夏 煥，錢東波，岳崇勤，程家鑫

（1.上海市農(nóng)業(yè)機(jī)械鑒定推廣站，上海市 201601；2.山東山曄智能裝備有限公司，山東萊州 261423）

1 農(nóng)業(yè)技術(shù)的發(fā)展背景

自工業(yè)革命以來，農(nóng)業(yè)技術(shù)經(jīng)歷了顯著的變革，尤其是在機(jī)械化方面。從最初的手工耕作到動(dòng)力驅(qū)動(dòng)的機(jī)械。農(nóng)業(yè)機(jī)械化的發(fā)展極大地提高了農(nóng)作物的種植效率和產(chǎn)量。20世紀(jì)中后期，隨著電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，農(nóng)業(yè)機(jī)械開始向智能化、自動(dòng)化方向發(fā)展。這一時(shí)期，GPS導(dǎo)航、北斗自動(dòng)導(dǎo)航等技術(shù)被應(yīng)用于農(nóng)業(yè)機(jī)械中，極大地提高了農(nóng)業(yè)作業(yè)的精確度和效率[1]。進(jìn)入21世紀(jì)，隨著物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和人工智能等新興技術(shù)的興起，農(nóng)業(yè)機(jī)械的發(fā)展進(jìn)一步加速。這些技術(shù)不僅改善了農(nóng)業(yè)機(jī)械的操作性能，還使得農(nóng)業(yè)機(jī)械能夠更好地適應(yīng)復(fù)雜多變的環(huán)境條件，提高了作業(yè)的靈活性和適應(yīng)性。農(nóng)業(yè)機(jī)械的智能化不僅限于提高作業(yè)效率和精度，還包括了節(jié)能減排、環(huán)境保護(hù)等方面的考慮，這對(duì)于實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。當(dāng)前，隨著科技的不斷進(jìn)步和減廢降碳的深入推進(jìn)，農(nóng)業(yè)機(jī)械化正向更加自動(dòng)化、智能化、綠色環(huán)保的方向發(fā)展，為實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的高效、安全、可持續(xù)生產(chǎn)提供了有力支撐[2]。

2 遠(yuǎn)程控制與人工操作融合的重要性

遠(yuǎn)程控制與人工操作在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)中的融合具有重要意義，它代表了農(nóng)業(yè)機(jī)械化向更高級(jí)別的技術(shù)邁進(jìn)的關(guān)鍵一步。隨著科技的發(fā)展，農(nóng)業(yè)機(jī)械不僅要求高效率和精確性，還需適應(yīng)多樣化和復(fù)雜的作業(yè)環(huán)境[3]。遠(yuǎn)程控制技術(shù)的引入，使得拖拉機(jī)等農(nóng)業(yè)機(jī)械可以在無需操作人員直接操作的情況下完成農(nóng)作任務(wù)，特別是在惡劣天氣或危險(xiǎn)環(huán)境下，遠(yuǎn)程控制可以顯著提升作業(yè)安全性。同時(shí)，人工操作的保留確保了在復(fù)雜環(huán)境下的靈活性和應(yīng)對(duì)突發(fā)情況的能力。此外，遠(yuǎn)程控制與人工操作的融合還有助于降低勞動(dòng)強(qiáng)度，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的智能化水平。在大數(shù)據(jù)、人工智能技術(shù)的輔助下，這種融合模式能夠?qū)崿F(xiàn)更高效的資源配置和更精準(zhǔn)的農(nóng)業(yè)管理，有助于推動(dòng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)向可持續(xù)、高效率的方向發(fā)展。綜上所述，遠(yuǎn)程控制與人工操作的結(jié)合不僅是技術(shù)創(chuàng)新的體現(xiàn)，也是適應(yīng)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展需求的必然選擇[4]。

3 設(shè)計(jì)原理和技術(shù)細(xì)節(jié)

3.1 整體結(jié)構(gòu)

本文設(shè)計(jì)的新型拖拉機(jī)的整體結(jié)構(gòu)考慮了實(shí)用性和美觀性。外形尺寸（長×寬×高）僅為3 050 mm×1 500 mm×1 650 mm，這種緊湊的設(shè)計(jì)使得拖拉機(jī)在狹窄空間中也能靈活操作。拖拉機(jī)的車體包含巧妙布置在車架頂部的控制艙和發(fā)動(dòng)機(jī)罩，這兩者頂部設(shè)計(jì)為平齊，并且相接處位于油箱正上方。這樣的布局不僅在保證拖拉機(jī)高度的基礎(chǔ)上合理利用了車架上方空間，還最大化了控制艙的空間?？刂婆搩?nèi)部設(shè)有用于切換遙控模式和人工駕駛模式的控制系統(tǒng)，同時(shí)，人工駕駛模式的操作界面包括：油門、剎車和方向盤，與普通拖拉機(jī)保持一致。除此之外，前進(jìn)、后退、升降及其他功能的操作也通過電控手柄和蹺板開關(guān)來實(shí)現(xiàn)。此外，控制艙和發(fā)動(dòng)機(jī)罩的設(shè)計(jì)不僅優(yōu)化了操作空間，還賦予拖拉機(jī)更加美觀的外形。這種設(shè)計(jì)思路充分展示了在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)中功能性和美觀性的完美結(jié)合，展現(xiàn)了現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)的新趨勢(shì)（如圖1）。

