本刊記者|柴帆

開著電動(dòng)拖拉機(jī)下農(nóng)田

本刊記者|柴帆

電動(dòng)拖拉機(jī)是一種零排放車輛，一般無直接污染物。應(yīng)用電動(dòng)拖拉機(jī)不僅能夠緩解能源危機(jī)，也可以從源頭上控制對(duì)環(huán)境的污染。智能電動(dòng)拖拉機(jī)項(xiàng)目將為產(chǎn)業(yè)化新型、食用、通用的電動(dòng)拖拉機(jī)奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，具有良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

《科學(xué)美國人》雜志曾報(bào)道，19世紀(jì)末，美國南部農(nóng)場(chǎng)有一種車頭上有兩根電線鏈接到電網(wǎng)上的拖拉機(jī)，不用燃油，每天可耕作大片土地。這是對(duì)原始電動(dòng)拖拉機(jī)的描述。

電動(dòng)拖拉機(jī)是一種零排放車輛，一般無直接污染物。應(yīng)用電動(dòng)拖拉機(jī)代替燃油拖拉機(jī)，一方面可以緩解能源危機(jī)，另一方面也可以從源頭上控制對(duì)環(huán)境的污染。

歷程：電動(dòng)拖拉機(jī)的孕育發(fā)展

德國的Siemens公司是世界上最早生產(chǎn)電動(dòng)拖拉機(jī)的公司。1912年，該公司生產(chǎn)了功率為36.8kw的電動(dòng)拖拉機(jī)，主要用于驅(qū)動(dòng)旋耕機(jī)，拖拉機(jī)的動(dòng)力是由電網(wǎng)提供的，有根長長的導(dǎo)線鏈接。隨后，Siemens公司又推出了用來耕地的2.9kw電動(dòng)拖拉機(jī)，共生產(chǎn)了1000臺(tái)，該拖拉機(jī)有一根長25m的電纜鏈接到電網(wǎng)上，耕地時(shí)要載一根高6m的電纜桿用來支撐電纜，每耕作1200平米的土地就要移動(dòng)一次電纜桿。

20世紀(jì)70年代的能源危機(jī)和石油短缺使得電動(dòng)拖拉機(jī)迎來了發(fā)展的生機(jī)，當(dāng)時(shí)，世界上許多的國家和巨頭企業(yè)紛紛開始電動(dòng)拖拉機(jī)的研究工作。在同一時(shí)期，美國General Electric公司推出Ellec-Trak系列電動(dòng)拖拉機(jī)，由鉛酸電池驅(qū)動(dòng)永磁無刷直流電機(jī)，控制器由一系列繼電器和電阻器組成，主要用于草坪修剪。20世紀(jì)90年代以后，隨著電力電子技術(shù)和電池技術(shù)的快速發(fā)展，電動(dòng)拖拉機(jī)向易操作性、高可靠性和多功能方向發(fā)展，性能得到很大的提高。

2012年，日本井關(guān)農(nóng)機(jī)株式會(huì)社與愛媛大學(xué)合作研發(fā)小型電動(dòng)拖拉機(jī)，搭載經(jīng)改進(jìn)的電動(dòng)汽車用電機(jī)和蓄電池，最大功率13馬力，一次充電需3-5個(gè)小時(shí)，可連續(xù)工作1個(gè)小時(shí)，耕地1300平方米。

與普通燃油車輛相比較，電動(dòng)車輛具有零排放、低噪音、高效率、易操作等特點(diǎn)，是解決燃油車輛所帶來一系列問題的最佳替代方案。長期以來，電動(dòng)車輛的研究一直收到人們的廣泛重視，各國政府和巨頭公司先后投入大量資金用于電動(dòng)車輛的研發(fā)工作，特別是電動(dòng)汽車的研發(fā)。

