拖拉机作为农业装备的核心装备，自自台拖拉机发明以来，拖拉机技术发展已百余年。从早期笨重的蒸汽机动力、简单的机械传动和钢丝索牵引农具，到后来的内燃机和机械液压传动，拖拉机技术日趋成熟。２０世纪８０年代以后，随着电子控制及信息技术的迅速发展，拖拉机产品的功能和性能得到飞速提高。而今天在混合动力和全电驱动的席卷而来的背景之下，拖拉机发展也即将步入一个革命性的发展阶段。

    田间作业拖拉机功率显著提高

    发展农业机械化的主要目标之一就是提高劳动生产率。随着农业综合机械化水平的不断提高，所需动力增加，因此拖拉机的平均功率不断提高。采用复合作业可以提率，减少拖拉机在田间的工作次数，减少对土壤的压实，实现保护性耕作。目前，欧美用于田间作业的拖拉机功率覆盖范围为８８～370ｋＷ，；在我国拖拉机市场上对功率的追求也在不断提升，从前几年的５６ｋＷ 到现在250ｋＷ以上.

    农业拖拉机转移运输速度迅速提升

    随着拖拉机功率的提高、牵引力的增大以及电子控制技术的应用，拖拉机田间作业的速度有所提高，但最为明显的是拖拉机转移运输速度的提高。对于中、小型通用拖拉机而言，运输是一个重要的作业工况，速度的提升就意味着生产率的提升。对于大型拖拉机可以有效地减少作业辅助时间，有效地
提高生产率。因此，国际上主流拖拉机产品的速度在短短的两年内从４０ｋｍ／ｈ提高到５０ｋｍ／ｈ。更有甚者，ＪＣＢ公司的８２５０ＦＡＳＴＲＡＣ型拖拉机的速度达到了７０ｋｍ／ｈ。

    农业拖拉机的性、舒适性以及维护保养方便性不断完善

    拖拉机是一种在复杂工况下的非道路作业机械，性是各国相关法规和技术规范的强制性要求。随着拖拉机技术的发展，对性的要求已经从对驾乘人员的保护，如防落物系统／防滚翻系统（ＦＯＰＳ／ＲＯＰＳ）驾驶室，逐步发展成为对机器作业全过程以及整个作业环境的性要求。

    对拖拉机驾乘舒适性的要求实质上是性的延伸。经过多年的技术进步，对驾驶员的保护已不仅仅是从出发，同时还更进一步关注对驾驶员的疲劳损伤和环境损伤。驾驶员的耳旁噪声指标已经成为产品认证中的一项重要技术指标。其噪声水平由最初的９０ｄＢ到目前先进拖拉机的７２ｄＢ或更低，达到了轿车的水平［６～７］。随着拖拉机速度提高，４～５年前出现了用于拖拉机高速行驶缓冲减振的主动或半主动悬浮式前桥，短短几年间中、拖拉机上悬浮式前桥已由选装变为标配，而且应用的范围也向73.５ｋＷ 左右的大、中功率拖拉机延伸。同时驾驶室悬架成为的高速减振技术，与前桥悬架、空气悬浮座椅组成了三级减振系统。维护保养方便性同样也是人性化设计的产物。免维护、少保养成为农业拖拉机的一个重要发展方面。


    专业型、通用型与专用型拖拉机发展相得益彰

    拖拉机诞生之初主要是用于田间作业，但是随着技术的不断进步，拖拉机也逐渐应用到了农业生产的各个方面，从而衍生出了各种不同型式的拖拉机。一般而言，用于田间作业的大型拖拉机属专业型拖拉机，其用途主要是配置大型复合农机具率地进行田间耕作。除田间作业外兼用于其他作业则称为通用型拖拉机，一般整机功率适中，匹配合理，性价比高。另一种拖拉机是非田间作业的专用型拖拉机，它们的主要用途不在于发挥牵引力的田间作业，而强调的是根据具体应用进行多功能作业，这种产品的特点是功率虽不大，但是配置齐全、。国际上拖拉机技术发展已经十分完善，根据各地区和应用的具体细分要求形成了各种成熟和市场承认的产品类型。


