畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)說明書

摘 要拖拉機(jī)配前三點(diǎn)懸掛裝置構(gòu)成的聯(lián)合作業(yè)機(jī)組，由于在一次行駛中可完成多種作業(yè)，節(jié)省農(nóng)時，提高作業(yè)效率，擴(kuò)大了拖拉機(jī)的通用性，因此在國外拖拉機(jī)(特別是大功率四輪驅(qū)動拖拉機(jī))上獲得了廣泛的應(yīng)用。但目前國內(nèi)各種功率等級的拖拉機(jī)還很少配裝前懸掛裝置。前懸掛裝置具有不同于后懸掛裝置的顯著特點(diǎn)，本文在理論分析的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了輪式拖拉機(jī)前懸掛裝置的設(shè)計(jì)。文中首先歸納總結(jié)目前國際上各著名拖拉機(jī)產(chǎn)品的前懸掛裝置結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及前后聯(lián)合作業(yè)的主要作業(yè)方式，分析前懸掛機(jī)組在不同的耕深控制方式下拖拉機(jī)前橋的受力狀況，得出相應(yīng)的計(jì)算公式，指出前懸掛一般應(yīng)采用帶支地輪的浮動控制方式。然后分析由不同的懸掛桿件布置方式?jīng)Q定的機(jī)組縱向瞬心和水平瞬心位置對前懸掛犁耕機(jī)組作業(yè)穩(wěn)定性、入土能力、耕深穩(wěn)定性、牽引性和通過性等性能的影響，從而給出可行的瞬心范圍。最后，在理論分析的基礎(chǔ)上進(jìn)行了前懸掛機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞：拖拉機(jī)，后懸掛，受力分析，瞬心，聯(lián)合作業(yè)ABSTRACTTractor with front linkage consists of the combination of operating units, because in a driving can complete various task, save farming, raise working efficiency, expand the tractor of generality and so on foreign tractors (especially high power four wheel drive tractors) on a wide range of applications. But there is few at present domestic various power levels of tractor equipped with front suspension device. Front suspension device has the remarkable characteristics different from rear suspension, on the basis of theoretical analysis, this paper has carried on the wheeled tractor front suspension device design.Firstly summarizes the current of each tractor products famous on the internat- ional front suspension structure characteristics and joint before and after the opera- tion the main operation mode, the analysis of front suspension unit under different tillage depth control ways of tractor front axle stress state, the corresponding calcu- lation formulas, points out front suspension generally take the ground wheel floating control mode should be adopted.Then