拖拉机

拖拉机（tractor）是用于牵引和驱动作业机械完成各项移动式作业的自走式动力机，也可做固定作业动力。拖拉机作为农业机械的重要组成部分，能够满足农业、林业、畜牧业、副业、渔业等各个行业的生产需求，在世界范围内发展成为国民经济中不可或缺的重要组成部分。

自古以来，有很多人试图以机械力代替人力和畜力进行耕作。但直到 19 世纪欧洲进入蒸汽机时代后，才使动力型农业机械的诞生成为可能。1812 年，英国的理查德·特雷维西克（Richard Trevithick）设计了第一台农业用“半便携式”固定式蒸汽机。1851 年，英国的法拉斯和史密斯首次用蒸汽机实现了农田机械耕作。有人把这看作是农业机械化的开端，但当时他们的办法是把蒸汽机安放在田头，用钢丝绳远远地牵引在田里翻耕的犁。1856年，法国的阿拉巴尔特发明了法国最早的蒸汽动力拖拉机。1873 年，美国伊利诺斯州的 R·C·帕尔文发明了美国首台蒸汽动力拖拉机。1889 年，美国芝加哥的查达发动机公司制造出了世界上第一台使用汽油内燃机的农用拖拉机——“巴加”号拖拉机。由于内燃机比较轻便，易于操作，而且工作效率高，故它的出现为拖拉机的推广应用打下了基础。20 世纪初，瑞典德国牙利和英国等国几乎同时制造出以柴油内燃机为动力的拖拉机。第一次世界大战期间，由于战争的原因劳动力不足和农产品价格上涨促进了农田拖拉机的发展。1910-1920年间，因内燃机显示了更大的优越性，以蒸汽机为动力的拖拉机被逐渐淘汰。1912 年，电动拖拉机最早由德国 Siemens 公司生产，额定功率为 36.8 kw，依靠电轨供电，采用轮式结构，用于驱动旋耕机作业。1921 年，列宁在苏联签署“关于农业机械制造法令”开始改建老厂并新建大型拖拉机制造工厂。1932年，美国的菲尔斯当轮胎和橡胶公司生产出一种大尺寸的高花纹低压充气橡胶轮胎。这是第一种真正适用于农用拖拉机轮胎，它极大提高了轮式拖拉机的行驶和牵引性能。20世纪40年代末，在北美，西欧和澳大利亚等地，拖拉机已取代了牲畜，成为农场的主要动力，此后，拖拉机又在东欧、亚洲、南美和非洲得到的推广使用。20 世纪 70 年代初，美国通用电气公司生产了Elec - Trak系列电动拖拉机，由铅酸电池驱动永磁直流无刷电动机，额定功率范围为 5.9 - 11 kw ，主要用于草坪修剪，可以满足家庭轻度劳作的需要。截至2023年，拖拉机作为农业机械的重要组成部分，随着拖拉机市场规模持续扩大、品种多样化，以及新技术的不断涌现、环保和节能技术的应用，拖拉机在世界范围内尤其是发展中国家，拖拉机需求量不断增加，推动了全球拖拉机市场的发展。

欧洲早期拖拉机

旧中国农机发展十分缓慢，到解放时广大农村使用的还是一些旧式传统农具，机耕面积比例很小。中国拖拉机行业是在新中国成立后逐渐发展起来的新兴产业。在新中国成立之前，中国连维修拖拉机配件的能力都没有，更别说生产拖拉机了。1949年，中国仅有17台拖拉机，且全部依赖进口。农业机械制造业的落后，制约了农业发展。1958年7月，第一台“东方红”拖拉机在河南洛阳第一拖拉机制造厂生产成功，结束了中国不能生产拖拉机的历史。

中国首台自产拖拉机“东方红”

经过近70年的努力奋斗，尤其是改革开放40年来的快速发展，中国的拖拉机行业逐渐从无到有、从小到大，现已具备批量生产大中小型拖拉机的能力，基本上能够满足农业、林业、畜牧业、副业、渔业等各个行业的生产需求，同时也能提供工业产品的搭配。如今，中国的拖拉机行业发展成为国民经济中不可或缺的重要组成部分，拥有相当规模的制造体系。中国拖拉机行业的发展经历了 3 个主要阶段。拖拉机作为中国农业机械重点产品之一，是中国农机占比最大、应用最广的机械设备，其在中国农机市场中占比一直处于较高地位。截至2018年，中国的小型拖拉机生产企业约 240 余家，生产能力约 500 万台。中国的大中型拖拉机生产企业约 30 余家，目前生产能力约 80 万台。拖拉机的保有量已达到 2000多万台，基本达到饱和状态，但技术含量较高的拖拉机相对较少。