但與電動(dòng)汽車相比，電動(dòng)拖拉機(jī)的發(fā)展則顯得十分緩慢，時(shí)至今日，很難找到電動(dòng)拖拉機(jī)大規(guī)模應(yīng)用的例子，我國的電動(dòng)拖拉機(jī)市場(chǎng)更是一片空白。

1960年，我國第一臺(tái)功率為28千瓦的電網(wǎng)供電拖拉機(jī)在哈爾濱松江拖拉機(jī)制造廠試制成功。進(jìn)入21世紀(jì)，隨著電控、新能源和電機(jī)等相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，南京農(nóng)業(yè)大學(xué)、河南科技大學(xué)、西北農(nóng)林科技大學(xué)、中國農(nóng)業(yè)大學(xué)、江蘇大學(xué)等高校從不同角度進(jìn)行電動(dòng)拖拉機(jī)的研究，取得了初步科研成果。2012年，中國一拖集團(tuán)有限公與通用電氣公司簽訂合作協(xié)議，共同研發(fā)電動(dòng)拖拉機(jī)，但至今未推出產(chǎn)品。

項(xiàng)目：智能電動(dòng)拖拉機(jī)開發(fā)

現(xiàn)代農(nóng)機(jī)裝備是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的重要支撐，現(xiàn)代農(nóng)業(yè)新業(yè)態(tài)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)新模式對(duì)生態(tài)、節(jié)能、環(huán)保提出了越來越高的要求。設(shè)施農(nóng)業(yè)、生態(tài)農(nóng)業(yè)、庭院農(nóng)業(yè)等特殊農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境對(duì)零排放、無污染、低噪音的綠色動(dòng)力農(nóng)機(jī)的需求越來越迫切，高效能環(huán)保農(nóng)業(yè)動(dòng)力機(jī)械已成為全球農(nóng)機(jī)科技創(chuàng)新的主攻方向。

正如John Deere工程師Marlin Onnen（2011）在雜志Resource Magazine撰文指出“Coming Soon: Tractor Electrification”,電動(dòng)化拖拉機(jī)離我們?cè)絹碓浇?，綠色動(dòng)力進(jìn)入農(nóng)機(jī)行業(yè)。

與國外先進(jìn)技術(shù)和多樣性產(chǎn)品相比，目前，我國的電動(dòng)拖拉機(jī)尚處于探索階段，主要體現(xiàn)在動(dòng)力電池集成技術(shù)，東路分配管理、續(xù)航能力、能量管理協(xié)調(diào)控制等方面存在瓶頸，性能指標(biāo)離實(shí)用化相差較遠(yuǎn)，沒有成熟的產(chǎn)品進(jìn)入市場(chǎng)。

在我國，山東時(shí)風(fēng)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司（以下簡(jiǎn)稱“時(shí)風(fēng)”）電動(dòng)車輛的研發(fā)及生產(chǎn)能力處于我國前列、占據(jù)了我國農(nóng)機(jī)裝備產(chǎn)業(yè)重要地位。為了提高我國電動(dòng)拖拉機(jī)研發(fā)技術(shù)，開闊我國電動(dòng)拖拉機(jī)市場(chǎng)，時(shí)風(fēng)牽頭組織，并且聯(lián)合擁有科研實(shí)力雄厚、具有豐富的電動(dòng)拖拉機(jī)相關(guān)理論及技術(shù)研究經(jīng)歷的高等院校、專業(yè)從事農(nóng)業(yè)裝備研發(fā)、生產(chǎn)、推廣的科研院所，以及具備動(dòng)力電池組成能力、拖拉機(jī)整機(jī)測(cè)試與檢驗(yàn)?zāi)芰Φ钠髽I(yè)，共同組建了產(chǎn)學(xué)研聯(lián)合申報(bào)團(tuán)隊(duì)，申報(bào)我國電動(dòng)拖拉機(jī)開發(fā)項(xiàng)目（以下簡(jiǎn)稱“項(xiàng)目”）。

