小型四轮拖拉机水田旋耕机：浅析拖拉机产品特点及国内外发展趋势

１ 拖拉机产品特点

拖拉机是一种动力机械或动力源，用于牵引和驱动各种配套机具，完成农业田间作业、各种土石方工程作业、运输作业和固定作业。拖拉机一般由发动机、传动系统、行走系统、转向系统、液压悬挂系统、动力输出系统、电器仪表、驾驶室及操纵系统组成。按功能和用途可分为农业、工业和特殊用途等拖拉机；按结构类型可分为履带式、轮式、船形拖拉机（机耕船） 和自走底盘等。拖拉机必须和各种作业机具组成拖拉机机组（或简称机组） 才能完成各种作业。机组所完成的作业种类极为繁多，涵盖与农艺相关的方方面面。广泛的应用决定了拖拉机具有如下显著特点：

１）适配性广。

通过与农机具的连接装置，能以多种形式将拖拉机动力传递给农具。拖拉机输出动力主要分为两种形式：一种是以独立或同步式的旋转轴头，将发动机的动力输出给农具，一般拖拉机都配备多种转速的动力输出（Power Take off，PTO），通过 PTO 轴头将拖拉机动力传递给机具；另一种是通过拖拉机发动机、传动系、行走系，带动农具随拖拉机一起移动，完成牵引力的输出。

２）变速箱结构紧凑，挡位多。

拖拉机为了与各种农具配套完成多种多样的作业，变速箱一般都设计了多个挡位，一般中、大型拖拉机都具有 10 个以上的挡位。通过相应的操纵机构，驾驶员完 成挡位的选择操作， 配合农具完成作业。

３）配置多，选装丰富。

拖拉机完成一般农田作业，地域跨度大，需要具有多种多样的配置来适应不同的作业环境。如：水田地区作业需要选配花纹轮胎，热带地区需要选配带空调的驾驶室，运输作业需要选装气制动系统，旱田作业为了减小接地比压需要选装双轮胎等。

拖拉机具有的上述显著特点，决定了拖拉机是结构紧凑、复杂、配置多、功能多的复杂机械。

２ 国外拖拉机的发展趋势

拖拉机起源于欧、美，至今已经走过了百余年的发展历史。发动机走过了蒸汽机、汽油机到柴油机的发展历程，由最初的单缸到双缸再到多缸；变速箱由最开始配套蒸汽机的１挡无倒挡、配套内燃机的2、3 挡带倒挡到如今的多达数十个挡位及无级变速，换挡方式也由滑动齿轮换挡、啮合套换挡、同步器换挡到动力换挡、无级变速；驾乘系统也随着整机的进步而快速发展，由最初的简易座椅无驾驶室，到现在的正压全密封舒适型机电液、智能高度整合的现代化驾乘系统。近年来，随着智能控制技术、全球定位技术和网络及信息传递技术的蓬勃发展，深刻地改造了传统的拖拉机，使之向更高效、更舒适、更智能方向发展。

１）拖拉机的自动化、智能化蓬勃发展。

近年来，以芬特、约翰迪尔、凯斯纽荷兰等为代表的拖拉机先进企业，大量应用自动化、智能化、信息化技术升级拖拉机。在无级变速传动方面，机械液压双功率流无级变速的应用更加广泛，几乎所有的欧美拖拉机企业均可提供无级变速产品。如约翰迪尔公司的6R、7R及8R系列，均可选装Autopowr IVT无级变速，功率覆盖81～272kW；凯斯万国公司全系列大功率产品可提供无级变速配置，功率覆盖74 ～397kW。动力换挡经过50余年的发展，依托电子控制技术的不断进步，依旧保持活力，开始取消区段换挡杆，向自动切换发展，在公路上取得与无级变速一样的驾乘感受。如约翰迪尔公司推出e23全动力换挡变速箱（154 ～294kW）后，又开发了Command 8 变速箱，8 速动力换挡，３个电控同步换段，在全部 24个挡之间进行自动切换，应用在5R 系列上（66 ～92kW）。双离合器技术应用增多，使换挡更快速、顺畅，动力输出不间断，逐渐开始在拖拉机上应用。如约翰迪尔在其 6R系列拖拉机（110 ～154kW）上推出了 Direct Drive双离合器变速箱，8个同步挡位采用双离合器控制，同步挡位及3个区段挡采用电磁铁控制切换，可实现24 个前进挡，最高速度50km／h，见图1。拖拉机在传动系动力换挡／无级变速技术、静液压驱动技术、双离合技术的应用下实现了不间断动力换挡、自动换挡，既提高了工作效率和质量，还大幅降低了操纵工作强度。

