潘冠廷 楊福增 孫景彬 劉志杰

(1.西北農(nóng)林科技大學(xué)機(jī)械與電子工程學(xué)院， 陜西楊凌 712100； 2.農(nóng)業(yè)農(nóng)村部北方農(nóng)業(yè)裝備科學(xué)觀測(cè)實(shí)驗(yàn)站， 陜西楊凌 712100)

0 引言

我國(guó)地形多樣、地貌復(fù)雜，丘陵和山地占國(guó)土面積的近70%[1]。丘陵、山地的耕、種、收綜合機(jī)械化率僅有15%左右，遠(yuǎn)低于平原地區(qū)超過70%的水平。在制約農(nóng)業(yè)機(jī)械化發(fā)展的眾多因素中，農(nóng)業(yè)機(jī)械的動(dòng)力問題極為關(guān)鍵，因此對(duì)于丘陵山地動(dòng)力機(jī)械及其性能的研究已成為農(nóng)機(jī)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。

目前，針對(duì)山地拖拉機(jī)的研究主要集中在樣機(jī)研發(fā)及結(jié)構(gòu)改進(jìn)[1-2]、多體動(dòng)力學(xué)建模與仿真[3-4]、自動(dòng)化與智能化[5]等方面，尤其在機(jī)械性能分析與拖拉機(jī)結(jié)構(gòu)改進(jìn)方面的研究更為廣泛。為了提高拖拉機(jī)坡地作業(yè)的穩(wěn)定性，20世紀(jì)90年代有學(xué)者通過改進(jìn)中小型四輪拖拉機(jī)底盤來實(shí)現(xiàn)車身姿態(tài)的調(diào)整[6-7]。目前，大量研究主要圍繞如何控制拖拉機(jī)姿態(tài)以提高其在山地作業(yè)的穩(wěn)定性及抗翻傾能力[8-11]，有關(guān)山地拖拉機(jī)牽引附著性能[12]、轉(zhuǎn)向性[13]、機(jī)體及農(nóng)具對(duì)山地的自適應(yīng)[5]等方面的研究也在不斷深入。但是，目前針對(duì)山地拖拉機(jī)越障性能的研究相對(duì)較少，主要集中在履帶式拖拉機(jī)平地越障及輪式拖拉機(jī)山地等高線越障方面[14-18]，且大多為仿真分析，較少有實(shí)車田間試驗(yàn)研究。

丘陵山區(qū)田間的臺(tái)階、磚頭、石塊、田埂等障礙物極為常見，這些障礙物是降低山地拖拉機(jī)行駛穩(wěn)定性的重要因素之一，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使其無法跨越，引發(fā)側(cè)滑甚至翻傾等安全問題。據(jù)有關(guān)資料，因翻傾引發(fā)的農(nóng)用拖拉機(jī)安全事故致死率超過50%[19]。因此，開展山地履帶拖拉機(jī)爬坡時(shí)的越障性能研究非常必要。

本團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)了小型山地履帶拖拉機(jī)(以下簡(jiǎn)稱山地拖拉機(jī))[20-21]。對(duì)該機(jī)已經(jīng)進(jìn)行了多項(xiàng)性能研究，包括牽引附著性能、爬坡性能、坡地行駛穩(wěn)定性、坡地轉(zhuǎn)向性能等[22-26]，但針對(duì)該機(jī)的越障性能研究并未涉及。

本文從運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)角度分析山地拖拉機(jī)的爬坡越障過程，建立最大越障高度與坡度角、越障速度、質(zhì)心位置之間的數(shù)學(xué)模型，并以最大越障高度評(píng)價(jià)其坡地越障性能；仿真分析和實(shí)車田間試驗(yàn)相結(jié)合，對(duì)該數(shù)學(xué)模型的有效性進(jìn)行驗(yàn)證，為山地拖拉機(jī)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化、性能提升等提供理論支持。

1 爬坡越障性能分析與數(shù)學(xué)模型構(gòu)建

1.1 越障過程描述

在臺(tái)階、磚頭、石塊、田埂等各類農(nóng)田障礙物中，臺(tái)階對(duì)山地拖拉機(jī)爬坡帶來的失穩(wěn)和安全問題最為嚴(yán)重，故其跨越臺(tái)階的能力最能體現(xiàn)山地拖拉機(jī)爬坡越障性能。該過程共分為3個(gè)階段[25,27]，如圖1所示。

