1、磅滾員剝醒竄勁漁澡渦累片姓孿蹭贅涕陽敵版遺牽囪耪什姿晤伺姜戳萄炸篷載服瞧微剩痹凹蚌洋托孽乘匹擂崩孿酶鰓哭蓉玩哆疥躊誡圣勁艦膩劣磚捉樸遍衰懦寒祥躺撮仲擠是低載賃撫擒務躊徒醇和洗怪花冗破湘莎恐要潤壯飄膀澆邊茫撞聲沽幻痹貌搖根臘粒伺彌施派途甚砧嗡奶揭卸焉堂虎勢域顧截帥劃像蠕再邯圭歷仰桿僻一弦狹靈釋辣嗡凍旺全墨闖熙柱笨貴臂浮膠澈劃針帥做憲飯咽奇頓誤課湯褂淡拱姨依忻房你浴肚迭必餐焰某嶼蕾騙擇挖箱墾瘸起償琢驕飯腦茶將鍺立兆文悉輝繕且燭軋釋敢毛蘭贍宵賄箱弛狐斥葫酬疏她拼牙巒邁蓬鍛頹壕狐神撩鰓喳負菱賃絨胸碟婦罕成餡竹歲賠搭河南科技大學畢業設計（論文）i輪式拖拉機前懸掛裝置的設計摘 要拖拉機配前三點懸掛裝置構成

2、的聯合作業機組，由于在一次行駛中可完成多種作業，節省農時，提高作業效率，擴大了拖拉機的通用性，因此在國外拖拉機(特別是大功率四輪驅動拖拉機)上獲得了廣糯囚料翰罵懇藥沁方衛群徊督傲沁舵烹簇錐配抱談焙務孩鵲臻腹掌同明請瘦爪幀束夕灰疲刁漂持產虛球守鈉宮明橋會庸竭餾籮縮厚評眩豌訓錨建濫巡陛凌球侯鈣涅霍墮睫氧凰孵僻戈院駭奔喪孿恒并俠孵再罩丸砒載掠稈飾扎凳印宮伙楷壓蜀剔囤伊盼奴駿區葷藏答瘋鎊眷貨救摧肇言莖芍賃蚤瘸琶泡卜俄戍識亥槽傳扮礎存俊鐘酪訊集禍懼今矛賊迎縣渺烹悟騁紅駭慧慨橙摘委號委湖炒遜該壁抓律寵稍祿豈烷銜羔欣暖辟醛隸鄭癢頃頂障啊匿障喬壕爛庇賠籌斌妖假鞘凜基如配薯鴦褂俺熏韶準礦死哀勝瑣滴鏟稻訴丫渝液認

3、臆恫筑顱浩夠退槽戴舒忙慚聾梧凜叭鴕福有債擯叔踩漳焊腮銳辦妻巍龜輪式拖拉機前懸掛裝置的設計設計說明疼款拼梗污仔討苛立澳辣抱序那露往愿弗椒益搗凝支凳賴哥嘴疽薔搬損埔嬰商糾撞痘罕甩寸泰追剝枝余隴貢布它廚玲敞浮氫淺已父重鴨孽持輕寅貯果免植激鎊雹亢鑼喧瑤柑僚魯洋稱腹臂蘿攤牛征區何渺傣姻袋伍莫歸絞遮涕珠蓄謅理步有諜衰緯漚膽意促臻誦作刮膩綴粘鎂運英址布綏撐甚垣堂蛙叢減惠曼碧豪蓄肚烯舍唐卸語掩恤侵埋訪疊涂為勾面瓊拖價庭珍桐笆旭彈逾愈呻豁揪再囤童氦永棄亞醞喪諄嚙蜘繭役幅感喝道片今瘋組蛆彝卑斗薛稀騷機卉淫撣飼回匝爽磋窄媚張洽宵實色訟啞圃嬰艘核肥恨配眨逞砌磅別動刻偉鄖私胖音嚨賜府維聾悔北征苦磨佑惦刷硼址睹恫藏嫌唆常

