額外的反饋，包括拖拉機系統(tǒng)狀態(tài)、滑轉(zhuǎn)率、已耕作面積和維護提醒等，如果存在任何警告信息，顯示器會向駕駛員報警，并在必要時自動關閉發(fā)動機以保護機器。
1.6動力換擋
動力換擋是拖拉機上先進的動力傳動方案，其是機電液一體化技術在拖拉機的典型應用，其主要是利用電控液壓離合器、制動器，在不斷開動力傳動的前提下實現(xiàn)快速換擋。動力換擋技術克服了傳統(tǒng)傳動系統(tǒng)停頓換擋、動力中斷的缺點，更加方便快捷，提高了工作效率。動力換擋技術已有６０余年的歷史，上世紀５０年代末，動力換擋變速箱首次應用于卡特彼勒履帶拖拉機上，２０世紀９０年代，該技術在普遍應用在大功率或重型拖拉機上。動力換擋變速箱主要由機械傳動系統(tǒng)、液壓控制系統(tǒng)和電子控制系統(tǒng)三部分組成。技術難點主要在液壓技術及電子控制策略上。如今國外 先 進 農(nóng) 機 企 業(yè) 該 技 術 已 經(jīng) 成 熟，如 Ｃａｓｅ、ＪｏｈｎＤｅｅｒｅ、Ｃｌａａｓ、Ｃｈａｌｌｅｎｇｅｒ、Ｆｅｎｄｔ、ＭａｓｓｅｙＦｅｒｇｕｓｏｎ、Ｄｅｕｔｚ－Ｆａｈｒ等，我國拖拉機企業(yè)在收購國外公司的基礎上開發(fā)出了自主的動力換擋技術，部分企業(yè)在積極的研發(fā)自主知識產(chǎn)權的動力換擋技術，即將開展型式試驗。
1.7無極變速
無極變速是指速比可連續(xù)變換。拖拉機作業(yè)環(huán)境惡劣，如果要達到較高的動力性及經(jīng)濟性，便需要根據(jù)作業(yè)負荷或速度實時調(diào)整傳動系的傳動比，使發(fā)動機工作在傳動效率較高區(qū)間，經(jīng)濟性較好，是拖拉機傳動技術發(fā)展的重要方向。
無級變速按傳動方式可以分為機械傳動、流體傳動、電氣傳動、液壓機械雙流傳動等。功率分流式無級變速傳動系已普遍使用，根據(jù)德國農(nóng)業(yè)協(xié)會試驗研究，該方式較動力換擋變速箱作業(yè)燃油消耗率更低。
無級變速種類主要分為四類，具體情況如表３所示。
表３ 拖拉機無極變速器型式對比
在日本、韓國等國家，其作業(yè)田塊面積不大，拖拉機以中小功率為主，其對大功率、大扭矩要求不高，主要采用靜液壓變速的無級變速。
如今，ＡＣＧＯ、ＣＮＨ、ＪｏｈｎＤｅｅｒ、Ｃｌａａｓ、ＳａｍｅＤｅｕｔｚ－Ｆａｈｒ等公司均推出了無級變速技術，技術路線略有區(qū)別。中國僅有一拖東方紅ＬＷ４００４無級變速重型拖拉機以及常州東風農(nóng)機集團有限公司的鏈條傳動的無級變速拖拉機，且東方紅 ＬＷ４００４并沒有批量生產(chǎn)銷售，東風仍處于型式試驗階段。
1.8 電功率
隨著拖拉機智能化、大型化及作業(yè)機械復式化的發(fā)展，傳統(tǒng)的動力輸出軸和液壓輸出已經(jīng)不能完全滿足動力供應的需求。在２００７年，ＪｏｈｎＤｅｅｒｅ公司發(fā)布了提供電功率的拖拉機，２００９年，Ｂｅｌａｒｕｓ公司也向市場推出了一臺配置電功率輸出的拖拉機。近幾年，ＺＦ（ＺＦＦｒｉｅｄｒｉｃｈｓｈａｆｅｎＡＧ）公司研制出成熟的集成發(fā)電機解決方案：ＴＥＲＲＡ＋，該系統(tǒng)最大可以提供７０ｋＷ的電功率，更加節(jié)能高效。
1.9 拖拉機ABS
