孟長伊++莊麗娜+++楊海天+++李廣宇

摘要：分析了不同分類下的坡耕地機(jī)械使用界限及特性。對四輪、兩輪、履帶型、六輪型運(yùn)輸車的爬坡性能進(jìn)行了比較，計(jì)算了4種運(yùn)輸車的推力系數(shù)。通過推力比，求出不同類型運(yùn)輸車在不同情況下的爬坡極限角，并對它們的爬坡性能進(jìn)行了推算。

關(guān)鍵詞：坡耕地；爬坡；性能

中圖分類號： S222.5文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A文章編號：1002-1302（2016）02-0418-02

收稿日期：2015-02-05

基金項(xiàng)目：吉林省農(nóng)業(yè)機(jī)械研究院項(xiàng)目（編號：201407001）。

作者簡介：孟長伊（1971—），女，吉林長春人，碩士，高級工程師，主要從事農(nóng)業(yè)工程、農(nóng)業(yè)技術(shù)研究。E-mail：1006946222@qq.com。坡耕地是指與水平地面呈一定角度的旱耕地。除坡度問題外，坡耕地普遍具有溫度低、水利條件差、土壤不良等問題，水土流失嚴(yán)重[1]。因此，坡耕地農(nóng)業(yè)普遍比平地農(nóng)業(yè)的勞動生產(chǎn)率低，因作業(yè)種類不同而異，其中運(yùn)輸作業(yè)的效率最低，勞動強(qiáng)度也明顯增大。通用型手扶拖拉機(jī)在安全、操縱、爬坡性能上是不完善的，近年來，開發(fā)專用坡耕地機(jī)械已成為中國農(nóng)業(yè)工程界的研究重點(diǎn)。目前出現(xiàn)了坡耕地專用運(yùn)輸機(jī)械，性能也在不斷提高；但目前國內(nèi)有關(guān)坡耕地機(jī)械的研究較少，相關(guān)產(chǎn)品的研發(fā)還處于起步階段。國外有關(guān)坡耕地機(jī)械的研究處于前沿，向全功能、微型化方向發(fā)展，以意大利Ferrari系列微型拖拉機(jī)為代表。因此，配合目前的農(nóng)藝模式，研究易操作、穩(wěn)定性好、爬坡能力強(qiáng)的坡耕地專用運(yùn)輸車，具有重要意義[2]。本研究針對坡耕地運(yùn)輸車在不同角度、地況上的爬坡性能進(jìn)行理論探討，以期為研發(fā)專用坡耕地運(yùn)輸車提供參考。

1坡耕地分類和坡度界限

根據(jù)目前坡耕地生產(chǎn)的農(nóng)藝要求，按照不同情況對坡耕地進(jìn)行劃分（表1、表2）。

分類坡度內(nèi)容平坦地3°以下所有機(jī)器均能作業(yè)的地形緩坡地3°～15°有些機(jī)器作業(yè)困難，但一般能進(jìn)行機(jī)械作業(yè)的地形陡坡地15°～23°根據(jù)機(jī)種和作業(yè)方法可進(jìn)行機(jī)械作業(yè)的地形急陡坡地23°以上不能按原山坡機(jī)械作業(yè)的地形

平地農(nóng)業(yè)機(jī)械在坡耕地利用界限見表3；不同耕作方式下坡耕地用農(nóng)機(jī)作業(yè)坡度界限見表4。

表3平地農(nóng)業(yè)機(jī)械在坡耕地利用界限

分類坡度內(nèi) 容14°以下和平地一樣進(jìn)行作業(yè)24°～8°機(jī)器性能稍有下降，熟練的操作者可用平地機(jī)器進(jìn)行作業(yè)38°～12°須要對平地機(jī)器進(jìn)行改裝，且需要熟練的操作者才能進(jìn)行作業(yè)412°以上利用平地機(jī)器有困難。機(jī)器須要改裝，有時(shí)還要設(shè)置坡地用特殊裝置

表4不同耕作方式下坡耕地用農(nóng)機(jī)作業(yè)坡度界限

耕作方式作業(yè)機(jī)種坡度界限犁耕犁6°以上時(shí)不易完全翻轉(zhuǎn)圓盤犁耕偏置圓盤耙、重型耙超過7°時(shí)效率降低旋耕手扶式旋耕機(jī)（牽引式）沿等高線方向的作業(yè)界限為6°，6°以上按爬坡、下坡方向牽引，但功效顯著下降旋耕機(jī)（懸掛式）15°左右則作業(yè)困難

