中國一拖動力換擋拖拉機開發(fā)工作的前前后后

    在中國一拖臺完全自主開發(fā)的電控動力換擋拖拉機就要完成測試之際，謹(jǐn)以此文，獻(xiàn)給為該項目做出貢獻(xiàn)的朱士岑、李騰蛟、焦天民、賈鴻社、劉耀、楊為民、王東青、王林軍、蔡安克、王建軍以及上千名默默無聞的同志。

    楔子

    2003年， 180馬力輪式拖拉機納入中國一拖公司產(chǎn)品研發(fā)計劃，方案論證中，專家們一致認(rèn)可了“留有選裝動力換擋傳動系的空間”之意見。正是這個設(shè)想，啟動了一拖開發(fā)動力換擋拖拉機的探索。時光飛逝，從設(shè)想到樣機的定型，已經(jīng)走過10個冬夏，所遇困難無法盡數(shù)，參與此項工作者不下千人。正是這些人的鍥而不舍、永不言敗，造就了一拖在國內(nèi)產(chǎn)品技術(shù)上不可撼動的地位。
回首以往，錄此拙文，意不在為當(dāng)局者歌功，卻只想為參與者頌德：參與此項工作的千人中雖大多無名，但必然是一拖后世之功臣。

    起步

    2004年，正式啟動了動力換擋傳動系的研發(fā)工作，但是我們對動力換擋的認(rèn)識僅僅停留在書本和為數(shù)不多的產(chǎn)品介紹上，真正地可謂一窮二白，從零起步，預(yù)研工作困難重重。

    盡管如此，研發(fā)人員還是不辭辛苦，利用一切手段收集資料，利用一切機會接觸樣機，研究不同的結(jié)構(gòu)原理，繪制不同的設(shè)想方案。預(yù)研發(fā)開展的一年多時間里，盡管沒有進(jìn)行到樣機的開發(fā)階段，卻為下一步的產(chǎn)品開發(fā)做了大量、系統(tǒng)的理論、原理、結(jié)構(gòu)、方案等方面的準(zhǔn)備，也正是在這一階段，我們才有了和國際動力換擋傳動系供應(yīng)商和研發(fā)機構(gòu)的接觸和了解，為以后的國際合作研發(fā)奠定了基礎(chǔ)。

    合作

    2005年末，中國一拖集團(tuán)公司組團(tuán)對ZF公司、AVL公司進(jìn)行了考察，后者是國際的咨詢公司，其重型傳動能力中心的前身是上的傳動部件廠商ZF公司在奧地利斯太爾的傳動系研發(fā)中心，具有長期開發(fā)農(nóng)業(yè)拖拉機傳動系的歷史背景和批量生產(chǎn)產(chǎn)品開發(fā)經(jīng)驗。雙方就合作開發(fā)動力換擋傳動系達(dá)成共識。

    合作伊始，我方的想法是在180馬力輪式拖拉機的基礎(chǔ)上選裝動力換擋傳動系，也就是新的傳動系必須以原來拖拉機的各種尺寸限制為邊界條件，能夠和基本型的同步器換擋傳動器實現(xiàn)互換。2006年4月5日至7日舉行現(xiàn)場專題研討會，對動力換檔傳動系一般性問題，一拖現(xiàn)有的產(chǎn)品，生產(chǎn)加工能力及相關(guān)技術(shù)問題進(jìn)行了研究。在專題研討的基礎(chǔ)上簽訂了180馬力動力換檔傳動系初期咨詢協(xié)議，以一拖現(xiàn)開發(fā)的部分動力換檔變速箱方案為對象進(jìn)行咨詢評估，形成最終報告。

    通過細(xì)致地分析，評估報告認(rèn)為，由于原始設(shè)計在整機布置上對動力換擋傳動系缺乏基本認(rèn)識，實際邊界條件成了無法逾越的障礙。經(jīng)過多次地交流和論證，集團(tuán)公司決策層認(rèn)為，突破動力換擋技術(shù)是公司戰(zhàn)略產(chǎn)品發(fā)展方向，不能因為一個具體機型制約技術(shù)的發(fā)展，因此下決心放開邊界條件，開發(fā)新系列的動力換擋拖拉機。

