標(biāo)準(zhǔn)型拖拉機(jī)水田耕作存在的問題與建議

張國忠，金 鑫，李卓凡，陳松文

（1.東風(fēng)井關(guān)農(nóng)業(yè)機(jī)械有限公司，湖北武漢 430058；2.華中農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院，湖北武漢 430070；|3.華中農(nóng)業(yè)大學(xué)植物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，湖北武漢 430070）

0 引言

3月18日，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部農(nóng)業(yè)機(jī)械化總站和農(nóng)業(yè)農(nóng)村部農(nóng)作物生產(chǎn)全程機(jī)械化專家指導(dǎo)組聯(lián)合印發(fā)《早稻育插秧機(jī)械化技術(shù)指導(dǎo)意見》（以下簡稱，意見）。意見明確要求“耕整地宜采用橡膠履帶式農(nóng)業(yè)機(jī)械，禁止90及以上馬力輪式拖拉機(jī)開展水田機(jī)械化作業(yè)，減少接地比壓，減少水田犁底層的破壞”。這將推動(dòng)南方稻區(qū)水田保護(hù)性耕作，避免了大馬力拖拉機(jī)翻耕造成的土壤水分散失；采用橡膠履帶式農(nóng)業(yè)機(jī)械有助于降低水田接地比壓，保持了土壤的自然結(jié)構(gòu)，利于保墑。因此，開展適應(yīng)于水田輕量化拖拉機(jī)的研發(fā)與推廣應(yīng)用，對于保護(hù)稻田土壤結(jié)構(gòu)、提高土壤耕地質(zhì)量、促進(jìn)水田拖拉機(jī)高質(zhì)量發(fā)展具有重要意義。

1 標(biāo)準(zhǔn)型拖拉機(jī)水田耕作應(yīng)用現(xiàn)狀問題

我國的水稻種植主要分為秈稻和粳稻種植，其中秈稻主要種植范圍為南方江浙、湘鄂皖、贛閩、云貴川及兩廣地區(qū)，粳稻主要種植區(qū)分布于東北地區(qū)。為保持同一塊田地水深一致，利于水稻生長，一般水田都被劃分為較小的田塊，在田塊之間設(shè)置有引、排水渠道和田埂。因此，由于上述水稻的種植區(qū)域和田間地形條件，給水田拖拉機(jī)設(shè)計(jì)提出了特殊的要求。

稻田土壤可持續(xù)管理的一個(gè)突出矛盾反映在水稻機(jī)耕過程中拖拉機(jī)對土壤的壓實(shí)，造成土壤緊實(shí)度增加、孔隙率降低、泥腳加深、耕作層變淺等問題日趨嚴(yán)重，對土壤理化性質(zhì)及生態(tài)系統(tǒng)均產(chǎn)生不利影響，阻礙后續(xù)插秧和收獲機(jī)械入場作業(yè)。理想的水稻土要求土壤結(jié)構(gòu)耕性良好，干耕不成塊，阻力小；水耕軟而不爛，深而不陷；有較為深厚的耕作層和較為堅(jiān)硬的犁底層，可以保水保肥，又有適當(dāng)?shù)臐B漏性。由于水稻屬于須根系作物，根系入土較淺，這樣的土壤結(jié)構(gòu)利于根系的生長，為后期水稻高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)創(chuàng)造有利條件。然而標(biāo)準(zhǔn)重型拖拉機(jī)的剪切力過大從而更容易改變水田結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致土壤原有空隙結(jié)構(gòu)被破壞，使土壤失去均一性，其透水和排水性惡化，水稻根系生長受限，后期倒伏的風(fēng)險(xiǎn)加大，影響后期收獲機(jī)下田收割。

我國南方稻作區(qū)水田作業(yè)主要是旋耕和打漿兩種模式，部分區(qū)域由于拖拉機(jī)反復(fù)作業(yè)，導(dǎo)致水田環(huán)境逐年惡化，水田犁底層加深。歸其原因，主要是拖拉機(jī)接地比壓過大導(dǎo)致，經(jīng)過拖拉機(jī)數(shù)年耕作，不利于土壤的蓄水保墑，即使通過深度翻耙，依然會(huì)出現(xiàn)板結(jié)硬塊。

