輪式拖拉機牽引不同農機具的受力分析

[摘 要] 拖拉機是農業機械的重要組成部分。為農業機械的各項作業提供動力。其中牽引作業是其主要的作業形式，附著性是影響拖拉機牽引效率的重要因素之一。拖拉機的有效牽引力能否最大限度的發揮，主要取決于拖拉機作業時土壤附著性。本文就針對拖拉機在牽引不同農具作業時的牽引力等方面進行分析，并對影響附著力的因素進行了討論。

[關鍵詞] 拖拉機 驅動 牽引力 附著性

[中圖分類號] S23 [文獻標識碼] A [文章編號] 1003-1650 （2014）04-0214-01

輪式拖拉機在生產中應用十分廣泛，常見的有兩輪驅動、四輪驅動和手扶拖拉機。它們都有極其廣泛的應用。兩輪驅動的拖拉機分為前驅動橋驅動和后驅動橋驅動兩種。在國內應用的較廣的是后輪驅動拖拉機。后輪驅動的拖拉機較前輪驅動的拖拉機的附著性能要好些，但操縱性要差些[1]。附著性能最好還要算四輪驅動拖拉機，因為前后輪都是驅動輪，都可成為附著重量。

一、輪式拖拉機的總體受力分析

1.輪式拖拉機帶牽引農具作業時的總體受力分析

1.1作用在拖拉機上的外力 輪式拖拉機帶牽引機具在水平地段等速行駛作業時，在拖拉機垂面的受力如圖所示：

——拖拉機的使用重量，作用于質心O點上，用坐標a和h表示；

——驅動力；

——分別為土壤對驅動輪、從動輪的滾動阻力垂直反力；

Pt——牽引力。為簡化計算，將牽引力作用點移到該力作用線與驅動輪垂軸線的交點上，該力與地面成 角，牽引點位置以

坐標表示。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 土壤對從動輪的垂直反力，可根據對O1取力矩平衡方程式求得：

=

式中 、 分別為前、后輪的滾動阻力矩，其數值為

，土壤對驅動輪的垂直反力，通過對O2取力矩平衡方程式求得如下：

當拖拉機不帶農機具置于水平地面時，其前、后輪上的垂直載荷為：

可以看出，拖拉機帶牽引農具在水平土壤穩定作業時，在牽引載荷和滾動阻力矩的作用下，前、后輪上的垂直載荷出現重新分配。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，即發生驅動輪增重現象。前輪載荷的減小量等到于后輪載荷的增加量。其值為：

驅動輪增重量取于 等因素。后輪增重使拖拉機附著重量增加，有利于提高拖拉機動力性能，但對輪式拖拉機是有一定限度的，不能超過10%—25%。因為驅動輪增重必然引起前輪減重，而前輪減重如果超過限度便會引起翹頭，影響拖拉機的操縱性和縱向穩定性，此時在拖拉機機頭配重起著很重要的作用。一般認為前輪負荷不少于整機使用重量的15%—20%。

2.輪式拖拉機帶懸掛農具時的受力分析

拖拉機帶懸掛機組時的受力情況要比牽引機組復雜一些，下面討論耕地懸掛機組在水平地段穩定作業時的受情況。

2.1作用于拖拉機上的外力

懸掛機組耕地時，由于機身的傾斜，兩根下拉桿在縱垂面內的投影不重疊，為使問題簡化，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：

——拖拉機的使用重量；

——從動輪、驅動輪的滾動阻力；

——驅動力；

——土壤對從動輪、驅動輪垂直反力；

——犁重，作用于犁的質心，作用線到驅動輪幾何中心的垂直面 間的垂直距離 ；

——土壤對犁的總耕作阻力在縱垂面內的分力，為簡化起見，假定其作用線通過犁的質心。 分解為垂直 和水平分力 ， 形成牽引阻力。根據實驗結果，耕地時 分力方向向上，數值上可取等于0.7 ；在中耕土壤時， 分力向下，數值在（0.2—0.4） 范圍內變化。

2.2前、后輪垂直載荷的分配分別對 和 取矩，由于 對

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

二、輪式拖拉機的驅動力和附著力

輪式拖拉機的驅動力與驅動輪的驅動力是一致的，它表明了拖拉機具有的牽引能力，是衡量拖拉機性能的一個重要指標。驅動力的大小既取決于發動機的動力和拖拉機傳動系統的結構，同時也受限于土壤所能產生的水平反力。

拖拉機在土壤上行駛時，驅動輪花紋嵌入土內，在驅動扭矩的作用下，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度，當它被輪胎花紋作用時，將產生抗力，這些抗力形成了與拖拉機運動方向一致的驅動力[2]。

拖拉機在硬路面上行駛時，上述現象則不明顯，驅動力主要是由于輪胎與地面的摩擦力形成的。

土壤能產生的最大反作用力受到土壤抗剪強度的限制。土壤的抗剪強度是指土壤在剪切力作用下，發生剪切破壞時的最大抗剪應力。土壤在剪切破壞前，在剪切力的作用下，土壤間將出現相對位移。不論哪種土壤，在初期，隨著變形的增大，剪切應力也隨之增加，但剪切應力達到一定值后，或基本保持不變，或降到一個較小的恒定值。

土壤的上述性質說明，在拖拉機產生驅動力的過程中，驅動輪必然出現滑轉，滑轉程度隨驅動力的增大而增加。當驅動力達到一定數值后，滑轉現象顯著加劇，最終出現完全滑轉，土壤被破壞。

參考文獻

[1]趙美香；吳海平；王小龍.后輪驅動輪式拖拉機牽引特性測試及分析[J].山西農業大學學報.2009（05）

[2]彭永忠.輪式拖拉機牽引特性分析及其應用研究[J].農機化研.2007（01）