圖1 整體結(jié)構(gòu)圖

3.2 轉(zhuǎn)彎結(jié)構(gòu)

在這款拖拉機(jī)的轉(zhuǎn)彎結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，采用了兩個(gè)轉(zhuǎn)向座和雙轉(zhuǎn)向油缸系統(tǒng)，有效地增強(qiáng)了轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性。這些轉(zhuǎn)向座位于車架前端兩側(cè)，通過豎向軸線與車架配合轉(zhuǎn)動(dòng)，而雙轉(zhuǎn)向油缸則提供了更加穩(wěn)定和精確的轉(zhuǎn)向控制。車架前端設(shè)置的V型固定梁，其夾角為118°，優(yōu)化了前輪的偏轉(zhuǎn)角度，使得拖拉機(jī)即使在狹窄的空間內(nèi)也能實(shí)現(xiàn)良好的轉(zhuǎn)彎性能。這種設(shè)計(jì)配套100馬力發(fā)動(dòng)機(jī)在不掛載機(jī)具時(shí)，轉(zhuǎn)彎半徑僅為2 350 mm，也極大地提升了機(jī)器在狹窄環(huán)境中的機(jī)動(dòng)性。與100馬力的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)搭配使用時(shí)，這種拖拉機(jī)的小轉(zhuǎn)彎半徑顯著優(yōu)于傳統(tǒng)的小型拖拉機(jī)，從而提供了更高的作業(yè)效率和更好的操作體驗(yàn)。特別適用于設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。這一創(chuàng)新的轉(zhuǎn)彎結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，充分展現(xiàn)了在提升操作便利性和機(jī)械靈活性方面的先進(jìn)技術(shù)應(yīng)用，為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)機(jī)械提供了更加高效和適應(yīng)性強(qiáng)的解決方案。

3.3 遠(yuǎn)程控制模塊

在這款遠(yuǎn)程控制兼人工操作的拖拉機(jī)中，遠(yuǎn)程控制模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)施是其核心創(chuàng)新之一。電控變速箱位于車架中部，這一策略既考慮到了位于車架后端的后驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，也照顧到了前端的液壓馬達(dá)和轉(zhuǎn)向油缸，這種布局不僅使得驅(qū)動(dòng)模塊的布置更為緊湊，還有效減少了所需的空間，使得大馬力拖拉機(jī)實(shí)現(xiàn)了小型化和機(jī)動(dòng)靈活化。這對(duì)于遠(yuǎn)程控制的實(shí)施至關(guān)重要。拖拉機(jī)的遠(yuǎn)程控制主要通過網(wǎng)絡(luò)或衛(wèi)星導(dǎo)航與電控變速箱信號(hào)連接，其中包括4G或5G網(wǎng)絡(luò)，以及北斗導(dǎo)航系統(tǒng)。操作者可以通過手機(jī)APP等客戶端進(jìn)行遠(yuǎn)程操控，實(shí)現(xiàn)啟停、前進(jìn)、后退、轉(zhuǎn)向、機(jī)具升降、剎車和油門控制等功能。為了提高操作的準(zhǔn)確性和安全性，作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)通常配備遠(yuǎn)程攝像頭，與手機(jī)端APP聯(lián)動(dòng)，操作者可以根據(jù)攝像頭反饋的畫面進(jìn)行精準(zhǔn)操控。這種遠(yuǎn)程控制模塊的設(shè)計(jì)不僅提高了作業(yè)的靈活性和效率，還為拖拉機(jī)在復(fù)雜環(huán)境中的作業(yè)提供了可靠的技術(shù)支持。

4 遠(yuǎn)程控制與人工操作融合的優(yōu)勢(shì)