    2006年8月23日就該項目下一步工作與AVL公司談判。在開發(fā)模式上，AVL提出交鑰匙工程，全部由他們開發(fā)出拖拉機整機做完測試交付我們，這樣的好處是責(zé)任明確、進(jìn)度好把握、管理方便。我方分析這種模式有明顯的缺陷：一是我方產(chǎn)品研發(fā)人員無法深入開發(fā)過程細(xì)節(jié)，無法真正掌握核心技術(shù)；二是工藝研發(fā)人員無法實時跟進(jìn)，后期的商品化將十分困難；三是我們需要的是傳動技術(shù)的核心，整機開發(fā)靠我們自己應(yīng)該可以完成不必要全部交給對方；四是樣機試制如果在國外完成，試制中的制造技術(shù)和工藝方法對以后的生產(chǎn)實踐缺乏指導(dǎo)意義；最后還有研發(fā)成本問題。為此，雙方進(jìn)行了長時間的交流，最終AVL接受了我們提出的方式：拖拉機整機咨詢服務(wù)、全部概念設(shè)計、全部電子系統(tǒng)開發(fā)、傳動系負(fù)荷試驗的初始標(biāo)定和在拖拉機上繼續(xù)進(jìn)行的標(biāo)定由AVL完成；方案設(shè)計和詳細(xì)設(shè)計、樣機制造裝配、所有改動的功能試驗和所有可靠性試驗、田間試驗由一拖完成，AVL提供支持服務(wù)。雙方指派項目經(jīng)理，負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)項目進(jìn)度。

    這個結(jié)果大大降低了研發(fā)成本，同時我方大量技術(shù)人員參加研發(fā)項目，直接與外方技術(shù)人員交流，對技術(shù)水平的提升打下基礎(chǔ)。

    2006年11月7日是一個值得紀(jì)念的日子， AVL LIST GMBH公司執(zhí)行副總裁弗蘭茨. 摩澤博士來到一拖，和一拖高層領(lǐng)導(dǎo)會談并出席合作簽字儀式，筆者和摩澤博士代表雙方在協(xié)議上簽字，這標(biāo)志著一拖公司動力換擋拖拉機這一戰(zhàn)略產(chǎn)品的研發(fā)正式起步。

    調(diào)研

    動力換擋只是一個技術(shù)概念，具體到拖拉機上，采用何種結(jié)構(gòu)形式、多少個區(qū)段、速度范圍、控制方法以及整機的人機工程、機組的控制、各種輸出、燈光及視野、與防護(hù)等等，決定了產(chǎn)品開發(fā)的輸入條件。我們給將要開發(fā)的產(chǎn)品平臺定位于歐美主流機型技術(shù)，這些輸入條件就必須符合歐洲現(xiàn)行的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和使用習(xí)慣，為了深入了解和掌握這方面的情況，一拖組織了由產(chǎn)品研發(fā)、制造、市場、技術(shù)管理人員組成的考察團(tuán)，于2006年12月3日—2006年12月12月17日，對歐洲拖拉機產(chǎn)品技術(shù)、市場、用戶做了較為的考察。

    考察團(tuán)到達(dá)奧地利后首先訪問了AVL公司總部，并與AVL公司副總裁Franz.X. Moser先生就項目啟動的相關(guān)事宜進(jìn)行了會談，雙方一致認(rèn)為：應(yīng)以目前的項目合作入手，建立起相互適應(yīng)、相互信任的合作關(guān)系，為實現(xiàn)長期戰(zhàn)略合作（培訓(xùn)、戰(zhàn)略咨詢、項目咨詢）打好基礎(chǔ)；項目對雙方都十分重要，符合雙方的共同利益和戰(zhàn)略發(fā)展方向，雙方高層應(yīng)給與高度的關(guān)注；應(yīng)建立雙方高層定期和重大事件溝通機制，建立溝通渠道，對項目進(jìn)行中的重要節(jié)點和重要事項共同決策并承擔(dān)相應(yīng)的責(zé)任；建立項目經(jīng)理溝通機制，隨時協(xié)調(diào)項目進(jìn)展中的問題；建立技術(shù)負(fù)責(zé)人溝通渠道，提高工作效率；通過對該項目的運作，在雙方認(rèn)為合適的時間和條件下，簽訂長期戰(zhàn)略合作的框架協(xié)議。