目前，市面上常用的標(biāo)準(zhǔn)型拖拉機(jī)多以旱地作業(yè)型或以水旱兼作型拖拉機(jī)為主，通過換裝水田型輪胎局部改進(jìn)而來，并配置了高功率發(fā)動(dòng)機(jī)，增加拖拉機(jī)的總重，其在水田作業(yè)的適應(yīng)性及可靠性均存在諸多問題，不能稱之為水田拖拉機(jī)。該類型拖拉機(jī)用戶普遍反映這類機(jī)型整機(jī)偏重、接地比壓較大，在承壓力低的爛泥田適應(yīng)性較差，容易出現(xiàn)輪胎易下陷和打滑等問題；同時(shí)在防泥水密封保護(hù)、防夾草帶泥、防腐防銹、水田通過性、機(jī)動(dòng)性等方面也存在著明顯不足?，F(xiàn)有稻作區(qū)拖拉機(jī)市場上也存在著大功率的水田拖拉機(jī)（如110馬力以上），然而其在小塊水田應(yīng)用時(shí)仍然掛接著小功率機(jī)具，與其并不配套，導(dǎo)致功率浪費(fèi)，綜合對比經(jīng)濟(jì)性差。

2 水田拖拉機(jī)裝備研發(fā)設(shè)計(jì)理念與實(shí)踐

水田拖拉機(jī)是在水稻田作業(yè)的一般用途拖拉機(jī)，主要用于整田、收獲及運(yùn)輸?shù)茸鳂I(yè)。其特點(diǎn)是裝有水田行走裝置（水田輪或高花紋輪胎），便于拖拉機(jī)在水田中能發(fā)揮足夠的牽引性能，具有防陷、越埂通過性、轉(zhuǎn)向操縱性和防泥水密封性等良好的性能。旋耕打漿是水田拖拉機(jī)整田的主要作業(yè)方式，水田拖拉機(jī)應(yīng)具有良好的旋耕作業(yè)性能。除在灌水狀態(tài)的水田作業(yè)外，還應(yīng)適應(yīng)于水田旱耕作業(yè)及兼顧旱地作業(yè)。

國外對水田拖拉機(jī)的研究早于國內(nèi)，其中日本對水田拖拉機(jī)開展了深入的研究，不論是基礎(chǔ)理論研究還是產(chǎn)品設(shè)計(jì)實(shí)踐，都代表了當(dāng)今世界上水田拖拉機(jī)領(lǐng)域的最先進(jìn)水平。近年來，國外水田拖拉機(jī)產(chǎn)品在采用動(dòng)力換擋、動(dòng)力換向、電液控制、作業(yè)信息收集、精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)等新技術(shù)方面的應(yīng)用更加廣泛。隨著時(shí)代發(fā)展和科技進(jìn)步，農(nóng)業(yè)拖拉機(jī)越來越明顯地表現(xiàn)出向高效率、自動(dòng)化、精準(zhǔn)化、智能化方向發(fā)展的趨勢。

東風(fēng)井關(guān)農(nóng)業(yè)機(jī)械有限公司一直以來積極響應(yīng)國家關(guān)于加快推進(jìn)農(nóng)業(yè)機(jī)械化和農(nóng)機(jī)裝備產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級、提升農(nóng)機(jī)裝備研發(fā)應(yīng)用水平的號召。在2022年3月農(nóng)業(yè)農(nóng)村部農(nóng)業(yè)機(jī)械化管理司關(guān)于開展第一批短板機(jī)具項(xiàng)目化改造的實(shí)施方案中，公司牽頭申報(bào)了適宜于水田環(huán)境下的作業(yè)拖拉機(jī)研發(fā)項(xiàng)目。東風(fēng)井關(guān)通過技術(shù)合作，于2016年從日本井關(guān)農(nóng)機(jī)引進(jìn)水田拖拉機(jī)系列產(chǎn)品，根據(jù)水田環(huán)境特點(diǎn)和農(nóng)藝要求，在輕量化、密封性、操作性、水田適應(yīng)性、接地比壓等方面不斷升級。經(jīng)過艱苦的引進(jìn)·消化·吸收過程，以雙品牌戰(zhàn)略實(shí)現(xiàn)了在“井關(guān)”國際品牌的基礎(chǔ)上發(fā)展“羿農(nóng)”自主品牌，推動(dòng)國產(chǎn)化應(yīng)用。2019年3月16日，全國春季農(nóng)業(yè)生產(chǎn)暨農(nóng)業(yè)機(jī)械化轉(zhuǎn)型升級現(xiàn)場會(huì)在湖北襄陽召開。中共中央政治局委員、國務(wù)院副總理胡春華蒞臨東風(fēng)井關(guān)襄陽工廠視察農(nóng)業(yè)機(jī)械研發(fā)制造及轉(zhuǎn)型升級工作情況。2019年5月，全國政協(xié)調(diào)研組以“推動(dòng)農(nóng)機(jī)裝備產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展”為課題，來到東風(fēng)井關(guān)襄陽工廠考察現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備生產(chǎn)制造基地，調(diào)研農(nóng)業(yè)機(jī)械研發(fā)制造及轉(zhuǎn)型升級工作情況，并肯定了東風(fēng)井關(guān)水田拖拉機(jī)的先進(jìn)性。