    环保节能新能源成为拖拉机技术的重要发展方向

    拖拉机配备发动机的所有技术进步均以有利于环保和节能为前提，拖拉机柴油机的排放法规要求越来越严格。４缸和６缸柴油机普遍采用增压和中冷技术，电控单体泵和高压共轨技术也逐步得以推广，生物燃料的研究也正在进一步得到发展。现代拖拉机上普遍采用的负荷传感液压系统，多挡动力换挡和无级变速传动系，使作业系统限度地实现节能。

    目前随着各国排放要求越来越严格，欧洲非道路排放标准也升级为欧ⅢB阶段，在SIMA展上，大部分企业已经展出了欧Ⅳ的产品。排放标准越来越严苛，当为符合排放标准付出的代价越来越大时，约翰迪尔提前准备，另辟蹊径不失为一种好的选择。并且，在未来自动化程度越来越高的时候，也只有电动化才能更加便捷地实现自动化。

    拖拉机部件技术的发展

    拖拉机整机性能的提高建立在部件技术发展的基础上。为了满足农业应用对机械作业要求的深入和细化，随着机械、电子、液压技术的发展，拖拉机部件逐步得以完善。

    拖拉机配套发动机技术的发展自１８９３年鲁道夫·狄赛尔（ＲｕｄｏｌｆＤｉｅｓｅｌ）发明柴油机以来，柴油机技术经历了诞生、摸索、发展阶段。到２０世纪６０年代末，柴油机技术发展基本成熟，随之柴油机技术向节能、环保方向发展，低排放、超低排放、准零排放和零排放技术成为当今柴油机公司的主要研究内容。应用增压中冷技术、四气门技术、废气再循环技术（ＥＧＲ）、可变增压器涡轮截面技术（ＶＧＴ）、电控单体泵和高压共轨技术以及尾气后处理等新技术提高燃烧效率，减少能耗和降低排放，以适应日益苛刻的排放法规要求。将多缸、小缸径、涡轮增压柴油机应用到小功率农业拖拉机上已越来越多，如３０ｋＷ ＤｅｕｔｚＦａｈｒＡｇｒｏｋｉｄ４５型和ＬａｍｂｏｒｇｈｉｎｉＲ１４５型采用了三菱Ｓ４ＬＴ６２ＳＴ缸径为７８ｍｍ的四缸增压柴油机，功率为２４.５ｋＷ 的ＭａｓｓｅｙＦｅｒｇｕｓｏｎ２４０５型上也采用了４缸增压柴油机。

    另一方面，大扭矩储备、高启动扭矩、高速恒功率、低速恒扭矩和低油耗成为大功率农业拖拉机配套柴油机的主要特点。例如ＤｅｕｔｚＦａｈｒＡＧＲＯＴＲＯＮ１００型的ＤｅｕｔｚＢＦ４Ｍ２０１２Ｃ发动机启动扭矩为额定扭矩的１２６％，油耗为２１２ｇ／（ｋＷ·ｈ）；而ＣＡＳＥＩＨ的Ｍａｘｘｕｍ系列发动机的扭矩储备均达到４０％以上。随着电控技术的应用，功率提升（ｐｏｗｅｒｂｏｏｓｔ）成为大功率农业拖拉机配套柴油机的又一个新技术特征。通过电子功率管理系统（ＥＰＭ）在ＰＴＯ作业和高速运输作业时，提升功率使发动机获得作业效率。发动机附件技术也随着需求的提高而不断进步。例如，装有硅油离合器的粘性风扇由于可以优化冷却性能，节省附件功率消耗，降低噪声，在农业拖拉机上得到越来越广泛的应用。可控风叶角度风扇，通过调节风扇风叶角度获得不同的风量风速，在作业循环终点地头转弯时还可逆转风向，吹风清洁散热器隔栅。