２）拖拉机的操纵轻便性、安全性和驾驶环境舒

适性越来越受到重视。

设计制造密封、静音良好的驾驶室和各种显示清楚、明了的仪表不仅可改善驾驶员的驾乘工作条件，保证作业安全，还可提高劳动生产率和工作质量。四柱驾驶室的广泛应用，保证了驾驶员有更好的视野；驾驶室内部的布置精益求精，从地板、座椅、内饰到各种杆件、按键、显示器的布置，色彩搭配无不考虑驾驶员操作的舒适性与方便性；换挡及液压操纵等采用电控技术，扶手操纵及右侧操纵台的应用，将诸多操纵功能集成，降低操纵力；前桥悬架、驾驶室悬架及空气悬架座椅的应用，进一步降低振动；驾驶室密封良好，耳旁噪声显著降低，最低已经达到69db；采用自动调节的空调系统及精心设计的出风口，提高舒适感；集成诸多功能的大尺寸（12寸以上）触摸显示屏，能够帮助驾驶员操作，提高工作效率。各主流拖拉机厂商的驾驶室见图2。

３）精准农业和智慧农业技术迅速应用到拖拉机上。

世界领先的拖拉机制造商都推出了各自的智慧农业和精准农业技术的解决方案，如凯斯万国的AFS系统和纽荷兰的PLM系统、约翰迪尔的AMS 系统、克拉斯的EASY系统及AGCO 的FUSE 系统等。这些系统一般都包括农业导航与显示技术系统（Guidance and Displays）、农业作业管理术系统（CropManagement）和远程数据通信管理技术系统（Data Management） 等，实现GPS 精准定位、自动转向、ISOBUS、远程监控、土壤和环境监测、病虫害分析、土壤养分分析、作物情况分析等功能。这些情况表明，全球农业技术已经从重点关注操作者、执行设备等方面，转换为如何实现信息共享、如何精准施肥灌溉、如何因地制宜精准作业、如何在整个作物生长周期内都能采取最佳的方法控制作物生长等智慧农业方向。见图3。

３ 国内拖拉机产品的发展趋势

通过对国内拖拉机的生产和使用情况分析，总结出国内拖拉机的发展主要体现为如下趋势：

１）作业模式向单一专业化模式转变。

以欧美为代表的拖拉机典型应用场景是拖拉机具有全功能，以牵引力作业为主，以动力输出（PTO）作业、液压输出作业等为辅。国内受农艺限制及以代耕、租赁为主的作业形式，产生了以单一专业化作业为主，兼顾其他应用的模式。换而言之，就是用户购买拖拉机之后就是以一种单一的作业方式进行应用，其他功能很少使用，或基本不用。因此，如何根据国内应用以单一作业模式为主的特点开发单项作业高效率产品，而不是兼顾全方面功能的产品是国内拖拉机制造企业面临的新课题。

２）国家购机补贴影响深远。

国家购机补贴的趋势导向作用，促使拖拉机向大功率、四轮驱动方向发展，但受限于单一作业模式（如旋耕）、作业幅宽及负荷不变但追求高的作业速度要求，而对影响整机牵引力的使用质量并未受到重点关注。因补贴详细实施细则各省年度均会有或多或少的变化，为此要求产品的设计开发周期应尽可能快地跟上市场的变化和发展，以一年内完成较为适宜。近年国内拖拉机市场经过充分竞争后，粮食价格走低，农民收入降低，再加上补贴的引导作用，就要求生产厂家从模块化的角度对一个功率段进行具体细化，由一般用途全功能拖拉机向以突出主要作业为主、次要作业为辅的强化“单一”应用的拖拉机产品转变，以最快速度开发出来，适应用户对产品的需求，从而切准用户需求，提高产品性价比。

