百年历史上的明星产品(十五) 2020-12-23

作者:北垦农机 发布时间:2022年05月06日09:43:11 1890次浏览
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百年历史上的明星产品(十五) 2020-12-23

最早采用电子技术和计算机控制的拖拉机


如果说1918年福特开创的拖拉机大批量生产方式,使得拖拉机进入美国寻常农民百姓家;


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1923年万国推出的法尔毛中耕拖拉机则扩大了拖拉机在农业领域中的应用,成为农田作业管理不可或缺的万能帮手;


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1930年代末期发展起来福格森三点牵挂系统加上日趋成熟的PTO技术,大大扩展了农机具的使用范围。

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之后拖拉机功率不断变大、变速箱日趋先进、驾驶室舒适性持续改善,20世纪七八十年代起电子技术和计算机在拖拉机上的应用,则使得拖拉机跟上现代化的潮流,更易于操控、维修和管理, 为21世纪拖拉机走向智能化奠定了基础。

 

最早采用计算机系统的拖拉机

 

70年代,电子技术首先应用于仪表参数显示、液压悬挂系统控制和独立式动力输出轴控制等方面。当时约翰迪尔的折腰转向7020型拖拉机采用了电子监控系统,检测拖拉机的20多项参数,电控液压系统可以对液压悬挂高度、下降速度等进行设定和调整。


之后大马力折腰转向拖拉机公司-斯泰格(STEIGER)在其 III系列拖拉机上选装了电子控制的独立式动力输出轴,1982年斯泰格的美洲豹(PANTHER)1000系列折腰转向拖拉机上市,在行业中率先采用了计算机系统SECC(Steiger Electronic Control Center)来控制全动力换挡变速器、三点悬挂装置和空调器。


为什么这项创新技术不是由当时的行业巨头约翰迪尔、万国,而是由地处美国中西部边陲城市法戈(Fargo, North Dakota)、专业生产折腰转向拖拉机的小公司(1980年销售额1.2亿美元)斯泰格开发出来的呢?


1970年代末期,这家由农民创办、从自制大马力拖拉机起家的企业,已经成为折腰转向(4WD)拖拉机的主要制造商,除了生产斯泰格(Steiger )品牌的拖拉机,还为万国、阿利斯·查默斯、福特等品牌贴牌生产折腰转向拖拉机, 年销售收入超过1亿美元。(请参见百年历史上的明星产品(十一))新的美洲豹(PANTHER)1000拖拉机的开发列入计划,目标是在22月内推出新产品。


一位从北达科他州立大学(NDSU)电气与电子工程专业毕业不久的年轻人 Barry Batcheller (巴利·巴彻勒)被委以重任,负责开发全新的动力换挡变速器,新的12速变速器需要大量的开发工作,斯泰格与两家公司合作开发。


一家是美国本土的双碟公司(Twin Disk),双方协议联合开发技术,斯泰格打算将其用在新拖拉机上,但当加拿大凡斯泰尔(Versatile)公司抢先在其折腰转向拖拉机上推出双碟公司的12速动力换挡变速器时,双方不欢而散,斯泰格转向另一家供应商,日本富士铁工(Fuji Tekko,1991年后更名为优尼万斯Univance)。


 双碟公司的设计是机电控制,与富士铁工合作,使得设计全电控的变速器成为可能,这家日本公司十分愿意接受斯泰格有关电控变速箱的意见,双方一拍即合,开发成功用于大马力折腰拖拉机的新型变速器。


1979年斯泰格的研发费用是150万美元,仅占销售收入的1.3%,而当年万国的研发费用是2.01亿美元。


斯泰格的秘诀是重用能干的年轻人、给他们压担子、允许他们在创新中犯错。据巴彻勒介绍,斯泰格接收了一批大学毕业的年轻人,给他们施展才能的舞台。“如果你对某项技术感兴趣,并认为有前景,你可以说服你的上司,他们会让你去干!”


