梁進(jìn)濤，楊國(guó)濤，祝成祥，楊明波

（濰柴動(dòng)力股份有限公司，山東 濰坊 261041）

農(nóng)業(yè)用拖拉機(jī)與其他車輛相比，最大的不同點(diǎn)就是匹配了液壓提升裝置和動(dòng)力輸出裝置（Power take off，PTO）。PTO裝置最大的特征就是中間不用油路或液壓馬達(dá)，直接把發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸的動(dòng)力通過動(dòng)力輸出軸傳遞到外部，即PTO 把發(fā)動(dòng)機(jī)的能量以最高的效率傳遞給安裝的農(nóng)機(jī)具，如果與發(fā)動(dòng)機(jī)匹配的好，可實(shí)現(xiàn)較高的能量利用率。

1 拖拉機(jī)PTO功率

因?yàn)閭鬟f動(dòng)力的過程中避免不了動(dòng)力損失，大部分的拖拉機(jī)動(dòng)力輸出系統(tǒng)只能傳遞發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力的80%～85%。

北美的拖拉機(jī)功率是以PTO 輸出功率為基準(zhǔn)，但在歐洲和日本是以發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率為基準(zhǔn)。嚴(yán)格地說，為了對(duì)拖拉機(jī)的PTO 能力進(jìn)行評(píng)價(jià)，應(yīng)該把發(fā)動(dòng)機(jī)和PTO 功率都標(biāo)記到產(chǎn)品說明書中。

2 拖拉機(jī)PTO

2.1 拖拉機(jī)PTO發(fā)展歷程

拖拉機(jī)PTO 是由北美的拖拉機(jī)廠商（國(guó)際收割機(jī)公司，即現(xiàn)在的CNH 全球公司）于1918 年首次在拖拉機(jī)上進(jìn)行安裝的。之后的一段時(shí)間內(nèi)，在拖拉機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)和離合器一側(cè)（右側(cè)）安裝有皮帶輪，通過皮帶給固定農(nóng)機(jī)具（脫粒機(jī)和泵等）傳遞動(dòng)力。

最初的拖拉機(jī)是以牽引作業(yè)（犁、耙、播種、中耕等）為主，PTO 的裝置只是作為拖拉機(jī)的選裝部件，故普通拖拉機(jī)上沒有安裝。PTO 的發(fā)展與使用三點(diǎn)懸掛裝置及農(nóng)機(jī)具的開發(fā)有很大關(guān)系。

在國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)中，最初的PTO軸的轉(zhuǎn)速為540 r/min，后來有540 r/min 和1 000 r/min 2 種。540 r/min 的軸徑統(tǒng)一35 mm，6齒花鍵，1 000 r/min的軸徑統(tǒng)一為44 mm，21齒花鍵。1 000 r/min 的PTO 系統(tǒng)只在大功率（PTO 輸出功率＞73.53 kW）拖拉機(jī)上安裝。

2.2 拖拉機(jī)PTO現(xiàn)狀

現(xiàn)在的拖拉機(jī)，有多種PTO 轉(zhuǎn)速，540 r/min、720 r/min、750 r/min、760 r/min、850 r/min、1 000 r/min、1 300 r/min 等，可以通過換擋機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)多種PTO轉(zhuǎn)速組合。

國(guó)內(nèi)的拖拉機(jī)大部分標(biāo)配2種轉(zhuǎn)速組合，如：540 r/min和760 r/min、540 r/min 和1 000 r/min、760 r/min 和850 r/min、760 r/min 和1 000 r/min。對(duì)應(yīng)動(dòng)力輸出軸規(guī)格，可以查閱《GB/T1592.1 農(nóng)業(yè)拖拉機(jī) 后置動(dòng)力輸出軸1、2、3 和4 型 第1部分-通用要求、安全要求、防護(hù)罩尺寸和空隙范圍》，不再贅述。

540 r/min用于普通作業(yè)，1 000 r/min為重負(fù)荷作業(yè)（當(dāng)然使用的農(nóng)機(jī)具也為1 000 r/min PTO 專用），而760 r/min 用于不用提高發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速（大約1 450～1 600 r/min）就可以發(fā)揮540 r/min 的輕負(fù)荷作業(yè)（施肥、堆肥、噴藥等）。760 r/min 的PTO 被稱作經(jīng)濟(jì)的PTO，國(guó)外的拖拉機(jī)廠商標(biāo)記為540E。因?yàn)?60 r/min 的PTO 根據(jù)使用方法不同，可大幅節(jié)約燃料消耗。

