曾經(jīng)，水田作業(yè)的輪式拖拉機(jī)與正常的旱田拖拉機(jī)基本相同，個(gè)別區(qū)域水田作業(yè)的拖拉機(jī)裝的是水田斜交胎，而旱田拖拉機(jī)裝的是旱田斜交胎;但是，隨著水田作業(yè)機(jī)械的不斷發(fā)展，因?yàn)樗镒鳂I(yè)與旱田作業(yè)的差異性，用戶對(duì)拖拉機(jī)的要求越來越高，水田作業(yè)的拖拉機(jī)在性能上的要求不斷地被刷新，并且越來越專業(yè)化。

根據(jù)當(dāng)前水田作業(yè)的輪式拖拉機(jī)實(shí)際表現(xiàn)情況，筆者總結(jié)了一下水田作業(yè)的輪式拖拉機(jī)的設(shè)計(jì)要素：

1. 整機(jī)結(jié)構(gòu)重量輕，發(fā)動(dòng)機(jī)儲(chǔ)備扭矩大

水田作業(yè)的模式主要是旋耕和打漿，部分區(qū)域由于拖拉機(jī)的反復(fù)作業(yè)，導(dǎo)致了水田環(huán)境逐年惡化，水田內(nèi)的硬底層越來越深，導(dǎo)致拖拉機(jī)在作業(yè)時(shí)非常容易陷車，因此，要求拖拉機(jī)的重量越輕越好，減少對(duì)土壤的破壞，見圖1-1;為了保證在陷車時(shí)能夠迅速的擺脫，同時(shí)能夠保證水田作業(yè)的要求，要求發(fā)動(dòng)機(jī)要有足夠的扭矩儲(chǔ)備。

圖1-1 水田土壤結(jié)構(gòu)

以某品牌M954K為例，整機(jī)結(jié)構(gòu)比質(zhì)量數(shù)值為40.5 kg/kW，另一品牌MD904整機(jī)結(jié)構(gòu)比質(zhì)量數(shù)值為42.3 kg/kW，設(shè)計(jì)手冊(cè)中一般四輪驅(qū)動(dòng)拖拉機(jī)結(jié)構(gòu)比質(zhì)量為54-75 kg/kW。通常在設(shè)計(jì)時(shí)要求水田機(jī)型的發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩儲(chǔ)備不小于30%。

2. 轉(zhuǎn)彎半徑小，機(jī)動(dòng)靈活，爆發(fā)力強(qiáng)

當(dāng)前水田的地塊一般非常小，長度與寬度一般都小于50米，在拖拉機(jī)作業(yè)時(shí)，來回調(diào)頭的時(shí)間比正常作業(yè)的時(shí)間還長，作業(yè)效率非常低，因此需要拖拉機(jī)的轉(zhuǎn)彎半徑越小越好。如圖2-1所示，轉(zhuǎn)向半徑小的拖拉機(jī)在地頭只需要倒車一次即可，而轉(zhuǎn)向半徑大的至少需要倒車兩次;

圖2-1 轉(zhuǎn)彎半徑對(duì)水田作業(yè)的影響

更小的地塊作業(yè)時(shí)，拖拉機(jī)直接進(jìn)行單趟作業(yè)，到另一側(cè)地頭時(shí)倒車空車返回，然后再前進(jìn)作業(yè)，如圖2-2：

2-2 小地塊水田作業(yè)模式

因此，在設(shè)計(jì)水田作業(yè)拖拉機(jī)時(shí)，轉(zhuǎn)向半徑是一個(gè)非常重要的參數(shù)，通常通過加大前橋轉(zhuǎn)向角和縮小拖拉機(jī)軸距來實(shí)現(xiàn)，當(dāng)前比較優(yōu)秀的水田作業(yè)拖拉機(jī)前橋轉(zhuǎn)向角已經(jīng)達(dá)到55度;為減少拖拉機(jī)提速的時(shí)間，讓發(fā)動(dòng)機(jī)盡快達(dá)到最佳轉(zhuǎn)速，需要發(fā)動(dòng)機(jī)有較強(qiáng)的爆發(fā)力，讓整機(jī)有良好的加速性能。