analysis determined by the different way of hanging bar decorate unit lon- gitudinal instantaneous center and horizontal position of instantaneous center of fr- ont suspension deep tillage unit operation stability, the grave ability, stability, tracti- onal and through sexual behavior, and gives the feasible range of instantaneous center.Finally, on the basis of theoretical analysis for the front suspension mechanism design.Key words: tractor, front linkages, rear linkages. force analysis instantaneous center, combination operation.目 錄第一章 前懸掛概述 11.1 問題的提出 11.2 前懸掛的發(fā)展 .11.3 前懸掛的評價 .21.4 前懸掛的主要結(jié)構(gòu)型式 31.5 前懸掛的主要作業(yè)方式 7第二章 前懸掛機(jī)組對拖拉機(jī)操縱性的影響 .92.1 懸掛帶支地輪的農(nóng)機(jī)具 92.2 懸掛不帶支地輪的農(nóng)機(jī)具 12第三章 前懸掛桿件的布置方式與作業(yè)穩(wěn)定性 .163.1 橫向穩(wěn)定性 163.1.1 水平瞬心在前 163.1.2 水平瞬心在后 183.1.3 上拉桿長度的影響 183.1.4 水平瞬心的選擇 193.2 縱向穩(wěn)定性 203.2.1 上拉桿用鏈子 203.2.2 上拉桿用剛性桿 213.3 前懸掛犁縱向瞬心的合理范圍 29第四章 前懸掛裝置的設(shè)計(jì) .314.1 設(shè)計(jì)指導(dǎo)思想 .314.2 懸掛機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) .31第五章 結(jié) 論 38致 謝 39主要參考文獻(xiàn) .401第一章 前懸掛概述1.1 問題的提出近年來，隨著我國改革開放政策的深入實(shí)施，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)也得到不斷發(fā)展，特別是國家現(xiàn)行的以聯(lián)產(chǎn)承包責(zé)任制為基礎(chǔ)的、統(tǒng)分結(jié)合的雙層農(nóng)業(yè)經(jīng)營體制，為發(fā)展適度規(guī)模經(jīng)營，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)集約化生產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)，也使得農(nóng)業(yè)機(jī)械在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和發(fā)展中的作用越來越重要。另外，拖拉機(jī)平均功率的不斷增大，也使得配套農(nóng)機(jī)具越來越重。目前，我國正在大力發(fā)展各種聯(lián)合整地機(jī)、耕種機(jī)、播種施肥機(jī)和聯(lián)合收割機(jī)與拖拉機(jī)配套，這種聯(lián)合作業(yè)機(jī)組由于在一次工作行程內(nèi)完成幾項(xiàng)作業(yè)（如滅茬、施肥、耕地、耙地、播種、鎮(zhèn)壓等），從而大大地減少作業(yè)次數(shù)，也可減少機(jī)組對土壤碾壓和滾動損失次數(shù)，還可減少滑動損失（由于旋耕產(chǎn)生推力，抵償部分牽引阻力），農(nóng)藝質(zhì)量、作業(yè)效率和作業(yè)經(jīng)濟(jì)性較好，符合農(nóng)業(yè)節(jié)本增效的要求，是發(fā)展方向。