轮式拖拉机牵引不同农机具的受力分析
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[摘 要] 拖拉机是农业机械的重要组成部分。为农业机械的各项作业提供动力。其中牵引作业是其主要的作业形式，附着性是影响拖拉机牵引效率的重要因素之一。拖拉机的有效牵引力能否最大限度的发挥，主要取决于拖拉机作业时土壤附着性。本文就针对拖拉机在牵引不同农具作业时的牵引力等方面进行分析，并对影响附着力的因素进行了讨论。
[关键词] 拖拉机 驱动 牵引力 附着性
[中图分类号] S23 [文献标识码] A [文章编号] 1003-1650 （2014）04-0214-01
轮式拖拉机在生产中应用十分广泛，常见的有两轮驱动、四轮驱动和手扶拖拉机。它们都有极其广泛的应用。两轮驱动的拖拉机分为前驱动桥驱动和后驱动桥驱动两种。在国内应用的较广的是后轮驱动拖拉机。后轮驱动的拖拉机较前轮驱动的拖拉机的附着性能要好些，但操纵性要差些[1]。附着性能最好还要算四轮驱动拖拉机，因为前后轮都是驱动轮，都可成为附着重量。
一、轮式拖拉机的总体受力分析
1.轮式拖拉机带牵引农具作业时的总体受力分析
1.1作用在拖拉机上的外力 轮式拖拉机带牵引机具在水平地段等速行驶作业时，在拖拉机垂面的受力如图所示：
――拖拉机的使用重量，作用于质心O点上，用坐标a和h表示；
――驱动力；
――分别为土壤对驱动轮、从动轮的滚动阻力垂直反力；
Pt――牵引力。为简化计算，将牵引力作用点移到该力作用线与驱动轮垂轴线的交点上，该力与地面成 角，牵引点位置以
坐标表示。持钩牵引力可分解水平分力Pt和垂直分力 。
1.2前、后轮垂直载荷的分配 土壤对从动轮的垂直反力，可根据对O1取力矩平衡方程式求得：
=
式中 、 分别为前、后轮的滚动阻力矩，其数值为
，土壤对驱动轮的垂直反力，通过对O2取力矩平衡方程式求得如下：
当拖拉机不带农机具置于水平地面时，其前、后轮上的垂直载荷为：
可以看出，拖拉机带牵引农具在水平土壤稳定作业时，在牵引载荷和滚动阻力矩的作用下，前、后轮上的垂直载荷出现重新分配。有一部分垂直载荷将自前轮移到后轮，使后轮载荷增加，前轮载荷减轻，即发生驱动轮增重现象。前轮载荷的减小量等到于后轮载荷的增加量。其值为：
驱动轮增重量取于 等因素。后轮增重使拖拉机附着重量增加，有利于提高拖拉机动力性能，但对轮式拖拉机是有一定限度的，不能超过10%―25%。因为驱动轮增重必然引起前轮减重，而前轮减重如果超过限度便会引起翘头，影响拖拉机的操纵性和纵向稳定性，此时在拖拉机机头配重起着很重要的作用。一般认为前轮负荷不少于整机使用重量的15%―20%。
拖拉机带悬挂机组时的受力情况要比牵引机组复杂一些，下面讨论耕地悬挂机组在水平地段稳定作业时的受情况。
2.1作用于拖拉机上的外力
悬挂机组耕地时，由于机身的倾斜，两根下拉杆在纵垂面内的投影不重叠，为使问题简化，左右下拉杆的位置以一根下拉杆（处于中间位置）来表示。图中的各力为：
――拖拉机的使用重量；
――从动轮、驱动轮的滚动阻力；
――驱动力；
――土壤对从动轮、驱动轮垂直反力；
――犁重，作用于犁的质心，作用线到驱动轮几何中心的垂直面 间的垂直距离 ；
――土壤对犁的总耕作阻力在纵垂面内的分力，为简化起见，假定其作用线通过犁的质心。 分解为垂直 和水平分力 ， 形成牵引阻力。根据实验结果，耕地时 分力方向向上，数值上可取等于0.7 ；在中耕土壤时， 分力向下，数值在（0.2―0.4） 范围内变化。
2.2前、后轮垂直载荷的分配分别对 和 取矩，由于 对
和 的力矩很小可忽略，由此可求得土壤对悬挂机组的拖拉机前、后轮的垂直反力如下：
二、轮式拖拉机的驱动力和附着力
轮式拖拉机的驱动力与驱动轮的驱动力是一致的，它表明了拖拉机具有的牵引能力，是衡量拖拉机性能的一个重要指标。驱动力的大小既取决于发动机的动力和拖拉机传动系统的结构，同时也受限于土壤所能产生的水力。
拖拉机在土壤上行驶时，驱动轮花纹嵌入土内，在驱动扭矩的作用下，轮胎花纹将在水平方向挤压并剪切土壤。由于土壤具有一定的强度，当它被轮胎花纹作用时，将产生抗力，这些抗力形成了与拖拉机运动方向一致的驱动力[2]。
拖拉机在硬路面上行驶时，上述现象则不明显，驱动力主要是由于轮胎与地面的摩擦力形成的。
土壤能产生的最大反作用力受到土壤抗剪强度的限制。土壤的抗剪强度是指土壤在剪切力作用下，发生剪切破坏时的最大抗剪应力。土壤在剪切破坏前，在剪切力的作用下，土壤间将出现相对位移。不论哪种土壤，在初期，随着变形的增大，剪切应力也随之增加，但剪切应力达到一定值后，或基本保持不变，或降到一个较小的恒定值。
土壤的上述性质说明，在拖拉机产生驱动力的过程中，驱动轮必然出现滑转，滑转程度随驱动力的增大而增加。当驱动力达到一定数值后，滑转现象显著加剧，最终出现完全滑转，土壤被破坏。
参考文献
[1]赵美香；吴海平；王小龙.后轮驱动轮式拖拉机牵引特性测试及分析[J].山西农业大学学报.2009（05）
[2]彭永忠.轮式拖拉机牵引特性分析及其应用研究[J].农机化研.2007（01）