CVT傳動(dòng)系拖拉機(jī)作業(yè)效率及經(jīng)濟(jì)性對比分析

摘 要：本文針對CVT傳動(dòng)系拖拉機(jī)的作業(yè)效率及經(jīng)濟(jì)性，設(shè)計(jì)了對比試驗(yàn)驗(yàn)證規(guī)程，與傳統(tǒng)機(jī)械有級擋拖拉機(jī)進(jìn)行了對比試驗(yàn)。通過開展此試驗(yàn)，得出CVT傳動(dòng)系拖拉機(jī)在作業(yè)效率及經(jīng)濟(jì)性方面有明顯的優(yōu)勢，作業(yè)性能較之傳統(tǒng)拖拉機(jī)有了大范圍的提升。

關(guān)鍵詞：CVT；拖拉機(jī)；機(jī)械有級擋；作業(yè)效率

1 引言

眾所周知，CVT傳動(dòng)系統(tǒng)是農(nóng)業(yè)拖拉機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的終極目標(biāo)，也是國家科研機(jī)構(gòu)及制造企業(yè)研發(fā)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。區(qū)別于汽車行業(yè)，拖拉機(jī)傳動(dòng)系，尤其是大馬力拖拉機(jī)傳動(dòng)系特點(diǎn)是低轉(zhuǎn)速、大扭矩，且要適應(yīng)變化復(fù)雜的田間耕作環(huán)境及惡劣的作業(yè)條件，這就要求拖拉機(jī)CVT傳動(dòng)系統(tǒng)在傳遞較大扭矩的同時(shí)，還要能實(shí)現(xiàn)高效穩(wěn)定靈敏的變速操控以及較好的作業(yè)穩(wěn)定性和可靠性?，F(xiàn)在國內(nèi)研發(fā)能力較強(qiáng)的科研機(jī)構(gòu)和拖拉機(jī)專業(yè)制造企業(yè)，諸如中國一拖、濰柴雷沃、濰坊魯中等，均已經(jīng)有了相對成熟的技術(shù)路線及整體設(shè)計(jì)方案，并且也進(jìn)行了小批量的試制及銷售。

現(xiàn)在拖拉機(jī)主流CVT（Continuously Variable Transmission）傳動(dòng)系統(tǒng)，即無級變速傳動(dòng)系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)拖拉機(jī)在設(shè)定的速度區(qū)間內(nèi)進(jìn)行速度無限可調(diào)。目前多采用機(jī)械液壓雙功率合流式無級變速系統(tǒng)，即HMCVT（Hydro-mechanical Continuously Variable Transmission），該系統(tǒng)由機(jī)械變速機(jī)構(gòu)、泵—馬達(dá)液壓無級變速系統(tǒng)、動(dòng)力分流或匯流行星齒輪機(jī)構(gòu)、電子控制裝置及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)等構(gòu)成，既保留了機(jī)械傳動(dòng)的高效率，又通過液壓傳動(dòng)與機(jī)械傳動(dòng)的結(jié)合實(shí)現(xiàn)無級變速。傳動(dòng)系統(tǒng)在TCU的精準(zhǔn)控制下，與發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)ECU緊密配合貼合，匯集多區(qū)段機(jī)械液壓行星匯流高效傳動(dòng)系技術(shù)、一體式泵馬達(dá)液壓變速單元高效傳動(dòng)技術(shù)、CVT動(dòng)力總成控制技術(shù)等多項(xiàng)技術(shù)，針對拖拉機(jī)田間作業(yè)復(fù)雜多變的工況，傳動(dòng)系和發(fā)動(dòng)機(jī)配比出最優(yōu)的工作參數(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)最佳動(dòng)力性和最佳燃油經(jīng)濟(jì)性。加之CVT傳動(dòng)系拖拉機(jī)在整機(jī)配置上要高于普通機(jī)械換擋拖拉機(jī)，駕駛舒適性和操作方便性大大提升，駕駛員能夠更加專注于作業(yè)安全性和作業(yè)質(zhì)量，故而能全方位提升作業(yè)效率和降低單位作業(yè)面積的油耗量。本文就將對CVT傳動(dòng)系拖拉機(jī)作業(yè)效率及經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行對比分析。

2 對比試驗(yàn)