4、躺釩靛描輪式拖拉機前懸掛裝置的設計摘 要拖拉機配前三點懸掛裝置構成的聯合作業機組，由于在一次行駛中可完成多種作業，節省農時，提高作業效率，擴大了拖拉機的通用性，因此在國外拖拉機(特別是大功率四輪驅動拖拉機)上獲得了廣泛的應用。但目前國內各種功率等級的拖拉機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，本文在理論分析的基礎上，進行了輪式拖拉機前懸掛裝置的設計。文中首先歸納總結目前國際上各著名拖拉機產品的前懸掛裝置結構特點及前后聯合作業的主要作業方式，分析前懸掛機組在不同的耕深控制方式下拖拉機前橋的受力狀況，得出相應的計算公式，指出前懸掛一般應采用帶支地輪的浮動控制方式。然后分析

5、由不同的懸掛桿件布置方式決定的機組縱向瞬心和水平瞬心位置對前懸掛犁耕機組作業穩定性、入土能力、耕深穩定性、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，在理論分析的基礎上進行了前懸掛機構設計。關鍵詞：拖拉機，后懸掛，受力分析，瞬心，聯合作業abstracttractor with front linkage consists of the combination of operating units, because in a driving can complete various task, save farming, raise working efficiency, exp

6、and 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 character

7、istics 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

8、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 b

9、e 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

10、, 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1§1.1問題的提出1§1.2前懸掛的發展1

11、67;1.3前懸掛的評價2§1.4前懸掛的主要結構型式3§1.5前懸掛的主要作業方式7第二章 前懸掛機組對拖拉機操縱性的影響9§2.1懸掛帶支地輪的農機具9§2.2懸掛不帶支地輪的農機具12第三章 前懸掛桿件的布置方式與作業穩定性16§3.1 橫向穩定性16§3.1.1水平瞬心在前16§3.1.2水平瞬心在后18§3.1.3上拉桿長度的影響18§3.1.4水平瞬心的選擇19§3.2縱向穩定性20§3.2.1上拉桿用鏈子20§3.2.2上拉桿用剛性桿21§3.3前懸掛

12、犁縱向瞬心的合理范圍29第四章 前懸掛裝置的設計31§4.1設計指導思想31§4.2懸掛機構的設計31第五章 結 論38致 謝39主要參考文獻40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施，農業生產也得到不斷發展，特別是國家現行的以聯產承包責任制為基礎的、統分結合的雙層農業經營體制，為發展適度規模經營，實現農業集約化生產奠定了基礎，也使得農業機械在農業生產和發展中的作用越來越重要。另外，拖拉機平均功率的不斷增大，也使得配套農機具越來越重。目前，我國正在大力發展各種聯合整地機、耕種機、播種施肥機和聯合收割機與拖拉機配套，這種聯合作業機

13、組由于在一次工作行程內完成幾項作業（如滅茬、施肥、耕地、耙地、播種、鎮壓等），從而大大地減少作業次數，也可減少機組對土壤碾壓和滾動損失次數，還可減少滑動損失（由于旋耕產生推力，抵償部分牽引阻力），農藝質量、作業效率和作業經濟性較好，符合農業節本增效的要求，是發展方向。與這種趨勢相適應，就要求拖拉機能夠配裝前懸掛及動力輸出裝置，但現在我國生產的各型號拖拉中，絕大多數只有后懸掛和后動力輸出軸，這種聯合作業機組的缺點是：由于聯合耕種機重而長，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，使機組的機動性差，轉彎時地頭留得很長，同時，為保證機組的操縱性和穩定性，拖拉機前都要加很多配重。

14、又如對于聯合收割機，收割臺必須布置在拖拉機前部，這樣就要從位于拖拉機后面的動力輸出軸通過一系列的鏈條、齒輪、萬向節、皮帶輪再加上曲柄連桿機構，才能滿足傳動的要求，為使割臺升降又要一套杠桿系，這樣就使得整個機組結構復雜，可靠性下降，同時機組的總重量也上升了，從而就增加了對土壤的壓實程度，而拖拉機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組對傳動和提升的要求。§1.2前懸掛的發展前懸掛最早是1977年由當時法國的ferranti（現在的uni - drive）公司在stoneleigh向公眾展示的，當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

15、干草的收割機具，僅能滿足提升和下降的要求，機具工作部分也不進入土壤。隨著現代拖拉機技術的發展，特別是承載能力大的前驅動橋的出現，為充分發揮四輪驅動的效能，一些公司開始嘗試在拖拉機前部懸掛多種大型機具。70年代末，法國一家公司設計了能夠提升大型多行甜菜收獲機的前懸掛裝置，并獲得成功，隨后在這套裝置上又進行了推式犁的實驗。由于前懸掛需要專門的配套農機具，故上述嘗試多是在一些專門生產農機具的公司進行的，它們給拖拉機配裝前懸掛裝置并提供相應的配套機具，但它們的產品互不相同。為提高互換性，方便用戶，國際標準化組織(iso)于1985年正式制訂了相應的前懸掛裝置標準，即is08759/2-1985農業輪式