    考察團(tuán)全體成員參加了由AVL公司組織的“歐洲農(nóng)業(yè)拖拉機技術(shù)、開發(fā)和趨勢”的技術(shù)講座，由原CNHSTEYR的產(chǎn)品經(jīng)理Mr.Peter Mayrhofer主講，突出介紹歐洲現(xiàn)代農(nóng)業(yè)拖拉機技術(shù)演變背景，分別就發(fā)動機、傳動系、動力輸出、橋及底盤、后懸掛、液壓系統(tǒng)、駕駛室、信息系統(tǒng)、輪胎/橡膠履帶和維修保養(yǎng)幾個方面對歐洲現(xiàn)代農(nóng)業(yè)拖拉機的技術(shù)特點及應(yīng)用進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，在技術(shù)講座中，一拖參加人員就其中的技術(shù)細(xì)節(jié)與Mr.Peter Mayrhofer進(jìn)行了交流，進(jìn)行技術(shù)講座的同時，在AVL重型傳動能力中心的車間中準(zhǔn)備了兩臺樣機（SAMEIRON200和Deere 7720），并就樣機進(jìn)行了實地講解。

    在試驗場試駕了裝有部分動力換檔傳動系的Deere7720拖拉機和無級變速傳動系CASECVX170拖拉機，在市場調(diào)研階段試駕了Claas部分動力換檔傳動系A(chǔ)RES836RZ拖拉機和自動動力換檔ATZ557拖拉機，并試駕了Deere7810帶聯(lián)合整地機機組進(jìn)行田間作業(yè)，獲得了親身體驗。

    完成技術(shù)講座后，為了解現(xiàn)代拖拉機的生產(chǎn)制造狀況，考察團(tuán)分別參觀了ZF斯太爾工廠的傳動系加工車間和熱處理車間，以及CNHSTEYR拖拉機廠的總裝線和駕駛室裝配線，了解傳動系和拖拉機的生產(chǎn)制造條件。另外還參觀了奧地利的農(nóng)具制造公司Poettinger公司，調(diào)查了大型拖拉機配套機具問題。

    通過階段的理論講座與實際操作，獲得了對歐洲現(xiàn)代農(nóng)業(yè)拖拉機的手資料和切身體會，并對歐洲拖拉機市場的概況有了初步的認(rèn)識。

    考察團(tuán)對奧地利和德國的典型農(nóng)場和經(jīng)銷商進(jìn)行市場調(diào)研。歐洲經(jīng)銷商主要分為合作經(jīng)銷商（約占市場銷售量的80%）和個體經(jīng)銷商（約占市場銷售量的20%）；主要農(nóng)場分為大型專業(yè)農(nóng)場和中小型私人農(nóng)場，其中大于1000公頃的農(nóng)場，數(shù)量不超過總數(shù)的10%，大部分農(nóng)場面積在100-1000公頃之間。拖拉機用戶可分為個人購機、農(nóng)機互助組織和農(nóng)機合同公司（農(nóng)機專業(yè)戶）。經(jīng)銷商分為個體經(jīng)銷商和合作經(jīng)銷商。調(diào)研行程近兩千公里，由AVL公司產(chǎn)品線經(jīng)理Mr.Gunnar Stein陪同，訪問了奧地利境內(nèi)3個經(jīng)銷商和1個客戶，德國境內(nèi)1個經(jīng)銷商和3個客戶。其中3個為個體經(jīng)銷商，1個合作經(jīng)銷商，2個私人農(nóng)場，1個專業(yè)農(nóng)場和１個農(nóng)機合同公司。調(diào)查樣本基本覆蓋了歐洲典型的農(nóng)場、經(jīng)銷商和用戶。