國(guó)外的拖拉機(jī)大部分標(biāo)配3 種或4 種PTO 轉(zhuǎn)速，而且任何一種轉(zhuǎn)速都在儀表板上用燈光，數(shù)字表示，這樣可以防止操作錯(cuò)誤。

2.3 2種特殊的PTO

同步PTO 裝置：近年來，一部分國(guó)外的拖拉機(jī)制造商開始安裝同步PTO。即：將操縱桿放到某一位置后，PTO軸的轉(zhuǎn)速就跟驅(qū)動(dòng)軸（輪胎）的轉(zhuǎn)速同步。并且，如果是倒擋，PTO軸就開始逆向轉(zhuǎn)動(dòng)，與后退速度同步。這個(gè)功能，在動(dòng)力拖車和播種機(jī)上使用，與PTO 軸連接，強(qiáng)制驅(qū)動(dòng)動(dòng)力拖車和播種機(jī)的驅(qū)動(dòng)軸。

反轉(zhuǎn)PTO 裝置：目前，該裝置僅用在日本的拖拉機(jī)上，在歐美拖拉機(jī)上還未見到。即：將操縱桿放到某一位置后，PTO軸的旋轉(zhuǎn)方向逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。在旋耕作業(yè)開始時(shí)，容易將土壤堆積在地頭或地塊四角，形成土堆，使用反轉(zhuǎn)PTO，將土壤反向拋灑，整平土壤。

2.4 PTO離合器形式

目前，拖拉機(jī)PTO 的離合器的形式有：?jiǎn)坞x合器、雙離合器、獨(dú)立操縱離合器和電子式液壓獨(dú)立PTO等4種結(jié)構(gòu)。

國(guó)內(nèi)的部分拖拉機(jī)（＜73.5 kW）仍有部分使用單離合器和雙離合器，大部分都已使用獨(dú)立操縱離合器，一拖、雷沃等個(gè)別企業(yè)的電子式液壓獨(dú)立PTO也已批量使用。

歐美、日韓等國(guó)外的拖拉機(jī)，大都采用電子式液壓獨(dú)立PTO。PTO 的開關(guān)是通過手柄或者按鈕實(shí)現(xiàn)，并且最近可以實(shí)現(xiàn)與搭載到拖拉機(jī)上的電控單元的傳感器聯(lián)動(dòng)，各種各樣的操作可以聯(lián)系起來實(shí)現(xiàn)。

3 拖拉機(jī)PTO發(fā)展趨勢(shì)

3.1 安全設(shè)計(jì)

拖拉機(jī)PTO 軸斷裂，是拖拉機(jī)的常見故障，不僅耽誤農(nóng)時(shí)，還會(huì)引起拖拉機(jī)懸掛損壞等連帶故障，嚴(yán)重的還會(huì)引起人員傷亡。發(fā)生該故障的主原因是轉(zhuǎn)彎、調(diào)頭時(shí)PTO 動(dòng)力未切斷，旋耕機(jī)會(huì)給PTO軸一個(gè)徑向力，該力過大時(shí)引起斷裂。

在懸掛裝置增加連桿機(jī)構(gòu)或傳感器，當(dāng)提升角度過大時(shí)，會(huì)自動(dòng)斷開PTO 離合器，避免PTO 軸的斷裂。該裝置在獨(dú)立操縱離合器和電子式液壓獨(dú)立PTO上容易實(shí)現(xiàn)。

3.2 合理匹配

中國(guó)的拖拉機(jī)制造商很多，同樣農(nóng)機(jī)具的制造商也很多，在拖拉機(jī)的使用過程中，因機(jī)組匹配不當(dāng)引發(fā)的問題比比皆是。雖然有大量的文獻(xiàn)資料來提供各種匹配方法，但在設(shè)計(jì)拖拉機(jī)和農(nóng)機(jī)具時(shí)依然不能避免問題的發(fā)生。

增加多種PTO 轉(zhuǎn)速組合，即：拖拉機(jī)標(biāo)配3～4 種PTO 轉(zhuǎn)速，使用戶的選擇農(nóng)機(jī)具的范圍更廣。

增加PTO 轉(zhuǎn)速微調(diào)功能，通過泵和馬達(dá)驅(qū)動(dòng)PTO 系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)PTO 轉(zhuǎn)速在小范圍內(nèi)變化。該功能可彌補(bǔ)相似農(nóng)機(jī)具間的差異，提高拖拉機(jī)對(duì)農(nóng)機(jī)具的適應(yīng)性。