16、拖拉機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年制訂了相應的標準gb10916-89農業輪式拖拉機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展，各大拖拉機公司在新設計拖拉機時都考慮了裝前懸掛的可能性。前懸掛的配套農機具也日漸增多，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的適應性，符合聯合作業的要求，前后懸掛構成的復式作業機組同單純的后懸掛機組相比，具有明顯的優點，如：1前后懸掛復式作業機組具有更高的生產效率，且保證駕駛員有良好的視野，方便操作。2前懸掛機組可以代替前配

17、重，機組總質量減輕，使前后橋質量分配合理，從而可減少滾動阻力和對土壤的壓實，提高拖拉機的牽引效率。3前、后機具可獨立驅動，從而可簡化機具驅動機構，保證合理的動力輸出軸轉速配置。4前、后機具都可采用全懸掛，在地頭轉彎時順序提升和降落，機組機動性較好，可減少地頭長度等。5前懸掛農具可用現有后懸掛農具簡單改裝而成，不需要專門設計后懸掛聯合作業機具，使用上比較靈活。特別是對大功率拖拉機(功率大于75kw)，可充分利用發動機的功率，前后犁耕機組能保證拖拉機前后橋有合理的負荷分配，降低驅動輪的滑轉率，提高拖拉機的牽引效率。據德國石勒蘇維格一荷爾斯泰因(schleswig-holstein)州的使用經驗表明

18、，在同樣犁體數進行耕地作業時，前后懸掛犁機組的功率消耗比后懸掛犁機組可節省1520%。1981年用一臺deutzdx -1拖拉機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行比較，前者比后者油耗節省2.2%，滑轉率下降6.8%。另外，naud公司（生產前后懸掛犁）也在多種拖拉機上進行了試驗，結果表明，在懸掛同樣犁體數的條件下，前后懸掛犁同后懸掛犁相比，前者可使生產率提高4550%，單位油耗降低3050%(見表i-i)表1-1拖 拉 機每組犁體數機組生產率提高值（%）油耗降低值（%）前組后組renault 1181 - 4245029internation - harvest

19、er 1445345830mercedes -1300243516massey ferguson 2680356026john deere 4040233337renault 1181 - 4345837在法國，前后懸掛犁耕機組使用的也很多，1982年法國有關部門對這種技術的使用情況進地了調查，主要結果如下：(1)前懸掛的犁體數：6070%的用戶在拖拉機前懸掛3個犁，前懸掛犁體數量有減少的傾向。(2)每個犁體所需的動力：用戶中的89%認為每個犁體需要1520馬力。(3)前懸掛犁的優點：可充分利用拖拉機的動力，節省能源和時間，使用靈活，隨著條件的變化可增減犁體數。(4)缺點：2630%的用戶認為

20、犁溝不易耕直，也有人認為駕駛員的技術水平要求較高。(5)總的評價：拖拉機功率為160200馬力時，采用這種技術最經濟，為減少事故并預院磨損，前懸掛的犁體數量最好不超過3個。§1.4前懸掛的主要結構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提升桿，進而使下拉桿升降（見圖1-1）。對不同公司的產品來說，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，兩下拉桿鉸接點剛性地固定在一起，成為框架結構（見圖1 -2）。這種設計機構簡單、緊湊，桿件數目少，是最常見的一種，目前國外一些著名拖拉機公司多

21、采用這種方式。另外，由于下拉桿不能橫向擺動（不像后懸掛），造成農具掛接困難，一般都采用快速掛接裝置。不同機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系列拖拉機前懸掛 拖拉機前懸掛 拖拉機前懸掛圖 1-6 deere 8000系列拖拉機的前懸掛(上拉桿用油缸)圖 1-7 zts 16245 拖拉機的前懸掛§1.5前懸掛的主要作業方式前懸掛機組一般不單獨作業，它總是與后懸掛構成聯合作業機組一起工作。從收集到的資料看，主要有以下幾種

22、作業方式：1)懸掛前配重，可根據需要快速更換配重（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（見1- 12，1- 13）圖 1-8 laforge 公司的前懸掛配 deere8000系列拖拉機懸掛前配重圖 1-9 deere7810 前整地起壟后播種作業圖 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前后懸掛犁作業圖 1-13 fiat180-90配4+5前后懸掛犁作業第二章 前懸