    通過調(diào)研，考察團(tuán)對歐洲拖拉機的產(chǎn)品技術(shù)、市場和生產(chǎn)等方面獲得了大量的手材料，對現(xiàn)代大馬力拖拉機有了直接的感性認(rèn)識和切身體會，同時也對歐洲拖拉機的典型用戶、經(jīng)銷商、農(nóng)場以及產(chǎn)品售后服務(wù)和維修保養(yǎng)等方面有了初步的認(rèn)識。

    根據(jù)調(diào)研的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)拖拉機功率上升趨勢明顯，采用電控部分及全動力換檔和動力換向的傳動系成為主流配置，在未來5年內(nèi)200馬力左右拖拉機有良好的市場前景，驗證了項目開發(fā)的產(chǎn)品定位。
通過對比和親身體會，發(fā)現(xiàn)項目所開發(fā)的產(chǎn)品的技術(shù)難度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出原有預(yù)期。國內(nèi)的拖拉機技術(shù)水平不僅是某一個部件或某一項技術(shù)存在不足，而是幾乎在每一個細(xì)節(jié)上都有明顯的差距。因此在本次項目開發(fā)中不僅要在傳動系單項技術(shù)上取得突破，而且需要在駕駛室、整機控制系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)以及人機工程、整機減振降噪、性、維修保養(yǎng)方便性和可靠性等周邊技術(shù)，乃至產(chǎn)品試驗、產(chǎn)品制造和銷售服務(wù)等方面取得整體水平的提高。

    設(shè)計

    2007年1月23—27日，動力換擋拖拉機項目啟動會議在洛陽召開，會議確定了拖拉機技術(shù)規(guī)格定義手冊，對動力換擋變速箱概念、200hp拖拉機部件試驗、200hp拖拉機變速箱零件材料、200hp拖拉機液壓零件供應(yīng)商、國內(nèi)電控單元可能供應(yīng)商名單、200hp拖拉機后橋齒輪草圖、200hp拖拉機變速箱的試驗臺架、變速箱規(guī)格手冊進(jìn)行了確認(rèn)，雙方的項目經(jīng)理和工作團(tuán)隊正式按分工開展合作。

    為了概念設(shè)計階段設(shè)計的結(jié)果更接近于一拖現(xiàn)實，AV在概念設(shè)計開始之前就標(biāo)準(zhǔn)加工程序、質(zhì)量管理標(biāo)準(zhǔn)及其質(zhì)量控制、現(xiàn)有加工設(shè)備和技術(shù)等方面實地考察了一拖一下幾個方面主要的實際生產(chǎn)情況。并進(jìn)行了評估，提出了建議。

    拖拉機技術(shù)規(guī)格手冊是該項目中對拖拉機整機定義的重要文件，通過內(nèi)部討論和與AVL公司專家討論，確定了手冊最終版本。

    雙方確認(rèn)了整個項目的進(jìn)度，制定了共有近百個節(jié)點的網(wǎng)絡(luò)計劃，時間跨度為四年，從概念設(shè)計、方案設(shè)計、零件設(shè)計功能試驗、成本評估、工藝評估、材料選擇、供應(yīng)商選擇等方面做了比較細(xì)致的安排。這也是我們在新產(chǎn)品研發(fā)中首次采用嚴(yán)謹(jǐn)、科學(xué)的方法進(jìn)行項目管理，對于提高管理水平具有重要意義。

    啟動會議后，雙方合作團(tuán)隊密切配合，設(shè)計階段工作進(jìn)展順利。2007年6月13日傳動系概念發(fā)布； 2008年1月21日傳動系方案發(fā)布；2008年4月17日傳動系詳細(xì)設(shè)計發(fā)布；2008年9月完成駕駛室、覆蓋件設(shè)計。至此，一拖公司動力換擋拖拉機的雛形已經(jīng)躍然紙上。

