轮式拖拉机和汽车行驶原理及影响其行驶的因素

２０１３年第１２期

农

机使

用与维修

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轮式拖拉机和汽车行驶原理

及影响其行驶的因素

黑龙江省水田机械化研究所解振羽

安龙哲

摘要本文论述了轮式拖拉机和汽车行驶原理，分析并得出了影响其行驶的主要因素是行驶阻力和附着性能。而影响行驶阻力和附着性能的主要因素是地面土壤状况、行走装置的构造及使用因素。关键词轮式拖拉机汽车行驶原理影响因素

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引言轮式拖拉机牵引农机具在平整耕地上作业时的受力情况如图一所示。拖拉机发动机的有效转矩经过传动系统，降速增加转矩后传递到驱动轮上，使驱动轮得到一个驱动力矩Ｍ。，Ｍ。为拖拉机的内力矩。在驱动力矩的作用下，驱动轮对土壤产生一个水平方向的切向力，而土壤对驱动轮产生水平方向的反作用力Ｐ。，该力方向与拖拉机行驶方向相同，这个反作用力Ｐ。即是轮

式拖拉机前进的驱动力。

随着我国综合经济实力的增强，人民生活水平的不断提高，农用拖拉机及家用汽车已走进千家万户，而且每年以数百万辆的速度增长，因此，如何能更合理、经济和安全地操控它们，对于每个架驶者及家庭都是非常重要的。这里从轮式拖拉机和汽车行驶原理及影响其行驶的主要因素方面进行一下阐述和分析，从理论上对其有一个知识面的了解，以指导实际操作，从而使驾驶员能够既经济又安全地操控拖拉机、汽车，发挥出它们最大的功效。

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拖拉机机组行驶作业时，在车轮与土壤作用过程中，由于土壤的剪切变形和车轮的变形，产生了阻止拖拉机行驶的滚动阻力Ｐ，，它由拖拉机驱动轮滚动阻力模经营，为合作社机械代耕作业提供条件。村集体与农民约定以作物产量作为租赁费用，超出的产量部分归土地经营者所有。２００９年，城郊乡新华、双青、建民村等村集体租赁土地４．３５万亩，期限５年，当年租赁费用为每亩地给农民８０ｋｑ大豆。

６．企业承办型

轮式拖拉机的行驶原理

成。财政扶持资金产权国有，不参与分红，不承担经营责任，其他投资方按股份分红和承担有限责任。

宝清县北岗合作社由１２１户农民以土地人股、投资和财政投资建设，人股土地４．２８万亩。以土地人股的

农户取得土地入股股权证，以现金形式入股的农户及社

会自然人、社会团体等取得现金人股股权证。遵循“谁投资，谁受益，谁土地人股，谁受益”的原则分配红利，执行成本核算制度，实行“八统一”的生产经营模式。

５．局市合办型

合作社发起人是场县或局市，自筹资金由垦区农场（垦区分局）投入，县（市）投入农机装备，组织土地规模经营。股份由垦区农场（垦区分局）、县（市）投入资金（农机装备）构成。县（市）投资产权归县政府所有，垦区农场（垦区分局）投资产权归垦区农场（垦区分局）所有，双方按股份分红及承担有限责任。

北安市双青合作社为场县共建型，北安市政府持有

５４％的股份，农垦北安分局持有４６％的股份。北安市持有股份分给项目所在三个乡镇和项目核心村，股份收益主要用于项目区内规模经营耕地深松整地补贴和返

合作社发起人是企业，企业投资占自筹资金５０％以上。股份由财政扶持资金、企业投资、农民投资和以地顶资构成。财政扶持资金产权国有，不参与分红，不承担经营责任，其他投资方按股份分红和承担有限责任。

宁安市渤海合作社由黑龙江省镜泊湖农业开发股份有限公司承办，总投资１４８３万元，其中镜农股份投资３３３万元，省投资１０００万元；市投资１５０万元。合作社分配先提取农机装备折旧费，再提取“两金”，余额按股

份分红。

还给参加连片作业的农民。合作社对项目区内村集体、农机作业合作社（１００万元）规模经营和连片种植的土地实施农机代耕服务，收取机耕费。村集体组织土地规

建设和发展合作社是新形势下农业发展的一场革命，是调整生产关系、提高农业生产组织化程度的有益尝试，是引领农业大发展快发展的领跑者，是提高生产力水平、确保国家粮食安全的创造性实践、增加农民收入的有效之举。

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使用与

维修

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图一轮式拖拉机行驶原理图

Ｐｋ和从动轮滚动阻力Ｐｆｑ两部分组成。机组作业时，还

会产生一个牵引阻力Ｐ，。机组作业速度较大时，还产

生一个空气阻力Ｐ。。因此，拖拉机机组要保持正常行驶的条件是：

Ｐ，兰Ｐｒ＋Ｐ，＋Ｐ。

当行驶阻力增加或减小时，驱动力Ｐ。应随发动机转矩的增减或换挡位而增大或降低。但是驱动力并不能任意增大，它受驱动轮与地面间的附着力Ｐ；的限制，如果驱动轮Ｐ。超过了附着力Ｐ。，则驱动轮将发生打滑现象，机组将不能正常行驶。所以，轮式拖拉机能够正常行驶的充分必要条件为：驱动轮的驱动力必须克服行

