电动拖拉机研究现状及发展建议
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Industrial research产业研究64
《农机市场》 2024年第2期前言电能是清洁能源的重要代表，用电能代替传统石油能源，将电能转变为机械能已然成为时代首选，这一技术在新能源汽车领域已经得到成功应用。2021年《“十四五”全国农业机械化发展规划》明确提出了加快绿色智能农机装备和节本增效农业机械化技术推广应用，因地制宜发展复式、高效农机和电动农机装备。由此可见，电动农机装备符合我国国情，电动拖拉机未来必然有很好的发展前景。 [1]1.电动拖拉机研究现状拖拉机，是农业生产及对农产品进行加工及处理过程中所用到的农业机械，燃油是拖拉机的最主要的动力。 [2]石油不可再生，污染较严重，而电能相较而言，具有独到优势。电能逐步取代传统燃油动力，成为机械能转化的首选能源，电动拖拉机研究现状及发展建议张 想 谭伟超江门职业技术学院，广东 江门 529030摘 要：电能替代传统石油能源，是未来的发展趋势。农机电动化，特别是拖拉机电动化必然有很好的发展前景。本文重点分析了电动拖拉机的国内外研究现状，指出了当前存在的问题，对电动拖拉机未来的发展提出了建议。关键词：电动拖拉机；电动化；电池作者简介：张想（1990—），河北沧州人，硕士，研究方向：机电一体化。是未来的发展趋势。电动拖拉机已成为全国电动农业研究的主要方向。1.1 国外研究现状最早的电动拖拉机可以追溯到19世纪末，美国已经出现以电力为能源的拖拉机，但并未开始大规模研究。20世纪初，德国Siemens推出电网供电的拖拉机，标志着电动拖拉机研究的正式起步。20世纪70年代，由于中东石油危机，美国、日本等发达国家又开始对电动拖拉机进行研究。21世纪后，电动拖拉机进入高速发展阶段。目前，国外对电动拖拉机的研究重点是电池研发和电动拖拉机的功能集成。2011年，汉诺威农业展览会上，纽荷兰推出了第二代NH2氢动力拖拉机，如图1所示。该款拖拉机以纽荷兰T6000为原型，配备2个电动马达，一个用于牵引，另一个用于操纵PTO及辅助电路，每一个电动马达提供135马力动力，扭65
《农机市场》 2024年第2期矩950牛米，曲轴最高转速可达3000r/min。这是全世界第一台以氢燃料为动力的拖拉机，它最大的优势是有害废气零排放，排出的只有热量和水汽。它让人们看到了未来在农机领域新型能源燃料的新模式。2017年，法国SIMA展，美国John Deere 公司推出了世界首款纯电动拖拉机SESAM，如图2所示。这款拖拉机配备两块功率130千瓦的锂离子电池，可提供380马力的标准动力。能持续作业4小时或55千米，充电时间为3小时。由约翰迪尔德国曼海姆工厂出品。SESAM已经完成田间测试，能够胜任传统拖拉机的任何工作任务。1.2 国内研究现状我国研究电动拖拉机起步较晚，近几年，国家出台了一系列的支持政策，各相关企业加大投入，取得一系列研究成果。2018年10月，“超级拖拉机1号”在洛阳下线，如图3所示。该款拖拉机整机由无人驾驶系统、动力电池系统、智能控制系统、中置电机及驱动系统、智能网联系统等五大核心系统构成，产品外观采用流线型仿生设计，通过电驱动底盘设计等技术，实现整车状态监控、故障诊断及处理、机具控制、能量管理等功能，并实现恒耕深、恒牵引力等智能识别与控制功能。与传统的柴油机不同的是，超级拖拉机1号用的是锂电池，永磁同步电机作为动力源，一次充电可连续工作5~6个小时。目前可以实现遥控和无人驾驶两种工作方式。 2020年，国家农机装备创新中心牵头发起，清华大学天津高端研究院与洛阳先进制造产业研发基地联合打造了拖拉机ET504-H，如图4所示。这是中国首台5G+氢燃料电动拖拉机，应用了5G、无人驾驶、北斗导航、氢燃料电池等最前沿科技，成为一款高大上的拖拉机。主动力上采用永磁同步中置主电机驱动，提升与转向由独立电机驱动。具有综合续航时间长，零碳排放、加氢时间短、噪音低等优点。2.存在的问题电动拖拉机与传统拖拉机相比，上游增加了电池、电