與這種趨勢相適應(yīng)，就要求拖拉機(jī)能夠配裝前懸掛及動力輸出裝置，但現(xiàn)在我國生產(chǎn)的各型號拖拉中，絕大多數(shù)只有后懸掛和后動力輸出軸，這種聯(lián)合作業(yè)機(jī)組的缺點(diǎn)是：由于聯(lián)合耕種機(jī)重而長，受懸掛提升能力的限制，不得不采用半懸掛或牽引方式用分置油缸操縱，使機(jī)組的機(jī)動性差，轉(zhuǎn)彎時地頭留得很長，同時，為保證機(jī)組的操縱性和穩(wěn)定性，拖拉機(jī)前都要加很多配重。又如對于聯(lián)合收割機(jī)，收割臺必須布置在拖拉機(jī)前部，這樣就要從位于拖拉機(jī)后面的動力輸出軸通過一系列的鏈條、齒輪、萬向節(jié)、皮帶輪再加上曲柄連桿機(jī)構(gòu)，才能滿足傳動的要求，為使割臺升降又要一套杠桿系，這樣就使得整個機(jī)組結(jié)構(gòu)復(fù)雜，可靠性下降，同時機(jī)組的總重量也上升了，從而就增加了對土壤的壓實(shí)程度，而拖拉機(jī)若配有前懸掛及前動力輸出裝置，問題就會變得簡單，可以輕而易舉地滿足前懸掛機(jī)組對傳動和提升的要求。1.2 前懸掛的發(fā)展前懸掛最早是 1977 年由當(dāng)時法國的 Ferranti（現(xiàn)在的 Uni - Drive）公司在2Stoneleigh 向公眾展示的，當(dāng)時并沒有引起特別的注意，它主要用來懸掛一些型的收割飼料和干草的收割機(jī)具，僅能滿足提升和下降的要求，機(jī)具工作部分也不進(jìn)入土壤。隨著現(xiàn)代拖拉機(jī)技術(shù)的發(fā)展，特別是承載能力大的前驅(qū)動橋的出現(xiàn)，為充分發(fā)揮四輪驅(qū)動的效能，一些公司開始嘗試在拖拉機(jī)前部懸掛多種大型機(jī)具。70 年代末，法國一家公司設(shè)計(jì)了能夠提升大型多行甜菜收獲機(jī)的前懸掛裝置，并獲得成功，隨后在這套裝置上又進(jìn)行了推式犁的實(shí)驗(yàn)。由于前懸掛需要專門的配套農(nóng)機(jī)具，故上述嘗試多是在一些專門生產(chǎn)農(nóng)機(jī)具的公司進(jìn)行的，它們給拖拉機(jī)配裝前懸掛裝置并提供相應(yīng)的配套機(jī)具，但它們的產(chǎn)品互不相同。為提高互換性，方便用戶，國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)于 1985 年正式制訂了相應(yīng)的前懸掛裝置標(biāo)準(zhǔn)，即 IS08759/2-1985農(nóng)業(yè)輪式拖拉機(jī) 前懸掛裝置和前動力輸出軸第二部分：前懸掛裝置。我國也于 1989 年制訂了相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)GB10916-89農(nóng)業(yè)輪式拖拉機(jī)前懸掛裝置第一部分：1、2 類。幾十年來，前懸掛裝置在國外得到了充分的發(fā)展，各大拖拉機(jī)公司在新設(shè)計(jì)拖拉機(jī)時都考慮了裝前懸掛的可能性。前懸掛的配套農(nóng)機(jī)具也日漸增多，它作為一種常用的選裝部件，幾乎在所有國外大功率拖拉機(jī)上都可以看到。1.3 前懸掛的評價前懸掛裝置提高了拖拉機(jī)的適應(yīng)性，符合聯(lián)合作業(yè)的要求，前后懸掛構(gòu)成的復(fù)式作業(yè)機(jī)組同單純的后懸掛機(jī)組相比，具有明顯的優(yōu)點(diǎn)，如：1前后懸掛復(fù)式作業(yè)機(jī)組具有更高的生產(chǎn)效率，且保證駕駛員有良好的視野，方便操作。2前懸掛機(jī)組可以代替前配重，機(jī)組總質(zhì)量減輕，使前后橋質(zhì)量分配合理，從而可減少滾動阻力和對土壤的壓實(shí)，提高拖拉機(jī)的牽引效率。3前、后機(jī)具可獨(dú)立驅(qū)動，從而可簡化機(jī)具驅(qū)動機(jī)構(gòu)，保證合理的動力輸出軸轉(zhuǎn)速配置。4前、后機(jī)具都可采用全懸掛，在地頭轉(zhuǎn)彎時順序提升和降落，機(jī)組機(jī)動性較好，可減少地頭長度等。5前懸掛農(nóng)具可用現(xiàn)有后懸掛農(nóng)具簡單改裝而成，不需要專門設(shè)計(jì)后懸掛3聯(lián)合作業(yè)機(jī)具，使用上比較靈活。