輪式拖拉機(jī)牽引不同農(nóng)機(jī)具的受力分析

楊春才 律凱

[摘 要] 拖拉機(jī)是農(nóng)業(yè)機(jī)械的重要組成部分。為農(nóng)業(yè)機(jī)械的各項(xiàng)作業(yè)提供動(dòng)力。其中牽引作業(yè)是其主要的作業(yè)形式，附著性是影響拖拉機(jī)牽引效率的重要因素之一。拖拉機(jī)的有效牽引力能否最大限度的發(fā)揮，主要取決于拖拉機(jī)作業(yè)時(shí)土壤附著性。本文就針對(duì)拖拉機(jī)在牽引不同農(nóng)具作業(yè)時(shí)的牽引力等方面進(jìn)行分析，并對(duì)影響附著力的因素進(jìn)行了討論。

[關(guān)鍵詞] 拖拉機(jī) 驅(qū)動(dòng) 牽引力 附著性

[中圖分類號(hào)] S23 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 1003-1650 （2014）04-0214-01

輪式拖拉機(jī)在生產(chǎn)中應(yīng)用十分廣泛，常見的有兩輪驅(qū)動(dòng)、四輪驅(qū)動(dòng)和手扶拖拉機(jī)。它們都有極其廣泛的應(yīng)用。兩輪驅(qū)動(dòng)的拖拉機(jī)分為前驅(qū)動(dòng)橋驅(qū)動(dòng)和后驅(qū)動(dòng)橋驅(qū)動(dòng)兩種。在國(guó)內(nèi)應(yīng)用的較廣的是后輪驅(qū)動(dòng)拖拉機(jī)。后輪驅(qū)動(dòng)的拖拉機(jī)較前輪驅(qū)動(dòng)的拖拉機(jī)的附著性能要好些，但操縱性要差些[1]。附著性能最好還要算四輪驅(qū)動(dòng)拖拉機(jī)，因?yàn)榍昂筝喍际球?qū)動(dòng)輪，都可成為附著重量。

一、輪式拖拉機(jī)的總體受力分析

1.輪式拖拉機(jī)帶牽引農(nóng)具作業(yè)時(shí)的總體受力分析

1.1作用在拖拉機(jī)上的外力 輪式拖拉機(jī)帶牽引機(jī)具在水平地段等速行駛作業(yè)時(shí)，在拖拉機(jī)垂面的受力如圖所示：

——拖拉機(jī)的使用重量，作用于質(zhì)心O點(diǎn)上，用坐標(biāo)a和h表示；

——驅(qū)動(dòng)力；

——分別為土壤對(duì)驅(qū)動(dòng)輪、從動(dòng)輪的滾動(dòng)阻力垂直反力；

Pt——牽引力。為簡(jiǎn)化計(jì)算，將牽引力作用點(diǎn)移到該力作用線與驅(qū)動(dòng)輪垂軸線的交點(diǎn)上，該力與地面成 角，牽引點(diǎn)位置以

坐標(biāo)表示。持鉤牽引力可分解水平分力Pt和垂直分力 。

1.2前、后輪垂直載荷的分配 土壤對(duì)從動(dòng)輪的垂直反力，可根據(jù)對(duì)O1取力矩平衡方程式求得：

=

式中 、 分別為前、后輪的滾動(dòng)阻力矩，其數(shù)值為

，土壤對(duì)驅(qū)動(dòng)輪的垂直反力，通過對(duì)O2取力矩平衡方程式求得如下：

當(dāng)拖拉機(jī)不帶農(nóng)機(jī)具置于水平地面時(shí)，其前、后輪上的垂直載荷為：

可以看出，拖拉機(jī)帶牽引農(nóng)具在水平土壤穩(wěn)定作業(yè)時(shí)，在牽引載荷和滾動(dòng)阻力矩的作用下，前、后輪上的垂直載荷出現(xiàn)重新分配。有一部分垂直載荷將自前輪移到后輪，使后輪載荷增加，前輪載荷減輕，即發(fā)生驅(qū)動(dòng)輪增重現(xiàn)象。前輪載荷的減小量等到于后輪載荷的增加量。其值為：

驅(qū)動(dòng)輪增重量取于 等因素。后輪增重使拖拉機(jī)附著重量增加，有利于提高拖拉機(jī)動(dòng)力性能，但對(duì)輪式拖拉機(jī)是有一定限度的，不能超過10%—25%。因?yàn)轵?qū)動(dòng)輪增重必然引起前輪減重，而前輪減重如果超過限度便會(huì)引起翹頭，影響拖拉機(jī)的操縱性和縱向穩(wěn)定性，此時(shí)在拖拉機(jī)機(jī)頭配重起著很重要的作用。一般認(rèn)為前輪負(fù)荷不少于整機(jī)使用重量的15%—20%。

