中国一拖动力换挡拖拉机开发工作的前前后后

    在中国一拖台完全自主开发的电控动力换挡拖拉机就要完成测试之际，谨以此文，献给为该项目做出贡献的朱士岑、李腾蛟、焦天民、贾鸿社、刘耀、杨为民、王东青、王林军、蔡安克、王建军以及上千名默默无闻的同志。

    楔子

    2003年， 180马力轮式拖拉机纳入中国一拖公司产品研发计划，方案论证中，专家们一致认可了“留有选装动力换挡传动系的空间”之意见。正是这个设想，启动了一拖开发动力换挡拖拉机的探索。时光飞逝，从设想到样机的定型，已经走过10个冬夏，所遇困难无法尽数，参与此项工作者不下千人。正是这些人的锲而不舍、永不言败，造就了一拖在国内产品技术上不可撼动的地位。
回首以往，录此拙文，意不在为当局者歌功，却只想为参与者颂德：参与此项工作的千人中虽大多无名，但必然是一拖后世之功臣。

    起步

    2004年，正式启动了动力换挡传动系的研发工作，但是我们对动力换挡的认识仅仅停留在书本和为数不多的产品介绍上，真正地可谓一穷二白，从零起步，预研工作困难重重。

    尽管如此，研发人员还是不辞辛苦，利用一切手段收集资料，利用一切机会接触样机，研究不同的结构原理，绘制不同的设想方案。预研发开展的一年多时间里，尽管没有进行到样机的开发阶段，却为下一步的产品开发做了大量、系统的理论、原理、结构、方案等方面的准备，也正是在这一阶段，我们才有了和国际动力换挡传动系供应商和研发机构的接触和了解，为以后的国际合作研发奠定了基础。

    合作

    2005年末，中国一拖集团公司组团对ZF公司、AVL公司进行了考察，后者是国际的咨询公司，其重型传动能力中心的前身是上的传动部件厂商ZF公司在奥地利斯太尔的传动系研发中心，具有长期开发农业拖拉机传动系的历史背景和批量生产产品开发经验。双方就合作开发动力换挡传动系达成共识。

    合作伊始，我方的想法是在180马力轮式拖拉机的基础上选装动力换挡传动系，也就是新的传动系必须以原来拖拉机的各种尺寸限制为边界条件，能够和基本型的同步器换挡传动器实现互换。2006年4月5日至7日举行现场专题研讨会，对动力换档传动系一般性问题，一拖现有的产品，生产加工能力及相关技术问题进行了研究。在专题研讨的基础上签订了180马力动力换档传动系初期咨询协议，以一拖现开发的部分动力换档变速箱方案为对象进行咨询评估，形成最终报告。

    通过细致地分析，评估报告认为，由于原始设计在整机布置上对动力换挡传动系缺乏基本认识，实际边界条件成了无法逾越的障碍。经过多次地交流和论证，集团公司决策层认为，突破动力换挡技术是公司战略产品发展方向，不能因为一个具体机型制约技术的发展，因此下决心放开边界条件，开发新系列的动力换挡拖拉机。

    2006年8月23日就该项目下一步工作与AVL公司谈判。在开发模式上，AVL提出交钥匙工程，全部由他们开发出拖拉机整机做完测试交付我们，这样的好处是责任明确、进度好把握、管理方便。我方分析这种模式有明显的缺陷：一是我方产品研发人员无法深入开发过程细节，无法真正掌握核心技术；二是工艺研发人员无法实时跟进，后期的商品化将十分困难；三是我们需要的是传动技术的核心，整机开发靠我们自己应该可以完成不必要全部交给对方；四是样机试制如果在国外完成，试制中的制造技术和工艺方法对以后的生产实践缺乏指导意义；最后还有研发成本问题。为此，双方进行了长时间的交流，最终AVL接受了我们提出的方式：拖拉机整机咨询服务、全部概念设计、全部电子系统开发、传动系负荷试验的初始标定和在拖拉机上继续进行的标定由AVL完成；方案设计和详细设计、样机制造装配、所有改动的功能试验和所有可靠性试验、田间试验由一拖完成，AVL提供支持服务。双方指派项目经理，负责协调项目进度。

    这个结果大大降低了研发成本，同时我方大量技术人员参加研发项目，直接与外方技术人员交流，对技术水平的提升打下基础。

    2006年11月7日是一个值得纪念的日子， AVL LIST GMBH公司执行副总裁弗兰茨. 摩泽博士来到一拖，和一拖高层领导会谈并出席合作签字仪式，笔者和摩泽博士代表双方在协议上签字，这标志着一拖公司动力换挡拖拉机这一战略产品的研发正式起步。

