【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ： (b ) ( ) ( ) (2 15) 由此，運(yùn)動(dòng)時(shí)拖拉機(jī)前輪的反力： ( ) 此處 符號(hào)的選擇，也取決于該力是向下（ ），還是向上 ( )。 帶支地輪和除草鏟的中耕機(jī)前懸掛于 LF80 904 WD 輪式拖拉機(jī)上，下拉桿向下傾斜（圖 21 中 Ⅰ 一 Ⅰ ），中耕機(jī)和拖拉機(jī)具有下列數(shù)據(jù)： 中耕機(jī)重量 ； 幅寬 B =3m； 耕深 h =12cm； 單位幅寬土壤比阻K= 2400N/m；角 α = ， = ， = ；滾動(dòng)阻力系數(shù) (f = ； a = ；b= ； 拖拉機(jī)的重量 = 42800N； 軸距 L = ； 前后輪間的質(zhì)量分配為 42%， 58%；坐標(biāo) = ； 前輪胎 28， = ， 偏移距 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 =0． 068m； 后輪胎 38， =，偏移距 =。農(nóng)具懸伸距 l=1． 230m。 要求確定懸掛桿件中的 作用力和拖拉機(jī)運(yùn)動(dòng)時(shí)的支反力。 利用公式 (2 1)～ (2 13)，并代入原始數(shù)據(jù)，可得懸掛桿中的總作用力： 在下拉桿中： = = 13674N 在上拉桿中： = = 5637N 按式 (3 11)計(jì)算拖拉機(jī)前輪上的法向反力： = 15400N (36%) 相應(yīng)拖拉機(jī)后輪上的法向反力： = = 27400N (64%) 不帶懸掛機(jī)具前后輪上的靜載荷： = 0. 42 = 17980N = = 24820 N 相應(yīng)的前橋減載和后橋增重為： △ = = 2580N △ = = 2580N 由計(jì)算可看出，在本例中前輪減載量達(dá)其靜負(fù)荷的 14. 4%，若再帶上后懸掛機(jī)具，有可能影響拖拉機(jī)的性能。 在本例中，下拉桿向上傾斜，原始數(shù)據(jù)除以下幾項(xiàng)外均相同： ， =：，： 。在這種情況下，掛接點(diǎn)的分力值變了，因此機(jī)具支地輪上的壓力也變了，將原始數(shù)據(jù)代 入 公式 (21)～ (2 13)，類似可解得： 上拉桿力： =7372N 下拉桿力： =14050N 相應(yīng)前輪上的法向反力： =15900N 后輪上的法向反力： = 26360N 前橋 減載和后橋增重分別為： △ = 2080N， 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 △ = 2080N 這樣，在下拉桿向上的情況下，懸掛桿件中的作用力明顯增大，但同時(shí)卻減小了作用在機(jī)具支地輪上的作用力和機(jī)具的阻力，拖拉機(jī)前橋的減載量減少了 ，只占前橋靜載荷的 11. 57%。 與上例中一樣，下拉桿向上傾斜，但機(jī)具沒有支地輪，液壓懸掛系統(tǒng)鎖閉（位置控制），因此作用在機(jī)具上的垂直力 （ ， ， ， ） 完全傳到拖拉機(jī)前輪上，在這種情況下，按式 (2 15)拖拉機(jī)前輪上的法向反力將是 =23020N。 由于前輪上的反力大于靜載荷，則前輪的增重和后輪的減載量為 △ = = 5040N △ = = 5040N 由此例可看出，機(jī)具沒有支地輪使拖拉機(jī)前輪的載荷急劇增加。與前述情況不同，此時(shí)，前輪的增重約為其靜載荷的 280%，前輪承重超過后輪，影響整個(gè)拖拉機(jī)的驅(qū)動(dòng)力的發(fā)揮，降低牽引效率。 上述算例的計(jì)算結(jié)果列表如下（表 2— 1）： 表 2— 1 牽引阻力（ N） 下拉桿力（ N） 上拉桿力（ N） 工作時(shí)重量在前輪（分子），后輪（分母）上的分配 （ N） % 機(jī)具有支地輪 下拉桿向下傾斜 8244 13674 5637 15400/27400 36/64 下拉桿向上傾斜 7324 14050 7372 15900/26900 機(jī)具無支地輪 下拉桿向上傾斜 7200 23020/19780 54/46 ：在所有情況下為保持牽引效率，拖拉機(jī)前橋的載荷均應(yīng)在 40%左右。 