圖1 山地拖拉機(jī)爬坡越障過程示意圖Fig.1 Schematics of obstacle negotiation process when climbing up slope

第1階段為前端接觸階段，如圖1a所示。山地拖拉機(jī)在坡地上低速前進(jìn)，履帶前端與臺(tái)階邊緣接觸，然后整機(jī)繞最后一個(gè)支重輪發(fā)生逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)整機(jī)沿臺(tái)階邊緣向前移動(dòng)。

第2階段為越障階段，如圖1b所示。山地拖拉機(jī)繼續(xù)向前行駛，履帶接地段接觸臺(tái)階上部，直到重力作用線與臺(tái)階邊緣重合。

第3階段為越障完成階段，如圖1c所示。當(dāng)重力作用線超過臺(tái)階邊緣的瞬間，在慣性作用下拖拉機(jī)與臺(tái)階下端脫離，完成越障過程。

1.2 越障運(yùn)動(dòng)學(xué)及動(dòng)力學(xué)模型

山地拖拉機(jī)能否順利完成越障，關(guān)鍵在第2階段，此階段某一時(shí)刻的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)如圖2所示，履帶接地段與坡道平面的夾角β急劇增大，山地拖拉機(jī)極有可能發(fā)生縱向翻傾。為分析山地拖拉機(jī)的爬坡越障性能，構(gòu)建最大越障高度的數(shù)學(xué)模型，需對(duì)其越障第2階段進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)及動(dòng)力學(xué)分析。

圖2 越障第2階段運(yùn)動(dòng)示意圖Fig.2 Schematic of obstacle negotiation process in phase Ⅱ

基于履帶式拖拉機(jī)的行駛特點(diǎn)、工況和相關(guān)研究經(jīng)驗(yàn)[16,28]，本研究做以下假設(shè)：

(1)忽略山地拖拉機(jī)在越障時(shí)質(zhì)心偏移產(chǎn)生的影響。

(2)山地拖拉機(jī)兩側(cè)履帶運(yùn)動(dòng)狀態(tài)保持一致，即同時(shí)接觸臺(tái)階邊緣，兩側(cè)履帶受力相同。

(3)將臺(tái)階視為剛體，不會(huì)因?yàn)榕c履帶接觸而產(chǎn)生破壞和變形。

(4)山地拖拉機(jī)在越障過程中始終沿縱向坡道運(yùn)動(dòng)，不存在橫向擺動(dòng)。

(5)越障過程中履帶始終保持張緊狀態(tài)，與臺(tái)階邊緣為線接觸。即臺(tái)階對(duì)于履帶接地段的作用力方向始終經(jīng)過臺(tái)階邊緣，且方向垂直于履帶所在平面。

(6)越障過程中，驅(qū)動(dòng)力在山地拖拉機(jī)行駛方向上的分量足夠大，足以驅(qū)動(dòng)其完成整個(gè)越障過程。

如圖2所示，坡地及臺(tái)階對(duì)山地拖拉機(jī)的支撐分別作用于點(diǎn)O和O1，山地拖拉機(jī)質(zhì)心在垂直于履帶接地段方向上的投影交OO1的延長(zhǎng)線于點(diǎn)A，坡道與臺(tái)階邊緣相交于點(diǎn)B，過點(diǎn)O做水平線與O1B相交于點(diǎn)C。將山地拖拉機(jī)看作剛體，由三角形OACG代替，且OA邊與履帶重合。

建立坐標(biāo)系oxy，使x軸始終平行于履帶接地段。定義點(diǎn)OICV為該時(shí)刻山地拖拉機(jī)的速度瞬心，vO、vO1與vCG分別表示該時(shí)刻點(diǎn)O、O1與質(zhì)心CG的速度；α為坡度角，β表示越障過程中的山地拖拉機(jī)仰角(履帶接地段與坡道之間的夾角)，δ表示vCG與x軸之間的夾角；k表示質(zhì)心到最后一個(gè)支重輪的水平距離(以下簡(jiǎn)稱質(zhì)心-支重輪距)，h表示質(zhì)心高度，r表示支重輪半徑，H表示障礙物高度。