国产现代“东方红”拖拉机

拖拉机通过柴油机将柴油和空气的混合气燃烧，将产生的热能转化为机械能，并通过动力传动系统传递到行走机构和其他工作装置。另外，配备有液压悬挂装置、牵引装置或动力输出装置的农机具，与拖拉机一起进行作业时，可以完成相应的工作任务。此外，当柴油机被用作固定驱动动力时，它可以通过皮带或动力输出轴直接驱动需要固定动力的机械设备，如脱粒机、抽水机等。

拖拉机行驶是靠内燃机的动力经传动系统，使驱动轮获得驱动扭矩 T，获得驱动扭矩的驱动轮再通过轮胎花纹和轮胎表面同地面的水平作用力（切线力），以及对动力大小相等、方向相反的水平反作用力 F 而共同作用，使拖拉机能够行驶。同时，通过操纵转向机构和制动器，可以实现拖拉机的转弯和紧急停车等操作。

拖拉机行驶原理

拖拉机与汽车的总体构造基本相近似，一般由发动机、底盘、工作装置和电气设备等部分组成。

拖拉机结构示意图

发动机是拖拉机行驶和工作的动力源，一般采用柴油机。主要由曲柄连杆机构、换气系统、燃油供给系统、润滑系统、冷却系统、启动系统，以及预热装置等组成。拖拉机柴油机采用颇具特色的低速大转矩设计（≤2300r/min）。

拖拉机的底盘是指除了发动机和电气设备以外的所有系统和装置。底盘将发动机和各个系统、部件连接在一起，将发动机的动力转化为拖拉机行驶所需的驱动力和牵引力。拖拉机底盘主要由传动系统、转向系统、制动系统和行走系统等多个部分组成。

拖拉机传动系统的功用是将发动机的动力传给驱动轮，并实现减速增矩。传动系统一般由离合器、变速箱、联轴器、后桥及中央传动组成。小型拖拉机及手扶拖拉机包括皮带传动装置。

转向系统一般由转向盘、转向转动轴、转向器、转向节臂、转向节、转向节主销、横拉杆、纵拉杆等转向传动装置部件组成。转向时，操纵转向盘，通过转向器使转向垂臂向前或向后摆动，并带动传动装置使前轮向左或向右偏转，从而改变机动车辆的行驶方向。当转向盘向右打时，纵拉杆向后移动，转向臂前端与横拉杆向右移，前轮前端也同时右移。

拖拉机制动系统主要由旋转部分、固定部分、张开机构和调整机构所组成。当踩下制动踏板时，压缩空气经制动阀压至各制动气室经制动臂推动凸轮旋转，两制动蹄张开后摩擦片紧压在旋转的制动毅上，在强力的摩擦下，与车轮一起旋转的制动毅被制动，从而实现了拖拉机的制动。液压制动则是通过制动主缸产生的油压，传至各车轮制动轮油缸，用油压推开两侧制动蹄，使制动蹄摩擦片压紧制动，而起制动作用；踏板放松时，制动系压力解除，制动蹄在复位弹簧的作用下恢复原位使制动蹄摩擦片与制动毅的摩擦解除，使拖拉机的制动解除。

拖拉机的行走系统有轮式和履带式两种，拖拉机的行走系统一CET般均由车架、车桥、车轮和悬架等组成。行走系统的主要功用是把发动机传给驱动轮的扭矩变为行驶的推进力；支承车身重量并减轻冲击和振动。

拖拉机的工作装置通常被归类为底盘的一部分，主要用于牵引、悬挂和驱动农机具，以进行各种农机作业。拖拉机的工作装置包括用于带动农机具工作的牵引装置、动力输出装置和液压悬挂装置等。这些工作装置使得拖拉机能够完成农田耕作、播种、施肥、喷洒、收割等农业作业，提高了农业生产的效率和质量。

有些农机具（如牵引式收割机械、播种机等） 都没有各自的行走装置，它们都由拖拉机牵引着进行工作。把拖拉机与农机具连接起来的装置叫作牵引装置。拖拉机牵引装置上连接农机具的较接点称为牵引点。牵引点的位置可进行左、右调节或上、下调节。

