輪式拖拉機(jī)前懸掛裝置的設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文說(shuō)明書

1、輪式拖拉機(jī)前懸掛裝置的設(shè)計(jì)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(shí)，提高作業(yè)效率，擴(kuò)大了拖拉機(jī)的通用性，因此在國(guó)外拖拉機(jī)(特別是大功率四輪驅(qū)動(dòng)拖拉機(jī))上獲得了廣泛的應(yīng)用。但目前國(guó)內(nèi)各種功率等級(jí)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(guó)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(dòng)控制方式。然后分析由不同的

2、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(duì)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(guò)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

3、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 characteristi

4、cs 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

5、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 ad

6、opted.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, an

7、d 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(wèn)題的提出11.2前懸掛的發(fā)展11.3前懸掛的評(píng)價(jià)21.4前懸掛的主要

8、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(duì)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(zhǎng)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)40第一章 前懸掛概述1.1問(wèn)題的提出近年來(lái)，隨著我國(guó)改革開放

9、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(guó)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(yíng)體制，為發(fā)展適度規(guī)模經(jīng)營(yíng)，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(lái)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(lái)越重。目前，我國(guó)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(duì)土壤碾壓和滾動(dòng)損失次數(shù)，還可減少滑動(dòng)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

10、農(nóng)業(yè)節(jié)本增效的要求，是發(fā)展方向。與這種趨勢(shì)相適應(yīng)，就要求拖拉機(jī)能夠配裝前懸掛及動(dòng)力輸出裝置，但現(xiàn)在我國(guó)生產(chǎn)的各型號(hào)拖拉中，絕大多數(shù)只有后懸掛和后動(dòng)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(zhǎng)，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(dòng)性差，轉(zhuǎn)彎時(shí)地頭留得很長(zhǎng)，同時(shí)，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(duì)于聯(lián)合收割機(jī)，收割臺(tái)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(dòng)力輸出軸通過(guò)一系列的鏈條、齒輪、萬(wàn)向節(jié)、皮帶輪再加上曲柄連桿機(jī)構(gòu)，才能滿足傳動(dòng)的要求，為使割臺(tái)升降又要一套杠桿系，這樣就使得整個(gè)機(jī)組結(jié)構(gòu)復(fù)雜，可靠性下降，同時(shí)機(jī)

11、組的總重量也上升了，從而就增加了對(duì)土壤的壓實(shí)程度，而拖拉機(jī)若配有前懸掛及前動(dòng)力輸出裝置，問(wèn)題就會(huì)變得簡(jiǎn)單，可以輕而易舉地滿足前懸掛機(jī)組對(duì)傳動(dòng)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(shí)法國(guó)的ferranti（現(xiàn)在的uni - drive）公司在stoneleigh向公眾展示的，當(dāng)時(shí)并沒(méi)有引起特別的注意，它主要用來(lái)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(dòng)橋的出現(xiàn)，為充分發(fā)揮四輪驅(qū)動(dòng)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(guó)一家公司設(shè)計(jì)了能夠提升大型多行甜

12、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(guó)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(dòng)力輸出軸第二部分：前懸掛裝置。我國(guó)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(lái)，前懸掛裝置在國(guó)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(shí)都考慮了裝前懸掛的可能性

13、。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(guó)外大功率拖拉機(jī)上都可以看到。1.3前懸掛的評(píng)價(jià)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(dòng)阻力和對(duì)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(dòng)，從而可簡(jiǎn)化機(jī)具驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，保證合理的動(dòng)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(shí)順序提升和降落，機(jī)組機(jī)動(dòng)性較好，可減少地頭長(zhǎng)

14、度等。5前懸掛農(nóng)具可用現(xiàn)有后懸掛農(nóng)具簡(jiǎn)單改裝而成，不需要專門設(shè)計(jì)后懸掛聯(lián)合作業(yè)機(jī)具，使用上比較靈活。特別是對(duì)大功率拖拉機(jī)(功率大于75kw)，可充分利用發(fā)動(dòng)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(dòng)輪的滑轉(zhuǎn)率，提高拖拉機(jī)的牽引效率。據(jù)德國(guó)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(shí)，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(tái)deutzdx -1拖拉機(jī)三鏵前懸掛四鏵后懸掛的七鏵犁與一臺(tái)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，nau

