2023年是“农业的根本出路在于机械化”著名论断提出的第64个年头,几十年时间里中国拖拉机制造业潮起潮落,发展到现在已经是国民经济不可或缺并具有相当规模的制造体系。
中国的拖拉机不管是结构、质量、性能、可靠性还是技术含量等方面,都跟发达国家有明显差距,对国内市场需求来说只能做到基本满足。
中国拖拉机发展历程
中国拖拉机制造业起步的标志应该是1955年10月第一拖拉机制造厂破土动工,3年后新中国第一台拖拉机问世,并在随后1年时间里顺利进入量产环节。
1955年到1965年的10年时间中,中国主要是引进和仿制前苏联拖拉机产品,先后建立了一拖、长拖、天拖、鞍山拖等等十余个大中型拖拉机制造企业。
东方红-54型履带拖拉机就是当时非常盛行的一款拖拉机,出现在各种宣传画和报刊媒体上,具有马力大、速度快、油耗低等优点。
70年代进入黄金发展期,东方红54的年销产量达到2万台左右,直到十一届三中全会后,农村实行家庭联产承包责任制,拖拉机市场需求结构出现非常大的变化,原本盛销的大中型拖拉机迅速遇冷。
取而代之的是小四轮和手扶拖拉机得到空前发展,但是因为生产的标准化、通用化、系列化程度比较差,转型期间又有着投资分散和生产管理方式落后等缺点,中国拖拉机制造业产销均出现下降陷入困境。
为了在残酷的市场活下去,数据显示当时有15家大中拖企业被迫转型或兼产小型拖拉机,1979年到1984年短短5年时间中国大中拖企业从65家减少到21家,产量也由12.56万缩减到3.9万台。
东方红54逐步在市场上消失,1999年它的产销量占比已经下降至23%,一直到2016年左右东方红54彻底退出市场。
那个时期中国农业属于领先水平,农业机械行业起步也算比较早的国家,但是随着科学技术的发展,发达国家把握机会率先把先进技术应用到农业机械上,推动农业机械的可靠性、安全性和适应性取得长足发展。
特别是上世纪末以后,随着电子控制、智能控制、机电液一体化等技术在农业机械的应用,农业机械水平不断提高。
而同时期中国拖拉机制造业的发展目标却定位在加大马力上,以中国一拖为例,它在2007年推出动力换挡重型拖拉机,2010年更是把马力推动到200匹以上。
中国拖拉机在马力不断加强的时候,像电控技术、液压技术、传感器、控制策略以及人机交互上面缺少深入研究,技术发展滞后,跟发达国家的拖拉机存在明显差距。
电液悬挂技术优劣差别
液压悬挂系统作为拖拉机的重要组成装置,主要用于农机具的连接、悬挂、提升、下降以及作业深度控制方面。
液压悬挂系统功能的优劣直接影响拖拉机的田间作业质量,也是判断拖拉机性能的重要指标。
随着电控液压技术的日益完善,在发达国家中大功率拖拉机的悬挂系统上,这项技术被发挥得淋漓尽致。
电控液压悬挂系统以电子信号替代机械反馈信号,通过控制器接收传感器的电子信号,经过处理后输出信号给电液比例阀来控制液压油缸的升降。
国外的主流市场上很多知名公司的大功率拖拉机都装备了电控液压悬挂系统,比如约翰迪尔、纽荷兰,都各自开发了相应的数字化耕深控制系统。
最成熟的无疑是德国BOSCH公司的拖拉机电控液压悬挂系统,该系统分三部分:电气部分、液压部分和机械部分。
控制阀使用LS系统通过负载敏感技术控制阀芯运动,提高拖拉机液压效率,实验结果证明该产品耕深误差小,可以降低拖拉机能耗2%—3%,整体工作效率较高。
除此之外这套电控液压悬挂系统还有两个特点。
1、降低驾驶员作业强度,采用耕深自动控制办法,耕地作业时只需要在控制面板上设定目标耕深和力度综合度系数就可以,此举可以大幅降低驾驶员的劳动强度,让驾驶员从传统的手动调节耕深操作中解放出来,专注于拖拉机的田间行驶。