對(duì)三角形OACG進(jìn)行速度分析，可得

(1)

式中vO——O點(diǎn)速度(即越障速度)，km/h

vt——驅(qū)動(dòng)輪分度圓線速度，km/h

lOICVO——OICV到O的長(zhǎng)度，mm

由幾何關(guān)系可得

(2)

式中l(wèi)OO1——O到O1的長(zhǎng)度，mm

lOICVCG——OICV到CG的長(zhǎng)度，mm

故可求得質(zhì)心CG的速度、法向加速度及切向加速度，為動(dòng)力學(xué)分析提供依據(jù)，具體為

(3)

式中vCG——質(zhì)心CG的速度，m/s

當(dāng)山地拖拉機(jī)的重力作用線與臺(tái)階邊緣重合時(shí)，山地拖拉機(jī)完成越障第2階段，由幾何關(guān)系可知

(4)

式中γ——三角形OACG中OCG與OA的夾角

lOCG——O到CG的長(zhǎng)度，mm

山地拖拉機(jī)在越障第2階段的運(yùn)動(dòng)是平面復(fù)合運(yùn)動(dòng)，可以分解為沿坡地向上的平動(dòng)和方向?yàn)槟鏁r(shí)針的轉(zhuǎn)動(dòng)，其慣性力系可以簡(jiǎn)化成一個(gè)作用在CG上的慣性力FI和一個(gè)慣性力偶矩MI。在重力作用線與臺(tái)階邊緣重合之前，山地拖拉機(jī)的受力如圖3所示。

圖3 越障第2階段受力圖Fig.3 Force schematic of obstacle negotiation process in phase Ⅱ

作用于拖拉機(jī)上的力有重力G、坡地對(duì)最后一個(gè)支重輪的支持力NO及切向力FO、臺(tái)階對(duì)履帶接地段的支持力NO1及切向力FO1，NO1垂直作用于履帶接地段。

對(duì)于FI，其在拖拉機(jī)質(zhì)心加速度切線和法線方向上的分量分別為

(5)

m——山地拖拉機(jī)質(zhì)量，kg

(6)

山地拖拉機(jī)行駛時(shí)，地面對(duì)于履帶接地段的切向作用力與對(duì)其的支持力成正比[29]。因此，作用于點(diǎn)O和O1上的切向力FO及FO1可表示為

(7)

其中

φ0=φ-f

(8)

式中φ——坡地和履帶之間的附著系數(shù)

f——地面的變形阻力系數(shù)

根據(jù)達(dá)朗貝爾原理，作用在山地拖拉機(jī)上各力在x軸與y軸上的分量組成平衡力系，有

(9)

式中JCG——拖拉機(jī)繞質(zhì)心CG的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，kg·m2

在山地拖拉機(jī)躍上臺(tái)階之前，整機(jī)有繞點(diǎn)O向坡道下方翻傾的可能，因此對(duì)點(diǎn)O求矩，為方便計(jì)算，設(shè)順時(shí)針為正，逆時(shí)針為負(fù)。為使整機(jī)在越障過程中不發(fā)生翻傾，要求作用于山地拖拉機(jī)上的外力對(duì)點(diǎn)O的合力矩不為負(fù)，即

(10)

山地拖拉機(jī)的爬坡越障性能主要由最大越障高度評(píng)價(jià)，用Hmax表示。在地面參數(shù)給定的條件下，Hmax越大，表明其越障性能越好。結(jié)合式(1)、(2)可得出Hmax的表達(dá)式

(11)

β=f(vO,α,k,h)

(12)

將式(12)代入式(11)可得

(13)