特別是對大功率拖拉機(jī)(功率大于 75KW)，可充分利用發(fā)動機(jī)的功率，前后犁耕機(jī)組能保證拖拉機(jī)前后橋有合理的負(fù)荷分配，降低驅(qū)動輪的滑轉(zhuǎn)率，提高拖拉機(jī)的牽引效率。據(jù)德國石勒蘇維格一荷爾斯泰因(Schleswig-Holstein)州的使用經(jīng)驗(yàn)表明，在同樣犁體數(shù)進(jìn)行耕地作業(yè)時，前后懸掛犁機(jī)組的功率消耗比后懸掛犁機(jī)組可節(jié)省 1520%。1981 年用一臺 DeutzDX -1 拖拉機(jī)三鏵前懸掛四鏵后懸掛的七鏵犁與一臺七鏵后半懸掛犁在砂壤土上耕地進(jìn)行比較，前者比后者油耗節(jié)省 2.2%，滑轉(zhuǎn)率下降 6.8%。另外，Naud 公司（生產(chǎn)前后懸掛犁）也在多種拖拉機(jī)上進(jìn)行了試驗(yàn)，結(jié)果表明，在懸掛同樣犁體數(shù)的條件下，前后懸掛犁同后懸掛犁相比，前者可使生產(chǎn)率提高 4550%，單位油耗降低 3050%(見表 I-I)表 1-1每組犁體數(shù)拖 拉 機(jī)前組 后組機(jī)組生產(chǎn)率提高值（%）油耗降低值（%）Renault 1181 - 4 2 4 50 29Internation - Harvester 1445 3 4 58 30Mercedes -1300 2 4 35 16Massey Ferguson 2680 3 5 60 26John Deere 4040 2 3 33 37Renault 1181 - 4 3 4 58 37在法國，前后懸掛犁耕機(jī)組使用的也很多，1982 年法國有關(guān)部門對這種技術(shù)的使用情況進(jìn)地了調(diào)查，主要結(jié)果如下：(1)前懸掛的犁體數(shù)：60 70%的用戶在拖拉機(jī)前懸掛 3 個犁，前懸掛犁體數(shù)量有減少的傾向。(2)每個犁體所需的動力：用戶中的 89%認(rèn)為每個犁體需要 1520 馬力。(3)前懸掛犁的優(yōu)點(diǎn)：可充分利用拖拉機(jī)的動力，節(jié)省能源和時間，使用靈活，隨著條件的變化可增減犁體數(shù)。(4)缺點(diǎn)：26 30%的用戶認(rèn)為犁溝不易耕直，也有人認(rèn)為駕駛員的技術(shù)水平要求較高。(5)總的評價：拖拉機(jī)功率為 160200 馬力時，采用這種技術(shù)最經(jīng)濟(jì)，為減少事故并預(yù)院磨損，前懸掛的犁體數(shù)量最好不超過 3 個。41.4 前懸掛的主要結(jié)構(gòu)型式前懸掛目前有兩種形式：一種是類似于東方紅 802 的后懸掛裝置，由提升油缸通過提升臂帶動可調(diào)提升桿，進(jìn)而使下拉桿升降（見圖 1-1）。對不同公司的產(chǎn)品來說，又因提升油缸的位置不同而稍有不同。另一種是沒有提升臂和提升桿，由兩個提升油缸直接控制下拉桿的升降，兩下拉桿鉸接點(diǎn)剛性地固定在一起，成為框架結(jié)構(gòu)（見圖 1 -2）。這種設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)簡單、緊湊，桿件數(shù)目少，是最常見的一種，目前國外一些著名拖拉機(jī)公司多采用這種方式。另外，由于下拉桿不能橫向擺動（不像后懸掛），造成農(nóng)具掛接困難，一般都采用快速掛接裝置。不同機(jī)型的前懸掛型式見圖 1-3 至圖 1-7。圖 1-1 Ferranti 公司的前懸掛示意圖5圖 1-2 Deere7410 的前懸掛示圖 1-3 久保田 L245 圖 1-4 MBtrac 圖 1-5 MF2000 系列拖拉機(jī)前懸掛 拖拉機(jī)前懸掛 拖拉機(jī)前懸掛6圖 1-6 Deere 8000 系列拖拉機(jī)的前懸掛(上拉桿用油缸)圖 1-7 ZTS 16245 拖拉機(jī)的前懸掛71.5 前懸掛的主要作業(yè)方式前懸掛機(jī)組一般不單獨(dú)作業(yè)，它總是與后懸掛構(gòu)成聯(lián)合作業(yè)機(jī)組一起工作。