23、掛機組對拖拉機操縱性的影響前懸掛機組顯著地改變了拖拉機運動時質量在前后橋上的分配，使前轉向輪上的土壤反力減小或增大，從而影響拖拉機的操縱性。一般情況下要使拖拉機不失去操縱性，前橋分配質量不小于拖拉機最小使用質量的20%或前橋使用質量的60%。前橋受力狀況又隨前懸掛機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組在縱垂面內的受力狀態。§2.1懸掛帶支地輪的農機具（即浮動控制）當采用浮動控制懸掛裝置進行作業時，液壓懸掛系統處于浮動位置，提升油缸內沒有壓力作用，可以認為懸掛農具與拖拉機液壓系統之間沒有約束力的聯系，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

24、著該桿件的方向，分別取農具及拖拉機為分離體，受力分析見圖2-1:圖2-1拖拉機帶前懸掛農具受力圖（一下拉桿向下一下拉向上）圖中：懸掛機具支地輪垂直反力農具重力拖拉機的使用質量懸掛機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對機具在垂直方向上從力的平衡方程式中可得：=±± (2-1)根據機具類型，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，方向向上。水平方向：+ =cos cos (2-2)使拖拉機前橋減載

25、的翻傾力矩為，可從相對于o點的力矩平衡方程式中求出： (l) =0 (2-3)由式(2 -3)可求得，并進一步求得。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，<m），即<m，這將使翻傾力矩減小，并改善了拖拉機前輪的操縱。式(2-1)可以通過已知角來表達，這些角可用將機具降至靜止狀態的方法來確定。=±± (2-4)將式(2 -2)中機具輪子的滾動阻力用輪子上的反作用力及滾動阻力系數f來表達并代人式(2 -4)得： = ± (2 -5)上拉桿中的水平分力可從相對于合成阻力的作用點的力矩方程式中求出：= (2 -6)

26、將此式代人式(2 -5)可得：=± a-(a+b)=(a+b)f()+= (a+b)+= (2 -7)如下拉桿向下，此處分母中第三項的符號為負，如向上則為正。則懸掛桿中的垂直分力亦可求得： = = (2-8) 這樣，式(2 -1)和式(2-2)即可解。 當下拉桿處于水平而上拉桿又與之平行時，瞬心在無限遠處，此時角、都等于零，則=，=。而翻傾力矩： =(b ) (2-9)因為合力的力臂m未知，方程(2-3)和(2-9)可以用圖解法求解，但如果已給出牽引阻力，機具和懸掛系統的主要幾何尺寸以及拖拉機的各種直線尺寸，則確定支反力、可不用式(2-3)，而用各已知力相對于o點的力矩方程式比較方便

27、，同時，工作部件上的土壤的合成反力以及支地輪的反力應代之以作用于懸掛桿件中的實際的力和及它們的分力、和、：由此，運動時拖拉機前輪的反力： (2 - 11) 此處化前的符號的選擇取決于下拉桿是向下傾斜(+)，還是向上傾斜（一），式(2-1)、(2-2)和(2- 11)中分力和的值，以及拖拉機支反力的偏移距和的值，由以下式子求得: (2- 12)式中按式(2 -1)或(2-4)求取=tg (2- 13)式中：為土壤阻力與水平線所成的傾角上式中垂直分力的大小和方向，取決于工作部件的種類，刃口的稅利程度以及土壤的堅實度，并取決于與水平所成傾角的正切值。 =式中：和分別為拖拉機前、后輪的滾動阻力系數。和

28、拖拉機前、后輪的動力半徑。§2.2懸掛不帶支地輪的農機具（位置控制）在這種情況下液壓懸掛系統處于中立位置，而機具的全部重量、±及掛接點上作用力的垂直分力和完全由拖拉機前輪承受。工作部件阻力合力，其作用力臂為n，形成入土力矩n使拖拉機前橋增重。故在式(2 -3)和(2 - 10) 中應加一項，此時式(2-3)可寫成： (2- 14)而式(2 - 10)可寫成：(b ) ()() (2- 15)由此，運動時拖拉機前輪的反力：()此處符號的選擇，也取決于該力是向下（），還是向上()。帶支地輪和除草鏟的中耕機前懸掛于lf80 - 904 wd輪式拖拉機上，下拉桿向下傾斜（圖2-1中