式中f′(vO,α,k,h)表示f(vO,α,k,h)的導(dǎo)數(shù)。由式(13)可知，Hmax是關(guān)于vO、α、k、h的函數(shù)。

1.3 最大越障高度計(jì)算與分析

本文計(jì)算分析所用的山地拖拉機(jī)主要參數(shù)如表1所示[1]。

表1 山地拖拉機(jī)主要參數(shù)Tab.1 Main parameters of SHCT

對(duì)于本實(shí)驗(yàn)室研發(fā)的山地拖拉機(jī)，由于質(zhì)心位置k與h已知，故vO及α是影響Hmax的主要因素。根據(jù)式(11)可計(jì)算出該機(jī)在不同α及越障速度vO下的Hmax，如圖4、5所示。

圖4 最大越障高度隨坡度角的變化曲線Fig.4 Changing curves of maximum obstacle clearance height with slope angle

圖5 最大越障高度隨越障速度的變化曲線Fig.5 Changing curves of maximum obstacle clearance height with tractor speed

由圖4可知，隨著α的增大，Hmax減小，且3條曲線逐漸靠近，即α越大，Hmax隨vO的變化越小。說明坡度角較大時(shí)，越障速度對(duì)于山地拖拉機(jī)的爬坡越障性能影響較小。對(duì)圖4中的主要數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合可得到該機(jī)在各擋位下的最大越障高度簡(jiǎn)易計(jì)算公式

(14)

圖5給出了不同坡度角下的越障速度對(duì)Hmax的影響曲線。由該圖可直觀地看出，當(dāng)α<15°時(shí)，Hmax隨越障速度的增大單調(diào)遞增，呈逐漸上揚(yáng)的趨勢(shì)；α≥15°時(shí)，Hmax隨越障速度的增大呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)，說明在坡度角較大時(shí)，越障速度的增大并不能提高山地拖拉機(jī)的越障性能。對(duì)圖5中的主要數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合可得到該機(jī)在不同坡度角下的最大越障高度簡(jiǎn)易計(jì)算公式

(15)

2 多體動(dòng)力學(xué)仿真試驗(yàn)

2.1 仿真模型的建立

由于前述Hmax的簡(jiǎn)易計(jì)算公式僅僅是針對(duì)本團(tuán)隊(duì)研發(fā)的山地拖拉機(jī)，其質(zhì)心位置為確定值，并不能看出質(zhì)心位置變化對(duì)Hmax的影響趨勢(shì)。為了使本研究成果更具有普遍性和代表性，還需進(jìn)一步研究質(zhì)心位置變化對(duì)于Hmax的影響以及各因素對(duì)于Hmax影響的顯著性。

基于Creo Parametric軟件，首先建立山地拖拉機(jī)機(jī)體3D模型并導(dǎo)入RecurDyn軟件的低速履帶模塊(Track-LM)；其次，按照表2所示參數(shù)，構(gòu)建履帶行走系的零部件幾何模型[30]；最終構(gòu)建出可用于多體動(dòng)力學(xué)仿真分析的山地拖拉機(jī)虛擬樣機(jī)模型，如圖6所示。

表2 履帶行走系及主要零部件參數(shù)Tab.2 Main parameters of SHCT mm

圖6 山地拖拉機(jī)虛擬樣機(jī)Fig.6 Virtual prototype of SHCT1.履帶 2.驅(qū)動(dòng)輪 3.支重輪 4.平衡臂 5.導(dǎo)向輪 6.機(jī)體

2.2 正交試驗(yàn)因素及水平

采用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法對(duì)影響山地拖拉機(jī)坡地最大越障高度的主要因素進(jìn)行仿真分析。

我國(guó)可耕地按照坡度可分為3大類，坡度角在0°～6°之間的為平耕地，坡度角在6°～15°之間的為緩坡耕地，坡度角在15°～25°之間的為陡坡耕地；坡度角大于25°的為非耕作地塊。由于大于20°的坡地水土流失嚴(yán)重[31]，不適宜耕作，因此本研究考慮將坡度角α作為因素A并在0°～20°之間設(shè)置6個(gè)水平；山地履帶拖拉機(jī)3個(gè)前進(jìn)擋的設(shè)計(jì)速度分別為1.6、2.2、4.1 km/h，因此考慮將vO作為因素B并以3個(gè)前進(jìn)擋的設(shè)計(jì)速度作為水平；另外，拖拉機(jī)的配重位置不同將導(dǎo)致質(zhì)心-支重輪距k的變化，不同功率的拖拉機(jī)由于體積不同，其質(zhì)心高度h也有所不同。因此考慮將拖拉機(jī)質(zhì)心位置參數(shù)k和h作為因素C和因素D并分別設(shè)置3個(gè)水平。具體水平設(shè)置如表3所示。