3. 離地間隙高，通過性好

水田作業(yè)轉(zhuǎn)場運(yùn)輸時(shí)最不缺少的就是溝溝坎坎;水田作業(yè)過程中因?yàn)橥寥烙驳讓拥牟粩嗉由?，?dǎo)致拖拉機(jī)的作業(yè)深度也不斷的增加;為了避免陷車，保證拖拉機(jī)的通過性能，要求拖拉機(jī)有較大的離地間隙。當(dāng)前設(shè)計(jì)時(shí)有兩種方式提高拖拉機(jī)的離地間隙，一是加大拖拉機(jī)的輪胎直徑，二是提高前驅(qū)動(dòng)橋、前驅(qū)傳動(dòng)軸以及整機(jī)底部附件的高度，整機(jī)布置時(shí)這些零部件盡量采用上置的方式，減少陷車時(shí)車輛底部的阻力;當(dāng)前表現(xiàn)優(yōu)秀的水田作業(yè)拖拉機(jī)最小離地間隙已經(jīng)超過450mm，個(gè)別已經(jīng)達(dá)到500mm。

圖3-1拖拉機(jī)進(jìn)入水田瞬間

4. 整機(jī)優(yōu)秀的操縱舒適性及防銹性能

主離合操縱：因?yàn)樗锏貕K小，需要頻繁的換擋，因此主離合器操縱是使用頻率最高的機(jī)構(gòu)之一。水田作業(yè)的拖拉機(jī)功率一般在120馬力以下，這個(gè)功率段一般采用了機(jī)械操縱離合器，因此設(shè)計(jì)時(shí)需要控制離合器踏板操縱力，一般操縱力不超過180N(設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)最大要求不超過400N)。部分合資或進(jìn)口機(jī)型采用了濕式離合器，低于7Km/h時(shí)前進(jìn)后退檔切換可以不用踩離合;由于離合操縱軸位于傳動(dòng)箱體上，在水田作業(yè)時(shí)由于環(huán)境潮濕，非常容易導(dǎo)致轉(zhuǎn)動(dòng)部位生銹，嚴(yán)重者甚至完全銹死，導(dǎo)致離合器無法操縱，因此設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮防銹。另外，需要注意離合器殼體的密封性能，防止進(jìn)水導(dǎo)致離合器整體銹死，圖4-1為離合器操縱軸生銹情況。

圖4-1 離合器操縱軸生銹情況

對(duì)于機(jī)械操縱的主離合器操縱，當(dāng)前常用的結(jié)構(gòu)是帶黃油嘴操縱軸配套粉末冶金襯套的結(jié)構(gòu)，要求用戶定期加注黃油潤滑;根據(jù)研發(fā)經(jīng)驗(yàn)，個(gè)人建議采用鍍鉻操縱軸配套工程塑料襯套的結(jié)構(gòu)，能夠有效的避免操縱機(jī)構(gòu)生銹，同時(shí)免維護(hù)。

副離合操縱：當(dāng)前市場水田作業(yè)拖拉機(jī)通常采用獨(dú)立操縱雙作用離合器，副離合器操縱為手柄操縱。因?yàn)樗镒鳂I(yè)主要是通過動(dòng)力輸出軸配帶旋耕機(jī)或打漿機(jī)作業(yè)，因此，在田間地頭轉(zhuǎn)彎時(shí)需要頻繁的操縱提升器提升機(jī)具，而在提升機(jī)具前必須先斷開動(dòng)力輸出軸動(dòng)力傳遞，否則會(huì)導(dǎo)致動(dòng)力輸出軸斷裂，所以副離合器操縱的使用頻率也非常高，如果操縱力太大會(huì)導(dǎo)致機(jī)手疲勞，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求副離合器操縱手柄操縱力不超過200N。當(dāng)前部分合資品牌或進(jìn)口品牌采用了濕式動(dòng)力輸出離合器，有的采用機(jī)械操縱，有的采用電控操縱，操縱十分輕便;并且電控操縱濕式PTO離合器具有動(dòng)力輸出軸保護(hù)功能，在提升機(jī)具時(shí)如果忘記分離動(dòng)力輸出離合器的話，電控系統(tǒng)能夠操縱離合器自動(dòng)斷開。圖4-2為當(dāng)前副離合器操縱型式。

