自2004年《農(nóng)業(yè)機(jī)械化促進(jìn)法》實(shí)施以來，農(nóng)業(yè)機(jī)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(dòng)力機(jī)械，拖拉機(jī)企業(yè)較多，同質(zhì)化嚴(yán)重，且技術(shù)水平依然處于發(fā)達(dá)20世紀(jì)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(jī)先進(jìn)技術(shù)及我國拖拉機(jī)技術(shù)現(xiàn)狀的研究，準(zhǔn)確把握國外先進(jìn)拖拉機(jī)的技術(shù)、了解我國拖拉機(jī)的發(fā)展水平、意識到存在的差距，為我國拖拉機(jī)技術(shù)的研究提供參考，明確發(fā)展發(fā)現(xiàn)及技術(shù)路線，不斷提高我國拖拉機(jī)的技術(shù)水平，同時(shí)也為其他農(nóng)業(yè)機(jī)械的發(fā)展提供參考。

1先進(jìn)技術(shù)介紹

拖拉機(jī)屬于動(dòng)力機(jī)械，作業(yè)高質(zhì)是其根本發(fā)展方向。智能化、信息化、多功能是先進(jìn)拖拉機(jī)體的主要特點(diǎn)，具體表現(xiàn)在電子控制技術(shù)、液壓技術(shù)、傳感器、控制策略、制造工藝等方面的應(yīng)用。

1.1液壓技術(shù)

拖拉機(jī)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(dòng)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(yīng)用有液壓提升、液壓輸出、液壓制動(dòng)、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(yīng)用如表1所示。隨著機(jī)電液一體化技術(shù)的發(fā)展，液壓技術(shù)的應(yīng)用水平直接決定了拖拉機(jī)的智能化水平，比如說電控液壓懸掛技術(shù)、電控液壓轉(zhuǎn)向或線控液壓轉(zhuǎn)向技術(shù)、液壓懸浮減震技術(shù)等，這些技術(shù)在國外已經(jīng)是較為成熟的技術(shù)。

表1液壓技術(shù)在拖拉機(jī)上的應(yīng)用

1.2電動(dòng)拖拉機(jī)

電動(dòng)拖拉機(jī)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(dòng)拖拉機(jī)的優(yōu)點(diǎn)逐漸明顯。與傳統(tǒng)的燃油拖拉機(jī)相比，其扭矩較大，且可以實(shí)現(xiàn)無級變速，具有、底噪、低污染等優(yōu)點(diǎn)。但針對電動(dòng)拖拉機(jī)的能源管理技術(shù)、電機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)等與拖拉機(jī)的滿足惡劣環(huán)境工作、續(xù)航時(shí)長高、性好等要求還有差距，其應(yīng)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(dòng)拖拉機(jī)：ＳＥＳＡＭ（ＳｕｓｔａｉｎａｂｌｅＥｎｅｒｇｙＳｕｐｐｌｙｆｏｒＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌＭａｃｈｉｎｅｓ），該電動(dòng)拖拉機(jī)已經(jīng)完成田間作業(yè)試驗(yàn)，功率為260kW，可持續(xù)工作4h或滿足55km的運(yùn)輸作業(yè)。以中國農(nóng)業(yè)大學(xué)、南京農(nóng)業(yè)大學(xué)為主的高校就電動(dòng)拖拉機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、CAN總線傳輸、控制策略、試驗(yàn)臺架進(jìn)行了理論分析、仿真試驗(yàn)、臺架試驗(yàn)，取得了一定的研究成果，部分學(xué)者研究并試制了果園用小功率的電動(dòng)拖拉機(jī)樣機(jī)，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(dòng)拖拉機(jī)仍無成熟樣機(jī)。2012年，中國拖拉機(jī)公司與美國公司合作開展電動(dòng)拖拉機(jī)相關(guān)技術(shù)的研究，但至今未見關(guān)于推出樣機(jī)的相關(guān)信息。2018年由農(nóng)機(jī)裝備創(chuàng)新中心研發(fā)的以自主知識產(chǎn)權(quán)的電控系統(tǒng)為核心，集成應(yīng)用北斗導(dǎo)航、毫米波雷達(dá)、視覺等無人駕駛系統(tǒng)的國內(nèi)臺純電動(dòng)無人駕駛拖拉機(jī)進(jìn)入人們視線，并已開始田間試驗(yàn)階段。