2、提升拖拉机的智能化、自动化水平,通过和GPS导航技术、CAN总线技术和高精度传感技术等相结合,实现拖拉机作业智能化控制,让拖拉机更符合未来精细农业的发展要求。
相比起国外运用广泛的电控液压悬挂技术,国内大部分拖拉机仍然采用传统的液压悬挂控制技术控制作业深度,只有部分大中马力拖拉机上有配置电液悬挂系统。
中国拖拉机传统液压悬挂系统耕深控制方式主要有三种:高度调节、力调节和位调节。
高度调节是通过驾驶员调节农机具上地轮的高低位置,来改变地轮和农机具工作部件底平面之间的相对位置。
力调节和位调节都是通过驾驶员控制调节手柄,让农机具维持在某个位置不变方便进行作业。
这种手动控制在实际作业中存在不少缺点,比如耕深控制精度低,三种方式都是机械式调节,误差很大。
工作时不可以采用两种或两种以上的耕深控制方式,并且一旦选用某种调节方式还不能随时更换,必须停机后驾驶员才能选择另一种作业方式。
不能进行滑转率控制也是很大的问题,如果驾驶调节不当或拖拉机功率不足时,就会出现拖拉机驱动轮打滑、排气管冒黑烟现象,既降低了作业效率还平白增加油耗。
落后意味着要挨打,中国农业大学、南京大学、江苏大学等高校意识到该方面的差距,近年来不断深入研究自动耕深控制技术的智能控制算法、CAN总线传输技术、多参数调节技术等等。
在理论阶段取得丰富的成果,也制作了样机进行实验。
一起参与进来的还有中国部分企业,比如悦达智能农业装备有限公司,这家公司综合考虑市场与成本后,研究出一款适合中国国情的力位综合控制的新型电控液压悬挂系统。
国内外拖拉机比较起来还差在哪里
驾驶室方面传统拖拉机要求比较简单,能遮风挡雨足矣,但如今拖拉机驾驶室里面在保证视野的基础上,更注重安全性、舒适性、可靠性,要求智能化、信息化,需要完成拖拉机的大部分信息显示记录、驾驶操控和远程通信等功能。
以凯斯纽荷兰的Magnum系列拖拉机驾驶室为例,安全性是它非常看中的一个方面,配置有减震悬架,可以隔离地盘震动,保证驾驶平稳。
座椅下还装有空气悬浮系统,能让驾驶员进行40°右转,实现180°全方位视野,该驾驶室的控件位于右上方,一切都在驾驶员的视野之内,不管是田间行驶还是操作都极为方便。
装有多重控制的扶手控制台和ICP直观控制面板,所有重要操作都继承在一个简单的控制器上,可以实现速度选择、转向、油门等多个功能。
配备智能空调实现驾驶室温度自动控制,方向盘也能够倾斜和调节高度,右前立柱上的显示与控制面板能让驾驶员实时了解到拖拉机的系统状况、滑转率、已耕作面积和维护提醒等,一旦出现警告信息会马上向驾驶员报警,并在必要时自动关闭发动机。
驾驶室人机工程方面中国拖拉机还处于起步阶段,不像国外拖拉机企业那样注重人机工程。
驾驶室的配备上就能看出国内外的差别,一个好的驾驶室可以协调操作显示与安全性、舒适性于一体,振动、噪音水平较小,可以方便驾驶员操作,大大降低劳动强度提高舒适性。
随着时代发展拖拉机和农机产品已经达到道路行驶的最大允许尺寸,如何在广大的区域内用最少的人工控制最多的拖拉机成了急需解决的问题。
美国制造商DOT公司向市场推出一种能自主操作的U型自走式底盘,可以装配容纳常规尺寸的农机设备。
这种自走底盘不仅可以在纵向的道路上行驶,还可以在横向的作业现场地面进行行驶,而且Kubota公司还将Leader-Follower(领导—追随)原理的半自主解决方案,引入“自动驾驶拖拉机”的概念中。
这样一来就有可能允许拖拉机在现场作业期间,用一个驾驶员对两台拖拉机进行作业操纵控制和技术性能监视。
这项技术目前已经成功在Kubota公司的拖拉机上使用,例如该公司旗下的M7001型拖拉机已适配成功。