制動防抱死系統(tǒng)（ＡＢＳ：ＡｎｔｉｌｏｃｋＢｒａｋｉｎｇＳｙｓｔｅｍ）是一種車輛剎車制動力控制系統(tǒng)，可防止制動時車輪抱死，保證車輛整機可轉(zhuǎn)向性。如今，拖拉機最大行駛速度較高（在中國拖拉機最高速度限制在４０ｋｍ／ｈ，但一些國家高于此速度），尤其是掛車運輸或道路轉(zhuǎn)運行駛時，傳統(tǒng)制動系統(tǒng)便不能保證高速制動的安全，因此ＡＢＳ制動系統(tǒng)有必要應用到高速拖拉機或?qū)I(yè)拖拉機上，滿足高速行駛時的制定安全性。國外先進企業(yè)如 Ｎｅｗ Ｈｏｌｌａｎｄ、ＪｏｈｎＤｅｅｒｅ、Ｄｅｕｔｚ－Ｆａｈｒ等企業(yè)均已具備拖拉機ＡＢＳ制動技術，且已可以應用到拖拉機上，我國在拖拉機ＡＢＳ技術上基本沒有開展研究。
如圖１為John Deere的拖拉機ABS系統(tǒng)示意圖。其主要由輪速傳感器、制動單元、液壓系統(tǒng)（圖中未畫出）、控制單元（圖中未畫出）等組成，其可以根據(jù)各輪轉(zhuǎn)速、各制動單元液壓壓力控制控制閥的開閉，進而控制各輪的制動力，在防止車輪抱死的情況下實現(xiàn)車輪的最大減速度。
1.10 先進耕作系統(tǒng)
先進耕作系統(tǒng)是指在電子控制、液壓控制、傳感器、數(shù)據(jù)傳輸?shù)然A技術的基礎上，集成物聯(lián)網(wǎng)、衛(wèi)星導航駕駛、能源管理、電控液壓懸掛等拖拉機技術，聯(lián)接人、拖拉機、土地、控制中心（包括基于手機的app軟件和基于電腦的控制中心），實現(xiàn)拖拉機各項功能的全面、精確、智能控制，其是基于拖拉機的精確農(nóng)業(yè)，是拖拉機技術的高級階段。世界先進拖拉機企業(yè)在先進耕作系統(tǒng)的研究起步較早，已有十余年的歷史，由于其基礎技術與各項集成技術已經(jīng)較為成熟，現(xiàn)階段先進耕作系統(tǒng)已經(jīng)成功走向市場，代表了前沿的拖拉機技術。CaseIH耕作系統(tǒng)（AFSTM）為僅為典型的先進耕作系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要由個模塊組成，分別是車輛控制、車輛導航、AFSTM農(nóng)場管理軟件、AFSCNO-NECTTM遠程信息處理，各模塊分工明確，功能強大，可實現(xiàn)對整機的控制、自動導航駕駛、信息顯示存儲等基礎功能，同時還可以實現(xiàn)農(nóng)田信息、作業(yè)情況、產(chǎn)量信息等的記錄，并在此數(shù)據(jù)的基礎上進行分析統(tǒng)計，幫助農(nóng)場主或機手進行田間管理作業(yè)的正確決策，是物聯(lián)網(wǎng)的具體應用，是精確農(nóng)業(yè)的載體。
二、對比分析
通過以上分析并進一步查閱文獻，在掌握國內(nèi)外主流拖拉機產(chǎn)品技術特點的基礎上，分別就發(fā)動機、底盤、駕駛室與車身、工作裝置等部分分別就國內(nèi)外拖拉機先進水平的拖拉機技術特點進行的總結(jié)概括，列出國內(nèi)外主流拖拉機產(chǎn)品先進技術對比情況，如表４所示。
表４國內(nèi)外主流拖拉機產(chǎn)品先進技術對比
三、總結(jié)分析
經(jīng)過上述先進技術分析以及國內(nèi)外拖拉機主流技術對比，可以發(fā)現(xiàn)我國拖拉機技術水平較國外先進企業(yè)差距較大，主要在智能化與信息化上面，具體表現(xiàn)在智能控制策略、機電液一體化技術、制造工藝、人機工程等四個方面。