    调研

    动力换挡只是一个技术概念，具体到拖拉机上，采用何种结构形式、多少个区段、速度范围、控制方法以及整机的人机工程、机组的控制、各种输出、灯光及视野、与防护等等，决定了产品开发的输入条件。我们给将要开发的产品平台定位于欧美主流机型技术，这些输入条件就必须符合欧洲现行的技术标准和使用习惯，为了深入了解和掌握这方面的情况，一拖组织了由产品研发、制造、市场、技术管理人员组成的考察团，于2006年12月3日—2006年12月12月17日，对欧洲拖拉机产品技术、市场、用户做了较为的考察。

    考察团到达奥地利后首先访问了AVL公司总部，并与AVL公司副总裁Franz.X. Moser先生就项目启动的相关事宜进行了会谈，双方一致认为：应以目前的项目合作入手，建立起相互适应、相互信任的合作关系，为实现长期战略合作（培训、战略咨询、项目咨询）打好基础；项目对双方都十分重要，符合双方的共同利益和战略发展方向，双方高层应给与高度的关注；应建立双方高层定期和重大事件沟通机制，建立沟通渠道，对项目进行中的重要节点和重要事项共同决策并承担相应的责任；建立项目经理沟通机制，随时协调项目进展中的问题；建立技术负责人沟通渠道，提高工作效率；通过对该项目的运作，在双方认为合适的时间和条件下，签订长期战略合作的框架协议。

    考察团全体成员参加了由AVL公司组织的“欧洲农业拖拉机技术、开发和趋势”的技术讲座，由原CNHSTEYR的产品经理Mr.Peter Mayrhofer主讲，突出介绍欧洲现代农业拖拉机技术演变背景，分别就发动机、传动系、动力输出、桥及底盘、后悬挂、液压系统、驾驶室、信息系统、轮胎/橡胶履带和维修保养几个方面对欧洲现代农业拖拉机的技术特点及应用进行了详细的介绍，在技术讲座中，一拖参加人员就其中的技术细节与Mr.Peter Mayrhofer进行了交流，进行技术讲座的同时，在AVL重型传动能力中心的车间中准备了两台样机（SAMEIRON200和Deere 7720），并就样机进行了实地讲解。

    在试验场试驾了装有部分动力换档传动系的Deere7720拖拉机和无级变速传动系CASECVX170拖拉机，在市场调研阶段试驾了Claas部分动力换档传动系ARES836RZ拖拉机和自动动力换档ATZ557拖拉机，并试驾了Deere7810带联合整地机机组进行田间作业，获得了亲身体验。

    完成技术讲座后，为了解现代拖拉机的生产制造状况，考察团分别参观了ZF斯太尔工厂的传动系加工车间和热处理车间，以及CNHSTEYR拖拉机厂的总装线和驾驶室装配线，了解传动系和拖拉机的生产制造条件。另外还参观了奥地利的农具制造公司Poettinger公司，调查了大型拖拉机配套机具问题。

    通过阶段的理论讲座与实际操作，获得了对欧洲现代农业拖拉机的手资料和切身体会，并对欧洲拖拉机市场的概况有了初步的认识。

    考察团对奥地利和德国的典型农场和经销商进行市场调研。欧洲经销商主要分为合作经销商（约占市场销售量的80%）和个体经销商（约占市场销售量的20%）；主要农场分为大型专业农场和中小型私人农场，其中大于1000公顷的农场，数量不超过总数的10%，大部分农场面积在100-1000公顷之间。拖拉机用户可分为个人购机、农机互助组织和农机合同公司（农机专业户）。经销商分为个体经销商和合作经销商。调研行程近两千公里，由AVL公司产品线经理Mr.Gunnar Stein陪同，访问了奥地利境内3个经销商和1个客户，德国境内1个经销商和3个客户。其中3个为个体经销商，1个合作经销商，2个私人农场，1个专业农场和１个农机合同公司。调查样本基本覆盖了欧洲典型的农场、经销商和用户。

    通过调研，考察团对欧洲拖拉机的产品技术、市场和生产等方面获得了大量的手材料，对现代大马力拖拉机有了直接的感性认识和切身体会，同时也对欧洲拖拉机的典型用户、经销商、农场以及产品售后服务和维修保养等方面有了初步的认识。