從收集到的資料看，主要有以下幾種作業(yè)方式：1)懸掛前配重，可根據(jù)需要快速更換配重（見圖 1 -8）2)前整地起壟、后直接播種（見圖 1-9）3)前旋耕滅茬、后深松播種( 見圖 1-10)4)前收割牧草、后打捆（見 1 - Il）5)前后犁耕作業(yè)（見 1- 12，1- 13）圖 1-8 Laforge 公司的前懸掛配 Deere8000 系列拖拉機(jī)懸掛前配重8圖 1-9 Deere7810 前整地起壟后播種作業(yè)圖 1-10 Deere 前旋耕滅茬后深松播種 圖 1-11 Fiat 110-90 前收割后打捆圖 1-12 Deere 8100 配 Naud 公司 4+5前后懸掛犁作業(yè)圖 1-13 Fiat180-90 配 4+5前后懸掛犁作業(yè)9第二章 前懸掛機(jī)組對拖拉機(jī)操縱性的影響前懸掛機(jī)組顯著地改變了拖拉機(jī)運(yùn)動時質(zhì)量在前后橋上的分配，使前轉(zhuǎn)向輪上的土壤反力減小或增大，從而影響拖拉機(jī)的操縱性。一般情況下要使拖拉機(jī)不失去操縱性，前橋分配質(zhì)量不小于拖拉機(jī)最小使用質(zhì)量的 20%或前橋使用質(zhì)量的 60%。前橋受力狀況又隨前懸掛機(jī)具的形式及懸掛桿系位置的不同而有很大同。下面分兩種情況分析機(jī)組在縱垂面內(nèi)的受力狀態(tài)。2.1 懸掛帶支地輪的農(nóng)機(jī)具（即浮動控制）當(dāng)采用浮動控制懸掛裝置進(jìn)行作業(yè)時，液壓懸掛系統(tǒng)處于浮動位置，提升油缸內(nèi)沒有壓力作用，可以認(rèn)為懸掛農(nóng)具與拖拉機(jī)液壓系統(tǒng)之間沒有約束力的聯(lián)系，這時上拉桿都可看作二力桿，則作用在上、下拉桿的力的方向必然沿著該桿件的方向，分別取農(nóng)具及拖拉機(jī)為分離體，受力分析見圖 2-1:圖 2-1拖拉機(jī)帶前懸掛農(nóng)具受力圖（一下拉桿向下一下拉向上）圖中： 懸掛機(jī)具支地輪垂直反力農(nóng)具重力拖拉機(jī)的使用質(zhì)量懸掛機(jī)具支地輪水平分力下拉桿水平分力下拉桿垂直分力上拉桿水平分力上拉桿垂直分力地面對前輪的支反力地面對后輪的支反力土壤反力的水平分力土壤反力的垂直分力10對機(jī)具在垂直方向上從力的平衡方程式中可得：= (2-1)根據(jù)機(jī)具類型，下拉桿可能向下傾斜，也可能向上傾斜（見圖 2-1 中位置一，一），第一種情況分力以為正，方向向下，而第二種情況則為負(fù)，方向向上。水平方向：+ = = cos cos (2-2) 使拖拉機(jī)前橋減載的翻傾力矩為 ，可從相對于 O 點(diǎn)的力矩平衡方程式中求出： (L ) =0 (2-3)Pxzm Yc ac aq Gta1由式(2 -3)可求得 ，并進(jìn)一步求得 。 在下拉桿向上的情況下，式(2 -3)依然能成立，只是合力 的力矩要小（因其力矩臂短了， + 則農(nóng)具不平衡，若 + 。則農(nóng)具可保持平衡。 國外 PACowell 等人以振動分析的觀點(diǎn)對前懸掛的橫向穩(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，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，犁耕機(jī)組由偏移位置迅速衰減（指數(shù)衰減）至平衡位置而趨于穩(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 (3-1)式中：N= F/ 單位為 N/radK=( . / R cosa) 1 (3-2)1 2 22 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 m1兩下懸掛點(diǎn)之間距離的一半，單位為 m2農(nóng)具阻力中心到瞬心的距離，單位為 m2R下拉桿長度，單位為 m17a下拉桿水平匯聚角，單位為 rad3-1 后懸掛農(nóng)具受力示意圖 圖 3-2 前懸掛瞬心在前農(nóng)具受力示意圖N 和 D 可通過試驗(yàn)的方法測得。對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 可以很容易地測出。測量 N 要相對復(fù)雜一些，測量時，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。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。