    拖拉机传动系和车架技术的发展

    农业拖拉机主要从事农田作业，速度范围很宽，从３ｋｍ／ｈ到５０ｋｍ／ｈ甚至达７０ｋｍ／ｈ，多挡、大传动比和长时间大负荷作业是农业拖拉机传动系的主要特点。对变速箱而言，虽然滑动齿轮换挡目前在国内还有应用，但是在拖拉机技术发展过程中，到２０世纪５０年代滑动齿轮换挡时代已经终止，至２０世纪７０年代末采用啮合套、同步器结构型式的传动系已发展成熟，但是此类机械换挡方式均存在换挡过程中动力间断问题，在带负荷作业时降低了作业效率。为了进一步提高作业效率，出现了采用换挡离合器磨擦传动的动力换挡传动系，是双速动力换挡（ＨｉＬｏ），如１９６９年的Ｆｏｒｄ的ＤｕａｌＰｏｗｅｒ和１９７２年ＪｏｈｎＤｅｅｒｅ的ＱｕａｄＲａｎｇ传动系等，随后是３速、４速及６速动力换挡传动系，如ＺＦ公司的Ｔ７２００和Ｔ７３００传动系等。至２０世纪９０年代区域动力换挡传动系发展成熟，传动系的进一步发展是全动力换挡变速箱和机械液压双流传动的ＣＶＴ传动系，如ＺＦ公司的Ｓｍａｔｉｃ、Ｅｃｃｏｍ传动系，Ｆｅｎｄｔ公司的Ｖａｒｉｏ传动系和ＪｏｈｎＤｅｅｒｅ公司的ＡｕｔｏＰｏｗｒ传动系等.随和混合动力的介入，像ZF这样专业的农业机械传动系生产商，已小批量推出了TMT系列混合动力的变速箱，目前还在欧洲小批量的进行样车配套。在可以预见的未来，混合动力甚至是全电驱动的拖拉机传动系将向今天的动力换挡技术一样大规模的进入国内市场。

    ZF TMT变速箱

    小功率（小于１８４ｋＷ）和中小功率（１８～４０ｋＷ）拖拉机主要采用同步器换挡传动系，配备倒挡或同步换向，部分机型采用静液压传动系（ＨＳＴ）或２～３区段静液压传动系；中功率（４０～７０ｋＷ）拖拉机主要是配置同步器换挡或同步换向，也有部分机型，如Ｆｅｎｄｔ的３００Ｖａｒｉｏ系列在中功率段就已配置机械液压双流无级变速传动系；大、中功率段以上的农业拖拉机上带有动力换向的动力换挡传动系是应用的主流，具有的性价比，应用功率范围正逐步加大。部分动力换挡传动系应用范围已扩展到了７３５ｋＷ 功率，如ＭａｓｓｅｙＦｅｒｇｕｓｏｎ６４５５型和ＪｏｈｎＤｅｅｒｅ６３３０型等机型。随着液压元件性能的提升，液压传动效率有了明显改善，从而机械液压双流传动的ＣＶＴ传动系得到了更为普遍的应用。ＺＦ公司的Ｓｍａｔｉｃ、Ｅｃｃｏｍ１５可以覆盖７３.５～２５７ｋＷ，Ｆｅｎｄｔ公司从３００Ｖａｒｉｏ系列到９００Ｖａｒｉｏ系列，功率覆盖了５９～２６５ｋＷ。全动力换挡传动系虽然由于继承性的原因，目前还有像ＣＡＳＥＩＨＭａｘｘｕｍＰｒｏ系列的机型，但是由于结构复杂成本高，正逐步退出大、中功率段，主要应用在１４７ｋＷ 以上的大功率段拖拉机产品，以发挥其传动效率高的特点。