综上所述可以发现中国拖拉机技术水平和国外先进企业差距较大,主要在智能化与信息化上面,具体表现在智能控制、机电液一体化技术、制造工艺和人机工程等四个方面。
中国已经意识到拖拉机是保障农业发展的另一个支柱,中国农业机械相关高校、科研院所或者拖拉机企业在政府指导意见和方案的调控下,充分把握国家对新型高效农业机械,尤其是拖拉机提出的具体发展要求。
智能化助力国产农机弯道超车
2020年6月洛阳伊滨区的产业园中,国家农机装备创新中心发布国内首台5G 氢燃料电动拖拉机。
这个国家农机装备创新中心,是由中国一拖牵头组建,汇集了中国一拖、中联重机、清华大学以及中科院计算所等多家单位。
发布会上银白色不锈钢外壳的电动拖拉机吸引着大家的目光,5G高清摄像头、蘑菇头GPS天线,还有诸如毫米波雷达和大数据云平台等等高科技技术在这台拖拉机上出现。
根据现场的演示效果,通过远程操控这辆无人驾驶拖拉机迅速进入农田,自动规划路线、自动行驶,用精准且高效的手法完成耕地作业。
氢燃料电动拖拉机是依据当前的农机产业环境以及未来科技发展趋势,采用永磁同步中置主电机驱动,提升与转向由独立电机驱动。
主要以氢燃料电池供电为主,锂电池供电为辅的能量供给模式,在它的身上既有传统拖拉机的所有功能,比如适用平原或者丘陵地带。
也有新兴科技光环加身,在无人化模式下能够按照规定的路径进行犁耕、旋耕、播种等农业作业。
通过5G具备的高速率、低延时、大连接等特性,将5G应用场景和新型农机无人集群场景有机结合,使之有效提升农机作业的可靠性,给用户提供更高质量的服务。
随着农机装备智能化的深入推进和实施,拖拉机智能化将在现代化农业和新农村中得到全面实现,智能拖拉机一定会替代传统拖拉机,给现代化农业插上一对新的翅膀帮助其起飞。
到了2021年博创联动和东风、五政等国内知名农机生产制造企业联合打造的智能拖拉机问世,车辆具备了完整的智能系统,北斗卫星系统在这套系统得到充分发挥。
在不断地推广中,中国北斗农机自动驾驶系统已部署超过6.5万台,其中更多的是中小型拖拉机或农机设备,不过大中型智能农用拖拉机渗透率也在快速提升。
尽管有这些接连不断的好消息中,但是中国不得不认清一个现实,那就是2020年横空出世的氢燃料拖拉机是一款试验阶段的产品,时至今日还没有能实现量产。
目前中国拖拉机的最大的发力点是在智能及自动化系统上,2022年博创inside2.0智能拖拉机与解决方案的问世,代表着中国拖拉机车机系统正在逐步和国际接轨。
除了智能控制要追赶,中国拖拉机制造业在培养优质人才、提高科研投入、提升制造工艺上还有一段路要走。
中国的拖拉机企业很多,但绝大多数是中小企业,还有极少数以组装为主的家庭作坊式工厂,这些工厂里面出来的拖拉机寿命短、可靠性低,后期维护成本高。
中国拖拉机产业想发展壮大,必须坚持科、研、产三位一体,以攻克关键技术为发展路线。
想要进一步提升中国拖拉机在国际上的竞争力和实力,中国还需要努力。
参考:
《拖拉机电液悬挂技术应用现状与展望》
《我国拖拉机制造业70年发展成就与趋势》
《近期国外拖拉机和农用运输车技术发展趋势》
《国内外农用拖拉机先进技术研究及对比分析》
《中国一拖发布全国首款5G 氢燃料电动拖拉机》
《智能拖拉机引领农机智能化发展助力国产农机弯道超车》
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作者:如愿
编辑:林妍
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