從上表，可得出以下結(jié)論： (1)懸 掛 機(jī)具工作部件的種類，有無支地輪以及懸掛 桿 件 的 位置，一對(duì)作用在 拖拉 機(jī)上的力以及工作時(shí)重量在前后橋上的分配有較大影響。 (2)當(dāng)拖拉 機(jī) 配有支地輪的機(jī)具工作且下拉桿 向 下傾斜時(shí) ，比 下拉 桿 向上傾斜時(shí)前 橋 減載相對(duì)較多，特別是懸掛 桿件設(shè) 計(jì)不合適或農(nóng)機(jī)具選配 不 當(dāng)時(shí)，差別河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 會(huì)很太， 甚至 導(dǎo)致前橋 失去操 縱性（由于本設(shè)計(jì)懸掛桿件位置較合適，故在下拉桿同上向下傾斜時(shí)，前橋減載量差別不大）。 (3)當(dāng)拖拉機(jī)配沒有支地輪的懸掛類 入 土工作機(jī) 具 作業(yè) 時(shí) ，無論懸掛桿件的 位置如何，前橋載荷均急劇增加，其結(jié)果可能使其牽引 —— 動(dòng)力性能變壞 ， 并 使松軟 土壤 上 形成的 輪轍 加深，并 有可 能造成前橋損壞。故前懸掛單獨(dú)作業(yè)時(shí)，一定要避免這種工況。因此，無 論 是 從安 全 性或是保持牽引效率考慮，一 般情況 下，前 懸掛機(jī)組單獨(dú)作業(yè)時(shí) 不 宜采用位置控制方式工作， 必須 采 用帶支地輪的浮動(dòng)控制方式。而當(dāng)拖拉機(jī)同時(shí)后懸掛能使前橋相對(duì)減載的機(jī)具聯(lián)合作業(yè)時(shí)，前懸掛機(jī)組也可考慮使用位置控制方式作業(yè)。 (4)前懸掛機(jī)組作業(yè)時(shí)，懸掛桿件中的作用力很大，特別是下拉 桿 向 上傾斜 時(shí)，可達(dá)到牽引阻力的幾倍上。因此在設(shè)計(jì)時(shí)，要考慮到這一點(diǎn)，盡可能把懸掛桿件設(shè)計(jì)的結(jié)實(shí)一些 （從第一章的圖片中，可以清楚地看到這一點(diǎn)） 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 第三章 前懸掛桿件的布置方式與作業(yè)穩(wěn)定性 前懸掛桿件的不同布置方式對(duì)機(jī)組作業(yè)的穩(wěn)定性影響很大。懸掛不同的農(nóng)具對(duì)懸掛機(jī)構(gòu)的要求是不同的， 這里參考后懸掛裝置也以鏵式犁為例，探討不同的桿件布置方式對(duì)鏵式犁作業(yè)穩(wěn)定性的影響，為前懸掛裝置的設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)。 167。 橫向穩(wěn)定性 前懸掛裝置的基本機(jī)構(gòu)同后懸掛一樣，也是三點(diǎn)懸掛桿件機(jī)構(gòu)。兩下拉桿的水平匯交點(diǎn)，即下拉桿的水平瞬心，影響機(jī)組的耕寬穩(wěn)定性和直線行駛性。這里以下拉桿為研究對(duì)象，對(duì)下拉桿的延長(zhǎng)線在農(nóng)具前方相交和后方相交（水平瞬心在前和在后）進(jìn)行分析。 167。 水平瞬心在前 對(duì)于后懸掛機(jī)構(gòu)，為保持機(jī)組的直線行駛性和耕寬穩(wěn)定性，水平瞬心需布置在懸掛軸之前，當(dāng)農(nóng)具出現(xiàn)橫向偏移時(shí)，如圖 31 所示，農(nóng)具受到的土壤阻力及橫向反力對(duì) 點(diǎn)產(chǎn)生逆時(shí)針力矩，促使 點(diǎn)移向 O 點(diǎn)，即農(nóng)具能夠自動(dòng)回正。也就是說，只要瞬心在農(nóng)具之前，后懸掛機(jī)組就一定能夠保持穩(wěn)定。