驶阻力，但驱动力又不能超过附着力，即

Ｐｒ＋Ｐ，＋Ｐ。耋Ｐｑ三Ｐｇ

为了保持轮式拖拉机机组的正常行驶，提高拖拉机的牵引效率，应提高附着力和减小滚动阻力。而附着力和滚动阻力都与拖拉机的行走机构的形式及土壤的物理性质相关。２汽车的行驶原理

以后轮驱动的汽车为例进行分析，汽车在平坦公路上直线行驶时的受力情况如图二所示。从图中可以看出，汽车的行驶原理与轮式拖拉机的行驶原理基本相

同，但也有不同之处。

２．１

相同之处：拖拉机的驱动力都是由发动机的有效

转矩经传动部件传给驱动轮，通过驱动轮与地面的作用而得到，驱动力的发挥情况、滚动阻力的大小都与地面性质及驱动轮与地面的相互作用有关。

图二汽车行驶原理图

万方数据

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２．２不同之处：在行驶阻力方面由于汽车主要作为交

通运输工具，通常情况下没有牵引阻力Ｐ，；由于轮胎结

构不同及行驶路面较好，其滚动阻力Ｐ，一般比轮式拖拉机小；因汽车的行驶速度高，其空气阻力Ｐ。比轮式拖

拉机要大很多。

２．３在功率损耗方面，因为汽车传动机构的传动比小，且零件制造精度较高，因此，传动损失较小；在行驶中路面及轮胎变形较小，所以滑转损失、滚动阻力损失都小。因此，汽车行驶时总的功率损耗比轮式拖拉机小。

３

影响轮式拖拉机和汽车行驶因素

通过对轮式拖拉机和汽车行驶原理的学习可知，影

响行驶的主要因素是行驶阻力和附着性能。如果行驶

阻力过大，以致于驱动力不足以克服它，则车辆将不能行驶。如果驱动力足以克服行驶阻力，但土壤、地面不能提供足够的附着力，驱动轮将滑转，车辆仍然不能行驶。影响行驶阻力和附着力的因素较复杂，下面就几个主要方面对其影响因素进行分析。

３．１地面土壤的状况

地面的土壤抗剪强度越大，附着性能越好。不同土壤的抗剪强度受湿度变化的影响是不一样的。对于砂壤土，湿度变化对土壤抗剪强度影响小，对干壤土和粘壤土，湿度对抗剪强度影响大。通常土壤越潮湿，轮胎的附着性能越差。若其它条件相同，留茬地上的附着性能比已耕地要高。表层土壤抗剪强度低，底层土壤抗剪强度高。采用高花纹轮胎或带刺铁轮，可提高附着

性能。

土壤松软，轮胎下陷较深，增加土壤的垂直压缩变形阻力和推动阻力，从而增加了滚动阻力。这种土壤可使用有履带行走装置的拖拉机，减少下陷量。如果土壤太松软，可用船体（机耕船、水稻插秧机的船板）承受主要载荷，防止下陷过深。

在运输作业时，通常都在较硬路面上行驶，附着性能取决于轮胎和地面的附着性能。通常混凝土路面附着系数较高，石子路和泥土路附着系数较低，湿路面比干路面附着系数低得多。冰雪路面更低，必须装防滑链防止打滑。

３．２行走装置的构造

拖拉机和汽车的行走装置通常是轮胎和履带两种

形式。由于履带装置接地面积大，附着质量大，因此，它的附着性能高于轮胎。同样轮式车辆，驱动轮越多，

它的附着性能就越高，这也是因为它的附着质量增加了。下面就轮胎的有关因素对拖拉机汽车行驶的影响

进行分析。

３．２．１轮胎的气压

农机使用与维修

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拖拉机和汽车行驶的附着力Ｐ，随轮胎气压增加而降低。对于滚动阻力Ｐｆ则是当轮胎气压小于最佳气压时，随气压的增加而减小，当轮胎气压高于最佳气压时，则随轮胎气压的增加而增加。因此，当轮胎气压为最佳气压时，得到最小滚动阻力值Ｐ，。轮式拖拉机机组在松

砂土壤上作业，滚动阻力受轮胎和土壤两者变形的综合

影响。轮胎气压较低时，轮胎变形起主导作用。而当轮胎气压增加到某一值时，则土壤变形起主导作用。因此，轮胎的最佳气压值对不同土壤、不同路面是不同的。例如轮式拖拉和机汽车在运输作业时，一般在较硬路面上行驶，道路变形－？ｌ曼ＪＪ，，通常是轮胎变形起主导作用。轮胎气压越高，滚动阻力系数越小，相应滚动阻力越小。