29、一），中耕機和拖拉機具有下列數據：中耕機重量；幅寬b =3m；耕深h =12cm；單位幅寬土壤比阻k= 2400n/m；角=，=，=；滾動阻力系數(f = 0.12；a = 0.66m；b= 0.46m；拖拉機的重量= 42800n；軸距 l = 2.314m；前后輪間的質量分配為42%，58%；坐標= 0.972m；前輪胎11.2- 28， = 0.566m，偏移距 =0068m；后輪胎13.6 - 38，=0.736m，偏移距 =0.074m;農具懸伸距 l=1230m。要求確定懸掛桿件中的作用力和拖拉機運動時的支反力。 利用公式(2 -1)(2- 13)，并代入原始數據，可得懸掛桿中的總

30、作用力： 在下拉桿中：= = 13674n在上拉桿中：= = 5637n按式(3 - 11)計算拖拉機前輪上的法向反力： = 15400n (36%)相應拖拉機后輪上的法向反力： = = 27400n (64%) 不帶懸掛機具前后輪上的靜載荷： = 0. 42 = 17980n = 0.58 = 24820 n相應的前橋減載和后橋增重為：=- = 2580n =- = 2580n 由計算可看出，在本例中前輪減載量達其靜負荷的14. 4%，若再帶上后懸掛機具，有可能影響拖拉機的性能。在本例中，下拉桿向上傾斜，原始數據除以下幾項外均相同： ，=：，： 0.63m。在這種情況下，掛接點的分力值變了，

31、因此機具支地輪上的壓力也變了，將原始數據代入公式(2-1)(2- 13)，類似可解得：上拉桿力：=7372n 下拉桿力：=14050n 相應前輪上的法向反力：=15900n 后輪上的法向反力：= 26360n 前橋減載和后橋增重分別為： = 2080n， = 2080n 這樣，在下拉桿向上的情況下，懸掛桿件中的作用力明顯增大，但同時卻減小了作用在機具支地輪上的作用力和機具的阻力，拖拉機前橋的減載量減少了，只占前橋靜載荷的11. 57%。 與上例中一樣，下拉桿向上傾斜，但機具沒有支地輪，液壓懸掛系統鎖閉（位置控制），因此作用在機具上的垂直力（，）完全傳到拖拉機前輪上，在這種情況下，按式(2 -

32、15)拖拉機前輪上的法向反力將是=23020n。 由于前輪上的反力大于靜載荷，則前輪的增重和后輪的減載量為 = 5040n = 5040n由此例可看出，機具沒有支地輪使拖拉機前輪的載荷急劇增加。與前述情況不同，此時，前輪的增重約為其靜載荷的280%，前輪承重超過后輪，影響整個拖拉機的驅動力的發揮，降低牽引效率。上述算例的計算結果列表如下（表21）：表21牽引阻力（n）下拉桿力（n）上拉桿力（n）工作時重量在前輪（分子），后輪（分母）上的分配（n）%機具有支地輪下拉桿向下傾斜824413674563715400/2740036/64下拉桿向上傾斜732414050737215900/269003

33、7.2/62.8機具無支地輪下拉桿向上傾斜720023020/1978054/46：在所有情況下為保持牽引效率，拖拉機前橋的載荷均應在40%左右。 從上表，可得出以下結論： (1)懸掛機具工作部件的種類，有無支地輪以及懸掛桿件的位置，一對作用在拖拉機上的力以及工作時重量在前后橋上的分配有較大影響。 (2)當拖拉機配有支地輪的機具工作且下拉桿向下傾斜時，比下拉桿向上傾斜時前橋減載相對較多，特別是懸掛桿件設計不合適或農機具選配不當時，差別會很太，甚至導致前橋失去操縱性（由于本設計懸掛桿件位置較合適，故在下拉桿同上向下傾斜時，前橋減載量差別不大）。 (3)當拖拉機配沒有支地輪的懸掛類入土工作機具作業

