拖拉机的牵引力

由 范文之家 分享时间：2024-03-28 20:30:32 加入收藏我要投稿点赞

拖拉机的牵引力

第二节　拖拉机的牵引力

在拖拉机挂钩上产生的力称为拖拉机的牵引力P_牵，这个力是由拖拉机驱动轮上产生的推动力P_推减去了拖拉机在行驶中出现的各种阻力以后获得的。

拖拉机在行驶中产生的阻力有拖拉机的滚动阻力P_滚、上坡阻力P_坡、惯性阻力P_惯等，将上述各种力列成等式，即可得到拖拉机的牵引平衡方程式：

P_推=P_牵+P_滚±P_坡+P_惯

或

P_牵=P_推－P_滚P_坡－P_惯

当拖拉机等速度运动时，P惯=0　　则上式为：

P_牵=P_推－P_滚P_坡

一、拖拉机的推动力和附着力

（一）推动力的形成

拖拉机驱动轮上的推动力P_推,是通过发动机的转矩M_发经过传动装置传到驱动轮上形成的切线力P_切后产生的。如图1-2所示，作用在驱动轮上的转矩M_驱，可用一对力偶来表示。这对力偶其中一个力用于轮心，另一个力作用于轮缘，彼此距离与驱动轮半径相同，当驱动轮与地面发生接触后，地面受到驱动轮重量和边缘切线力的作用。因此，支持面也将产生与轮缘切线力的方向相反、大小相等的切向反力F，此切线反力是作用于轮缘上的外力，因此，两力可以瞬间平衡，剩下作用于轮心的切线力P_切由驱动轮轴传动至拖拉机机架。

如果切线力P_切大于或等于拖拉机和农具运动时所产生的阻力之和，则机组向前移动。这时，作用于轮心的切线力P_切就转化为拖拉机的推动力P_推。

由上分析，拖拉机推动力P_推是当切线力P_切在足够的切向反力F存在的条件下所转化而来的，仅有驱动力的转矩M_驱决不能使拖拉机驱动轮发生移动。所以机组的向前移动，是依靠着驱动轮与土壤的附着力F而产生的。

图1-2　驱动轮上推动力的形成

根据拖拉机发动机转矩M_发，传动装置的速比i和传动装置的机械效率η_传，就可计算出驱动轮上的转矩和切线力。

（二）附着力与附着性能

上面所述的附着力是假设驱动轮在没有滑动或空转的情况下形成的，实际上土壤往往不能满足这个条件，因此我们把土壤能承受的最大切线力叫做附着力。例如，拖拉机在稀烂的水田里或结冰的路面上就可能打滑，即推动力P_推发挥不出来。这就是因为在这样的土壤上，轮子在驱动力矩作用下转动，但轮胎花纹抓不住土壤，或对轮子不能提供足够的摩擦力，由于土壤很烂或很滑，而不能承受轮胎的切向挤压作用，因而不能形成足够的切向反力附着力，以致发动机的动力发挥不出来。我们就称这种土壤的附着性能不好。

如果拖拉机在土壤结实坚硬，土粒结构不易被轮缘破坏的情况下工作。这就保证了轮缘与土壤的附着性能，形成足够的附着力，轮子则始终在土壤表面上做滚动运动。所以这种土壤的附着性能就好。

实际上影响拖拉机驱动装置和土壤间的附着性能的重要因素是：第一，驱动装置的构造形式和接地面积；第二，土壤类型、土壤水分和地表状态；第三，拖拉机的附着重量，即作用在驱动装置上的垂直负荷。

拖拉机的附着重量在链轨拖拉机、四轮驱动的轮式拖拉机和单轴手扶拖拉机上，等于拖拉机的总重量。而在两轮驱动的轮式拖拉机上为总重量的60%～70%。一般拖拉机在带有悬挂农具工作时，由于农具部分的重量加在驱动轮上。因此，这时的附着重量较静止时的附着重量大。

由于对附着性能的影响因素比较复杂，所以在实际应用时，常采用试验方法来确定最大附着力。在采用一定形式的行走装置的前提下，通过试验找出在许可滑转率下的土壤反作用力即最大附着力F_最大与附着力重量之间的关系，如下式所示：

F_最大=μG_附（kg）

式中：μ——驱动装置与土壤间的附着系数；

　　　G_附——拖拉机的附着重量（kg）。

试验的简单方法如图1-3所示，通过钢丝绳和拉力表用试验拖拉机牵引另一台负荷用的拖拉机。测定时将作负荷用的拖拉机置于空挡，并通过有计划的制动来改变负荷。当负荷增加到使待试验的拖拉机发生滑转时，拉力表上的读数即为该试验拖拉机在这一土壤条件和滑转条件下的最大附着力。

图1-3　在平地上测试拖拉机附着力的方法

1.作负荷用拖拉机　2.拉力表　3.试验用拖拉机

通过这种方法，可以找出在各种土壤条件下不同行走装置拖拉机与土壤间的最大附着力和附着系数，表1-1即为链轨式、轮式拖拉机在各种土壤条件下的附着系数概值。

表1-1　拖拉机附着系数概值

表中所列的驱动装置与土壤间的附着系数μ值，并不是一个不变的数值，它随着滑转率δ的变化而变化。因此，表中的μ值是在允许的滑转率条件下测定出来的。在规定许可的滑转率时，首先要考虑到农业技术的要求，因为滑转率太大，会使土壤遭到破坏。一般规定链轨式拖拉机在各种土壤条件下滑转率不超过7%；而轮式拖拉机的许可滑转率一般规定不超过16%。