3.1.2 水平瞬心在后當(dāng)下拉桿延長線在懸掛軸后方相交時（如圖 3-3 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，對瞬心 點(diǎn)都是順時針力矩，即使農(nóng)具相對于瞬心偏轉(zhuǎn)得更厲害一些，因此農(nóng)具不能穩(wěn)定工作。按圖 3-3 對 點(diǎn)取矩建立微分方程，也能分析出該振動方程不能隨時間的增加而衰減。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，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。3.1.3 上拉桿長度的影響18在前面的分析中，我們知道，對前懸掛犁等有向農(nóng)具，水平瞬心在前時能夠保持穩(wěn)定。但是對于耙、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，上拉桿長度有三種狀態(tài)，如圖 3-4 所示。圖 3-3瞬心在后時作用在前懸掛犁上的外力 圖 3-4上拉桿長度對犁穩(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度D-農(nóng)具的水平耕作阻力上拉桿水平投影的長度大于下拉桿水平投影的長度(J R)（圖 3-4 中位置），上拉桿力 和阻力 D 對 點(diǎn)之同向，農(nóng)具不能穩(wěn)定。 上拉桿水平投影的長度等于下拉桿水平投影的長度( J = R )（圖 3-4 中位置），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。 上拉桿水平投影的長度小于下拉桿水平投影的長度(J R)（圖 3-4 中位置），上拉桿力 和阻力 D 對瞬心 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，上拉桿長度越短， 和阻力 D 對瞬心 點(diǎn) 之矩越大，農(nóng)具越能趨于穩(wěn)定。3.1.4 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，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，農(nóng)具（犁、耙）不能穩(wěn)定。因此，設(shè)計(jì)前懸掛機(jī)構(gòu)時就必須使水平瞬心在農(nóng)具之前。但是對大多數(shù)拖拉機(jī)來說，水平瞬心在農(nóng)具之前時，為符合國際標(biāo)準(zhǔn)( IS08759)中對懸掛點(diǎn)間距離的要求(對 2 類懸掛要求19兩懸掛點(diǎn)間的距離為 875mm)，兩下鉸接點(diǎn)間的距離就會很大，除非下鉸接點(diǎn)離拖拉前輪很遠(yuǎn)，否則將會影響拖拉機(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，水平瞬心在農(nóng)具之前時，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，易影響拖拉機(jī)的操縱穩(wěn)定性。故當(dāng)前國外前懸掛機(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，下拉桿若有限制其橫向擺動的裝置，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 O 點(diǎn)取矩：S* - S* =0 1 2S= F (3-3)21另處，水平瞬心在農(nóng)具懸掛軸之后時，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)動的回轉(zhuǎn)力矩小，拖拉機(jī)的操縱穩(wěn)定性好。目前國外大多數(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下拉桿鉸接軸轉(zhuǎn)動（此時就沒有瞬心了）。但是限制下拉桿的橫向擺動無一例外地會帶來農(nóng)具掛接困難的問題，因此下拉桿不像后懸掛下拉桿那樣簡單地安裝一個球鉸接頭，而是設(shè)置專門的快速掛接裝置（如鉤狀快速掛接器或快速掛接架），以方便農(nóng)具的掛接。