表3 仿真因素及水平Tab.3 Factors and levels of simulation experiment

2.3 正交試驗(yàn)方案及結(jié)果分析

根據(jù)表3所示因素及水平設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)，并以Hmax作為試驗(yàn)指標(biāo)，試驗(yàn)方案及結(jié)果如表4所示，表中A、B、C、D為因素水平值。表中Ri為第i個(gè)因素的極差。為消除因素水平不同對(duì)Ri的影響，引入極差折算系數(shù)di對(duì)Ri進(jìn)行修正，并用修正后的極差R′i來判定主次因素，其計(jì)算公式為

表4 仿真方案及結(jié)果Tab.4 Scheme and results of simulation

R′i=diRi

(16)

當(dāng)因素水平數(shù)為6和3時(shí)，di分別取0.37和0.52[32]。

為進(jìn)一步分析各因素對(duì)試驗(yàn)指標(biāo)影響的顯著性，在顯著水平0.05下對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行方差分析，結(jié)果如表5所示。

表5 方差分析Tab.5 Variance analysis

由表5可知，α、k、vO及h對(duì)于Hmax的影響均非常顯著(P<0.05)，且由F值可知，4個(gè)因素對(duì)于Hmax的影響程度排序?yàn)锳>C>B>D，即4個(gè)因素對(duì)Hmax的影響程度由大到小分別為α、k、vO、h。

對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行多元回歸，可得到山地拖拉機(jī)在不同參數(shù)下的最大越障高度簡(jiǎn)易計(jì)算公式為

(17)

式(17)可用于任意型號(hào)山地拖拉機(jī)最大越障高度計(jì)算。

2.4 單因素變量仿真試驗(yàn)與分析

為了直觀地反映出各因素對(duì)于Hmax的影響規(guī)律，分別以上述4個(gè)因素為變量，其它因素選取優(yōu)水平進(jìn)行仿真，并對(duì)比理論計(jì)算結(jié)果，得到各因素對(duì)于最大越障高度的影響規(guī)律，結(jié)果如圖7所示。

由理論曲線和仿真曲線可知，Hmax隨vO以及k的增大而增大(如圖7b、7c所示)，因此提高了山地拖拉機(jī)爬坡越障性；相反，α和h的增大則會(huì)阻礙山地拖拉機(jī)爬坡越障性能的提高(如圖7a、7d所示)。另一方面，隨著各因素水平值的改變，仿真曲線與理論曲線變化趨勢(shì)相同，但由于在理論計(jì)算時(shí)未考慮拖拉機(jī)質(zhì)心偏移，并假設(shè)臺(tái)階與履帶為剛體，因此各因素水平所對(duì)應(yīng)的仿真值與理論值存在偏差，且均小于理論值。針對(duì)上述偏差進(jìn)行分析，結(jié)果如表6所示。

圖7 單因素為變量的最大越障高度變化曲線Fig.7 Changing curves of Hmax for variation of single factors

表6 仿真值與理論計(jì)算的相對(duì)偏差Tab.6 Deviation between simulation values and theoretical calculations

由表6可知，因素A(坡度角)引起的相對(duì)偏差最大，且隨著坡度角的增加而增大。原因在于仿真環(huán)境下山地拖拉機(jī)越障時(shí)的質(zhì)心偏移量隨仰角增大而不斷變化，導(dǎo)致k減小及h增加，從而進(jìn)一步引起Hmax的減小。

另外，各因素對(duì)于仿真值與理論值之間相對(duì)偏差的影響由大到小分別為坡度角、質(zhì)心-支重輪距、越障速度、質(zhì)心高度，與影響Hmax的順序相同。因此，對(duì)Hmax影響越大的因素，其導(dǎo)致的仿真值與理論值之間的偏差越大。

3 坡地縱向越障田間試驗(yàn)