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斯泰格的工程师在设计电路板


“为了电控变速器项目,我没日没夜地工作,我们中的不少人常常干通宵,然后一道出去吃早餐。我们对自己干的项目充满激情,就好比那是你的兴趣爱好,公司给你提供工具和装备,去做你喜欢的事。能够那样去挑战极限,让我终身难忘。”巴彻勒后来在接受采访时说道。


新的电控动力换挡变速箱项目为巴彻勒打开了创新的大门,他为新Steiger 拖拉机的控制系统制造了一台计算机,除了控制变速器,还管其他功能,被命名为斯泰格电子控制中心(SECC)。


斯泰格的工程师们设计了LCD的仪表板和A柱, 他们还制造了三点悬挂、空调和新变速器的传感器和控制器。


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设计拖拉机的计算机控制系统


“我们自己写软件,自己拟定与行驶速度匹配的算法,这样当拖拉机行驶在路上,你踩下离合器时换挡时,速度就随之改变了;当你松开离合器,计算机会读取发动机转速和行驶速度,选择合适的挡位,这样换挡震动会很小。”


当时计算机还处于初创时期,规模上市的计算机如APPLE II 才刚刚上市,能为拖拉机企业配置的现成的电脑还未出现。


但是斯泰格公司没有等待,工程师们象公司创始人道格拉斯自制大马力拖拉机一样----自制计算机。


设计计算机在当时是件费力耗时的工作,那时的电子线路是刻在印刷电路板上的,工程师们自己手工设计原理图,培训工人制作印刷电路板,对于习惯了金属加工和大部件的斯泰格来说,无疑于脱胎换骨,他们拟定了新的零件目录,包括微处理器、电容和其他许多元件。


他们从摩托罗拉购买芯片,写代码是手工操作,仅是行驶速度匹配的代码就有数千行,用24位浮动二进制,体现三角函数和其他关系。


斯泰格电子控制中心被安装在全新的驾驶室里,这个长30厘米、宽20厘米、深20厘米的控制器成为新拖拉机的一大亮点,在行业中确立了斯泰格时高技术领军企业的地位,开创了拖拉机计算机控制的先河。当美洲豹1000拖拉机(1325,1360,1400三个型号,分别装备卡特和康明斯发动机,功率为325/360/400马力,采用了计算机控制的12F +2R 全动力换挡变速器)在1982年上市时,农机市场正处于新一轮危机之中,新拖拉机使得斯泰格能维持相当可观的销量,而同意万国取消1000万元的采购合同以换取斯泰格进入其经销商网络销售拖拉机,则拓宽了斯泰格的销售渠道,加上其他节流措施,斯泰格在1982年市场十分疲软、众多大型农机企业巨亏的年份还能够盈利。

 

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美洲豹1000拖拉机


1984年,巴彻勒代表斯泰格创办了集成技术公司(Integrated Technical System( ITS)), 为农机行业制造电子设备,新公司设在北达科他州河谷城的一间蜂蜜库房,很快与FUNK 共同开发变速器技术并为矿业制造公司设计部件。


1987年,当斯泰格公司被凯斯收购后,巴彻勒创立了从事电子设计和制造的凤凰国际(Phoenix International Corporation),该公司1999年被迪尔收购,他担任迪尔公司的技术成长总监至2005年退休。其后,他又在法戈设立了一家新公司Appareo,2013年Appareo与爱科合资成立智慧农业方案公司(Intelligent Agricultural Solutions LLC), 目前该公司已成为农机领域显示和控制系统的领先企业。


现年70岁的巴彻勒先生拥有35项以上的专利并著有大量电子技术在农机领域应用的论文。2010年,他被其母校授予荣誉博士学位。

 

电子技术应用程度较高的通用型拖拉机

 

在通用型拖拉机方面,1986年投放市场的麦赛福格森3000系列拖拉机是当时电子技术应用程度较高的拖拉机,有Autotronic和Datatronic配置,被誉为“会思考的拖拉机”(Thinking Tractors)。该系列拖拉机装备有电液控制的提升器, 可进行农具升降和耕深力位综合控制, 传动系电液控制装置可自动操纵前驱动桥离合、后桥差速锁、高低档动力换档和动力输出轴离合器等。还装有拖拉机性能监测器和微处理器, 可显示和计算发动机转速、动力输出轴转速、拖拉机前进速度、小时油耗、轮胎滑转率, 作业生产率等。


在拖拉机上采用电子技术和计算机控制的帷幕正渐渐拉开。


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麦赛福格森3000系列拖拉机


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3000系列拖拉机的液压系统电子控制面板

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