CVT拖拉機(jī)和參與對比的拖拉機(jī)按照標(biāo)準(zhǔn)配套相同規(guī)格的液壓翻轉(zhuǎn)犁，耕深、作業(yè)幅寬要求一致，兩臺拖拉機(jī)驅(qū)動(dòng)方式、標(biāo)定功率、標(biāo)定轉(zhuǎn)速、輪胎數(shù)量和規(guī)格相同，最小使用質(zhì)量接近，兩臺車均采用最佳的犁耕作業(yè)工況，同一駕駛員操作。作業(yè)面積、土壤類型、地形地勢、耕前植被種類、種植方式等方面保持一致，試驗(yàn)土壤絕對含水率、土壤堅(jiān)實(shí)度、耕前植被密度、耕前植被高度等偏差不超過5%。試驗(yàn)前，兩臺拖拉機(jī)均應(yīng)加滿同樣標(biāo)號的燃油，冷卻液、其他潤滑油也應(yīng)加至標(biāo)準(zhǔn)位置。對比驗(yàn)證作業(yè)面積為50畝，中途非故障原因不允許停車。

參與對比的拖拉機(jī)為CVT傳動(dòng)系拖拉機(jī)和機(jī)械有級擋拖拉機(jī)各一臺，兩臺拖拉機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)標(biāo)定功率均為177kW，標(biāo)定轉(zhuǎn)速均為2200r/min，輪胎型號相同，前輪420/85R30，后輪520/85R429。兩臺拖拉機(jī)均為四輪驅(qū)動(dòng)，使用質(zhì)量相近，耕作擋位均選用最佳作業(yè)擋位，配套同一型號1LFT-550型液壓翻轉(zhuǎn)犁進(jìn)行犁耕作業(yè)，耕深均為28cm。兩塊作業(yè)地塊面積相同，前茬作物均為玉米，地形平坦，土壤類型一樣，作業(yè)條件十分接近。對比試驗(yàn)結(jié)果（見表1）。

3 對比試驗(yàn)結(jié)果

3.1 作業(yè)效率方面

由表1可以看出，作業(yè)效率以畝均作業(yè)時(shí)間表示。CVT傳動(dòng)系拖拉機(jī)畝均作業(yè)時(shí)間為217.23s，機(jī)械換擋拖拉機(jī)畝均作業(yè)時(shí)間為309.30s，CVT拖拉機(jī)比機(jī)械換擋拖拉機(jī)作業(yè)效率提高29.8%。

3.2 經(jīng)濟(jì)性方面

由表1可以看出，CVT傳動(dòng)系拖拉機(jī)畝均耗油量為1.8507L，機(jī)械換擋拖拉機(jī)畝均耗油量為2.4853L，CVT拖拉機(jī)比機(jī)械換擋拖拉機(jī)畝均耗油量降低25.5%。由此可以得出，在本次試驗(yàn)地點(diǎn)、作業(yè)面積同等條件下，CVT拖拉機(jī)在作業(yè)效率和經(jīng)濟(jì)性等方面，均展現(xiàn)出了較大優(yōu)勢。

3.3 作業(yè)舒適度與精準(zhǔn)度方面

由于CVT拖拉機(jī)采用了智能操控平臺、豪華懸浮駕駛室、負(fù)載敏感型液壓系統(tǒng)、電液綜合控制提升系統(tǒng)結(jié)合力位傳感形成閉環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)了操縱便捷性與作業(yè)精確度的飛躍式提升，相較于傳統(tǒng)機(jī)械換擋拖拉機(jī)，其優(yōu)勢顯而易見。這不僅極大地減輕了駕駛員的勞動(dòng)強(qiáng)度，免除了頻8b7c658546d4e2e759201ef36488ba4adaa11939dcf5468e60c8cc390606506c繁換擋與不必要的操作，還讓駕駛員能更專注于提升耕作質(zhì)量，從而自然帶動(dòng)了作業(yè)效率的顯著提升。

