國內(nèi)外農(nóng)用拖拉機先進技術研究及對比分析

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，同質化嚴重，且技術水平依然處于發(fā)達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。

1先進技術介紹

拖拉機屬于動力機械，作業(yè)高質是其根本發(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、電控液壓轉向或線控液壓轉向技術、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、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、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260kW，可持續(xù)工作4h或滿足55km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、驅動系統(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)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，保證懸掛的工作狀態(tài)或調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、地圖構建技術、路徑規(guī)劃技術、轉向控制技術等。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、機具自動調節(jié)等功能，控制精度高，可滿足多種田間作業(yè)。