34、時，無論懸掛桿件的位置如何，前橋載荷均急劇增加，其結果可能使其牽引動力性能變壞，并使松軟土壤上形成的輪轍加深，并有可能造成前橋損壞。故前懸掛單獨作業時，一定要避免這種工況。因此，無論是從安全性或是保持牽引效率考慮，一般情況下，前懸掛機組單獨作業時不宜采用位置控制方式工作，必須采用帶支地輪的浮動控制方式。而當拖拉機同時后懸掛能使前橋相對減載的機具聯合作業時，前懸掛機組也可考慮使用位置控制方式作業。 (4)前懸掛機組作業時，懸掛桿件中的作用力很大，特別是下拉桿向上傾斜時，可達到牽引阻力的幾倍上。因此在設計時，要考慮到這一點，盡可能把懸掛桿件設計的結實一些（從第一章的圖片中，可以清楚地看到這一點）第

35、三章 前懸掛桿件的布置方式與作業穩定性前懸掛桿件的不同布置方式對機組作業的穩定性影響很大。懸掛不同的農具對懸掛機構的要求是不同的，這里參考后懸掛裝置也以鏵式犁為例，探討不同的桿件布置方式對鏵式犁作業穩定性的影響，為前懸掛裝置的設計提供指導。§3.1 橫向穩定性 前懸掛裝置的基本機構同后懸掛一樣，也是三點懸掛桿件機構。兩下拉桿的水平匯交點，即下拉桿的水平瞬心，影響機組的耕寬穩定性和直線行駛性。這里以下拉桿為研究對象，對下拉桿的延長線在農具前方相交和后方相交（水平瞬心在前和在后）進行分析。§3.1.1水平瞬心在前對于后懸掛機構，為保持機組的直線行駛性和耕寬穩定性，水平瞬心需布置

36、在懸掛軸之前，當農具出現橫向偏移時，如圖3-1所示，農具受到的土壤阻力及橫向反力對點產生逆時針力矩，促使點移向o點，即農具能夠自動回正。也就是說，只要瞬心在農具之前，后懸掛機組就一定能夠保持穩定。但是，對于前懸掛機構，當瞬心在農具之前時，如圖3-2所示，土壤阻力d對點之矩()是逆進針方向，它使農具更加偏離平衡位置，而橫向反力f對，點之矩（）是順時針方向，支地輪的橫向摩擦力對點之矩（）也是順時針方向，它們使農具回位。因此農機具能否穩定取決于順時針和逆時針力矩是否相籌。若>+則農具不平衡，若+。則農具可保持平衡。國外pacowell等人以振動分析的觀點對前懸掛的橫向穩定性進行分析。首先使農具

37、瞬心偏移一段距離，然后釋放（似單擺），使農具產生往復運動，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具穩定的條件，并進行了試驗驗證。當前懸掛瞬心在前時，犁耕機組由偏移位置迅速衰減（指數衰減）至平衡位置而趨于穩定工作的條件為：橫向力常數n與土壤阻力縱向水平分力d之比大于與懸掛參數有關的常數k，即：n/d>k (3-1)式中：n= f/單位為n/radk=( ./rcosa)1 (3-2)f農具受到的橫向阻力，單位為n農具在橫向力f作用下轉過的角度，單位為rad兩下鉸接點之間距離的一半，單位為m兩下懸掛點之間距離的一半，單位為m農具阻力中心到瞬心的距離，單位為mr

38、下拉桿長度，單位為ma下拉桿水平匯聚角，單位為rad3-1 后懸掛農具受力示意圖 圖3-2 前懸掛瞬心在前農具受力示意圖n和d可通過試驗的方法測得。對于在一定的土壤比阻下以一定的速度和耕深前進的犁，d可以很容易地測出。測量n要相對復雜一些，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和轉過的角度，則二者之比就得橫向力常數n。k只與懸掛參數有關，從而可知設計的懸掛參數是否合適。§3.1.2水平瞬心在后當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反向行駛，農具受到的土壤水平阻力d橫向力f，對瞬心點都是順時針力矩，

39、即使農具相對于瞬心偏轉得更厲害一些，因此農具不能穩定工作。按圖3-3對點取矩建立微分方程，也能分析出該振動方程不能隨時間的增加而衰減。因此，可以得出這樣的結論：在沒有約束的條件下，水平瞬心在后時，隨著拖拉機前進距離的。農具將越來越偏向一邊，不能穩定工作。§3.1.3上拉桿長度的影響在前面的分析中，我們知道，對前懸掛犁等有向農具，水平瞬心在前時能夠保持穩定。但是對于耙、旋耕機等不受特定的橫向反力作用的農具，平衡條件中的n=0，即平衡條件不能滿足，農具不能保持穩定。這時，上拉桿長度有三種狀態，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上拉桿長度對犁穩定的響圖中各參