圖4-2 當(dāng)前副離合器操縱型式

對(duì)于機(jī)械操縱的副離合器操縱，具體的防銹措施與主離合器操縱機(jī)構(gòu)一致，對(duì)于部分拉線操縱的副離合器，建議拉線的布置盡量提高，防止泥水進(jìn)入導(dǎo)致操縱力大，避免損壞;如果位置不好改動(dòng)的話盡量采用拉桿代替。

梭式擋操縱：對(duì)于水田作業(yè)來說，作業(yè)速度范圍一般在4-10Km/h，主要是旋耕作業(yè)，主變速可以固定于某一個(gè)檔位，最常用的主要是梭式檔，即到達(dá)地頭時(shí)控制整車前進(jìn)、后退。當(dāng)前主銷機(jī)型梭式檔有兩種布置方式，一種是位于方向盤下方，一種位于座椅左側(cè)或右側(cè);區(qū)別是方向盤下方布置操縱方便，換擋力稍大;而座椅左右側(cè)操縱方便性稍差，但換擋力小;當(dāng)前日本久保田、韓國樂星均采用了方向盤下方布置的方式，久保田個(gè)別機(jī)型采用了濕式主離合器，可以在低于7Km/h時(shí)操縱梭式檔。圖4-3為當(dāng)前梭式檔主要布置方式。

圖4-3 當(dāng)前梭式檔主要布置方式

關(guān)于換擋機(jī)構(gòu)的防銹方面，盡量將換擋機(jī)構(gòu)的位置提高，避免布置在車底位置，對(duì)于高低速、前驅(qū)動(dòng)等位置較低的檔位操縱盡量使用拉桿結(jié)構(gòu)，不要使用推拉索;同時(shí)對(duì)于這幾個(gè)部位在箱體上面的撥頭軸做好防銹防泥水的措施。

提升操縱：在小地塊的水田作業(yè)中，提升器的使用頻率同樣是非常高的，一旦到了地頭進(jìn)行調(diào)頭，必須要將機(jī)具提起來;當(dāng)前水田作業(yè)的拖拉機(jī)中主要有三種結(jié)構(gòu)的提升器：電控提升器、強(qiáng)壓提升器、力位綜合提升器;當(dāng)前在水田中最為暢銷的應(yīng)該是強(qiáng)壓提升器;根據(jù)實(shí)際作業(yè)的情況分析，主要原因是在進(jìn)入水田時(shí)，在田埂較高的部位，需要通過提升器強(qiáng)壓功能，強(qiáng)壓旋耕機(jī)刨土開辟平緩的道路使拖拉機(jī)能夠進(jìn)入田中;再就是因?yàn)樗锊葺^多，未滿足旋耕深度，需要強(qiáng)壓。圖4-4為力位綜合提升器、電控提升器控制手柄。

圖4-4 力位綜合提升器、電控提升器控制手柄

對(duì)于提升操縱系統(tǒng)，提升機(jī)具時(shí)必須斷開動(dòng)力輸出軸，否則會(huì)導(dǎo)致動(dòng)力輸出軸損壞，在設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮，，這一點(diǎn)可以采用當(dāng)前樂星804的結(jié)構(gòu)，采用濕式PTO離合器，在提升系統(tǒng)上安裝傳感器，一旦機(jī)具提升角度達(dá)到規(guī)定值時(shí)，動(dòng)力輸出軸自動(dòng)斷開，有效的避免了故障的發(fā)生;另外，可以考慮一種關(guān)聯(lián)機(jī)構(gòu)，將提升系統(tǒng)與副離合器操縱機(jī)構(gòu)關(guān)聯(lián)起來，一旦提升系統(tǒng)開始提升，同時(shí)會(huì)分離動(dòng)力輸出離合器。