    对于前桥而言，随着拖拉机速度的提高，大、中型拖拉机越来越多地采用液压空气悬浮式弹性前桥，其结合分离由管理系统与差速锁一起进行自动协调控制，以满足弹性高速行走与刚性低速作业两方面的要求。在ＣＬＡＡＳ的ＡＲＥＳ８３６ＲＺ上悬浮式前桥的功能得以进一步延伸，可用于暂时提高地隙，提高通过性。目前，悬浮式弹性前桥在４０ｋｍ／ｈ的机型上为选装，在５０ｋｍ／ｈ的机型上为标配，并已经向下延伸应用到了７３５ｋＷ 功率段。拖拉机速度提高后的另一个要求就是需要实现四轮制动，满足制动性能要求。其实现方法一是在前桥中增加制动器，二是在制动时通过控制系统与前驱动联动，目前后者的应用更为广泛。另一方面，为了减小转向半径，提高机动性和生产率，在小型拖拉机上应用倍速转向技术前桥，在大型拖拉机上则应用超级转向技术前桥。例如ＣＮＨ公司的超级转向前桥通过前桥与前托架的联动，转向角甚至达到６５°以上。

    无架式是轮式拖拉机的传统结构，除ＪｏｈｎＤｅｅｒｅ的产品外，几乎所有的其他知名品牌拖拉机都是采用这一结构。但是近来在较大功率（１３２ｋＷ以上）的农业拖拉机产品中，全架式和半架式结构的新机型也层出不穷，其原因一是功率提高后牵引力增大，通过半架式结构来弥补发动机结构承载能力的不足；二是为适合重负荷牵引作业或悬挂大型复式机具，整机质量分配前桥占的比例增大，已接近或超过５０％；三是目前的前悬挂机具作业和前装载作业负荷越来越大，有架式结构可以有效地提高整机结构强度。一些无架式的产品在增加前液压悬挂装置时，往往也需要增加两个边板与传动系壳体相联接。典型产品有半架式的ＦｅｎｄｔＶａｒｉｏ系列产品和全架式的ＪＣＢＦＡＳＴＲＡＣ系列产品。

    拖拉机液压系统技术的发展

    拖拉机上液压系统最初是应用在后悬挂系统，由液压元件的集成化开始逐渐发展到分置式液压系统、半分置式液压系统和整体式液压系统等几种不同的系统型式。

    目前，液压悬挂系统型式的发展又向分置式液压系统回归。结合电子控制技术的电控液压分置式系统，在提升力位调节性能的基础上，可在整机控制系统的管理下与其他系统联合动作，实现复合功能。如拖拉机悬挂农具转移时，通过对液压悬挂系统的主动控制实现整机减振，提高行驶速度和性。在驾驶室内右侧操纵台上和外部挡泥板上同时装有动力输出及液压提升控制按钮，挂接农具时也可在机外控制动力输出轴的接合分离及机具的升降。双作用电控液压悬挂系统能够实现强压入土和更好的减振功能，还可以在维修时起到辅助支撑的作用。

    液压悬挂系统的技术规格有了很大提高，液压系统流量从３０Ｌ／ｍｉｎ到１５０Ｌ／ｍｉｎ，压力从１０ＭＰａ到２１ＭＰａ，液压输出从１～２对到６～８对。液压提升能力后悬挂达到１～１０５ｔ，前悬挂达到０５～５ｔ。由于液压系统所占用的功率越来越大，节能就成为液压系统技术发展的重要方向。在经历了定量开心液压系统，变量压力反馈闭心液压系统后，目前在大、中功率以上拖拉机的液压系统已统一采用轴向柱塞变量泵的闭心负载传感液压系统，并且与电控技术结合实现自动控制，其优点在于可根据外部负载要求按需产生液压功率，限度地节能降耗，并可以实现多路液压系统复合作业。拖拉机整机液压系统除液压悬挂系统外还包括转向液压系统、传动系液压系统、润滑液压系统和低压操纵系统等，在采用负载传感系统后，往往可以实现一个或多个系统的合并，简化系统并提率和可靠性。