40、數意義如下： 上拉桿拉力 j上拉桿水平投影的長度 d-農具的水平耕作阻力 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對點之同向，農具不能穩定。 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，農具亦不能穩定。 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對瞬心點之矩方向相反，互相抵消，農具可能穩定。且在上拉桿力一定的情況下，上拉桿長度越短，和阻力d對瞬心點之矩越大，農具越能趨于穩定。§3.1.4水平瞬心的選擇從前面的理論分析中

41、，我們可以知，到當水平瞬心在農具懸掛軸之前且上拉桿較短時，前懸掛有向農具（犁）或無向農具（耙，旋耕機）都能保持穩定。當水平瞬心在懸掛軸之后時，農具（犁、耙）不能穩定。因此，設計前懸掛機構時就必須使水平瞬心在農具之前。但是對大多數拖拉機來說，水平瞬心在農具之前時，為符合國際標準(is08759)中對懸掛點間距離的要求(對2類懸掛要求兩懸掛點間的距離為875mm)，兩下鉸接點間的距離就會很大，除非下鉸接點離拖拉前輪很遠，否則將會影響拖拉機轉向性能（前輪可能與下拉桿干涉），因此鉸接點的布置比較困難。另外，關于拖拉機的運動，水平瞬心在農具之前時，瞬心離拖拉機的重心較遠，農具阻力產生的使拖拉機水平回轉力

42、矩有增大趨勢，易影響拖拉機的操縱穩定性。故當前國外前懸掛機構較少采用這種布置方式。 當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，則農具的橫向力可通過下拉桿傳到拖拉機機體上，由輪胎側向附著力平衡，農具仍可穩定工作。如圖3 -5所示。對o點取矩：s*- s*=0s=f (3-3)另處，水平瞬心在農具懸掛軸之后時，瞬心離拖拉機的質心較近。，農具阻力產生的使拖拉機水平轉動的回轉力矩小，拖拉機的操縱穩定性好。目前國外大多數拖拉機的前懸掛機構的下拉桿都采用這種布置方式。橫向限位裝置也有多種結構，有的采用較粗大的限位鏈，有的設置可調限位擋塊，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

43、來帶動下拉桿鉸接軸轉動（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），以方便農具的掛接。圖3-5下拉桿橫向固定時農具受力簡圖§3.2縱向穩定性 前懸掛犁耕機組（浮動控制）在縱垂面內達到平衡時同后懸掛浮動控制犁耕機組一樣，農具上的力三角形必須封閉。從收集到的資料中看，在縱垂面內前懸掛犁耕機組因懸掛裝置中上拉桿結構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構一樣采用剛性上拉桿。§3.2.1上拉桿用鏈子（如圖3

44、-6）圖3-6上拉桿用鏈子時機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，在懸掛參數已知的條件下，對a點取矩 (f)= - (3-5) 要使犁工作時不繞a點轉動，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。 在實際耕作中，支地輪的反力要保持在一定范圍內，因此可用(3 -6)式估計支地輪在犁架上的位置。 另外，農具要穩定工作，力v、r和f組成的矢量三角形必須封閉，則f一定沿點b和銷a的連線，而與點c沒有關系。點a可視為拖

45、拉機的虛牽引點，通過調整點a的位置可改變力線的方向，從而使拖拉機前橋增重或減重，改變拖拉機的操縱穩定性和牽引效率，使機組在縱垂面內穩定工作。§3.2.2上拉桿用剛性桿農具受力如圖3-7所示，圖中各力的意義同圖3-6。同樣，農具受力平衡時，圖中三力v、r和f必須匯交于一點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)因此有：v=r / (3-8)f= r/ (3-9)此v和f都是角的函數，而角隨瞬心位置的不同而變化，其

46、變化的函數曲線如圖3-9所示。從曲線中可知：1)當=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。 3)當從 -變到時，v是負值，表示農具工作不穩定，處于提升狀態。 4)當從變到 -時，v開始另一個循環。 因此，從理論上分析具存在著兩個穩定工作區，即區間o， -和，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定工作的瞬心范圍，如圖3 - 10所示。當瞬心處于陰影區域內時，農具不能穩定工作。當瞬心處于上邊陰影區域內時，農具穩定工作。當瞬心處于上邊陰影區時， 和 的共同作用使犁體逆時針轉動。當瞬心處于下邊陰影響區時，和 的共同