动力输出装置是将拖拉机发动机功率的一部分乃至全部，以旋转机械能的方式传递到农机具上的一种工作装置，主要包括动力输出轴和动力输出带轮。

用液压提升和控制农机具的整套装置叫作液压悬挂装置。其功用是：连接和牵引农机具；操纵农机具的升降；控制农机具的耕作深度或提升高度；给拖拉机驱动轮增重以改善拖拉机的附着性能；把液压能输出到作业机械上进行其他操作。液压悬挂装置由悬挂机构和液压系统等组成。

拖拉机的电气设备主要包括发电机、蓄电池、灯光系统、仪表系统、空调系统和导航系统等。发电机是负责发电的部件，机械能转化为电能供给其他电气设备使用；蓄电池则负责储存电能，并在需要时为整个电气系统提供稳定的电源；灯光系统包括前照灯、示宽灯、尾灯等，用于提供夜间照明和信号指示；仪表系统一般包括速度表、水温表、油压表等，用于监测和显示车辆的运行状态；空调系统通过制冷循环原理将空气中的热量排出，为驾驶员创造一个舒适的驾驶环境；导航系统则通过卫星定位技术帮助驾驶员确定当前位置、规划路线以及提供导航信息。

1. 轮式拖拉机。分为两轮驱动和四轮驱动两种型式。两轮驱动的拖拉机通常用于一般农田作业和运输作业，以4X2来表示车轮总数和驱动轮数。四轮驱动的拖拉机以4X4来表示，主要用于质黏重的农田作业和泥道运输作业等，具有较高的牵引效率。

轮式拖拉机

2. 履带式拖拉机。主要适用于土质黏重、潮湿地块的田间作业，及农田水利、土方工程和农田本建设等。

履带式拖拉机

3. 手扶拖拉机。只有一根行走轮轴，可以有一个或两个驱动轮。在农田作业时，操作者通常步行操纵，习惯上称为手扶拖拉机。有些手扶拖拉机还安装了尾轮，用于支承和辅助转向。

手扶拖拉机

4. 船形拖拉机。主要用于沤田作业，它采用船型底盘提供支承，利用桨式叶轮进行驱动。

船形拖拉机

1. 普通型拖拉机。常规的结构特点。它适用于各种农田移动作业、固定作业和运输作业等，在一般条件下广泛应用。

普通型拖拉机

2. 园艺型拖拉机。主要适用于果园、菜地和茶林等场所的作业。它的特点是体积小、底盘低、功率小、机动灵活，可以方便地进入狭窄的空间进行作业。

园艺型拖拉机

3. 中耕型拖拉机。主要用于中耕作业，并且也可以用于其他作业。它具有较高的地隙和较窄的行走装置，适合于玉米、高粱、棉花等高秆作物的中耕作业。

中耕拖拉机

4. 特殊用途拖拉机。它适用于某些特工作环境或特殊需求的作业。比如山地拖拉机适用于在山地区域的作业，沤田拖拉机适用于水田作业，葡萄园拖拉机适用于葡萄园的作业。

特殊用途拖拉机

1. 大型拖拉机。功率大于 73.6 kW（100 马力）以上。
2. 中型拖拉机。功率在 14.7~73.6 kW（20~100马力）。
3. 小型拖拉机。功率在14.7 kW（20 马力）以下。

1. 纯电驱动。电动拖拉机主要应用在高原缺氧、地下矿井、易燃易爆及其他有特殊需求的场所。
2. 内燃机驱动。主要由传统拖拉机采用的驱动方式，也是目前主流的拖拉机驱动方式。
3. 混合驱动。混合动力拖拉机大多应用在农田治理等环境工作，能够在提高工作效率的同时减少污染排放。

拖拉机型号由系列代号、功率、形式代号、功能代码和区别标志组成。其排列顺序如图所示。

拖拉机型号构成示意图

（1）系列代号。用不多于两个大写汉语拼音字母表示，用以区别不同系列或不同设计的机型。（2）功率 用发动机标定功率值的整数表示，单位为 kW（目前多数企业延用马力单位）。（3）形式代号、功能代码。见下表（4）区别标志 结构经重大改进后，可加注区别标志，区别标志用阿拉伯数字表示。