    根据调研的结果，发现拖拉机功率上升趋势明显，采用电控部分及全动力换档和动力换向的传动系成为主流配置，在未来5年内200马力左右拖拉机有良好的市场前景，验证了项目开发的产品定位。
通过对比和亲身体会，发现项目所开发的产品的技术难度要远远超出原有预期。国内的拖拉机技术水平不仅是某一个部件或某一项技术存在不足，而是几乎在每一个细节上都有明显的差距。因此在本次项目开发中不仅要在传动系单项技术上取得突破，而且需要在驾驶室、整机控制系统、液压系统以及人机工程、整机减振降噪、性、维修保养方便性和可靠性等周边技术，乃至产品试验、产品制造和销售服务等方面取得整体水平的提高。

    设计

    2007年1月23—27日，动力换挡拖拉机项目启动会议在洛阳召开，会议确定了拖拉机技术规格定义手册，对动力换挡变速箱概念、200hp拖拉机部件试验、200hp拖拉机变速箱零件材料、200hp拖拉机液压零件供应商、国内电控单元可能供应商名单、200hp拖拉机后桥齿轮草图、200hp拖拉机变速箱的试验台架、变速箱规格手册进行了确认，双方的项目经理和工作团队正式按分工开展合作。

    为了概念设计阶段设计的结果更接近于一拖现实，AV在概念设计开始之前就标准加工程序、质量管理标准及其质量控制、现有加工设备和技术等方面实地考察了一拖一下几个方面主要的实际生产情况。并进行了评估，提出了建议。

    拖拉机技术规格手册是该项目中对拖拉机整机定义的重要文件，通过内部讨论和与AVL公司专家讨论，确定了手册最终版本。

    双方确认了整个项目的进度，制定了共有近百个节点的网络计划，时间跨度为四年，从概念设计、方案设计、零件设计功能试验、成本评估、工艺评估、材料选择、供应商选择等方面做了比较细致的安排。这也是我们在新产品研发中首次采用严谨、科学的方法进行项目管理，对于提高管理水平具有重要意义。

    启动会议后，双方合作团队密切配合，设计阶段工作进展顺利。2007年6月13日传动系概念发布； 2008年1月21日传动系方案发布；2008年4月17日传动系详细设计发布；2008年9月完成驾驶室、覆盖件设计。至此，一拖公司动力换挡拖拉机的雏形已经跃然纸上。

    试制

    如果说动力换挡拖拉机的设计是从零开始，认识逐步深入，是一个学习提高过程；那么整个拖拉机的试制则是一个问题错综复杂、充满悬念和不定因素的探索之旅。由于我们现行的制造工艺和基础工业水平的限制，在AVL看来不成问题的小事都成了研发进程中的拦路虎，从台传动系TM0号开始，因设计、零件制造、装配、清洁度等原因，装配—拆卸—清洗—再装配这样的的循环进行不下50次，以至于参加试制的年轻技师摸到一个零件就能准确的说出它的功能和安装位置，其中的艰辛难以言表，只好以流水账的形式呈给大家：

    2008年1月9日召开了200马力大轮拖试制启动会议，部分长周期零件提前以产品白图形式开始试制准备，同时对关键零件的关键制造技术开展工艺试验；2008年4月，传动系详细设计发布，科技发展部编制并下发了工艺路线，试制展开；为了熟悉装配工艺，在正式装配之前，安排了TM0号传动系的试装，2009年1月，在AVL专家的支持下完成TM1号传动系的装配和基本功能试验。2009年1—3月，完成变速箱子系统润滑流量试验； 2009年3-4月完成TM2号传动系的装配及基本功能试验； 2009年5月完成1号拖拉机的装配； 2009年6月完成1号拖拉机装配问题汇总并整改落实图纸； 2009年6月完成拖拉机相关部件台架试验大纲编写及相关被试件的设计； 2009年7月，完成变速箱换档软轴的耐久与强度试验； 2009年7月完成3号、4号传动系的装配及基本功能试验。