圖 3-5下拉桿橫向固定時農(nóng)具受力簡圖3.2 縱向穩(wěn)定性前懸掛犁耕機(jī)組（浮動控制）在縱垂面內(nèi)達(dá)到平衡時同后懸掛浮動控制犁耕機(jī)組一樣，農(nóng)具上的力三角形必須封閉。從收集到的資料中看，在縱垂面內(nèi)20前懸掛犁耕機(jī)組因懸掛裝置中上拉桿結(jié)構(gòu)的不同而主要有兩種形式：一種是上拉桿用鏈子代替，另一種如同后懸掛機(jī)構(gòu)一樣采用剛性上拉桿。3.2.1 上拉桿用鏈子（如圖 3-6）圖 3-6上拉桿用鏈子時機(jī)組的受力簡圖對于給定的犁，在一定的耕深和耕作速度下，力 W 和 D 均可視為定值，在懸掛參數(shù)已知的條件下，對 A 點(diǎn)取矩 (F)= - (3-5) 要使犁工作時不繞 A 點(diǎn)轉(zhuǎn)動，則 (F)=0即 = (3-6)由于 V 是由支地輪法向反力和滾動阻力合成而來的，且方向通過輪心，而滾動阻力對 V 的影響不大，因此 V 的方向可認(rèn)為是已知的。這樣 m 的大小就已知，從而可求得 V 的大小。在實(shí)際耕作中，支地輪的反力要保持在一定范圍內(nèi)，因此可用(3 -6)式估計(jì)支地輪在犁架上的位置。另外，農(nóng)具要穩(wěn)定工作，力 V、R 和 F 組成的矢量三角形必須封閉，則 F 一定沿點(diǎn) b 和銷 A 的連線，而與點(diǎn) c 沒有關(guān)系。點(diǎn) A 可視為拖拉機(jī)的虛牽引點(diǎn)，通過調(diào)整點(diǎn) A 的位置可改變力線的方向，從而使拖拉機(jī)前橋增重或減重，改變拖拉機(jī)的操縱穩(wěn)定性和牽引效率，使機(jī)組在縱垂面內(nèi)穩(wěn)定工作。3.2.2 上拉桿用剛性桿農(nóng)具受力如圖 3-7 所示，圖中各力的意義同圖 3-6。21同樣，農(nóng)具受力平衡時，圖中三力 V、R 和 F 必須匯交于一點(diǎn) b。力三角形如圖 3-8。分析時假定合力的大小和方向都已知，且力的方向也已知（理由同前），則角 也已知。如圖 3-7上拉桿為剛性桿時機(jī)組的受力簡圖 如圖 3-8力三角形在圖 3-8 所示的力三角形中，由正弦定理可得：(3-7) = = 1800-( + )=( + )因此有：V=R / (3-8)sin sin(+)F= R / (3-9)sinsin(+)此 V 和 F 都是角 的函數(shù)，而角 隨瞬心位置的不同而變化，其變化的函數(shù)曲線如圖 3-9 所示。從曲線中可知：1)當(dāng) =0 時，即瞬心在 R 作用線上，此 V=O。2)隨著 的增大，V 也隨之增大，直到 = - 時，y 變成無窮大。18003)當(dāng) 從 - 變到 時，V 是負(fù)值，表示農(nóng)具工作不穩(wěn)定，處于提1800 1800升狀態(tài)。4)當(dāng) 從 變到 - 時，V 開始另一個循環(huán)。1800 3600因此，從理論上分析具存在著兩個穩(wěn)定工作區(qū)，即區(qū)間O， - 和180022， 1800 3600圖 3-9 V/R隨 a的變化曲線另外，從力矩平衡的角度也可得出兩個穩(wěn)定工作的瞬心范圍，如圖 3 - 10所示。當(dāng)瞬心處于陰影區(qū)域內(nèi)時，農(nóng)具不能穩(wěn)定工作。當(dāng)瞬心處于上邊陰影區(qū)域內(nèi)時，農(nóng)具穩(wěn)定工作。當(dāng)瞬心處于上邊陰影區(qū)時， 和 的共同作用使犁 體逆時針轉(zhuǎn)動。當(dāng)瞬心處于下邊陰影響區(qū)時， 和 的共同作用使犁體順 時針轉(zhuǎn)動。只有在兩個穩(wěn)定區(qū)內(nèi) 和 可能互相抵消，從而使犁有可能穩(wěn) 定工作。從廣義上說就是機(jī)組縱向瞬心在懸掛軸之前和之后都有可能使機(jī)組穩(wěn)定工作，因此，在設(shè)計(jì)懸掛桿件時就需要使瞬心位于穩(wěn)定區(qū)內(nèi)，且要離兩條限制線有一定距離，以免由于耕作阻力的變化導(dǎo)致瞬心落在不穩(wěn)定區(qū)內(nèi)，引起耕深的變化?？v向瞬心在懸掛軸之前和之后對機(jī)組工作的性能有很大的影響，下面就具體探討縱向瞬心的位置對機(jī)組工作性能的影響。