    試制

    如果說動力換擋拖拉機的設(shè)計是從零開始，認(rèn)識逐步深入，是一個學(xué)習(xí)提高過程；那么整個拖拉機的試制則是一個問題錯綜復(fù)雜、充滿懸念和不定因素的探索之旅。由于我們現(xiàn)行的制造工藝和基礎(chǔ)工業(yè)水平的限制，在AVL看來不成問題的小事都成了研發(fā)進(jìn)程中的攔路虎，從臺傳動系TM0號開始，因設(shè)計、零件制造、裝配、清潔度等原因，裝配—拆卸—清洗—再裝配這樣的的循環(huán)進(jìn)行不下50次，以至于參加試制的年輕技師摸到一個零件就能準(zhǔn)確的說出它的功能和安裝位置，其中的艱辛難以言表，只好以流水賬的形式呈給大家：

    2008年1月9日召開了200馬力大輪拖試制啟動會議，部分長周期零件提前以產(chǎn)品白圖形式開始試制準(zhǔn)備，同時對關(guān)鍵零件的關(guān)鍵制造技術(shù)開展工藝試驗；2008年4月，傳動系詳細(xì)設(shè)計發(fā)布，科技發(fā)展部編制并下發(fā)了工藝路線，試制展開；為了熟悉裝配工藝，在正式裝配之前，安排了TM0號傳動系的試裝，2009年1月，在AVL專家的支持下完成TM1號傳動系的裝配和基本功能試驗。2009年1—3月，完成變速箱子系統(tǒng)潤滑流量試驗； 2009年3-4月完成TM2號傳動系的裝配及基本功能試驗； 2009年5月完成1號拖拉機的裝配； 2009年6月完成1號拖拉機裝配問題匯總并整改落實圖紙； 2009年6月完成拖拉機相關(guān)部件臺架試驗大綱編寫及相關(guān)被試件的設(shè)計； 2009年7月，完成變速箱換檔軟軸的耐久與強度試驗； 2009年7月完成3號、4號傳動系的裝配及基本功能試驗。

    2009年8月起根據(jù)AVL公司反映的液壓清潔度問題，完成TM3號、TM4號傳動系及1號拉機的拆解及整改工作；2009年12月完成TM1號傳動系海外功能試驗；2009年12月AVL完成傳動系控制軟件的開發(fā)并提供相關(guān)文檔； 2009年12月完成TM5號傳動系的裝配； 2010年2月完成5種14件《離合器輪轂焊合件疲勞試驗》； 2010年2月2日-4日AVL專家訪問一拖，對TM5號傳動系整改進(jìn)行現(xiàn)場指導(dǎo)； 2010年3月16日5做完基本功能后因換擋離合器故障再次拆解整改；2010年4月2日AVL專家現(xiàn)場進(jìn)行TM5號同步器側(cè)隙測量； 2010年4月底TM5號完成初步耐久試驗； 2010年5月完成制動器臺架性能試驗； 2010年5月17日完成2號拖拉機裝配；2010年5月22日至25日AVL專家對2號樣機進(jìn)行初步測試及標(biāo)定； 2010年5月底對2號樣機進(jìn)行性能試驗， 7月底發(fā)往AVL； 2010年6月初完成TM6號基本功能及50h耐久試驗； 2010年6月21日TM7號傳動系開始進(jìn)行耐久試驗； 2010年7-8月完成TM7號傳動系接觸印痕試驗并分別進(jìn)行了3次拆檢； 2010年7月底完成3號拖拉機（帶懸浮橋、前PTO及前懸掛）的裝配； 2010年7月初根據(jù)2號拖拉機裝配中反映的問題，并結(jié)合升級到300馬力項目的需要，完成整機圖紙整改； 2010年8月完成制動器可靠性試驗； 2010年9月開始進(jìn)行TM7號傳動系耐久試驗（1200h)； 2010年10月開始進(jìn)行提升系統(tǒng)可靠性試驗（30萬次)； 2010年10月中旬2號樣機運抵奧地利，開始進(jìn)行傳動系電控系統(tǒng)道路及田間試驗標(biāo)定，到此階段，大家好像看到了項目如期完成的曙光，但是，接下來突如其來的問題讓人猝不及防。

    2號拖拉機樣機在AVL做了各種標(biāo)定和功能試驗，進(jìn)行得非常順利，預(yù)定2011年12月1日就要進(jìn)行驗收，可是就在拖拉機開往試驗場的途中，突然出現(xiàn)了重大大的故障，傳動系控制完全失靈。驗收會議改成了故障分析會，雙方專家共同查看拆開的5號傳動系，發(fā)現(xiàn)：倒檔離合器完全損壞；整個傳動系嚴(yán)重污染；倒檔離合器其中一個波形彈簧斷裂。