水田拖拉機(jī)應(yīng)采用高離地間隙、大轉(zhuǎn)向角、大底盤、輕量化設(shè)計(jì)，以降低對爛濕泥田的土壤剪切和壓實(shí)作用過程。公司開發(fā)適應(yīng)水田作業(yè)的傘齒型橋箱，前橋旋轉(zhuǎn)性能好，轉(zhuǎn)彎半徑小，通過實(shí)驗(yàn)測量東風(fēng)井關(guān)兩款機(jī)型（T954和T1054）轉(zhuǎn)彎半徑僅為3.6 m，相比其他拖拉機(jī)縮短0.7～2.0 m，更適應(yīng)相對狹小的水田田塊，并使用耐泥水的油封加強(qiáng)整機(jī)密封性，可面向全行業(yè)提供橋箱總成的配套，推動(dòng)行業(yè)整體進(jìn)步。

公司開發(fā)的專業(yè)水田拖拉機(jī)橋箱，可面向全行業(yè)提供橋箱總成的配套，推動(dòng)行業(yè)整體進(jìn)步。目前，東風(fēng)井關(guān)已構(gòu)建國內(nèi)最完整的水田、蔬菜全程機(jī)械化解決方案。在行業(yè)內(nèi)推出全序列全程化智能農(nóng)機(jī)，產(chǎn)品技術(shù)含量和先進(jìn)性行業(yè)領(lǐng)先。

圖1 市場主流拖拉機(jī)型號轉(zhuǎn)彎半徑對比

目前，東風(fēng)井關(guān)已構(gòu)建國內(nèi)最完整的水田、蔬菜全程機(jī)械化解決方案。在行業(yè)內(nèi)推出全序列全程化智能農(nóng)機(jī)，產(chǎn)品技術(shù)含量和先進(jìn)性行業(yè)領(lǐng)先。東風(fēng)井關(guān)序列拖拉機(jī)具備輕量化、密封性和轉(zhuǎn)彎性能好等特性，更適用于水田領(lǐng)域。井關(guān)品牌（T804、954、1054系列）和羿農(nóng)品牌（EN804、954、1004系列）注重對水田犁底層的保護(hù)，其創(chuàng)新體現(xiàn)在：

1）東風(fēng)井關(guān)系列拖拉機(jī)通過選擇輕量化的發(fā)動(dòng)機(jī)、結(jié)構(gòu)緊湊的傳動(dòng)系、傳動(dòng)液壓系統(tǒng)合油、合理優(yōu)化駕駛室骨架結(jié)構(gòu)等實(shí)現(xiàn)水田拖拉機(jī)結(jié)構(gòu)質(zhì)量輕量化。較同類旱地拖拉機(jī)、“旱改水”拖拉機(jī)相比拖拉機(jī)總重輕500 kg左右，接地比壓減少約20%（如表1、圖2）；

圖2 不同動(dòng)力拖拉機(jī)機(jī)型整機(jī)重量對比

表1 不同型號拖拉機(jī)接地壓力比較

2）選用水旱兩用的動(dòng)力傳導(dǎo)裝置，其變速器為主變速6檔，副變速2檔，前進(jìn)和后退通過液壓切換的非離合器動(dòng)力控制。目前市面上銷售的水田拖拉機(jī)行走離合器操縱多數(shù)為機(jī)械桿件或機(jī)械軟軸操縱，長時(shí)間作業(yè)后易被泥草等纏裹造成操縱力增大，用戶操縱起來很累。液壓助力離合器操縱可以借助液壓系統(tǒng)降低操縱力，簡單輕便。電控濕式PTO離合器和電控提升系統(tǒng)在操縱時(shí)，均只需按動(dòng)電控按鈕就可以輕松解決PTO離合器的分離和結(jié)合以及懸掛桿件的提升與下降。懸掛調(diào)平系統(tǒng)可以及時(shí)有效地調(diào)平懸掛桿件，確保旋耕過后的田塊平整，便于后續(xù)插秧及提高秧苗的成活率。后攝像監(jiān)控系統(tǒng)便于用戶觀察拖拉機(jī)后面作業(yè)情況，不用經(jīng)常扭頭觀察后部。以上這些選裝配置均為水田拖拉機(jī)發(fā)展的趨勢，在水田拖拉機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)預(yù)留好安裝的空間和位置，便于后續(xù)拖拉機(jī)升級換代；

3）水田拖拉機(jī)長時(shí)間在水里作業(yè)需考慮防水密封性，一方面是防止水進(jìn)入拖拉機(jī)箱體內(nèi)部，另一方面防止拖拉機(jī)內(nèi)部油外漏污染田地環(huán)境。對于由傳動(dòng)箱伸出的軸來說，東風(fēng)井關(guān)系列拖拉機(jī)各處密封均采用油封方式代替?zhèn)鹘y(tǒng)的O型橡膠圈密封，O型圈在裝配時(shí)或軸運(yùn)動(dòng)過程中易造成切圈和磨損現(xiàn)象，密封效果較差。