（三）推动力和土壤条件的关系

拖拉机实际产生的推动力P_推不单是由切线力P_切所决定的，而且要通过土壤对驱动装置的反作用力而推动拖拉机前进。

拖拉机在非常松软的土壤上，最大推动力等于松软土壤状况下的最大附着力F_最大，而在这种情况下，拖拉机的切线力没有完全发挥。此时，最大推动力P_推最大往往小于最大切线力P_切最大，它们三者的关系是：

P_推最大＜P_切最大=F_最大

拖拉机在坚实的土壤上，由于土壤和行走装置有良好的附着性能，附着力F_最大是较大的。但这时拖拉机的最大推动力P_推最大，也只能等于最大切线力P_切最大。它们三者的关系是：

P_推最大=P_切最大＜F_最大

由此，可得出下列结论：第一，拖拉机在松软的土壤上工作，其推动力受最大附着力所限制，当拖拉机机组负荷增大至F_最大以上时，将产生原地打滑现象。第二，拖拉机在坚实的土壤上工作，其推动力受最大切线力限制。当拖拉机机组负荷增大至P_切最大以上时，将产生发动机熄火现象。所以，只有当土壤与拖拉机之间的附着力大于或等于拖拉机所产生的切线力时，才能充分利用拖拉机的有效功率，使拖拉机的切线力完全转化为推动力。

二、拖拉机的滚动阻力

拖拉机在田间或道路上行驶时，轮式拖拉机的车轮压在土中，土壤被挤压变形，产生一定阻力，如图1-4所示。轮胎的变形，轴承的摩擦，也引起阻力而损失能量。在链轨拖拉机上，除了链轨挤压土壤外，还有行走装置上各轮子轴承的摩擦、轮子与链轨的摩擦以及链轨板与轴销之间的摩擦等，都产生一定的阻力。

图1-4　因下陷而产生的阻力

凡拖拉机自身移动时由行走装置产生的阻力，总称为拖拉机的滚动阻力P_滚。

滚动阻力的大小和拖拉机的重量、行走装置的形式和构造参数、土壤的类型和水分、地表状况等因素密切相关。

由于影响滚动阻力的因素很多，目前尚不能从理论上来确定滚动阻力与各个因素之间的关系，故通常用拉力表来测定。在测定时，须将被测拖拉机的传动装置切离。而用另一台拖拉机来牵引，为了避免测定中的误差，应注意被测拖拉机勿行走在前一台拖拉机的轮辙上。据试验表明，滚动阻力大致与拖拉机的重量成正比。

即：P_滚=fG_拖（kg）；

式中：G_拖——拖拉机的重量；

　　　f——滚动阻力系数。

各种行走装置在不同土壤条件下的滚动阻力系数的概值如表1-2所示。

表1-2　不同类型拖拉机的滚动阻力系数概值

根据某些实验表明，土壤水分对滚动阻力系数的影响很大。因为在土壤含水量大时，土壤松软，拖拉机压出很深的沟辙不仅破坏土壤结构，而且增加了滚动阻力系数。

由此可见，在水分较大的土壤条件下工作时，轮胎式拖拉机与链轨式相比，不仅附着性能差，滑转率大，而且滚动阻力系数也增大较多。

当拖拉机在起伏不平的田间行驶时，平均滚动阻力将有所增加，而且轮式拖拉机更为显著，链轨式拖拉机则较小。例如，拖拉机在耕翻不好的田间或者横着垄向行驶时，不仅颠簸得很厉害，而且滚动阻力将显著增加。

轮胎的气压对滚动阻力系数也有影响，一般轮式拖拉机在松软地上工作时，轮胎气压可以稍低，以增加接地面积，减少轮辙深度，降低滚动阻力系数，并提高附着性能。而在坚实光滑的路面上，因轮子没有下陷，就可以适当提高轮胎气压以减少滚动阻力系数，但轮胎气压的增减要适当，否则将缩短轮胎使用寿命。如胎压过低将使胎侧弯曲，长期使用将因胎侧疲劳而损坏。

链轨的紧度对滚动阻力也有影响，当拖拉机以较低挡工作时，链轨紧度松些可以减轻销连处的摩擦；当拖拉机高速空行时，则应使链轨紧度稍紧些，否则将由于链轨跳动而使滚动阻力增加。

从表1-2中可以看出，拖拉机在坚实的土壤上，滚动阻力系数较小，在松软的土壤上则较大，对轮式拖拉机则更为显著。

三、拖拉机的上坡阻力

当拖拉机上坡时，将产生附加运动阻力，如图1-5所示，地面坡度角度α，拖拉机的重力G_拖分解为垂直和平行与坡面的两个分力，其中水平分力P₁，是拖拉机上坡时的附加阻力，俗称上坡阻力P_坡，其大小可由下式求得：

P_坡=G_拖sinα（kg）