15、d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(jiàn)表i-i)表1-1拖 拉 機(jī)每組犁體數(shù)機(jī)組生產(chǎn)率提高值（%）油耗降低值（%）前組后組renault 1181 - 4245029internation - harvester 1445345830mercedes -1300243516massey ferguson 2680356026john deere 4040233337renault 1181 - 4345837在法國(guó)，前后懸掛犁耕機(jī)組使用的也很多，1982年法國(guó)有關(guān)

16、部門對(duì)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)：6070%的用戶在拖拉機(jī)前懸掛3個(gè)犁，前懸掛犁體數(shù)量有減少的傾向。(2)每個(gè)犁體所需的動(dòng)力：用戶中的89%認(rèn)為每個(gè)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(dòng)力，節(jié)省能源和時(shí)間，使用靈活，隨著條件的變化可增減犁體數(shù)。(4)缺點(diǎn)：2630%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(píng)價(jià)：拖拉機(jī)功率為160200馬力時(shí)，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(guò)3個(gè)。1.4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

17、提升油缸通過(guò)提升臂帶動(dòng)可調(diào)提升桿，進(jìn)而使下拉桿升降（見(jiàn)圖1-1）。對(duì)不同公司的產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，又因提升油缸的位置不同而稍有不同。另一種是沒(méi)有提升臂和提升桿，由兩個(gè)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(jiàn)圖1 -2）。這種設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，桿件數(shù)目少，是最常見(jiàn)的一種，目前國(guó)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(dòng)（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(jiàn)圖1-3至圖1-7。圖 1-1 ferranti 公司的前懸掛示意圖圖 1-2 deere7410的前懸掛示圖 1-3 久保田l245 圖 1-4 m

18、btrac 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1.5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(jiàn)圖1 -8）2)前整地起壟、后直接播種（見(jiàn)圖1-9）3)前旋耕滅茬、后深松播種(見(jiàn)圖1-10)4)前收割牧草、后打捆（見(jiàn)1 - il）5)前后犁耕作業(yè)（見(jiàn)1- 12，1- 13）圖 1-8 laforge 公司的前懸掛配 deere

19、8000系列拖拉機(jī)懸掛前配重圖 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)第二章 前懸掛機(jī)組對(duì)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(dòng)時(shí)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

20、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(dòng)控制）當(dāng)采用浮動(dòng)控制懸掛裝置進(jìn)行作業(yè)時(shí)，液壓懸掛系統(tǒng)處于浮動(dòng)位置，提升油缸內(nèi)沒(méi)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(méi)有約束力的聯(lián)系，這時(shí)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(jiàn)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：yd懸掛機(jī)具支地輪垂直反力gc農(nóng)具重力gt拖拉機(jī)的使用質(zhì)量qx懸掛機(jī)具支地輪水平分力nx下拉桿水平分力nz下拉桿垂直分力sx上拉桿水平分力sz上拉桿垂直分力yc地面對(duì)前

21、輪的支反力yg地面對(duì)后輪的支反力rx土壤反力的水平分力rz土壤反力的垂直分力對(duì)機(jī)具在垂直方向上從力的平衡方程式中可得：yd=gorznzsz (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(jiàn)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：rx+ qx=nx sx=nxz cos sxz cos (2-2)使拖拉機(jī)前橋減載的翻傾力矩為pxzm，可從相對(duì)于o點(diǎn)的力矩平衡方程式中求出：pxzm yc (lacaq)gta1 =0 (2-3)由式(2 -3)可求得yc，并進(jìn)一步求得yq。在下拉桿向上的情況下，式(2 -3)依然能成立，只是合

22、力pxz的力矩要?。ㄒ蚱淞乇鄱塘?，mm），即pxzmmf+mq則農(nóng)具不平衡，若mdmf+mq。則農(nóng)具可保持平衡。國(guó)外pacowell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=(w1 . w2/ l2r

23、sin2 acosa) -1 (3-2)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(guò)的角度，單位為radw1兩下鉸接點(diǎn)之間距離的一半，單位為mw2兩下懸掛點(diǎn)之間距離的一半，單位為ml2農(nóng)具阻力中心到瞬心的距離，單位為mr下拉桿長(zhǎng)度，單位為ma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(guò)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(guò)的角度，則二者之比就得橫向力常數(shù)n。