机及电控系统等部件，下游有充电设施、电池维护与回收▌纽荷兰第二代NH2氢动力拖拉机。▌John Deere 纯电动拖拉机SESAM。▌超级拖拉机1号。▌ET504-H电动拖拉机。Industrial research产业研究66
《农机市场》 2024年第2期等。 [3]与其他车辆不同，拖拉机的作业环境复杂，作业时间集中，对稳定性、适应性及续航能力要求较高。我国对电动拖拉机的研究虽取得了一些成果，但仍停留在理论研究阶段，处于萌芽阶段，一些技术指标需改进。2.1 电池技术不成熟动力装置的电动化已经在新能源汽车领域取得了成功，但是对拖拉机用蓄电池的研究缺乏重视，没有实现电机技术从新能源汽车到电动拖拉机的有效迁移，相关的研究成果比较少。当前常用的电池是铅酸电池、镍氢电池及锂电池三类。铅酸电池能量密度太低，镍氢电池存在低温容量下降，价钱高等缺点，相较而言，锂电池在拖拉机领域更有优势，但依然存在问题。一是电池的能力密度不够。锂电池能量密度一般小于200Wh/kg，不能满足农忙时节所需的作业时间、工作效率及工作强度。二是电池价格过高。锂电池价格高达1000元/kW·h，若增加电池组数量，既会在整机布置上提高难度，也会增加整机的购置成本，让农民望而却步。三是电池在高温、严寒等极端温度下适应性差，农忙时节，拖拉机需连续长时间、高强度作业，使得机器温度较高。温度60℃以上时，电池寿命将大幅降低，温度超过85℃，电池会出现热失控，甚至起火爆炸，影响操作人员的安全。2.2 缺乏评价标准当前国家并未发布电动拖拉机相关的评价标准和指标，研发过程中主要参考新能源汽车和传统拖拉机的相关标准进行评价。无论是动力来源还是传动部分都与传统燃油拖拉机有本质区别，作业需求上更是与新能源汽车天差地别，参考二者的标准并不科学、准确。2.3 充电基础设施不足拖拉机使用时间集中，但是使用频率较低，拖拉机作业的田间地头往往都是在交通不便的农村，操作人员多是文化水平不高的农民，这些都使得充电基础设施的推广普及难度加大，设备的后期维护也是问题。3.发展建议3.1 提高电池技术电池是制约电动拖拉机发展的核心部件，针对当前新能源汽车技术强电动拖拉机技术弱这一现象，有必要加大研发力度，实现技术迁移，提高电动拖拉机电池技术水平。在此基础上，进一步去开发高能量密度，良好温度适应性的高性价比电池。如何保证电机在潮湿、寒冷、泥泞等恶劣作业环境下，连续长时间正常工作，是未来电动拖拉机领域的研究重点。3.2 提高智能化水平智能化、自动化无疑是发展趋势。电动拖拉机的研发应参考新能源汽车的整车控制系统，在此基础上开发适合拖拉机的控制系统，提高自动化控制水平。农业作业环境复杂多变，应加大对田间作业规律的研究，为电动拖拉机的设计提供理论依据。3.3 完善评价标准标准的制定必然影响电动拖拉机的发展方向。相关部门应尽快制定电动拖拉机评价标准，以促进电动拖拉机的健康发展。3.4 完善充电基础设施建设各地区应因地制宜，根据当地电动农机的使用特点，逐步建立相关充电基础设施，进一步促进电动农机的快速发展。政府和企业也要加大对操作人员进行培训，指导操作人员安全、可靠使用充电设施。结语农业装备的电动化是未来绿色农业的发展方向，电动拖拉机有着广阔的未来。当前电动拖拉机还处于发展阶段，应顺应时代发展，加大研发力度，突破电动拖拉机使用瓶颈。[1] 冯汝广，牛晓硕等.电动农业机械研究现状及发展建议[J]. 农业开发与装备 2023（8）：24-26.[2] 李树金.农机电动化的意义与发展趋势[J].农业机械，2019（05）：69-71.[3] 徐立友，张俊江等.农业准备电动化技术研究综述[J].农业机械学报，2023，54（9）：1-12.[4] 许东生，黄晓鹏.电动农业机械研究现状及发展趋势[J].农业机械，2017（10）:40[5] 王成继. 燃料电池拖拉机动力系统设计与研究[D].武汉：湖北工业大学，2020:42-55.