由表1可以看出，CVT拖拉機(jī)在正常作業(yè)時(shí)，駕駛員耳旁噪聲僅為75.5dB（A），比機(jī)械有級擋拖拉機(jī)降低了10.8dB（A）。駕駛員全身振動(dòng)聯(lián)合加速度數(shù)值為0.206m/s2，也遠(yuǎn)低于機(jī)械有級擋拖拉機(jī)，這就充分驗(yàn)證了CVT傳動(dòng)系拖拉機(jī)駕駛舒適性、操作方便性大大優(yōu)于傳統(tǒng)機(jī)械有級擋拖拉機(jī)。

特別是在滿負(fù)荷作業(yè)場景下，當(dāng)耕深需求超過40cm，面對土壤高比阻及復(fù)雜多變的田間環(huán)境，CVT拖拉機(jī)能夠智能感知不同負(fù)載需求，及時(shí)且精確地調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)與傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力分配，確保始終處于最優(yōu)作業(yè)狀態(tài)。相較之下，傳統(tǒng)機(jī)械換擋拖拉機(jī)則高度依賴駕駛員的經(jīng)驗(yàn)判斷及車輛反饋（如發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速驟降、輪胎打滑等跡象），不得不通過頻繁換擋或手動(dòng)調(diào)節(jié)油門等方式來應(yīng)對負(fù)載變化，這不僅限制了作業(yè)效率，還間接導(dǎo)致了燃油經(jīng)濟(jì)性的下降。

兩臺拖拉機(jī)均配置明新一中1LF-550型液壓翻轉(zhuǎn)犁，工作幅寬均調(diào)整至最大，耕深均在28cm左右?，F(xiàn)場試驗(yàn)土質(zhì)為壤土，拖拉機(jī)操作機(jī)手為同一機(jī)手。作業(yè)效率對比結(jié)果按畝均作業(yè)時(shí)間計(jì)，P2404-7V型CVT傳動(dòng)系拖拉機(jī)比M2404-N型機(jī)械有級擋拖拉機(jī)提高了29.8%；作業(yè)經(jīng)濟(jì)性對比結(jié)果按畝均耗油量計(jì)，P2404-7V型CVT傳動(dòng)系拖拉機(jī)比M2404-N型機(jī)械有級擋拖拉機(jī)降低了25.5%；畝均作業(yè)油耗成本，P2404-7V型CVT傳動(dòng)系拖拉機(jī)比M2404-N型機(jī)械有級擋拖拉機(jī)畝均節(jié)約4.3元（按照0號柴油6.8元/L計(jì)算）。

4 結(jié)論

CVT傳動(dòng)系拖拉機(jī)，作為當(dāng)前傳統(tǒng)拖拉機(jī)技術(shù)中的旗艦級產(chǎn)品，其在作業(yè)效率、經(jīng)濟(jì)性能、駕駛舒適度以及操作便捷性等多個(gè)維度上，均要優(yōu)于機(jī)械換擋拖拉機(jī)。通過一系列設(shè)計(jì)的對比試驗(yàn)，CVT傳動(dòng)系拖拉機(jī)在實(shí)際作業(yè)環(huán)境中有效發(fā)揮出了應(yīng)有的優(yōu)勢。

盡管本次對比試驗(yàn)受到了一定地域和地塊條件的限制，但CVT傳動(dòng)系拖拉機(jī)依然能夠脫穎而出，展現(xiàn)出其強(qiáng)大的適應(yīng)性和顯著的優(yōu)勢。這一結(jié)論不僅基于試驗(yàn)數(shù)據(jù)的支持，更得到了市場實(shí)踐的驗(yàn)證。在東北、西北、內(nèi)蒙古等大型農(nóng)場中，CVT傳動(dòng)系拖拉機(jī)已經(jīng)憑借其卓越的性能和穩(wěn)定的表現(xiàn)贏得了廣泛的認(rèn)可和應(yīng)用。它不僅能夠顯著提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率，降低運(yùn)營成本，還能夠?yàn)轳{駛員提供更加舒適和便捷的操作體驗(yàn)，是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)機(jī)械化進(jìn)程中不可或缺的重要力量。

作者簡介：許凱，高級工程師，工學(xué)學(xué)士，主要從事農(nóng)業(yè)機(jī)械試驗(yàn)鑒定、技術(shù)推廣等工作。

*通信作者：王錦，高級會計(jì)師，管理學(xué)學(xué)士，主要從事于農(nóng)業(yè)機(jī)械鑒定、推廣項(xiàng)目管理和財(cái)會等工作。