广义的农业机械的范围比较大,包括了许多粮油加工机械和排灌机械等固定设备;而能与工程机械进行比较的则主要是其中的田间作业机械,也就是一般称谓的农业机械。同样,工程机械也包含了许多门类,如有铲土运输机械、移动式起重机械、路面施工机械、矿山机械等等。本文讨论的是对于上程机械行业转型和兼产农业机械时比较现实,也是农业机械行业迫切需要发展的大中型田间作业机械的一些技术问题。
同根同源
一般来说,汽车、工程机械和农业机械是现在人们常见的无需轨道能够自主移动的行走机械。它们的共同之处是都有发动机、传动装置和行走装置等主要构成部件。由于用途不同,汽车被称为公路车辆,行驶速度较高,每小时可达100 ~200km以上;而工程机械和农业机械的速度则较低,最高速度一般都在50km/h以下。这还指的是它们的自行转场和拖带挂车兼作运输工具时的速度,而主要作业速度要低至不到10km/h。所以一般被称为“非公路车辆”。这是工程机械、农业机械两者与汽车最大的区别之一,也是前两者之间最明显的共同点之一。
同为中低速的行走机械其实有着许多共同的技术渊源,当年用蒸汽机作动力源的压路机和拖拉机的长相就十分相像,只是前者装的都是光面的钢轮,而后者的后轮带有一些凸出的钢制棱角而已。直到现在,上程机械和农业机械两者的界线在有些方面也是比较模糊的。例如农田基本建设中使用的许多机具就是中小型的推土机和挖掘机,现在市政工程中常用的滑移转向式装载机原本出自农用畜舍中清理垫草和粪肥的机具。而且二者还存在着不少“跨界”的机具,例如著名的奔驰“乌尼莫格”就是一种在越野汽车、市政工程机械和农业机械领域都很棒的“三栖”机器。它完美地诊释和秉承了“德国制造”的“性能和质量是最好的,价格也许也是最贵的”的理念。但是典型的农业机械和工程机械之间却无论从用途、形态和结构等方面都有很大的差异,例如联合收割机和路面摊铺机除了都有较大的作业幅宽这一点之外就没有什么可比性。这也和其他领域的情形类似:技术越是发展,各门类设备之间体现出的差异化就会越明显,这是不同领域内为达到优化所具有的不同目标函数所决定的。专业化分工和个性化需求都促进了这一趋势的发展,用时尚的说法就是一个“细分市场”的问题。但是这种细分在技术层面上又不是绝对的。你中有我、我中有你是大自然赋予各种物体的天然秉性。在农业机械与工程机械之间,无论是基础元器件还是材料工艺都有许多共通的地方,而且两者之间技术上的相互借鉴和移植也几乎成为常态。这可能正是工程机械企业转产或兼产农业机械较之汽车等行业更为容易的有利条件之一。当然另一个因素在于,汽车行业的产量规模一般要远大于农业机械和工程机械,因此前者采用的制造技术、生产流程和管理方式和农业机械也有较大的差异。
农业机械和工程机械的共同点还表现在以下7个方面。
第一,除了功率很小的机具以外,普遍采用高速柴油机作为动力源。不过也有一些例外,如室内和井下使用的叉车、运输车和装载机等就使用蓄电池或拖曳电缆供电的电动机。
第二,作为非公路中的低速行走机械,常需要在潮湿、泥泞、多尘和起伏不平的无路地面上行进和作业,工作环境比公路车辆要恶劣许多。
第三,工作速度和转运速度之间均相差较大,都需要有宽广的调速范围。
第四,都采用轮式和履带式行走装置,而且都是轮式的为主流。
第五,除了农用挂车外,轮式机型多无弹性悬架,仅靠轮胎减振;履带式机型则多为半刚性悬架。
第六,都广泛应用液压传动和控制技术。液压转向系统和工作装置的液压传动控制系统几乎已成了“标配”,而行走装置的静液压驱动系统也越来越多的出现在“高配”和“顶配”的机型中。