作為該項(xiàng)目負(fù)責(zé)人的林聯(lián)華整日十分忙碌，在周末忙里抽閑的才有時(shí)間和記者通電話。林聯(lián)華告訴記者，按照項(xiàng)目原先規(guī)劃的那樣，將以高效智能、節(jié)能環(huán)保電動(dòng)拖拉機(jī)新產(chǎn)品為核心，通過對(duì)電動(dòng)拖拉機(jī)關(guān)鍵技術(shù)的研究、核心零部件的開發(fā)和整機(jī)的創(chuàng)制，填補(bǔ)我國電動(dòng)拖拉機(jī)產(chǎn)品市場(chǎng)的空白，滿足農(nóng)業(yè)生產(chǎn)綠色動(dòng)力需求。以電動(dòng)拖拉機(jī)產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性為出發(fā)點(diǎn)和落腳點(diǎn)，推動(dòng)電動(dòng)拖拉機(jī)產(chǎn)品的市場(chǎng)化、實(shí)用化和產(chǎn)業(yè)化。

同時(shí)，按照應(yīng)用基礎(chǔ)研究、關(guān)鍵技術(shù)突破與核心零部件研制以及整機(jī)集成創(chuàng)制的路線，圍繞電動(dòng)拖拉機(jī)高效傳動(dòng)關(guān)鍵技術(shù)研究及功率分匯流變速箱研制、電動(dòng)拖拉機(jī)能量管理關(guān)鍵技術(shù)研制與整機(jī)控制器開發(fā)、電動(dòng)拖拉機(jī)之智能化操作與作業(yè)關(guān)鍵技術(shù)研究及核心零部件研制、雙電機(jī)耦合驅(qū)動(dòng)電動(dòng)拖拉機(jī)（25馬力）整機(jī)集成創(chuàng)制與試驗(yàn)考核、雙電機(jī)耦合驅(qū)動(dòng)電動(dòng)拖拉機(jī)（35馬力）整機(jī)集成創(chuàng)制與試驗(yàn)考核等5項(xiàng)研究任務(wù)，各參與單位依據(jù)自身優(yōu)勢(shì)協(xié)同攻關(guān)，完成項(xiàng)目研究目標(biāo)及各項(xiàng)考核指標(biāo)。

據(jù)悉，項(xiàng)目擬開發(fā)兩種馬力、不同技術(shù)路線的智能電動(dòng)拖拉機(jī)。針對(duì)動(dòng)力電池續(xù)航能力有限、電機(jī)外特性與農(nóng)田低速大扭矩作業(yè)及工況變換頻繁等現(xiàn)狀，重點(diǎn)解決滿足電動(dòng)拖拉機(jī)不同作業(yè)工況需求的電機(jī)外特性與作業(yè)負(fù)載的匹配規(guī)律，各耗能部件的能量消耗規(guī)律與耗散特性等關(guān)鍵科學(xué)問題，突破不同工況下動(dòng)力匹配機(jī)制與功率分匯流傳動(dòng)、動(dòng)力模式與經(jīng)濟(jì)模式下的能量管理、整機(jī)功率優(yōu)化匹配及中央繼承控制、動(dòng)力電池集成、智能化操控與作業(yè)管理以及模塊化整機(jī)集成6項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。

未來：敲開國內(nèi)市場(chǎng)大門

在2016年召開的全國科技創(chuàng)新大會(huì)上，習(xí)總書記作了重要講話，發(fā)出了我國向建設(shè)科技強(qiáng)國邁進(jìn)的號(hào)召，明確實(shí)現(xiàn)科技強(qiáng)國建設(shè)的三步走戰(zhàn)略，發(fā)布創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展綱要，對(duì)創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展進(jìn)行了全面部署。

