坡耕地运输车爬坡性能

孟长伊++庄丽娜+++杨海天+++李广宇

摘要：分析了不同分类下的坡耕地机械使用界限及特性。对四轮、两轮、履带型、六轮型运输车的爬坡性能进行了比较，计算了4种运输车的推力系数。通过推力比，求出不同类型运输车在不同情况下的爬坡极限角，并对它们的爬坡性能进行了推算。

关键词：坡耕地；爬坡；性能

中图分类号： S222.5文献标志码： A文章编号：1002-1302（2016）02-0418-02

收稿日期：2015-02-05

基金项目：吉林省农业机械研究院项目（编号：201407001）。

作者简介：孟长伊（1971—），女，吉林长春人，硕士，高级工程师，主要从事农业工程、农业技术研究。E-mail：1006946222@qq.com。坡耕地是指与水平地面呈一定角度的旱耕地。除坡度问题外，坡耕地普遍具有温度低、水利条件差、土壤不良等问题，水土流失严重[1]。因此，坡耕地农业普遍比平地农业的劳动生产率低，因作业种类不同而异，其中运输作业的效率最低，劳动强度也明显增大。通用型手扶拖拉机在安全、操纵、爬坡性能上是不完善的，近年来，开发专用坡耕地机械已成为中国农业工程界的研究重点。目前出现了坡耕地专用运输机械，性能也在不断提高；但目前国内有关坡耕地机械的研究较少，相关产品的研发还处于起步阶段。国外有关坡耕地机械的研究处于前沿，向全功能、微型化方向发展，以意大利Ferrari系列微型拖拉机为代表。因此，配合目前的农艺模式，研究易操作、稳定性好、爬坡能力强的坡耕地专用运输车，具有重要意义[2]。本研究针对坡耕地运输车在不同角度、地况上的爬坡性能进行理论探讨，以期为研发专用坡耕地运输车提供参考。

1坡耕地分类和坡度界限

根据目前坡耕地生产的农艺要求，按照不同情况对坡耕地进行划分（表1、表2）。

分类坡度内容平坦地3°以下所有机器均能作业的地形缓坡地3°～15°有些机器作业困难，但一般能进行机械作业的地形陡坡地15°～23°根据机种和作业方法可进行机械作业的地形急陡坡地23°以上不能按原山坡机械作业的地形

平地农业机械在坡耕地利用界限见表3；不同耕作方式下坡耕地用农机作业坡度界限见表4。

表3平地农业机械在坡耕地利用界限

分类坡度内 容14°以下和平地一样进行作业24°～8°机器性能稍有下降，熟练的操作者可用平地机器进行作业38°～12°须要对平地机器进行改装，且需要熟练的操作者才能进行作业412°以上利用平地机器有困难。机器须要改装，有时还要设置坡地用特殊装置

表4不同耕作方式下坡耕地用农机作业坡度界限

耕作方式作业机种坡度界限犁耕犁6°以上时不易完全翻转圆盘犁耕偏置圆盘耙、重型耙超过7°时效率降低旋耕手扶式旋耕机（牵引式）沿等高线方向的作业界限为6°，6°以上按爬坡、下坡方向牵引，但功效显著下降旋耕机（悬挂式）15°左右则作业困难

2坡耕地运输的特性分析

2.1坡地上机械的特性

在坡地上作业的农业机械以轮式、连续作业为主，牵引力小。根据调研结果，实地耕作都是按农艺要求，采用等高线方向作业，作业时的主要问题是拖拉机的横向侧翻，关于该问题已经进行了很多研究[3]。在较硬土地上试验时，随着地面坡度增大，牵引力下降（表5）。

表5牵引力随坡度变化幅度

坡度牵引力下降幅度（%）10°10～2015°30～5020°50～70注：表中数据是以干燥土壤为例；如在潮湿或松软地面上，牵引力下降幅度更大。

2.2特性分析

由于机体倾斜，坡下侧和坡上侧驱动轮上的质量分配不等，因而减少推进力。在坡地上车轮的横向滑移一直是难以解决的问题。为使拖拉机沿等高线方向前进，须要计算运输车的机体偏角和前轮操舵角。把车轮上一部分推进力变成行走阻力，防止横向滑移[4]；沿上坡、下坡方向作业时利用从行走装置中产生的推进力来克服行走阻力。

3.3橡胶履带运输车或多轮型运输车

履带型运输车和六轮车一样，由于重心位置不同，推力系数也随之不同。其稳定性尤其重要，容易发生滑移和侧翻，在平地履带型车的极限推力系数为0.74以下，六轮驱动车的极限推力系数在0.86以下，说明它较适合在松软地使用。近年来，有学者进行履带式微型拖拉机的研究，采用机、电、液一体化技术，设计了液压调平装置，使履带式运输车的爬坡极限得到提高，最高可达23.9°[6]。

4结语

本研究表明，在10 ℃以下坡地可以使用行驶速度高、价格便宜的平地拖拉机作为运输工具；在10°～20°坡地宜用坡地用乘用型运输车；在20°以上的超陡坡应考虑应用无人驾驶运输。在10°～20°坡地，采用四轮驱动可充分发挥其爬坡性能。对于橡胶履带型车和六轮驱动车，通过附加配质量使车辆接地压力分布均匀，来设定机体的荷质量分配，则其推力系数比四轮驱动型车大。必须注意的是，θ0是根据车轮的推进力计算出的爬坡极限角，有时即使在θ0以下的坡度，有些车辆也会出现侧翻。

参考文献：

[1]姜心禄，池忠志，李旭毅，等. 发展丘陵山地农机化存在的问题与对策[J]. 中国农机化，2012（6）：12-14.

[2]张娟利，师帅兵. 拖拉机行走机构的研究现状[J]. 农机化研究，2010，5（5）：243-246.

[3]杨罗成. 农用运输车车架动静态有限元分析[D]. 兰州：甘肃农业大学，2008.

[4]高斯. 车辆动力学稳定系统仿真及优化[D]. 武汉：华中科技大学，2006.

[5]张战文. 微型履带山地拖拉机稳定性能研究[D]. 杨凌：西北农林科技大学，2011.

[6]董新建. 履带车辆行动部分动力学分析与仿真[D]. 长沙：湖南大学，2007.孙爱东，尹令，石凯歌，等. 基于RFID的群养种鹅个体产蛋记录方法[J]. 江苏农业科学，2016，44（2）：420-423.