    驾驶室技术的发展

    拉机的驾驶室可占整机成本的２０％以上。从最初遮风挡雨的简易型驾驶室到目前复杂、舒适、和符合人体工程学的驾驶室，其技术发展主要集中在性、驾乘舒适性和操控人机工程以及人性化设计几个方面。在性方面，拖拉机多为符合防倾翻保护系统（ＲＯＰＳ）要求的框架式驾驶室，在倾翻时具有容身空间和逃生通道。在驾乘舒适性方面，驾驶室“Ω”型安装，前后支点可带被动或主动减振悬架；方向盘及操纵杆件避振安装；空调的安装位置、冷风及暖风的流向均经精心设计；驾驶室密封满足降噪、防尘和防农药要求；驾驶座椅多选用空气悬挂座椅甚至主动悬架座椅，刚度、前后位置均可根据驾驶员身高、体重进行调整；方向盘高度可调，立柱倾角前后大角度调整，并可留出宽敞的进出通道。在操控人机工程方面，各操纵按钮、杆件根据功能进行颜色分类并集中布置在驾驶座右侧操纵台或座椅扶手上，同时根据使用频度的高低进行分组；整机仪表及灯光控制设计简洁明了，右侧门窗立柱上安装拖拉机状态显示装置；发动机进排气管与驾驶室框架融为一体；视野可达３２０°；驾驶室的车梯、扶手、副驾驶座、杯托、文件柜等细节设计充分考虑人性化要
求。

    不同功率段拖拉机的技术配置情况

     我国传统上将功率小于１８４.ｋＷ 的拖拉机称为小型拖拉机，将１８.４ｋＷ 以上的拖拉机统称为大、中、型拖拉机。或者再进一步将１８.４～５１.５ｋＷ 称为中型拖拉机，将５１.５ｋＷ 称为大型拖拉机。然而上述功率段的划分，随着田间作业对动力需求的增加，农业拖拉机功率的显著提升，与国际上农业拖拉机的功率段划分已不吻合。下面将拖拉机按小功率（小于１８.４ｋＷ），中、小功率（１８～４０ｋＷ），中功率（４０～７０ｋＷ），大、中功率（７３.５～１４３ｋＷ）和大功率（１４７ｋＷ 以上）几个功率段分类，分别针对速度、传动系、液压系统和驾驶室等几个方面的技术特征进行归纳。

     拖拉机部件社会化生产方式的发展

     与汽车、工程机械等其他工业一样，农业拖拉机零部件的生产方式也经历了从主机生产厂商自行生产到ＯＥＭ生产，再到由独立部件供应商进行专业化、社会化生产的发展过程，但是发展程度和集中程度有其自身特点。目前，农业拖拉机零部件独立供应商主要集中在结构件、驾驶室、液压元件、前桥以及前后悬挂、拖挂装置和轮胎等配附件。专业的社会化生产厂商包括ＺＦ、ＤＡＮＡ、ＣＡＲＲＡＲＯ公司等桥箱供应商，ＢＯＳＣＨ ＲＥＸＲＯＴＨ、ＳＡＵＥＲ ＤＡＮＦＯＳＳＤＡＫＩＮ、ＨＹＤＯＳ等专业液压件供应商和ＧＯＯＤＹＥＡＲ、ＭＩＣＨＥＬＩＮ、ＢＲＩＤＧＥＳＴＯＮＥ等轮胎供应商，以及众多驾驶室、覆盖件、操纵台和控制元件、空调、各种各样通用件和小零件供应商。前悬挂和前ＰＴＯ，后牵引拖挂装置供应商通常是根据市场需求，自行开发和生产配合某一主机厂拖拉机的前悬挂和前ＰＴＯ等，然后将产品销售给该拖拉机的经销商，由拖拉机经销商将其产品安装到拖拉机上后销售给用户。与汽车行业不同的是，对于传动系这样的核心技术，像ＺＦ这样的独立供应商仍是少数，拖拉机核心部件的通用化、专业化和社会化生产还没有达到成熟程度。