創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展開始成為國家戰(zhàn)略，創(chuàng)新逐漸在社會(huì)生活中占據(jù)重要地位，國家要富強(qiáng)、企業(yè)要發(fā)展、個(gè)人要小康，全都離不開創(chuàng)新。“變則通達(dá)”的道理同樣適用于智能電動(dòng)拖拉機(jī)的研發(fā)和推進(jìn)。

相較于以往的電動(dòng)拖拉機(jī)研發(fā)工作，本次項(xiàng)目的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)主要體現(xiàn)動(dòng)力模式與經(jīng)濟(jì)模式下能量高效利用的電動(dòng)拖拉機(jī)整機(jī)能量管理系統(tǒng)和協(xié)調(diào)控制策略；高效發(fā)揮電動(dòng)機(jī)外特性的電動(dòng)拖拉機(jī)動(dòng)力匹配策略；電動(dòng)拖拉機(jī)雙電機(jī)輸入、多輸出功率分匯流傳動(dòng)系總成；以雙電機(jī)為動(dòng)力源、滿足農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需求的25馬力和35馬力智能電動(dòng)拖拉機(jī)；適用于電動(dòng)拖拉機(jī)作業(yè)特點(diǎn)的智能化操作系統(tǒng)五個(gè)方面。

電動(dòng)拖拉機(jī)用于設(shè)施農(nóng)業(yè)、生態(tài)農(nóng)業(yè)、庭院農(nóng)業(yè)等特殊農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境，隨著生活水平的改善，對(duì)設(shè)施園藝產(chǎn)品、生態(tài)農(nóng)產(chǎn)品、體驗(yàn)農(nóng)產(chǎn)品的需求日益增長，產(chǎn)品的附加值也不斷提高，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

電動(dòng)拖拉機(jī)開發(fā)項(xiàng)目的實(shí)現(xiàn)，有利于提高我國電動(dòng)拖拉機(jī)技術(shù)研發(fā)、制造水平和測(cè)試檢驗(yàn)方法，拖拉機(jī)相關(guān)產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量以及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資源利用率，填補(bǔ)我國電動(dòng)拖拉機(jī)市場(chǎng)的空白，實(shí)現(xiàn)能源的減量化和資源的高效利用，節(jié)能、節(jié)地、節(jié)水、節(jié)藥效果將會(huì)比較顯著，極大地促進(jìn)農(nóng)業(yè)發(fā)展方式從資源依賴型向創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)型和生態(tài)環(huán)保型轉(zhuǎn)變。在促進(jìn)農(nóng)業(yè)農(nóng)村發(fā)展、提高城鄉(xiāng)居民生活水平、構(gòu)建和諧社會(huì)的等方面也體現(xiàn)出越來越積極的作用。

林聯(lián)華說：“項(xiàng)目雖然在實(shí)施過程中多多少少都會(huì)有一些困難，但是我相信，通過整個(gè)團(tuán)隊(duì)的努力，項(xiàng)目的預(yù)期目標(biāo)到時(shí)候一定會(huì)實(shí)現(xiàn)。”

農(nóng)業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)，其根本出路在于機(jī)械化，智能農(nóng)機(jī)裝備代表著農(nóng)業(yè)先進(jìn)生產(chǎn)力，是提高生產(chǎn)效率、轉(zhuǎn)變發(fā)展方式、增強(qiáng)農(nóng)業(yè)綜合生產(chǎn)能力的物質(zhì)基礎(chǔ)，也是國際農(nóng)業(yè)裝備產(chǎn)業(yè)技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)。

當(dāng)前，我國農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化加速發(fā)展，設(shè)施農(nóng)業(yè)、生態(tài)農(nóng)業(yè)、庭院農(nóng)業(yè)等特殊農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需求增多，對(duì)農(nóng)機(jī)裝備技術(shù)要求更高，相關(guān)配套產(chǎn)品需求巨大。智能電動(dòng)拖拉機(jī)項(xiàng)目將為產(chǎn)業(yè)化新型、實(shí)用、通用的電動(dòng)拖拉機(jī)奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，具有良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。