4.1 提高農(nóng)業(yè)作業(yè)效率

遠(yuǎn)程控制兼人工操作的拖拉機(jī)在提高農(nóng)業(yè)作業(yè)效率方面具有顯著優(yōu)勢(shì)，首先，遠(yuǎn)程控制功能使得拖拉機(jī)可以在不同環(huán)境下進(jìn)行更加靈活的作業(yè)，減少了因地形或天氣條件不佳而導(dǎo)致的作業(yè)中斷。操作者通過遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)監(jiān)控和調(diào)整拖拉機(jī)的作業(yè)狀態(tài)，從而提高作業(yè)的連續(xù)性和穩(wěn)定性[4]。其次，人工操作模式的保留確保了在需要精準(zhǔn)操作或應(yīng)對(duì)復(fù)雜情況時(shí)的高效性。拖拉機(jī)的先進(jìn)設(shè)計(jì)，如小型化的轉(zhuǎn)彎半徑和高效的動(dòng)力輸出，也大幅提升了作業(yè)效率。此外，通過電控變速箱和優(yōu)化的驅(qū)動(dòng)布局，拖拉機(jī)能夠更有效地適應(yīng)不同的作業(yè)要求，減少了能源消耗和操作成本[5]。綜合來看，這種拖拉機(jī)的設(shè)計(jì)不僅提高了作業(yè)效率，也為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的現(xiàn)代化和智能化發(fā)展提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支持。

此外，遠(yuǎn)程控制兼人工操作的拖拉機(jī)在提高農(nóng)業(yè)作業(yè)效率方面還體現(xiàn)在其對(duì)作業(yè)時(shí)間的優(yōu)化上。由于能夠遠(yuǎn)程操作，拖拉機(jī)可以在一天中的不同時(shí)間段進(jìn)行作業(yè)，充分利用時(shí)間資源，特別是在人工操作不便的夜間或惡劣天氣條件下[6]。這種靈活性大大減少了因環(huán)境因素導(dǎo)致的作業(yè)延遲，確保了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的連續(xù)性和高效性。同時(shí)，遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的精準(zhǔn)性減少了作業(yè)過程中的誤操作和重復(fù)作業(yè)，進(jìn)一步提高了作業(yè)效率[7]?？傊@種拖拉機(jī)的技術(shù)創(chuàng)新為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供了更加高效、靈活且可靠的作業(yè)方式，有助于推動(dòng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的現(xiàn)代化和智能化。

4.2 提升作業(yè)安全性

遠(yuǎn)程控制兼人工操作的拖拉機(jī)在提升農(nóng)業(yè)作業(yè)安全性方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用，通過遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，操作人員可以在安全的地點(diǎn)對(duì)拖拉機(jī)進(jìn)行操作，避免了直接接觸危險(xiǎn)環(huán)境，如惡劣天氣或復(fù)雜地形，從而顯著降低了作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，該系統(tǒng)還配備了先進(jìn)的傳感器和四周避障雷達(dá)，能夠?qū)崟r(shí)檢測(cè)周圍環(huán)境，自動(dòng)避免潛在的障礙物，進(jìn)一步提高了作業(yè)的安全性[8]。另外，人工操作模式下，拖拉機(jī)的設(shè)計(jì)考慮到了操作者的舒適度和易用性，確保在必要時(shí)可以進(jìn)行精準(zhǔn)且安全的操作。綜上所述，這種拖拉機(jī)的設(shè)計(jì)在保障作業(yè)安全性的同時(shí)，也提高了整體的作業(yè)效率，為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展提供了有力的技術(shù)支持。

此外，遠(yuǎn)程控制模塊的實(shí)施還顯著提升了作業(yè)的安全性，尤其是在復(fù)雜或危險(xiǎn)的農(nóng)業(yè)作業(yè)環(huán)境中。通過遠(yuǎn)程操控，操作人員無需直接置身于作業(yè)環(huán)境中，從而極大地減少了由于操作不當(dāng)或環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)所帶來的安全隱患。此外，智能化的遙控系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控和調(diào)整作業(yè)狀態(tài)，及時(shí)應(yīng)對(duì)突發(fā)情況，降低意外事故發(fā)生的概率。遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的引入，不僅提高了拖拉機(jī)作業(yè)的安全性，也為農(nóng)業(yè)工作者提供了一個(gè)更加安全、便捷的作業(yè)環(huán)境。

4.3 應(yīng)對(duì)復(fù)雜環(huán)境的能力

遠(yuǎn)程控制兼人工操作的拖拉機(jī)在應(yīng)對(duì)復(fù)雜環(huán)境中展現(xiàn)出卓越的能力，這主要得益于其先進(jìn)的設(shè)計(jì)和多功能性。拖拉機(jī)采用的電控變速箱和優(yōu)化的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)使得它能夠在不同地形和不同作業(yè)條件下保持高效穩(wěn)定的性能。例如，在泥濘或不平坦的地面上，拖拉機(jī)能夠通過其四驅(qū)系統(tǒng)和智能避障功能有效應(yīng)對(duì)挑戰(zhàn)，保持作業(yè)的連續(xù)性和效率[9]。遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)使得操作者可以遠(yuǎn)離現(xiàn)場(chǎng)，通過網(wǎng)絡(luò)或衛(wèi)星信號(hào)實(shí)時(shí)監(jiān)控和調(diào)整拖拉機(jī)的狀態(tài)，從而有效應(yīng)對(duì)復(fù)雜環(huán)境帶來的挑戰(zhàn)。此外，拖拉機(jī)的緊湊設(shè)計(jì)和優(yōu)化的轉(zhuǎn)彎半徑也為其在狹小空間中的操作提供了便利?？傊@種拖拉機(jī)的設(shè)計(jì)不僅考慮了作業(yè)效率和安全性，還特別注重在復(fù)雜環(huán)境下的適應(yīng)性和靈活性，為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支持。