    现代电子控制技术以及信息化技术在拖拉机技术发展中广泛应用

     当今拖拉机技术，在机械液压技术上发展已臻完善。一代成熟产品底盘的机械液压系统的生命周期可以长达２０年以上。产品技术的升级换代和新产品的开发更多地借助于现代电子控制技术以及信息化技术对原有底盘技术进行提升，体现在整机造型、驾驶室开发和电子控制技术的应用上。例如凯斯纽荷兰公司的凯斯ＰＵＭＡ系列产品，其传动系是在老机型ＭＡＸＸＵＭ 系列传动系升级而成的，但是其外观造型、覆盖件和驾驶室、电子控制系统、电子监视系统却是全新开发的。更有甚者，它与纽荷兰的新型Ｔ７０００系列产品同出于一个家族，两者的差别主要就是外观特征和驾驶室设计。拖拉机上的电子控制技术目前在发动机控制、动力换挡系统、CVT变速箱系统、前驱动桥控制、前后桥差速锁、前后动力输出轴、离合器、负荷传感液压系统、农具辅助操纵系统，以及更先进的无级变速传动系统、主动／半主动前桥悬架系统、驾驶室悬架系统、轮胎气压自动调节、机器视觉、ＧＰＳ与精准农业配套变量控制等方面得以广泛的应用，CAN总线技术已经广泛而深度的融合到各个厂家的拖拉机产品中。可以说电子控制技术已经贯系统架构必须以总线技术来支撑。
现在的电子控制技术也由开始的在各个部件上独立实现的电子化控制，发展成为以采用标准化通讯协议的信息通讯为、核心的网络化分布式控制技术。随着信息技术在农业生产中的应用和精细农业的兴起，拖拉机机组的信息化和智能化控制得到了很大的发展，成为农业生产信息化网络的一个重要节点。同时随着电子技术的进一步集成和电驱技术、动力电池技术的进一步发展，混合动力、电力驱动的拖拉机将会进一步的涌现，深度改变拖拉机技术的发展。

     ZF公司拖拉机线控系统方案

    上的拖拉机技术已由２０世纪５０年代液压技术应用，８０年代电子控制技术应用，９０年代机电液一体化技术应用这样大规模的技术突破，转为局部的创新和细节的完善。但是拖拉机技术仍在持续不停地向前发展，在老的结构上不断有创新出现，新的技术也不断地得以应用，在技术成果不断积累的基础上就会产生新一轮的技术突破。

    目前我国拖拉机技术的发展水平仍然不高，机械液压技术应用还未成熟，处于国外２０世纪７０～８０年代的水平，电子控制技术刚刚得以应用。动力换挡变速箱近几年才大规模的进入到新疆、东北等农机主要市场，而搭载了国外CVT技术的300马力以上的拖拉机已经小批量的进入国内市场，在追赶与被追赶中，国外农机巨头总是以技术优势打压国内农机生产企业；而现在在新能源拖拉机这以概念或者项目上，我们和国外农机巨头几乎处于统一起跑线上，唯有不断的加码新技术我们才能在新的拖拉机技术革命中立于不败之地。

    随着环境压力加大和排放要求的提高，我国拖拉机的技术水平将会迎来一个新的机遇期，如何把握好这一历史机遇是各个主机生产企业需要考虑的问题。同时由于拖拉机技术的进步，对于用户和广大的拖拉机售后市场技术从业人员来说将会面临极大的挑战。诸如在未完全熟悉动力换挡技术的情况下，马上又将面临CVT变速箱技术的冲击，还有后续混合动力变速箱和全电驱动传动系的挑战。极大的技术鸿沟已经形成，如何跨越这一技术鸿沟是摆在每一个从业者面前的问题。创世孚作为拖拉机技术专业技术服务公司，一直紧跟技术发展的步伐，已经形成了从同步器变速箱、动力换挡变速箱、还是CVT变速箱已经后续的混合动力变速箱等的技术覆盖，可以提供一站式的技术服务。