国内很多二三线企业充分利用社会化资源进行简单的组合，或者简单的功率升级，结合国家对大功率拖拉机的补贴，以中、大功率拖拉机为契机实现了快速进入拖拉机行业。

３）平均功率不断增大。

为了提高单机的作业生产率，形成集约化作业优势，平均功率逐年增大。北美和东欧地区因地块大，农业生产规模大，大型农机具更适用，大功率拖拉机成为必需。在一般发展中国家仍以中小功率拖拉机为主，但其平均功率也在不断增大。尤其是近年来，我国拖拉机在购置补贴的持续拉动下，主销的大功率拖拉机功率由 88kW迅速增大到147kW以上，但该部分拖拉机主要以轻负荷的PTO作业为主。

４）轮式拖拉机占据主流，履带变型以南方水田专用轻型自走式旋耕机为主。

在美国、意大利和中国，虽在部分使用履带拖拉机，但所占比重也在不断下降，约在拖拉机总量的20%以下。随着拖拉机功率的增大，四轮驱动拖拉机得到快速的普及。我国近年来大力推进深松、深翻，并给予作业补贴，这些因素更促进了大功率四轮驱动拖拉机的发展。履带式拖拉机在国内占比逐年下降，主要以湖南等南方水田作业的自走式履带旋耕机为主，原因是履带底盘提高了拖拉机在水田中的牵引附着性能和通过能力。

４ 对近年来国家拖拉机行业相关政策解读

１）引入“ Ｋ”值的探索。

目前国内为抑制“ 大马拉小车”的行业不良发展趋势，内蒙、安徽、甘肃等省陆续在公布补贴目录时同步增加了“ K”值要求。 引进“ K”值的目的是为了约束拖拉机主机的功率大、使用质量小的问题，在一定程度上可以限制“ 大马拉小车”。但是从推进技术进步角度，在发动机功率一定的条件下，通过优化设计、提高零部件强度等措施，使拖拉机主机的最小使用质量或结构质量变小，通过增加配重来保证使用质量，是技术进步的体现。因此，完全靠限制“ Ｋ”值终究解决不了“大马拉小车”的问题。为此，相关省对于不满足K值要求的主机，多采取了降档补贴的措施进行限制，而没有“ 一刀切” 地不予补贴。表1为目前增加 K 值要求的各省要求情况，截止2020年，全国共计11个省（黑龙江地方和农垦要求不同）公布了对K 值的要求，其中有 6 个省采用了最小使用质量与马力比值的计算方法，其余5 个省采用了最小使用质量与千瓦比值的计算方法。二者换算关系为1 kg／hp ＝0.735kg／kW

表1 截止2020年对K值有要求的省市

２）拖拉机能效等级的稳步推进。

2019 年８月1日，农业农村部发布《中华人民共和国农业农村部公告第196 号》、《农机质量监测技术规程》等123项农业行业标准，批准发布为中华人民共和国农业行业标准，自 2019年11月1日起实施。其中包括 NY／T2017－2019《轮式拖拉机能效等级评价》，标准通过量化拖拉机的能效，即单位燃油消耗量所能输出的功，同时通过量化在特定工况下实测能效与该工况能效限制的比值，即能效比，来评定拖拉机的能效等级，实现对拖拉机综合效能的评价，进而为实现对于类似“大马拉小车”等现象的量化评价提供了评价途径。按照标准规定，拖拉机的能效等级共分为4级，其中1级能效最高（能效比最大），4级能效最低（能效比最小）。通过对拖拉机主机主要作业工况的能效进行限制、评级，可以量化地对整机的作业效率和油耗进行综合评定。后续如配合对不同能效比的产品进行差异化的补贴，对于行业提升产品品质、抑制“大马拉小车”现象更具有可操作性和更科学的量化指标。如表2、表3所示。

表2 能效限值

表3 能效等级及对应的能效比限值

Table 3 Energy efficiency grades and corresponding energy efficiency ratio limits

（未完待续）