    雙方專家一起初步分析可能的原因：斷裂的波形彈簧在摩擦片和鋼片之間移動并減少摩擦片之間的間隙損壞摩擦材料及相鄰的鋼片表面，隨著間隙的減小，換擋起始點改變，導(dǎo)致控制質(zhì)量變差；彈簧力弱將導(dǎo)致離合器分離不徹底，高速前進(jìn)時倒檔離合器可在旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心油壓作用下結(jié)合導(dǎo)致過熱及損壞。

    接下來的工作是完全拆解整個傳動系；清潔每個零件包括換擋閥塊；測量分離彈簧力力的大小及分布；更換零件換向離合器換新零件（摩擦片及鋼片）換擋離合器換新零件；換新的波形彈簧；彈簧力分布不均勻時更換分離彈簧；重裝傳動系。這些工作一直進(jìn)行到2012年2月底。

    雙方定于在2012年3月20日進(jìn)行第二次驗收試驗，在一拖人員起程后，拖拉機在開往試驗場的路途中，再次出現(xiàn)和次相同的故障，驗收無法進(jìn)行。會議被迫又一次改為對故障進(jìn)行分析，確認(rèn)下一步的改進(jìn)內(nèi)容及工作計劃。
傳動系拆解后發(fā)現(xiàn)，倒檔離合器摩擦片及波形彈簧損壞。摩擦片嚴(yán)重?zé)g，波形彈簧破裂，上次出現(xiàn)的故障一致。
由于上次曾出現(xiàn)在拖拉機開往試驗場的途中倒檔離合器摩擦片損壞，這一次AVL在拖拉機上安裝了數(shù)據(jù)記錄設(shè)備，對拖拉機行駛中的離合器壓力、車速等數(shù)據(jù)進(jìn)行了記錄。拖拉機行駛速度50Km/h，在高速行駛時，在液壓閥塊上測量的倒檔離合器壓力明顯大于離合器比例閥設(shè)定壓力。作用于摩擦片上的壓力大于分離彈簧的分離力，離合器摩擦片因摩擦產(chǎn)生熱量，從而使溫度急劇升高，使摩擦片燒毀。由于前后兩次出現(xiàn)了同樣的故障現(xiàn)象，分析認(rèn)為，故障可能是由于分離彈簧的分離力不夠引起的。對此，一拖提出為什么在臺架試驗時沒有發(fā)現(xiàn)該問題，AVL的解釋是在臺架試驗時傳動系輸入速度低，只有1500轉(zhuǎn)。一拖認(rèn)為之所以會連續(xù)出現(xiàn)同樣的故障，是因為前期的臺架性能試驗未能包括所有工況，應(yīng)該是一種疏忽。AVL同意了這一觀點。接下來雙方確認(rèn)重新改進(jìn)換向離合器的設(shè)計，重新進(jìn)行全功能的臺架試驗，充分發(fā)現(xiàn)問題。會后我方又專程拜訪了AVL高層，對出現(xiàn)的問題提請高層給以足夠的關(guān)注。由于前期試驗中的瑕疵，對于接下來的工作，AVL沒有提出新的費用要求。

    有了兩次的教訓(xùn)，接下來的安排雙方都十分謹(jǐn)慎，經(jīng)過充分的架試驗，又接連發(fā)現(xiàn)了一些新的問題：因潤滑不足導(dǎo)致摩擦片有輕微燒蝕，因波形彈簧性能改變導(dǎo)致摩擦片與光片分離不徹底，這些故障通過改進(jìn)設(shè)計和重新更換供應(yīng)商得以解決。

    2012年9月，項目最后驗收。這標(biāo)志著中國臺自主開發(fā)的、擁有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的重型電控動力換擋拖拉機誕生。它是一個新的產(chǎn)品技術(shù)平臺，必將為推動中國拖拉機行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步留下一個新的里程碑。