但是，對(duì)于前懸掛機(jī)構(gòu)，當(dāng)瞬心在農(nóng)具之前時(shí)，如圖 32 所示，土壤阻力 D 對(duì) 點(diǎn)之矩 ( )是逆進(jìn)針方向，它使農(nóng)具更加偏離平衡位置，而橫向反力 F 對(duì) ，點(diǎn)之矩 （ ）是順時(shí)針方向，支地輪的橫向摩擦力對(duì) 點(diǎn)之矩 （ ） 也是順時(shí)針方 向 ，它們使農(nóng)具回位。因此 農(nóng)機(jī)具能否穩(wěn)定 取決于 順時(shí)針 和 逆時(shí)針力 矩是否相籌。 若 + 則農(nóng)具不平衡，若 ≤ + 。則農(nóng)具可保持平衡。 國(guó)外 P． A． Cowell等人以振動(dòng)分析的觀點(diǎn)對(duì)前懸掛的橫向穩(wěn)定性進(jìn)行分 析 。首先使農(nóng)具瞬心偏移一段距離，然后釋放（似單擺），使農(nóng)具產(chǎn)生往復(fù)運(yùn)動(dòng)，在一定土壤阻尼的作用下求得迅速衰減的條件，從而 可得出前懸掛瞬心在前時(shí)農(nóng)具穩(wěn)定的條件，并進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證。 當(dāng)前懸掛瞬心在前時(shí)，犁耕機(jī)組由偏移位置迅速衰減（指數(shù)衰減）至平衡位河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 置而趨于穩(wěn)定工作的條件為：橫向力常數(shù) N 與土壤阻力縱向水平分力 D 之比大于與懸掛參數(shù)有關(guān)的常數(shù) K，即： N/DK (31) 式中： N= F/ 單位為 N/rad K=( . / R cosa) 1 (32) F—— 農(nóng)具受到的橫向阻力，單位為 N —— 農(nóng)具在橫向力 F 作用下轉(zhuǎn)過的角度，單位為 rad —— 兩下鉸接點(diǎn)之間距離的一半，單位為 m —— 兩下懸掛點(diǎn)之間距離的一半，單位為 m —— 農(nóng)具阻力中心到瞬心的距離，單位為 m R—— 下拉桿長(zhǎng)度，單位為 m a—— 下拉桿水平匯聚角，單位為 rad 31 后懸掛農(nóng)具受力示意圖 圖 32 前懸掛瞬心在前農(nóng)具受力示意圖 N 和 D 可通過試驗(yàn)的方法測(cè)得。對(duì)于在一定的土壤比 阻下以一定的速度和耕深前進(jìn)的犁， D 可以很容易地測(cè)出。測(cè)量 N 要相對(duì)復(fù)雜一些，測(cè)量時(shí)，首先用鏈子把犁拉向一邊，然后慢慢地以一定的速度放松鏈子，同時(shí)記錄犁受到的橫向 力F 和轉(zhuǎn)過的角度 ，則二者之比就得橫向力常數(shù) N。 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 K 只與懸掛參數(shù)有關(guān)，從而可知設(shè)計(jì)的懸掛參數(shù)是否合適。 167。 水平瞬心在后 當(dāng)下拉桿延長(zhǎng)線在懸掛軸后方相交時(shí)（如圖 33 所示），正象帶后懸掛裝置的拖拉機(jī)反向行駛，農(nóng)具受到的土壤水平阻力 D橫向力 F，對(duì)瞬心 點(diǎn)都是順時(shí)針力矩，即使農(nóng)具相對(duì)于瞬心偏轉(zhuǎn)得更厲害一些，因此農(nóng)具不能穩(wěn)定工 作。 按圖 33 對(duì) 點(diǎn)取矩建立微分方程，也能分析出該振動(dòng)方程不能隨時(shí)間的增加而衰減。 因此，可以得出這樣的結(jié)論：在沒有約束 的 條件 下 ， 水平瞬心在后 時(shí)，隨著拖拉機(jī) 前進(jìn)距離的。農(nóng)具將越來越偏向 一邊， 不能穩(wěn)定 工作。 167。 上拉桿長(zhǎng)度的影響 在前面的分析中，我們知道，對(duì)前懸掛犁等有向農(nóng)具，水平瞬心在前時(shí)能夠保持穩(wěn)定。但是對(duì)于耙、旋耕機(jī)等不受特定的橫向反力作用的農(nóng)具，平衡條件中的 N=0，即平衡條件不能滿足，農(nóng)具不能保持穩(wěn)定。這時(shí)，上拉桿長(zhǎng)度有三種狀態(tài)，如圖 34 所示。 