坡耕地運輸車爬坡性能

孟長伊++莊麗娜+++楊海天+++李廣宇

摘要：分析了不同分類下的坡耕地機械使用界限及特性。對四輪、兩輪、履帶型、六輪型運輸車的爬坡性能進行了比較，計算了4種運輸車的推力系數。通過推力比，求出不同類型運輸車在不同情況下的爬坡極限角，并對它們的爬坡性能進行了推算。

關鍵詞：坡耕地；爬坡；性能

中圖分類號： S222.5文獻標志碼： A文章編號：1002-1302（2016）02-0418-02

收稿日期：2015-02-05

基金項目：吉林省農業機械研究院項目（編號：201407001）。

作者簡介：孟長伊（1971—），女，吉林長春人，碩士，高級工程師，主要從事農業工程、農業技術研究。E-mail：1006946222@qq.com。坡耕地是指與水平地面呈一定角度的旱耕地。除坡度問題外，坡耕地普遍具有溫度低、水利條件差、土壤不良等問題，水土流失嚴重[1]。因此，坡耕地農業普遍比平地農業的勞動生產率低，因作業種類不同而異，其中運輸作業的效率最低，勞動強度也明顯增大。通用型手扶拖拉機在安全、操縱、爬坡性能上是不完善的，近年來，開發專用坡耕地機械已成為中國農業工程界的研究重點。目前出現了坡耕地專用運輸機械，性能也在不斷提高；但目前國內有關坡耕地機械的研究較少，相關產品的研發還處于起步階段。國外有關坡耕地機械的研究處于前沿，向全功能、微型化方向發展，以意大利Ferrari系列微型拖拉機為代表。因此，配合目前的農藝模式，研究易操作、穩定性好、爬坡能力強的坡耕地專用運輸車，具有重要意義[2]。本研究針對坡耕地運輸車在不同角度、地況上的爬坡性能進行理論探討，以期為研發專用坡耕地運輸車提供參考。

1坡耕地分類和坡度界限

根據目前坡耕地生產的農藝要求，按照不同情況對坡耕地進行劃分（表1、表2）。

分類坡度內容平坦地3°以下所有機器均能作業的地形緩坡地3°～15°有些機器作業困難，但一般能進行機械作業的地形陡坡地15°～23°根據機種和作業方法可進行機械作業的地形急陡坡地23°以上不能按原山坡機械作業的地形

平地農業機械在坡耕地利用界限見表3；不同耕作方式下坡耕地用農機作業坡度界限見表4。

表3平地農業機械在坡耕地利用界限

分類坡度內 容14°以下和平地一樣進行作業24°～8°機器性能稍有下降，熟練的操作者可用平地機器進行作業38°～12°須要對平地機器進行改裝，且需要熟練的操作者才能進行作業412°以上利用平地機器有困難。機器須要改裝，有時還要設置坡地用特殊裝置

表4不同耕作方式下坡耕地用農機作業坡度界限

耕作方式作業機種坡度界限犁耕犁6°以上時不易完全翻轉圓盤犁耕偏置圓盤耙、重型耙超過7°時效率降低旋耕手扶式旋耕機（牽引式）沿等高線方向的作業界限為6°，6°以上按爬坡、下坡方向牽引，但功效顯著下降旋耕機（懸掛式）15°左右則作業困難

2坡耕地運輸的特性分析

2.1坡地上機械的特性

在坡地上作業的農業機械以輪式、連續作業為主，牽引力小。根據調研結果，實地耕作都是按農藝要求，采用等高線方向作業，作業時的主要問題是拖拉機的橫向側翻，關于該問題已經進行了很多研究[3]。在較硬土地上試驗時，隨著地面坡度增大，牽引力下降（表5）。

表5牽引力隨坡度變化幅度

坡度牽引力下降幅度（%）10°10～2015°30～5020°50～70注：表中數據是以干燥土壤為例；如在潮濕或松軟地面上，牽引力下降幅度更大。

2.2特性分析

由于機體傾斜，坡下側和坡上側驅動輪上的質量分配不等，因而減少推進力。在坡地上車輪的橫向滑移一直是難以解決的問題。為使拖拉機沿等高線方向前進，須要計算運輸車的機體偏角和前輪操舵角。把車輪上一部分推進力變成行走阻力，防止橫向滑移[4]；沿上坡、下坡方向作業時利用從行走裝置中產生的推進力來克服行走阻力。

3.3橡膠履帶運輸車或多輪型運輸車

履帶型運輸車和六輪車一樣，由于重心位置不同，推力系數也隨之不同。其穩定性尤其重要，容易發生滑移和側翻，在平地履帶型車的極限推力系數為0.74以下，六輪驅動車的極限推力系數在0.86以下，說明它較適合在松軟地使用。近年來，有學者進行履帶式微型拖拉機的研究，采用機、電、液一體化技術，設計了液壓調平裝置，使履帶式運輸車的爬坡極限得到提高，最高可達23.9°[6]。

4結語

本研究表明，在10 ℃以下坡地可以使用行駛速度高、價格便宜的平地拖拉機作為運輸工具；在10°～20°坡地宜用坡地用乘用型運輸車；在20°以上的超陡坡應考慮應用無人駕駛運輸。在10°～20°坡地，采用四輪驅動可充分發揮其爬坡性能。對于橡膠履帶型車和六輪驅動車，通過附加配質量使車輛接地壓力分布均勻，來設定機體的荷質量分配，則其推力系數比四輪驅動型車大。必須注意的是，θ0是根據車輪的推進力計算出的爬坡極限角，有時即使在θ0以下的坡度，有些車輛也會出現側翻。

參考文獻：

[1]姜心祿，池忠志，李旭毅，等. 發展丘陵山地農機化存在的問題與對策[J]. 中國農機化，2012（6）：12-14.

[2]張娟利，師帥兵. 拖拉機行走機構的研究現狀[J]. 農機化研究，2010，5（5）：243-246.

[3]楊羅成. 農用運輸車車架動靜態有限元分析[D]. 蘭州：甘肅農業大學，2008.

[4]高斯. 車輛動力學穩定系統仿真及優化[D]. 武漢：華中科技大學，2006.

[5]張戰文. 微型履帶山地拖拉機穩定性能研究[D]. 楊凌：西北農林科技大學，2011.

[6]董新建. 履帶車輛行動部分動力學分析與仿真[D]. 長沙：湖南大學，2007.孫愛東，尹令，石凱歌，等. 基于RFID的群養種鵝個體產蛋記錄方法[J]. 江蘇農業科學，2016，44（2）：420-423.