1.3電控液壓懸掛

懸掛是拖拉機(jī)的關(guān)鍵組成部分，是實(shí)現(xiàn)拖拉機(jī)耕地、播種、施肥等作業(yè)功能的基本配置。早期，作業(yè)機(jī)具多以繩索或鏈條連接，直至19世紀(jì)30年代出現(xiàn)了液壓三點(diǎn)懸掛裝置，到現(xiàn)在拖拉機(jī)上已基本標(biāo)配液壓懸掛系統(tǒng)。傳統(tǒng)的液壓懸掛采用機(jī)械液壓方式實(shí)現(xiàn)反饋控制，隨著傳感器技術(shù)的發(fā)展，反饋信號可以通過相應(yīng)的傳感器來獲取，加上電子控制技術(shù)的應(yīng)用，電控液壓懸掛技術(shù)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(jī)耕作時(shí)的耕作阻力、耕作深度、拖拉機(jī)滑轉(zhuǎn)率，并提高處理器輸出指令進(jìn)而控制液壓油缸的伸縮實(shí)現(xiàn)控制懸掛的提升與下降，保證懸掛的工作狀態(tài)或調(diào)整到預(yù)設(shè)的耕作位置，實(shí)現(xiàn)耕作深度的自動(dòng)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(shù)較為成熟，在國外先進(jìn)企業(yè)得到了廣泛應(yīng)用，該系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)耕作深度自動(dòng)控制的基礎(chǔ)上還可以實(shí)現(xiàn)故障診斷、主動(dòng)減震、擴(kuò)展控制、前提升器高度控制、接地壓力控制等功能。試驗(yàn)表明，該系統(tǒng)控制誤差較小，精度較高。中國農(nóng)業(yè)大學(xué)、南京農(nóng)業(yè)大學(xué)、江蘇大學(xué)等高校就自動(dòng)耕深控制技術(shù)的智能控制算法、CAN總線傳輸技術(shù)、多參數(shù)調(diào)節(jié)技術(shù)等進(jìn)行了深入的研究，取得了豐富的理論成果，制作了樣機(jī)，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(dá)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(dǎo)航駕駛系統(tǒng)

拖拉機(jī)自動(dòng)導(dǎo)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(qiáng)度、減少人力資源、提高作業(yè)效率等優(yōu)點(diǎn)，是精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的基礎(chǔ)。實(shí)現(xiàn)拖拉機(jī)導(dǎo)航的方法有多種，包括衛(wèi)星導(dǎo)航、視覺導(dǎo)航、電磁導(dǎo)航等，現(xiàn)在拖拉機(jī)上應(yīng)用較多的就是衛(wèi)星導(dǎo)航方法，自動(dòng)導(dǎo)航駕駛技術(shù)的關(guān)鍵在于環(huán)境感知技術(shù)、地圖構(gòu)建技術(shù)、路徑規(guī)劃技術(shù)、轉(zhuǎn)向控制技術(shù)等。根據(jù)駕駛的自動(dòng)程度，拖拉機(jī)導(dǎo)航駕駛系統(tǒng)又可以分為輔助駕駛系統(tǒng)、自動(dòng)駕駛系統(tǒng)、無人駕駛系統(tǒng)，各有優(yōu)缺點(diǎn)，具體分類如表２所示。國外先進(jìn)拖拉機(jī)企業(yè)現(xiàn)已有成熟的導(dǎo)航產(chǎn)品，且已實(shí)現(xiàn)模塊化，移植性較好，通過參數(shù)的調(diào)整設(shè)置，可以靈活的應(yīng)用到不同的拖拉機(jī)上。

表2基于衛(wèi)星的拖拉機(jī)自動(dòng)導(dǎo)航駕駛系統(tǒng)分類

上世紀(jì)70年代美國發(fā)明GPS以來，其在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用范圍、方式得到不斷拓展。如今北斗導(dǎo)航系統(tǒng)工作衛(wèi)星已達(dá)33顆，服務(wù)性能不斷提高，民用范圍逐漸擴(kuò)大，基于北斗導(dǎo)航的自動(dòng)駕駛拖拉機(jī)也在研發(fā)試用當(dāng)中。中國農(nóng)業(yè)大學(xué)、南京農(nóng)業(yè)大學(xué)、華中農(nóng)業(yè)大學(xué)、重慶理工大學(xué)等高校就自動(dòng)導(dǎo)航轉(zhuǎn)向控制系統(tǒng)、控制決策方法、障礙物識別等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究試驗(yàn)，取得了豐富的理論成果。部分企業(yè)也推出了自動(dòng)導(dǎo)航拖拉機(jī)，雷沃重工股份有限公司、中國一拖集團(tuán)有限公司均推出了自主研發(fā)的自動(dòng)導(dǎo)航拖拉機(jī)，以雷沃重工為例，其自動(dòng)導(dǎo)航拖拉機(jī)可實(shí)現(xiàn)定位、導(dǎo)航、機(jī)具自動(dòng)調(diào)節(jié)等功能，控制精度高，可滿足多種田間作業(yè)。