圖 33瞬心在后 時(shí)作用在前懸掛犁上的外力 圖 34上拉桿長(zhǎng)度對(duì)犁穩(wěn)定的響 圖中各參數(shù)意義如下： —— 上拉桿拉力 J—— 上拉桿水平投影的長(zhǎng)度 D—— 農(nóng)具的水平耕作阻力 河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 ①上拉桿水平投影的長(zhǎng)度大于下拉桿水平投影的長(zhǎng)度 (J ＞ R)（圖 34 中位置 Ⅰ ），上拉桿力 和阻力 D對(duì) 點(diǎn)之同向，農(nóng)具不能穩(wěn)定。 ②上拉桿水平投影的長(zhǎng)度等于下拉桿水平投影的長(zhǎng)度 ( J = R )（圖 34中位置Ⅱ），上拉桿力 的作用線近似通過瞬心 點(diǎn)，農(nóng)具亦不能穩(wěn)定。 ③上拉桿水平投影的長(zhǎng)度小于下拉桿水平投影的長(zhǎng)度 (J ＜ R)（圖 34 中 位置Ⅲ），上拉桿力 和阻力 D對(duì)瞬心 點(diǎn)之矩方向相反，互相抵消，農(nóng)具可能穩(wěn)定。且在上拉桿力 一定的情況下，上拉桿長(zhǎng)度越短， 和阻力 D對(duì)瞬心 點(diǎn)之矩越大，農(nóng)具越能趨于穩(wěn)定。 167。 水平瞬心的選擇 從 前面 的 理論分析中 ， 我們可以 知，到 當(dāng)水平瞬心在農(nóng)具懸掛軸 之 前且 上 拉桿較短時(shí)，前懸掛有向農(nóng)具（犁）或無 向農(nóng)具 （耙 ， 旋耕機(jī)）都能保持穩(wěn) 定 。當(dāng)水平瞬心在懸掛軸之后時(shí)，農(nóng)具（犁、 耙 ）不能穩(wěn)定。因此，設(shè)計(jì)前懸掛機(jī)構(gòu)時(shí)就必須使水平瞬心在農(nóng)具之前。 但是對(duì)大多數(shù)拖拉機(jī)來說，水平瞬心在農(nóng)具之前時(shí)，為符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn) (IS08759)中對(duì)懸掛點(diǎn)間距離的要求 (對(duì) 2類懸掛要求兩懸掛點(diǎn)間的距離為 875mm)， 兩下鉸接點(diǎn)間的距離就會(huì)很大，除非下鉸接點(diǎn)離拖拉 前輪很遠(yuǎn)，否則將會(huì)影響拖拉機(jī)轉(zhuǎn)向性能（前輪可能與下拉桿干涉），因此鉸接點(diǎn)的布置比較困難。另外，關(guān)于拖拉機(jī)的運(yùn)動(dòng)， 水平瞬心在農(nóng)具之前時(shí)，瞬心離拖拉機(jī)的重心較遠(yuǎn)，農(nóng)具阻力產(chǎn)生的使拖拉機(jī)水平回轉(zhuǎn)力矩有增大趨勢(shì)，易影響拖拉機(jī)的操縱穩(wěn)定性。 故 當(dāng) 前 國(guó)外前懸掛機(jī) 構(gòu)較少采用 這種布置方式。 當(dāng)水平瞬心在懸掛軸之后時(shí)，下拉桿若有限制其橫向擺動(dòng)的裝置，則農(nóng)具的橫向力可通過下拉桿傳到拖拉機(jī)機(jī)體上，由輪胎側(cè)向附著力平衡，農(nóng)具仍可穩(wěn)定工作。如圖 3 5所示。對(duì) O點(diǎn)取矩： S* S* =0 S= F (33) 另處 ，水平 瞬心在農(nóng)具 懸掛 軸之后時(shí)， 瞬心離拖拉機(jī)的 質(zhì)心較近。，農(nóng)具阻力產(chǎn)生的使拖拉機(jī) 水 平轉(zhuǎn)動(dòng)的回轉(zhuǎn)力矩小， 拖拉機(jī) 的操縱穩(wěn)定性好。目前國(guó)外大多數(shù) 拖拉機(jī)的前 懸掛機(jī)構(gòu)的下拉桿都采用這種布置方式。橫向限位裝置也有多種結(jié)構(gòu)，有的采用較粗大的限位鏈，有的設(shè)置可調(diào)限位擋塊，更有的把下拉桿與鉸接軸焊接在 一 起，通過提升油缸的伸縮來帶動(dòng)下拉桿鉸接軸轉(zhuǎn)動(dòng)（此時(shí)就沒有瞬河南科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20