5. 關(guān)鍵部位防泥水性能、便捷的維修性能

對(duì)于水田作業(yè)的拖拉機(jī)來說，前驅(qū)動(dòng)橋、后橋經(jīng)常會(huì)有部分位置沒入水中，如果這些位置密封不好的話會(huì)導(dǎo)致泥水進(jìn)入箱體，導(dǎo)致油液污染、乳化，從而造成傳動(dòng)系統(tǒng)的失效;如果進(jìn)入離合器或者其他操縱機(jī)構(gòu)的話，會(huì)導(dǎo)致離合器銹死，操縱機(jī)構(gòu)無法作用。因此，對(duì)于水田作業(yè)的拖拉機(jī)來說，關(guān)鍵部位防泥水是必不可少的一項(xiàng)工作。

在當(dāng)前的機(jī)型中，水田機(jī)型的密封方式有雙油封密封、單油封多唇口密封以及盒式油封密封。其中，盒式油封密封是當(dāng)前存在的密封方式中效果最好的，圖5-1所示。在拖拉機(jī)的密封部位中，建議驅(qū)動(dòng)軸輪轂、前驅(qū)動(dòng)輸出軸、動(dòng)力輸出軸這些外露位置都采用這種油封密封，能夠有效的解決滲漏問題;另外對(duì)于變速箱的高低速操縱軸、前驅(qū)動(dòng)操縱軸這些位置，盡量采用油封密封的方式來代替O型圈，避免密封位置外部生銹，與箱體銹死在一起。圖5-2中分別是前驅(qū)輸出軸、高低速操縱軸、驅(qū)動(dòng)軸處因泥水進(jìn)入導(dǎo)致的磨損、銹蝕情況。

圖5-1 盒式油封結(jié)構(gòu)

圖5-2 泥水進(jìn)入導(dǎo)致的磨損、銹蝕

另外，拖拉機(jī)作為一種在惡劣工況中作業(yè)的動(dòng)力機(jī)械，出現(xiàn)問題的概率還是比較高的，由于拖拉機(jī)都是在農(nóng)忙季節(jié)作業(yè)，時(shí)間非常緊迫，因此在設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮易損零件更換的便利性、保養(yǎng)的方便性。主要考慮的有發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油機(jī)濾、柴濾、空氣濾清器、散熱器防雜網(wǎng)、液壓系統(tǒng)過濾器、電器系統(tǒng)保險(xiǎn)絲等的拆卸更換;加注潤滑脂的位置是否方便;懸掛機(jī)構(gòu)調(diào)整是否便利;動(dòng)力輸出軸、輪轂油封等易損件是否容易拆卸更換等;堅(jiān)決避免因?yàn)橐粋€(gè)滲漏油、零部件更換問題拆卸變速箱。

追根揭底，水田作業(yè)輪式拖拉機(jī)的設(shè)計(jì)要素就是：可靠性、適應(yīng)性、舒適性。

根據(jù)當(dāng)前拖拉機(jī)的發(fā)展情況，預(yù)測未來的水田作業(yè)拖拉機(jī)發(fā)展情況：第一，用于水田作業(yè)的輪式拖拉機(jī)更加專業(yè)化，從技術(shù)角度出發(fā)，動(dòng)力換向+主變速同步器換擋、濕式PTO離合器、電控提升器逐步普及應(yīng)用;離地間隙進(jìn)一步加大，轉(zhuǎn)彎半徑進(jìn)一步縮小，操縱舒適性進(jìn)一步提高，空調(diào)駕駛室機(jī)型占比加大;第二，從水田作業(yè)機(jī)械化的發(fā)展角度來看，為適應(yīng)水田作業(yè)，減少對(duì)土壤的破壞，履帶式、半履帶式拖拉機(jī)和船式拖拉機(jī)將得到進(jìn)一步的發(fā)展。