    2009年8月起根据AVL公司反映的液压清洁度问题，完成TM3号、TM4号传动系及1号拉机的拆解及整改工作；2009年12月完成TM1号传动系海外功能试验；2009年12月AVL完成传动系控制软件的开发并提供相关文档； 2009年12月完成TM5号传动系的装配； 2010年2月完成5种14件《离合器轮毂焊合件疲劳试验》； 2010年2月2日-4日AVL专家访问一拖，对TM5号传动系整改进行现场指导； 2010年3月16日5做完基本功能后因换挡离合器故障再次拆解整改；2010年4月2日AVL专家现场进行TM5号同步器侧隙测量； 2010年4月底TM5号完成初步耐久试验； 2010年5月完成制动器台架性能试验； 2010年5月17日完成2号拖拉机装配；2010年5月22日至25日AVL专家对2号样机进行初步测试及标定； 2010年5月底对2号样机进行性能试验， 7月底发往AVL； 2010年6月初完成TM6号基本功能及50h耐久试验； 2010年6月21日TM7号传动系开始进行耐久试验； 2010年7-8月完成TM7号传动系接触印痕试验并分别进行了3次拆检； 2010年7月底完成3号拖拉机（带悬浮桥、前PTO及前悬挂）的装配； 2010年7月初根据2号拖拉机装配中反映的问题，并结合升级到300马力项目的需要，完成整机图纸整改； 2010年8月完成制动器可靠性试验； 2010年9月开始进行TM7号传动系耐久试验（1200h)； 2010年10月开始进行提升系统可靠性试验（30万次)； 2010年10月中旬2号样机运抵奥地利，开始进行传动系电控系统道路及田间试验标定，到此阶段，大家好像看到了项目如期完成的曙光，但是，接下来突如其来的问题让人猝不及防。

    2号拖拉机样机在AVL做了各种标定和功能试验，进行得非常顺利，预定2011年12月1日就要进行验收，可是就在拖拉机开往试验场的途中，突然出现了重大大的故障，传动系控制完全失灵。验收会议改成了故障分析会，双方专家共同查看拆开的5号传动系，发现：倒档离合器完全损坏；整个传动系严重污染；倒档离合器其中一个波形弹簧断裂。

    双方专家一起初步分析可能的原因：断裂的波形弹簧在摩擦片和钢片之间移动并减少摩擦片之间的间隙损坏摩擦材料及相邻的钢片表面，随着间隙的减小，换挡起始点改变，导致控制质量变差；弹簧力弱将导致离合器分离不彻底，高速前进时倒档离合器可在旋转产生的离心油压作用下结合导致过热及损坏。

    接下来的工作是完全拆解整个传动系；清洁每个零件包括换挡阀块；测量分离弹簧力力的大小及分布；更换零件换向离合器换新零件（摩擦片及钢片）换挡离合器换新零件；换新的波形弹簧；弹簧力分布不均匀时更换分离弹簧；重装传动系。这些工作一直进行到2012年2月底。

    双方定于在2012年3月20日进行第二次验收试验，在一拖人员起程后，拖拉机在开往试验场的路途中，再次出现和次相同的故障，验收无法进行。会议被迫又一次改为对故障进行分析，确认下一步的改进内容及工作计划。
传动系拆解后发现，倒档离合器摩擦片及波形弹簧损坏。摩擦片严重烧蚀，波形弹簧破裂，上次出现的故障一致。
由于上次曾出现在拖拉机开往试验场的途中倒档离合器摩擦片损坏，这一次AVL在拖拉机上安装了数据记录设备，对拖拉机行驶中的离合器压力、车速等数据进行了记录。拖拉机行驶速度50Km/h，在高速行驶时，在液压阀块上测量的倒档离合器压力明显大于离合器比例阀设定压力。作用于摩擦片上的压力大于分离弹簧的分离力，离合器摩擦片因摩擦产生热量，从而使温度急剧升高，使摩擦片烧毁。由于前后两次出现了同样的故障现象，分析认为，故障可能是由于分离弹簧的分离力不够引起的。对此，一拖提出为什么在台架试验时没有发现该问题，AVL的解释是在台架试验时传动系输入速度低，只有1500转。一拖认为之所以会连续出现同样的故障，是因为前期的台架性能试验未能包括所有工况，应该是一种疏忽。AVL同意了这一观点。接下来双方确认重新改进换向离合器的设计，重新进行全功能的台架试验，充分发现问题。会后我方又专程拜访了AVL高层，对出现的问题提请高层给以足够的关注。由于前期试验中的瑕疵，对于接下来的工作，AVL没有提出新的费用要求。

    有了两次的教训，接下来的安排双方都十分谨慎，经过充分的架试验，又接连发现了一些新的问题：因润滑不足导致摩擦片有轻微烧蚀，因波形弹簧性能改变导致摩擦片与光片分离不彻底，这些故障通过改进设计和重新更换供应商得以解决。

    2012年9月，项目最后验收。这标志着中国台自主开发的、拥有完全自主知识产权的重型电控动力换挡拖拉机诞生。它是一个新的产品技术平台，必将为推动中国拖拉机行业的技术进步留下一个新的里程碑。