圖 3-10瞬心的穩(wěn)定工作區(qū)3.2.2.1 縱向瞬心的軌跡在開始工作的過程中，農(nóng)具相對于拖拉機(jī)的位置并非固定，因此瞬心的位置也并非固定不變。而是沿著其軌跡曲線前后移動。在一定的已知條件下，可求得瞬心的軌跡方程。如圖 3 - 11 所示，以左右前驅(qū)動輪接地中心連線的中點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，在過原點(diǎn)的縱向平面內(nèi)建立直角坐標(biāo)系。23圖 3 - 11前懸掛四連桿機(jī)構(gòu)示意圖已知上鉸接點(diǎn)坐標(biāo) 下鉸接點(diǎn)坐標(biāo) ，下拉桿長 ，可調(diào)A（ 1， 1） B（ 2， 2） 5上拉桿長 ，上下鉸接點(diǎn) AB 間距離 。7 8當(dāng)下拉桿與軸夾角為 （常數(shù)）時，農(nóng)具立柱應(yīng)垂直于地面，由此可確定上拉桿長度 ，為：7=7 （ L5cos+2-1）2+（ 6+2-1L5sin） 2上下鉸接點(diǎn) AB 間距離 = (3- 11)8 （ 1-2）2+（ 1-2） 2AB 直線與地面的傾角 = (3 - 12)(121-2)按四桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動學(xué)關(guān)系，主動桿（下拉桿）的外側(cè)角 與從動桿（上拉桿）的內(nèi)側(cè)角 ，可由下式求得兩者的函數(shù)式= 2arctg (3 - 13)（ 1+1） /（ 1+1）A= sin式中 1=85cos+（ 5） 2-（ 6） 2+（ 7） 2+（ 8） 22571=（ 1） 2+（ 1） 2-（ 1） 2和 都是自變量聲的函數(shù)。1， 1， 1 1又設(shè)上拉桿和下拉桿分別與水平線的夾角為 和 ，則可得兩者與 角的關(guān)系式如下： = (3 - 14)1800-（ + ） = (3- 15)+1800從圖中幾何關(guān)系得(3- 16)1-2=(+)-12從而 (3 - 17)=1+1-3+2 +求得 x 之值后，可按下式求 z(3- 18)=1-(-1) 從所得公式中可看出，瞬心坐標(biāo)是下拉桿傾角的函數(shù)，且其位置受鉸接點(diǎn)A 和 B 的位置、農(nóng)具立柱高度 、上拉桿長度 及立6 7柱垂直時下拉桿與水平線夾角 等參數(shù)的影響。若上述參數(shù)給定，那么可得出瞬心坐標(biāo)隨下拉桿傾角的變化曲線。如給定 A(0，885) B(O，435) =620 =350 5 624=0(使瞬心在前)與 A(O，-785) B(O，435) =620 =500 =O(使瞬心在后)5 6可畫出瞬心垂直方向（z 坐標(biāo)）變化量與下拉桿傾角 (=+- )的變1800化關(guān)系曲線(圖 3 -12)。從圖中可看出，上下拉桿延長線在前方相交時，自下拉桿鉸接點(diǎn)至瞬心的距離一般要比拉桿延長線在后方相交時的長。因此隨著下拉桿傾角的增加， 圖 3-12下拉桿傾角變化與其瞬心發(fā)生急劇變化，而拉桿延長線在后方相 上拉桿交點(diǎn)位移的關(guān)系長線在后方相交時瞬心的位移較為平緩，即當(dāng)拉桿延長線在前方相交時，由于農(nóng)具阻力的作用線迅速遠(yuǎn)離拖拉機(jī)的重心，因此隨之產(chǎn)生的俯仰力矩加大，從而可能造成拖拉機(jī)機(jī)體的俯仰振動。相反，拉桿延長線在后方相交時，其位移的變化則相對較小，對拖拉機(jī)的俯仰力矩也相應(yīng)減小。 3.2.2.2 對入土性能的影響同后懸掛犁一樣，前懸掛犁入土性能也可用入土行程來表示。入土行程就是從犁體鏵尖點(diǎn)觸及地面開始至犁入土到預(yù)定耕深為止，犁所經(jīng)過的水平距離。在這段行程內(nèi)犁的耕深是不一致的。為提高耕地質(zhì)量應(yīng)盡可能地縮短入土行程。入土行程的長短取決于入土角和入土力矩的大小，而入土角和入土力矩的大小又取決于瞬心的位置。1)入土角 入土角 是懸掛犁開始入土?xí)r，犁體支持面與地平面的夾角。在入土過程中入土角 逐淅減小，到達(dá)預(yù)定耕深時， 等于零。如圖 3 - 13 所示，當(dāng)瞬心在農(nóng)具懸掛軸之前時，同后懸掛一樣，入土角為正值(O)，犁可靠重力和土壤阻力迅