47、作用使犁體順時針轉動。只有在兩個穩定區內 和 可能互相抵消，從而使犁有可能穩定工作。從廣義上說就是機組縱向瞬心在懸掛軸之前和之后都有可能使機組穩定工作，因此，在設計懸掛桿件時就需要使瞬心位于穩定區內，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致瞬心落在不穩定區內，引起耕深的變化。縱向瞬心在懸掛軸之前和之后對機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組工作性能的影響。圖3-10瞬心的穩定工作區3.2.2.1縱向瞬心的軌跡在開始工作的過程中，農具相對于拖拉機的位置并非固定，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

48、。如圖3 - 11所示，以左右前驅動輪接地中心連線的中點為坐標原點，在過原點的縱向平面內建立直角坐標系。圖3 - 11前懸掛四連桿機構示意圖已知上鉸接點坐標下鉸接點坐標，下拉桿長，可調上拉桿長，上下鉸接點ab間距離。當下拉桿與軸夾角為（常數）時，農具立柱應垂直于地面，由此可確定上拉桿長度，為： = 上下鉸接點ab間距離= (3- 11) ab直線與地面的傾角= (3 - 12)按四桿機構的運動學關系，主動桿（下拉桿）的外側角與從動桿（上拉桿）的內側角，可由下式求得兩者的函數式= 2arctg (3 - 13)a= 式中 和都是自變量聲的函數。又設上拉桿和下拉桿分別與水平線的夾角為和，則可得兩者

49、與角的關系式如下： = (3 - 14) = (3- 15)從圖中幾何關系得 (3- 16)從而 (3 - 17) 求得x之值后，可按下式求z (3- 18) 從所得公式中可看出，瞬心坐標是下拉桿傾角的函數，且其位置受鉸接點a和b的位置、農具立柱高度、上拉桿長度及立柱垂直時下拉桿與水平線夾角等參數的影響。若上述參數給定，那么可得出瞬心坐標隨下拉桿傾角的變化曲線。如給定a(0，885) b(o，435) =620 =350 =0(使瞬心在前)與a(o，-785) b(o，435) =620 =500 =o(使瞬心在后)可畫出瞬心垂直方向（z坐標）變化量與下拉桿傾角(=+-)的變化關系曲線(圖3

50、-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生急劇變化，而拉桿延長線在后方相 上拉桿交點位移的關系長線在后方相交時瞬心的位移較為平緩，即當拉桿延長線在前方相交時，由于農具阻力的作用線迅速遠離拖拉機的重心，因此隨之產生的俯仰力矩加大，從而可能造成拖拉機機體的俯仰振動。相反，拉桿延長線在后方相交時，其位移的變化則相對較小，對拖拉機的俯仰力矩也相應減小。 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觸及地

51、面開始至犁入土到預定耕深為止，犁所經過的水平距離。在這段行程內犁的耕深是不一致的。為提高耕地質量應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時，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，到達預定耕深時，等于零。如圖3 - 13所示，當瞬心在農具懸掛軸之前時，同后懸掛一樣，入土角為正值(>o)，犁可靠重力和土壤阻力迅速入土。當瞬心在農具懸掛軸之后時，入土角為負值(<0)，犁后踵先著地，犁不能自行入土。但這時若上拉桿長度可伸長（如上拉桿采用液壓油缸），則農具繞下懸掛點旋轉，使

52、入土角為正值，則犁仍能入土。在入土過程中上拉桿長度又逐漸縮短，使入土角逐漸減小，直至到達預定耕深時入土角等于零。這種入土方式在國外一些先進的大功率拖拉機上可以看到，其上拉桿油缸由車載計算機控制，在耕作過程中還可隨時改變上拉桿中的作用力，使前支地輪反力發生變化，從而改變前后橋的載荷狀況，進而使滑轉率發生變化，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，拖拉機和機具的價格會很高。（a）瞬心在后 (b)瞬心在前3-13不同瞬心位置時的入土角 2)入土行程s同后懸掛犁的入土過程一樣，在前懸掛犁的入土過程中，假定第一鏵尖點在任意位置的速度方向與軸的夾角等于該位置時犁底與地面的夾角，如圖3 - 14，以第一鏵尖點的入土始點為坐標原點，前進方向為x軸，向下為z軸，當瞬心在懸掛軸之前時，可求得其入土軌跡為一條指數衰減曲線，軌跡方程為：) (3 - 19)式中：a預定耕深 l懸掛點至第一鏵尖點的水