2坡耕地運(yùn)輸?shù)奶匦苑治?/p>

2.1坡地上機(jī)械的特性

在坡地上作業(yè)的農(nóng)業(yè)機(jī)械以輪式、連續(xù)作業(yè)為主，牽引力小。根據(jù)調(diào)研結(jié)果，實(shí)地耕作都是按農(nóng)藝要求，采用等高線方向作業(yè)，作業(yè)時(shí)的主要問題是拖拉機(jī)的橫向側(cè)翻，關(guān)于該問題已經(jīng)進(jìn)行了很多研究[3]。在較硬土地上試驗(yàn)時(shí)，隨著地面坡度增大，牽引力下降（表5）。

表5牽引力隨坡度變化幅度

坡度牽引力下降幅度（%）10°10～2015°30～5020°50～70注：表中數(shù)據(jù)是以干燥土壤為例；如在潮濕或松軟地面上，牽引力下降幅度更大。

2.2特性分析

由于機(jī)體傾斜，坡下側(cè)和坡上側(cè)驅(qū)動輪上的質(zhì)量分配不等，因而減少推進(jìn)力。在坡地上車輪的橫向滑移一直是難以解決的問題。為使拖拉機(jī)沿等高線方向前進(jìn)，須要計(jì)算運(yùn)輸車的機(jī)體偏角和前輪操舵角。把車輪上一部分推進(jìn)力變成行走阻力，防止橫向滑移[4]；沿上坡、下坡方向作業(yè)時(shí)利用從行走裝置中產(chǎn)生的推進(jìn)力來克服行走阻力。

3.3橡膠履帶運(yùn)輸車或多輪型運(yùn)輸車

履帶型運(yùn)輸車和六輪車一樣，由于重心位置不同，推力系數(shù)也隨之不同。其穩(wěn)定性尤其重要，容易發(fā)生滑移和側(cè)翻，在平地履帶型車的極限推力系數(shù)為0.74以下，六輪驅(qū)動車的極限推力系數(shù)在0.86以下，說明它較適合在松軟地使用。近年來，有學(xué)者進(jìn)行履帶式微型拖拉機(jī)的研究，采用機(jī)、電、液一體化技術(shù)，設(shè)計(jì)了液壓調(diào)平裝置，使履帶式運(yùn)輸車的爬坡極限得到提高，最高可達(dá)23.9°[6]。

4結(jié)語

本研究表明，在10 ℃以下坡地可以使用行駛速度高、價(jià)格便宜的平地拖拉機(jī)作為運(yùn)輸工具；在10°～20°坡地宜用坡地用乘用型運(yùn)輸車；在20°以上的超陡坡應(yīng)考慮應(yīng)用無人駕駛運(yùn)輸。在10°～20°坡地，采用四輪驅(qū)動可充分發(fā)揮其爬坡性能。對于橡膠履帶型車和六輪驅(qū)動車，通過附加配質(zhì)量使車輛接地壓力分布均勻，來設(shè)定機(jī)體的荷質(zhì)量分配，則其推力系數(shù)比四輪驅(qū)動型車大。必須注意的是，θ0是根據(jù)車輪的推進(jìn)力計(jì)算出的爬坡極限角，有時(shí)即使在θ0以下的坡度，有些車輛也會出現(xiàn)側(cè)翻。

參考文獻(xiàn)：

[1]姜心祿，池忠志，李旭毅，等. 發(fā)展丘陵山地農(nóng)機(jī)化存在的問題與對策[J]. 中國農(nóng)機(jī)化，2012（6）：12-14.

[2]張娟利，師帥兵. 拖拉機(jī)行走機(jī)構(gòu)的研究現(xiàn)狀[J]. 農(nóng)機(jī)化研究，2010，5（5）：243-246.

[3]楊羅成. 農(nóng)用運(yùn)輸車車架動靜態(tài)有限元分析[D]. 蘭州：甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)，2008.

[4]高斯. 車輛動力學(xué)穩(wěn)定系統(tǒng)仿真及優(yōu)化[D]. 武漢：華中科技大學(xué)，2006.

[5]張戰(zhàn)文. 微型履帶山地拖拉機(jī)穩(wěn)定性能研究[D]. 楊凌：西北農(nóng)林科技大學(xué)，2011.

[6]董新建. 履帶車輛行動部分動力學(xué)分析與仿真[D]. 長沙：湖南大學(xué)，2007.孫愛東，尹令，石凱歌，等. 基于RFID的群養(yǎng)種鵝個(gè)體產(chǎn)蛋記錄方法[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2016，44（2）：420-423.