1）智能控制策略。智能控制策略是智能化、信息化拖拉機的核心，如自動導航駕駛、電控液壓懸掛、動力換擋、無級變速等技術，其關鍵也在于智能控制策略。國外先進企業(yè)在上述先進技術上均具有成熟的智能控制策略，如ACGO的無級變速器、CaseIH先進耕作系統(tǒng)（AFSTM）。我國部分高校及科研院所針對動力換擋、自動導航等技術進行了豐富的控制策略理論研究及臺架試驗，如基于模糊控制算法的耕深控制技術、基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡的直線行走控制策略、無級變速拖拉機智能變速規(guī)律等，但是多處于研究階段，應用水平較低。
2）機電液一體化技術。我國拖拉機機電液一體化技術水平較差，從全液壓轉(zhuǎn)向液壓懸掛、動力換擋、無級變速、ABS到自動導航等技術均需要機械、電控、液壓等技術的有效結(jié)合，我國液壓技術相對落后，尤其是液壓閥可靠性有待提高。國外先進拖拉機，電子控制技術、液壓技術、控制策略運用成熟，引領拖拉機技術的發(fā)展，整體來看，我國拖拉機機電液一體化技術與國外仍存在較大差距。
3）制造工藝。我國拖拉機企業(yè)眾多，且多數(shù)為中小企業(yè)，部分還是以組裝為主的家庭作坊式工廠，且我國農(nóng)機工業(yè)基礎較差，生產(chǎn)過程控制水平較低，對質(zhì)量體系要求不高，工藝要求低，導致拖拉機整體裝備質(zhì)量不高，直接結(jié)果就是振動、噪聲水平高，壽命下降，可靠性有待提高，維護成本高。
4）人機工程。我國拖拉機人機工程仍處于起步階段，國外先進拖拉機企業(yè)比較注重人機工程，尤其在駕駛室上面，可以協(xié)調(diào)操作顯示與安全性、舒適性于一體，振動、噪聲水平較小，駕駛員可以方面操作，大大降低勞動強度，提高了舒適性。
我國農(nóng)業(yè)機械相關高校、科研院所或者拖拉機企業(yè)應該以《農(nóng)機裝備發(fā)展行動方案（2016—2025）》的落實為契機，以《關于加快推進農(nóng)業(yè)機械化和農(nóng)機裝備產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級的指導意見》為指導，充分把握國家對新型高效農(nóng)業(yè)機械，尤其是拖拉機提出的具體發(fā)展要求，以培養(yǎng)優(yōu)質(zhì)人才、提高科研投入、提升制造工藝、攻克關鍵技術為發(fā)展路線，加強關鍵零部件的研發(fā)力度，如傳感器、液壓閥、控制器等，集中精力攻克關鍵技術如無級變速技術、智能控制策略，進一步關注拖拉機人機工程，改善拖拉機的可靠性與舒適性，提高智能化、信息化水平，不斷提升我國拖拉機技術水平。
（來源：中國農(nóng)機工業(yè)援引拖拉機與農(nóng)用運輸車雜志）
農(nóng)先鋒網(wǎng)聲明：凡資訊來源注明為其他媒體來源的信息，均為轉(zhuǎn)載自其他媒體，并不代表本網(wǎng)站贊同其觀點，也不代表本網(wǎng)站對其真實性負責。您若對該文章內(nèi)容有任何疑問或質(zhì)疑，請立即與網(wǎng)站(www.tjlr.net.cn)聯(lián)系，本網(wǎng)站將迅速給您回應并做處理。
聯(lián)系郵箱:3267146135@qq.com
聯(lián)系郵箱:3267146135@qq.com