24、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(zhǎng)線在懸掛軸后方相交時(shí)（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(duì)瞬心o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3-3對(duì)o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(méi)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(lái)越偏向一邊，不能穩(wěn)定工作。3.1.3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

25、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3-4所示。圖3-3瞬心在后時(shí)作用在前懸掛犁上的外力 圖3-4上拉桿長(zhǎng)度對(duì)犁穩(wěn)定的響圖中各參數(shù)意義如下： fu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 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3-4中位置），上拉桿力fu和阻力d對(duì)o點(diǎn)之同向，農(nóng)具不能穩(wěn)定。 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3-4中位置），上拉桿力fu的作用線近似通過(guò)瞬心o點(diǎn)，農(nóng)具亦不能穩(wěn)定。 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

26、r)（圖3-4中位置），上拉桿力fu和阻力d對(duì)瞬心o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fu一定的情況下，上拉桿長(zhǎng)度越短，fu和阻力d對(duì)瞬心o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(shí)，前懸掛有向農(nóng)具（犁）或無(wú)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(lái)說(shuō)，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

27、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(guò)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* l1- s* l2=0s=l2l1f (3-3)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。，

28、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(guò)提升油缸的伸縮來(lái)帶動(dòng)下拉桿鉸接軸轉(zhuǎn)動(dòng)（此時(shí)就沒(méi)有瞬心了）。但是限制下拉桿的橫向擺動(dòng)無(wú)一例外地會(huì)帶來(lái)農(nóng)具掛接困難的問(wèn)題，因此下拉桿不像后懸掛下拉桿那樣簡(jiǎn)單地安裝一個(gè)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(shí)農(nóng)具受力簡(jiǎn)圖3.2縱向穩(wěn)定性 前懸掛犁耕機(jī)組（浮動(dòng)控制）在縱垂面內(nèi)達(dá)到平衡時(shí)同后懸掛浮動(dòng)控

29、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)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(shí)機(jī)組的受力簡(jiǎn)圖對(duì)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(duì)a點(diǎn)取矩ma (f)= rn - vm (3-5) 要使犁工作時(shí)不繞a點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，則ma (f)=0 即 rn=vm (3-6) 由于v是由支地輪法向反力和滾動(dòng)阻力合成而來(lái)的，且方向通過(guò)輪心，而滾動(dòng)阻力對(duì)v的影響不大，因此v的方向可認(rèn)為是已知的。這

30、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(méi)有關(guān)系。點(diǎn)a可視為拖拉機(jī)的虛牽引點(diǎn)，通過(guò)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。同樣，農(nóng)具受力平衡時(shí)，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(shí)假定合力的大小和方向都已知，且力的方向也已知（理

31、由同前），則角也已知。如圖3-7上拉桿為剛性桿時(shí)機(jī)組的受力簡(jiǎn)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：vsin=fsin=rsin1800-+=rsin(+) (3-7)因此有：v=rsin / sin(+) (3-8)f= rsin/sin(+) (3-9)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(shí)，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=1800 -時(shí)，y變成無(wú)窮大。 3)當(dāng)從1800 -變到1800時(shí)，v是負(fù)值，表示農(nóng)具工作不穩(wěn)定，處于提升狀態(tài)。 4)當(dāng)從1800變到36

32、00 -時(shí)，v開始另一個(gè)循環(huán)。 因此，從理論上分析具存在著兩個(gè)穩(wěn)定工作區(qū)，即區(qū)間o，1800 -和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(gè)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(shí)，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(shí)，農(nóng)具穩(wěn)定工作。當(dāng)瞬心處于上邊陰影區(qū)時(shí)，mr 和 mv 的共同作用使犁體逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)瞬心處于下邊陰影響區(qū)時(shí)， mr 和 mv 的共同作用使犁體順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。只有在兩個(gè)穩(wěn)定區(qū)內(nèi) mr 和 mv 可能互相抵消，從而使犁有可能穩(wěn)定工作。從廣義上說(shuō)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)

33、懸掛桿件時(shí)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。縱向瞬心在懸掛軸之前和之后對(duì)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(duì)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(guò)程中，農(nóng)具相對(duì)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(dòng)。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(dòng)輪接地中心連線的中點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，在過(guò)原點(diǎn)的縱向平面內(nèi)建立直角坐標(biāo)系。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)a（x1