挖掘机形式及功能代码

由于拖拉机根据不同结构、功率等国家标准不一致，采用较常见的50kW以下轮式拖拉机的主要性能要求举例：1.动力输出轴性能

• 在发动机标定转速下，动力输出轴的最大功率应不低于企业规定值的 95%，且不超过发动机标定功率（12h）。全功率输出轴，企业规定值应不小于发动机标定功率（12h）的 0.85 倍。
• 动力输出轴变负荷平均燃油消耗率：不大于 22.06 kw 的拖拉机应不大于 365 g/（kw·h）；22.06 kW~50 kw 的拖拉机应不大于350 g/（kw·h）。
• 动力输出轴转矩储备率应不小于 15 %。
• 动力输出轴最大转矩点转速与动力输出轴最大功率点（在发动机标定转速下）转速之比应不大于75%。

2.无后置动力输出轴拖拉机的发动机性能

• 发动机标定功率（12h）：在标定转速下应不低于发动机标牌示值的 95%。
• 发动机台架试验，其变负荷平均燃油消耗率应不大于 310 g/（kw·h）。
• 发动机台架试验，发动机转矩储备率应不小于12%。
• 发动机台架试验，发动机最大转矩点转速与最大功率点转速之比应不大于 80 %。

3.牵引性能

• 拖拉机最大牵引力应符合企业规定值的要求。
• 拖拉机最大牵引功率不小于发动机标定功率（12h）的 0.75 倍。
• 拖拉机最大牵引功率工况下的牵引比油耗：（1）不大于 22.06 kw的拖拉机应不大于 355 g/（kw·h）；（2） 22.06 kW~50 kw的拖拉机应不大于340 g/（kw·h）。

4.起动性能

• 拖拉机在 - 5℃的环境温度下应能顺利起动。

5.高温性能

• 在环境温度为 40C情况下做拖拉机高温性能试验，发动机冷却液的温度应低于 100C（压力水箱按企业规定值），发动机润滑油温度及排气温度、拖拉机传动及液压系统油温应不高于企业规定的最高限值。

6.液压悬挂性能

• 拖拉机的最大提升力（加载点在悬挂轴后 610 mm 处）应不小于企业规定值，且每千瓦牵引功率的提升力应不小于 300 N。
• 在企业规定的最大提升力时，提升时间应不大于 3 s，提升过程中不允许出现抖动、爬行、异常响声、漏油和安全阀开启等现象；30分钟的静沉降量应不大于加载点提升行程的4%。
• 对具有液压输出功能的拖拉机，其最大液压输出功率与发动机标定功率（12 h）之比应不小10 %。

7.结构比质量

• 拖拉机的结构比质量：（1）两轮驱动拖拉机应不大于 60 kg/ kw；（2）四轮驱动拖拉机应不大于 65 kg/ kw。

8.可靠性

• 拖拉机的可靠性试验平均故障间隔时间（MTBF）应不小于 210 h，无故障性综合评分值（Q）应不小于70分。

随着时代发展，拖拉机不断创新和改进，现在已经有许多种类和尺寸的拖拉机，可以满足农业、林业、牧业、副业、渔业等各行业的生产需求，同时也为工业产品的生产提供了支持，拖拉机已成为国民经济中必不可少的生产工具。

1. 在农业运输中，轮式和履带式拖拉机可用于一般农田作业及运输作业，在土质黏重、负荷较大的农田作业及泥道运输作业等，具有较高的牵引效率。

2. 在中耕作业中，中耕型拖拉机具有较高的地隙和较窄的行走装置，可用于玉米、高粱、棉花等高秆作物的中耕作业。

3. 在林业采运中，由于林区作业条件恶劣（如在林内、采伐迹地不平的多石地、坡地、冰雪地等作业环境），由专用的林业拖拉机进行作业，一般都配备有林业生产用的专门装备，如绞盘机和搭载饭、带有木材抓具的液压起重臂、抚育集材用拖车以及各种营林机具等。

农业生产的时间窗口很短，如果农在忙碌时期出现故障，将影响农户的生产安排，民遭受大损。因此为了确保在长时间高负荷业下不现故障，农机动力换挡变速器应高工可靠性为系统中引入故障诊断系统以加强容错制。此外，还需要提升液压控系统的可靠性以确在端路况和恶劣环够正常运行。

对湿式多片离合器的摩擦片材料进行研究。摩擦片传递扭矩，在工作中频繁分离、结合，产生热量，下一步应研发更高性能的耐磨耐高温材料。在拖拉机的作过程中，由于土壤条件改变，拖拉所承受的载荷击会变化较大，这可能导致离器油的力波动，从而影到扭矩传递的稳定，要对液压系统中的零部件进行优化，减小载荷变化引起的液压冲击。