4）通過采用控制器和比例電磁閥，在作業(yè)機(jī)上下移動(dòng)時(shí)進(jìn)行油量控制。例如，如果稍微抬起控制桿，以較少的流量慢慢抬起旋耕機(jī)，如果進(jìn)行大幅抬高操作，則以較多的流量快速提升旋耕機(jī)，可以按照操作者的想法決定作業(yè)機(jī)的位置，在打漿時(shí)可全面發(fā)揮其功效，使整個(gè)農(nóng)田變得均勻，為水稻生長創(chuàng)造理想環(huán)境。

5）水田拖拉機(jī)的最小離地間隙應(yīng)盡可能大，進(jìn)而在水田作業(yè)時(shí)具有更強(qiáng)的通過性和良好的適應(yīng)性。東風(fēng)井關(guān)系列拖拉機(jī)選用雙錐加輪邊行星機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)傳動(dòng)比大、地隙高、轉(zhuǎn)角大，在滿足強(qiáng)度的前提下盡可能縮短兩軸之間的間隙。前驅(qū)動(dòng)軸盡量布置在前變速箱內(nèi)部，抬高前驅(qū)動(dòng)軸的離地間隙。

3 推動(dòng)水田拖拉機(jī)裝備高質(zhì)量發(fā)展建議

我國南方稻作區(qū)由于拖拉機(jī)反復(fù)作業(yè)，導(dǎo)致水田環(huán)境逐年惡化，水田犁底層加深。綜合當(dāng)前水田拖拉機(jī)實(shí)際表現(xiàn)，水田拖拉機(jī)的衡量標(biāo)準(zhǔn)不應(yīng)以馬力作為單一條件，實(shí)際上最關(guān)鍵的是水田拖拉機(jī)的技術(shù)路徑，應(yīng)在105馬力及以下不斷優(yōu)化產(chǎn)品，可基本解決水田犁底層破壞的問題。建議：在接地比壓方面，盡快出臺(tái)測試方法和規(guī)范，例如靜態(tài)接地比壓應(yīng)小于 0.35 kgf/cm2；在密封性方面，關(guān)鍵部位需具備防泥水性能，尤其在前驅(qū)動(dòng)橋和后橋部位，避免造成傳動(dòng)系統(tǒng)失效；在底盤方面，強(qiáng)調(diào)采用標(biāo)準(zhǔn)水田的適用底盤規(guī)格，滿足濕爛田多種耕作要求，避免為追求輕量化而采用小底盤，出現(xiàn)“大馬拉小車”的現(xiàn)象。在水稻種植前期全部生產(chǎn)作業(yè)過程中，應(yīng)重視耕整地要求，豐富并明確水田拖拉機(jī)各項(xiàng)衡量標(biāo)準(zhǔn)。

在整機(jī)重量方面建議設(shè)定水田拖拉機(jī)重量區(qū)間段，確保水田拖拉機(jī)結(jié)構(gòu)質(zhì)量盡可能減少拖拉機(jī)在水田作業(yè)時(shí)對硬底層的破壞。同時(shí)結(jié)構(gòu)質(zhì)量輕對承壓力低的爛泥田有更好的適應(yīng)性，不易下陷。水田拖拉機(jī)在設(shè)計(jì)時(shí)可通過選擇輕量化的發(fā)動(dòng)機(jī)、結(jié)構(gòu)緊湊的傳動(dòng)系、傳動(dòng)液壓系統(tǒng)合油、合理優(yōu)化駕駛室骨架結(jié)構(gòu)等實(shí)現(xiàn)水田拖拉機(jī)結(jié)構(gòu)質(zhì)量輕量化。根據(jù)東風(fēng)井關(guān)全品類拖拉機(jī)的試驗(yàn)，水田拖拉機(jī)結(jié)構(gòu)質(zhì)量比約在小于50 kg/kW（整機(jī)重量在3 300～3 500 kg；功率不超過 70 kW時(shí)）較為適宜。

表2 拖拉機(jī)適用性和技術(shù)要求區(qū)別

4 結(jié)語

使用水田拖拉機(jī)開展耕作是水田保護(hù)性耕作技術(shù)的重要一環(huán)。現(xiàn)階段，水田拖拉機(jī)輕量化已成為行業(yè)發(fā)展趨勢，得到了民眾的普遍認(rèn)可。今后農(nóng)技推廣部門、科研院所、農(nóng)機(jī)合作社、農(nóng)機(jī)企業(yè)應(yīng)密切配合，共同探索，發(fā)展適合水田的保護(hù)性耕作模式和產(chǎn)品，助力中國農(nóng)機(jī)裝備產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級。