34、，z1）下鉸接點(diǎn)坐標(biāo)b（x2，z2），下拉桿長(zhǎng)l5，可調(diào)上拉桿長(zhǎng)l7，上下鉸接點(diǎn)ab間距離l8。當(dāng)下拉桿與軸夾角為（常數(shù)）時(shí)，農(nóng)具立柱應(yīng)垂直于地面，由此可確定上拉桿長(zhǎng)度l7，為： l7=（l5cos+x2-x1）2+（l6+z2-z1-l5sin）2 上下鉸接點(diǎn)ab間距離l8=（x1-x2）2+（z1-z2）2 (3- 11) ab直線與地面的傾角=arctg(z1-z2x1-x2) (3 - 12)按四桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)關(guān)系，主動(dòng)桿（下拉桿）的外側(cè)角與從動(dòng)桿（上拉桿）的內(nèi)側(cè)角，可由下式求得兩者的函數(shù)式= 2arctg（a1+q1）/（b1+c1） (3 - 13)a= sin式中 b1=l8l5

35、cos+（l5）2-（l6）2+（l7）2+（l8）22l5l7 q1=（a1）2+（b1）2-（c1）2a1，b1，c1和q1都是自變量聲的函數(shù)。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： = 1800-（+） (3 - 14) = +-1800 (3- 15)從圖中幾何關(guān)系得z1-z2=xtg+tg-x1tg-x2tg (3- 16)從而 x=x1tg+z1-z3+x2tg tg+tg (3 - 17) 求得x之值后，可按下式求z z=z1-(x-x1) tg (3- 18) 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

36、高度l6、上拉桿長(zhǎng)度l7及立柱垂直時(shí)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) l5=620 l6=350 =0(使瞬心在前)與a(o，-785) b(o，435) l5=620 l6=500 =o(使瞬心在后)可畫出瞬心垂直方向（z坐標(biāo)）變化量與下拉桿傾角(=+-1800)的變化關(guān)系曲線(圖3 -12)。從圖中可看出，上下拉桿延長(zhǎng)線在前方相交時(shí)，自下拉桿鉸接點(diǎn)至瞬心的距離一般要比拉桿延長(zhǎng)線在后方相交時(shí)的長(zhǎng)。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(zhǎng)線在后方相 上拉

37、桿交點(diǎn)位移的關(guān)系長(zhǎng)線在后方相交時(shí)瞬心的位移較為平緩，即當(dāng)拉桿延長(zhǎng)線在前方相交時(shí)，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(dòng)。相反，拉桿延長(zhǎng)線在后方相交時(shí)，其位移的變化則相對(duì)較小，對(duì)拖拉機(jī)的俯仰力矩也相應(yīng)減小。 3.2.2.2對(duì)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(lái)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(guò)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(zhǎng)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

38、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(guò)程中入土角逐淅減小，到達(dá)預(yù)定耕深時(shí)，等于零。如圖3 - 13所示，當(dāng)瞬心在農(nóng)具懸掛軸之前時(shí)，同后懸掛一樣，入土角為正值(o)，犁可靠重力和土壤阻力迅速入土。當(dāng)瞬心在農(nóng)具懸掛軸之后時(shí)，入土角為負(fù)值(0)，犁后踵先著地，犁不能自行入土。但這時(shí)若上拉桿長(zhǎng)度可伸長(zhǎng)（如上拉桿采用液壓油缸），則農(nóng)具繞下懸掛點(diǎn)旋轉(zhuǎn)，使入土角為正值，則犁仍能入土。在入土過(guò)程中上拉桿長(zhǎng)度又逐漸縮短，使入土角逐漸減小，直至到達(dá)預(yù)定耕深時(shí)入土角等于零。這種入土方式在國(guó)外一些先進(jìn)的大功率拖拉機(jī)上可以看到，其上拉桿油缸由車載計(jì)算機(jī)控制，在耕作過(guò)程中還可隨時(shí)改變上拉桿中的作用力，使前支地輪反力發(fā)生變化，從而改變前后橋的載荷狀況，進(jìn)而使滑轉(zhuǎn)率發(fā)生變化，取得最佳的牽引效率，降低燃油消耗率。但這需要一系列的傳感器，拖拉機(jī)和機(jī)具的價(jià)格會(huì)很高。（a）瞬心在后 (b)瞬心在前3-13不同瞬心位置時(shí)的入土角 2)入