因此，在确定轮胎气压时应从土壤、路面条件、附着力和

滚动阻力等方面综合考虑。３．２．２轮胎的尺寸

轮胎直径和宽度增大，可以增加轮胎支撑面积，即增大抗剪面积，提高附着性能。同时，支撑面积增加，可减少土壤变形量，使滚动阻力相应降低。由于增大轮胎直径受到某些设计参数（例如质心高度、车速）的限制，因此，近年来出现了在不加大轮胎直径情况下，用加宽驱动轮胎的方法来提高支撑能力和改善附着性能。

３．２．３轮胎的花纹

农用拖拉机驱动轮胎的花纹多为人字形。当轮胎花纹长度相同时，适当减小轮胎花纹角度，可提高附着性能。我国普通农用拖拉机轮胎采用４５。角，窄胎体高花纹轮胎采用２３。角。但减小角度，轮胎会降低抗侧滑性能和行驶平顺性能，而且自洁能力下降，导致有时附着性能反而下降。农用拖拉机普通型轮胎花纹较低，机组在水田地作业时，因轮胎花纹不能插入硬底层而不能发挥出拖拉机的驱动力。高花纹轮胎的花纹比普通轮胎花纹高度约增加一倍。窄胎体高花纹轮胎，减小了轮辙宽度，减少了土壤变形的功率损失，并且又能把花纹插入硬底层，增加驱动力。窄胎体轮胎还具有良好的自洁性，但窄胎体高花纹轮胎寿命较低。

３．２．４轮胎的构造

轮胎的帘布层数、排列方式等对附着力和滚动阻力也有不同影响。普通轮胎的帘线为相互交叉，而子午线轮胎帘线不相交，侧壁较普通轮胎软，径向变形大，接地面积增大，接地比压减小，附着力大致可提高１０％左右。子午线轮胎在胎冠部分增加了缓冲层，这既减小轮胎内部变形应力，减少滞后损失，即减小了滚动阻力，又提高了花纹块的耐磨性和寿命。但子午线轮胎侧壁较软，在低气压时使用易出现裂纹，侧向稳定性比普通型

轮胎差。

万方数据

３．３使用因素

拖拉机和汽车因工作情况不同，也会对其行驶阻力和附着性能产生影响。３．３．１附着质量的变化

拖拉机在田问作业时常常用附加载荷（驱动轮配重等）来改善附着性能。这种附加载荷的增加应当适量，尤其在较软土壤中作业，它会因过量的载荷，使轮胎下陷量增加，反而使滚动阻力大大增加。另外，拖拉机悬挂农具或牵引农具时，由于对拖拉机驱动轮产生转移作用，也会使驱动轮增加附着质量，改善附着性能。但应注意，驱动轮增重时前轮会减重，如果前轮负荷低于使用质量的２０％，会引起前轮上翘，失去操纵稳定性，以

致无法工作。３．３．２行驶速度

拖拉机通常行驶速度较低，对行驶性能影响很小。行驶速度的影响主要表现在行驶速度较高的汽车上。

（１）车速对滚动阻力的影响

行驶速度对滚动阻力影响很大，通过查阅相关资料可知，在车速１００ｋｍ／ｈ以下时，滚动阻力随车速增加而增大，但变化不大。在车速１４０ｋｍ／ｈ以上时增长较快。当车速达到某一Ｉ临界车速，例如２００ｋｍ／ｈ左右，滚动阻力迅速增长，此时轮胎发生驻波现象，轮胎周缘不再是圆形，而成明显的波浪状。出现这种现象后，不但滚动阻力显著增加，轮胎温度也很快增加到１００℃以上，胎面与帘布层脱落，几分钟内就会出现轮胎爆破现象，这对高速行驶车辆是非常危险的甚至会危机人的生命。

因此，对车速超过２００ｋｍ／ｈ的高速轿车应采用特殊的轮胎。

（２）车速对附着性能的影响

在同一路面具有相同滑转率的情况下，车速越高，附着系数越低，即附着力越小，这是汽车高速制动较困难的原因之一。另外，当高速行驶的汽车通过有积水层的路面，比如下大雨时，会出现滑水现象。即在某一车速下，轮胎胎面下的动液压升力等于垂直载荷时，轮胎将漂浮在水膜上面，而与道路地面毫不接触。滑水现象是很危险的，驱动轮完全没有附着力，转向轮完全失去了操控性。因此，汽车在下大雨时必须低速行驶，保证安全。

４结语

通过拖拉机和汽车行驶理论的学习及对影响其行驶因素的分析告诉驾驶员们，当驾驶车辆在田间作业或在道路上运输行驶时，要根据地面土壤、道路条件及天气环境情况，选择最适宜的轮胎、最佳的胎压及最经济的车速，从而达到经济、可靠及安全的驾车效果，发挥出

拖拉机和汽车的最大功效。

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