2.輪式拖拉機(jī)帶懸掛農(nóng)具時(shí)的受力分析

拖拉機(jī)帶懸掛機(jī)組時(shí)的受力情況要比牽引機(jī)組復(fù)雜一些，下面討論耕地懸掛機(jī)組在水平地段穩(wěn)定作業(yè)時(shí)的受情況。

2.1作用于拖拉機(jī)上的外力

懸掛機(jī)組耕地時(shí)，由于機(jī)身的傾斜，兩根下拉桿在縱垂面內(nèi)的投影不重疊，為使問題簡(jiǎn)化，左右下拉桿的位置以一根下拉桿（處于中間位置）來表示。圖中的各力為：

——拖拉機(jī)的使用重量；

——從動(dòng)輪、驅(qū)動(dòng)輪的滾動(dòng)阻力；

——驅(qū)動(dòng)力；

——土壤對(duì)從動(dòng)輪、驅(qū)動(dòng)輪垂直反力；

——犁重，作用于犁的質(zhì)心，作用線到驅(qū)動(dòng)輪幾何中心的垂直面 間的垂直距離 ；

——土壤對(duì)犁的總耕作阻力在縱垂面內(nèi)的分力，為簡(jiǎn)化起見，假定其作用線通過犁的質(zhì)心。 分解為垂直 和水平分力 ， 形成牽引阻力。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，耕地時(shí) 分力方向向上，數(shù)值上可取等于0.7 ；在中耕土壤時(shí)， 分力向下，數(shù)值在（0.2—0.4） 范圍內(nèi)變化。

2.2前、后輪垂直載荷的分配分別對(duì) 和 取矩，由于 對(duì)

和 的力矩很小可忽略，由此可求得土壤對(duì)懸掛機(jī)組的拖拉機(jī)前、后輪的垂直反力如下：

二、輪式拖拉機(jī)的驅(qū)動(dòng)力和附著力

輪式拖拉機(jī)的驅(qū)動(dòng)力與驅(qū)動(dòng)輪的驅(qū)動(dòng)力是一致的，它表明了拖拉機(jī)具有的牽引能力，是衡量拖拉機(jī)性能的一個(gè)重要指標(biāo)。驅(qū)動(dòng)力的大小既取決于發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力和拖拉機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，同時(shí)也受限于土壤所能產(chǎn)生的水平反力。

拖拉機(jī)在土壤上行駛時(shí)，驅(qū)動(dòng)輪花紋嵌入土內(nèi)，在驅(qū)動(dòng)扭矩的作用下，輪胎花紋將在水平方向擠壓并剪切土壤。由于土壤具有一定的強(qiáng)度，當(dāng)它被輪胎花紋作用時(shí)，將產(chǎn)生抗力，這些抗力形成了與拖拉機(jī)運(yùn)動(dòng)方向一致的驅(qū)動(dòng)力[2]。

拖拉機(jī)在硬路面上行駛時(shí)，上述現(xiàn)象則不明顯，驅(qū)動(dòng)力主要是由于輪胎與地面的摩擦力形成的。

土壤能產(chǎn)生的最大反作用力受到土壤抗剪強(qiáng)度的限制。土壤的抗剪強(qiáng)度是指土壤在剪切力作用下，發(fā)生剪切破壞時(shí)的最大抗剪應(yīng)力。土壤在剪切破壞前，在剪切力的作用下，土壤間將出現(xiàn)相對(duì)位移。不論哪種土壤，在初期，隨著變形的增大，剪切應(yīng)力也隨之增加，但剪切應(yīng)力達(dá)到一定值后，或基本保持不變，或降到一個(gè)較小的恒定值。

土壤的上述性質(zhì)說明，在拖拉機(jī)產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力的過程中，驅(qū)動(dòng)輪必然出現(xiàn)滑轉(zhuǎn)，滑轉(zhuǎn)程度隨驅(qū)動(dòng)力的增大而增加。當(dāng)驅(qū)動(dòng)力達(dá)到一定數(shù)值后，滑轉(zhuǎn)現(xiàn)象顯著加劇，最終出現(xiàn)完全滑轉(zhuǎn)，土壤被破壞。

參考文獻(xiàn)

[1]趙美香；吳海平；王小龍.后輪驅(qū)動(dòng)輪式拖拉機(jī)牽引特性測(cè)試及分析[J].山西農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào).2009（05）

[2]彭永忠.輪式拖拉機(jī)牽引特性分析及其應(yīng)用研究[J].農(nóng)機(jī)化研.2007（01）