此外，遠(yuǎn)程控制兼人工操作的拖拉機(jī)在應(yīng)對(duì)復(fù)雜環(huán)境方面的能力還體現(xiàn)在其對(duì)于環(huán)境變化的高度適應(yīng)性無論是在濕滑的土地上，還是在坡度較大的丘陵地帶，拖拉機(jī)都能通過其智能傳感系統(tǒng)和靈活的驅(qū)動(dòng)方式保持穩(wěn)定。特別是在視線受限或難以直接到達(dá)的區(qū)域，遠(yuǎn)程控制功能允許操作員從安全的地點(diǎn)進(jìn)行精確操控，從而大幅提高作業(yè)的可行性和安全性。拖拉機(jī)的這些功能使其成為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)，特別是在復(fù)雜和多變的農(nóng)業(yè)環(huán)境中不可或缺的工具。

4.4 人工操作與遠(yuǎn)程控制的切換更加靈活

遠(yuǎn)程控制兼人工操作的拖拉機(jī)在人工操作與遠(yuǎn)程控制之間的切換靈活性方面取得了顯著的進(jìn)展，這一特性對(duì)于提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的效率和安全性至關(guān)重要。首先，該拖拉機(jī)的設(shè)計(jì)允許操作者根據(jù)具體作業(yè)需求在人工操作模式和遠(yuǎn)程控制模式之間自由切換。在人工操作模式下，操作者可以像傳統(tǒng)拖拉機(jī)一樣使用油門、剎車和方向盤來進(jìn)行精確的控制，這在需要高度操作精度或處理特殊情況時(shí)非常重要。而在遠(yuǎn)程控制模式下，操作者可以遠(yuǎn)程操控拖拉機(jī)，無需直接置身于作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，從而避免了危險(xiǎn)環(huán)境和惡劣天氣對(duì)操作員的影響，同時(shí)也提高了操作的安全性。其次，這種拖拉機(jī)配備了先進(jìn)的遙控系統(tǒng)，操作者可以通過手機(jī)APP等客戶端實(shí)現(xiàn)遙控，實(shí)時(shí)監(jiān)控和調(diào)整拖拉機(jī)的狀態(tài)。這種遠(yuǎn)程遙控功能不僅提高了作業(yè)的靈活性，還允許操作者在不同的位置和時(shí)間進(jìn)行操控，極大地提高了作業(yè)的連續(xù)性和效率。尤其是在需要長時(shí)間作業(yè)或需要覆蓋大范圍的農(nóng)田時(shí)，遠(yuǎn)程控制的優(yōu)勢(shì)尤為顯著?？偟膩碚f，遠(yuǎn)程控制兼人工操作的拖拉機(jī)在人工操作與遠(yuǎn)程控制的切換靈活性方面表現(xiàn)出色。這一特性使得拖拉機(jī)能夠適應(yīng)不同的作業(yè)需求和環(huán)境條件，提高了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的效率和安全性。它代表了現(xiàn)代農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)的創(chuàng)新方向，為農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供了強(qiáng)大的技術(shù)支持。

5 結(jié)論

遠(yuǎn)程控制兼人工操作的拖拉機(jī)在農(nóng)業(yè)機(jī)械化領(lǐng)域具有重要的創(chuàng)新意義。這種拖拉機(jī)的設(shè)計(jì)集中體現(xiàn)了現(xiàn)代農(nóng)業(yè)對(duì)高效率、安全性和應(yīng)對(duì)復(fù)雜環(huán)境的需求。通過整合遠(yuǎn)程控制和人工操作，拖拉機(jī)不僅提高了農(nóng)業(yè)作業(yè)的效率和靈活性，還顯著提升了作業(yè)安全性，特別是在復(fù)雜或危險(xiǎn)的環(huán)境中。緊湊設(shè)計(jì)和優(yōu)化的轉(zhuǎn)彎半徑使其在狹窄和不規(guī)則的農(nóng)田中表現(xiàn)出色。

遠(yuǎn)程控制兼人工操作拖拉機(jī)的開發(fā)為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)機(jī)械化提供了一種新的解決方案，不僅提高了作業(yè)效率和安全性，也展示了農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)的創(chuàng)新趨勢(shì)，為農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支持。