对拖拉机各个挡位使用频率进行统计，结合作业特点及使用情况进行动力换挡传动箱的匹配设计，确定各挡位的传动比。在保证综合性能较好的前提下，简化结构、降低加工难度和成本。

大马力拖拉通常配置3组及以上的液压输出系统。而传统的单组或二组液压输出系统性能检测设备已经法足组液压输出系统性能检测的需求，也无法满足对拖拉机液压输出系统进行研发试验的需求。因此，需要开发一种检测设备，以满足这些需求。这种新型的检测设备应当能够同时进行单组油路的独立测试，以及多组油路输出整体测试。通过这种方式可以方便对液压输出系统进行全面的能分析。

检测装备应配置信息化操控系统，应具备化操控系统和能化人机交互界面。该界面能显示多个参数，并以曲线的形式展示关键数据。同时，操作界面应该具备全面操控试验程序的功能，包括自动测量和按照验程序控制试验过程。还可以记录况点数据，自动生成检测报告高试验检测的效率。通过新型的检测装备，以便对大力拖拉机液压输出系统进行全面能分析。

检测系统的开发不仅要满足基于试验标准完成相关的试验检测需求，还具备能够支持产品设计发的试验验证和数据分析的功能。具体而言该系统需要能够实时、高频地采集键参数信息，并将其存储，也需要具备数据分析的能力。此外，系统还应该具备一定的开放性和灵活性，以便能够不同的试验程序，以满足非常规试验的需求。

无论是电动拖拉机还是混合动力拖拉机，对于电池续航能力的依赖性均很高，现阶段的电池技术在常规汽车、设备供电方面使用已经相对成熟，但应用于拖拉机上，面对复杂的农业生产环境和多种不同的作业模式，仍需电池提供更长久的续航和使用寿命。

现阶段来看，电动拖拉机一大弊端就是充电效率低，当拖拉机能源不足时，往往需要 6 ~10 h 的充电才能充满这在一定程变影响了拖拉机的使用寿命，因此加强快速充电技术研究是提升新能源拖拉机使用效率的关键。

利用计算机技术和电子控制技术进一步提升新能源拖拉机的控制能力，优化电能供给逻辑，优化混合动力切换时机，使新能源拖拉机进一步与农业生产实际相匹配。

1. 约翰迪尔（John Deere）：总部位于美国伊利诺伊州，是全球最大的农业机械和设备生产企业之一。
2. 洛斯兰（Massey Ferguson）：总部位于加拿大安大略省，是世界领先的农机生产企业之一。
3. 新荷兰（New Holland）：总部位于意大利都灵市，是著名的农业机械生产商，其产品包括拖拉机、牧草收割机、种植机等。
4. 宝嘉（Kubota）：总部位于日本，是全球领先的农业机器生产商之一，其产品包括小型拖拉机、播种机、收割机等。
5. 东方红：中国河南名牌，大型综合性机械制造企业，拖拉机制造商，中国一拖集团有限公司。
6. 时风：中国山东名牌，大型企业集团，国家级企业技术中心，十大拖拉机品牌，山东时风（集团）有限责任公司。

拖拉机常见故障及其排除方法

依据《中华人民共和国道路交通安全法》《农业机械化促进法》《安全生产法》《农业机械安全监督管理条例》等有关法律法规，为了加强农业机械安全监督管理，预防和减少农业机械事故，保障人民生命和财产安全，县级以上地方人民政府农业机械化主管部门、工业主管部门和市场监督管理部门等有关部门按照各自职责，负责各自行政区域的农业机械安全监督管理工作。监管机关：国务院农业机械化主管部门、工业主管部门、市场监督管理部门等有关部门。监管措施：

1. 规范从事农业机械的生产、销售、维修、使用操作以及安全监督管理等活动。
2. 农业机械安全监督管理应当遵循以人为本、预防事故、保障安全、促进发展的原则。
3. 增加对农民购买农业机械的补贴，保障农业机械安全的财政投入，建立健全农业机械安全生产责任制。
4. 加强农业机械安全法律、法规、标准和知识的宣传教育。
5. 鼓励和支持开发、生产、推广、应用先进适用、安全可靠、节能环保的农业机械。
6. 鼓励农业机械操作人员、维修技术人员参加职业技能培训和依法成立安全互助组织。
7. 建立落后农业机械淘汰制度和危及人身财产安全的农业机械报废制度。

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