第七,发展中都体现了操控人性化和信息电子化的趋势。大中型工程机械和拖拉机、联合收割机等的驾驶室都堪称“豪华”,机载计算机、感知环境和作业工况的大量传感器和数字总线构成了一套操控智能化、参数可视化系统。这不仅大大减轻了操作人员的体力和脑力负担,也显著提高了作业的精度和效率。各显各能
农业机械相对于工程机械的差异主要表现在以下几个方面。
工作对象与环境的差异
常用工程机械的作业过程是切削较密实坚硬的土石物料并在中短距离的崎岖地面上转运它们,很多时候处置的是一些整体实物和容重较大的颗粒物料一。它们多以体积重量为单位计算生产率和能耗。提高生产率要靠加大铲斗等工作部件的有效容积。
拖拉机作业于平整松软的耕地上,一般对土壤只翻转不移动,只处理不搬运(翻耕、平地、松土、施肥、播种、插秧等)。收割机用于从田间切割、收集和转运作物的籽粒、果实、茎叶、块根等和其他娇贵易损的生物质农产品,并将它们从松散的秸秆谷草中分离出来,进行必要的初步加工。农业机械多以作业面积为单位计算生产率和能耗,提高生产效率的常用做法是加大作业幅宽。
专业性与通用性的差异
工程机械领域各种机具的地位相当,装载机、挖掘机、推土机、压路机、起重机等各主流机种平起平坐,各自都配置有能够独立地高效率完成特定任务的完整的动力系统和工作装置,专业分工明确。但彼此之间“跨界”变通应用则较为困难。
与很难说出哪一种工程机械是整个行业的 “形象代言人”不同,农业机械中的拖拉机绝对是整个田间作业的主角。它可以与众多的配角,也就是配套机具构成耕、耙、播、收和田间运输等各种功能的机组系统,还可把全套联合收割机之类的整机“背负”在其底盘上,甚至可以变通应用去牵引飞机和火炮,由此体现了良好的“万能”的通用性。与装载机、挖掘机和叉车等配套的属具相比,拖拉机配套的农机具无论从数量上、品种上和作业领域的宽泛性上都要大得多。但拖拉机木身却缺乏工作部件,没有配套农机具时单独的裸机除了产生水平牵引力以外几乎什么也干不成。谷物联合收割机有较强的通用性,通过更换一些工作部件和调整诸如脱粒滚筒的转速等运转参数,它们可以收获各种稻麦类和大豆等作物。然而也有一些专业性很强的农业机械,如自走式的玉米、棉花、马铃薯、葡萄收获机,半喂入的水稻联合收割机,及高地隙大幅宽的植保机械等,就都是专门为特定的作业制造的。这些机具的结构参数很多是根据农艺标准来确定的,如作物栽植的行距、垄宽和果实部位的高度等等。
设计理念与结构材料的差异
工程机械的产品结构按照专业分上的任务进行优化,多数机种的构件必须适应负荷变化剧烈、集中载荷随机多发的环境特点,此外往往还要依靠底盘的自重来产生推进力和切削力所需的附着力,以及平衡崛起与提升物料时的颠覆力矩。因此它们的机架都要具备较高的强度、刚度乃至较大的自重储备,用料多为中厚钢板和铸钢件,结构轻量化比较困难。
农用拖拉机十分强调作为田间作业的动力核心的多功能通用型,部分载荷可由外挂的工作部件分担,还可采用可拆装的平衡配重块来调节载荷分布,以保证产生牵引力所需的附着力。冲压件、灰铸铁、球墨铸铁和工程塑料用量较大。联合收割机的载荷分布比较均匀平稳,但要求机身具有较大的空间来容纳众多的工作部件被处置的低容重轻泡物料。为此农机适宜采用轻型骨架和薄壁构件。
作为对比,今天世界上最大的拖拉机的柴油机功率380kW,自身质量只有约14t;同等功率的大型轮式装载机的自身质量却高达50t以上。后者的白身质量包括自带的铲斗等工作部件和厚实的机架。