3.1 試驗(yàn)方案及步驟

依據(jù)GB/T 15833—2007、文獻(xiàn)[33]，采用本團(tuán)隊(duì)研制的山地履帶拖拉機(jī)物理樣機(jī)進(jìn)行最大越障高度的測(cè)試，試驗(yàn)地點(diǎn)選在西北農(nóng)林科技大學(xué)北校西區(qū)坡地。該坡地土質(zhì)較硬，縱向坡道長(zhǎng)度大于20 m，坡底有5～10 m的平路段，滿足試驗(yàn)需要，且坡度角范圍較大，便于根據(jù)試驗(yàn)要求選擇合適的坡道進(jìn)行試驗(yàn)。

試驗(yàn)首先將橫截面尺寸相同(長(zhǎng)、寬為1 200、200 mm)、高度不同的臺(tái)階(木質(zhì)立方體)每隔5 m依次沿縱向坡道方向埋入土壤并壓實(shí)周邊，臺(tái)階高度由60 mm開始，以20 mm為差值依次遞增(原理如圖8所示)；將山地履帶拖拉機(jī)預(yù)熱到正常工作溫度后，用最低擋由坡底的平路起步，油門全開向坡上行駛，由低到高依次跨越各個(gè)高度的臺(tái)階，直至不能越過為止；記錄山地履帶拖拉機(jī)所能跨越的臺(tái)階最大高度，每組試驗(yàn)沿臺(tái)階長(zhǎng)度方向測(cè)量10個(gè)數(shù)據(jù)，試驗(yàn)過程如圖9所示。

圖8 爬坡越障試驗(yàn)原理圖Fig.8 Schematic of obstacle negotiation experiment

圖9 田間試驗(yàn)過程Fig.9 Process of field experiment

3.2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

山地拖拉機(jī)在不同坡度角時(shí)的最大越障高度如表7所示。由表7可知，當(dāng)坡度角為0°～15°時(shí)，理論計(jì)算及仿真試驗(yàn)得到的結(jié)果與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的相對(duì)誤差均小于6.50%(平均相對(duì)誤差分別為3.65%、5.10%)；當(dāng)坡度角大于15°時(shí)，相對(duì)誤差明顯增大(平均相對(duì)誤差分別為16.17%、22.79%)，說明所建立的最大越障高度數(shù)學(xué)模型及仿真模型僅在坡度角較小(0°～15°)時(shí)有效。

表7 試驗(yàn)結(jié)果與相對(duì)誤差分析Tab.7 Results and relative error analysis

將仿真值與實(shí)測(cè)結(jié)果對(duì)比可得，所有坡度角變化范圍內(nèi)，仿真值均小于實(shí)測(cè)結(jié)果，如圖10所示。原因在于，仿真時(shí)臺(tái)階表層土壤被履帶行走系破壞，降低了履帶對(duì)于土壤的附著能力，從而降低了山地拖拉機(jī)的越障能力，而實(shí)測(cè)時(shí)采用木質(zhì)障礙物，其表層結(jié)構(gòu)不會(huì)被履帶行走系破壞，履帶的附著能力不會(huì)受到影響。

圖10 試驗(yàn)結(jié)果與理論值、仿真值的對(duì)比Fig.10 Comparison between test results with theoretical and simulation values

另一方面，在坡度角較小時(shí)，理論值與試驗(yàn)結(jié)果較為相近，而坡度較大時(shí)，實(shí)測(cè)結(jié)果明顯高于理論值，原因在于理論分析山地拖拉機(jī)越障第2階段時(shí)假設(shè)履帶始終張緊，并未考慮履帶適應(yīng)坡道平面與臺(tái)階形狀而產(chǎn)生變形。在實(shí)測(cè)試驗(yàn)中，該變形提高了履帶的附著能力，以進(jìn)一步對(duì)拖拉機(jī)的爬坡越障性能產(chǎn)生積極影響，而且隨著坡度角的增大，實(shí)測(cè)結(jié)果與理論值的差值變大，說明在坡地工況下履帶的附著能力將對(duì)山地拖拉機(jī)的越障性能產(chǎn)生重要影響。

4 結(jié)論

(1)分析了山地履帶拖拉機(jī)爬坡時(shí)跨越臺(tái)階的運(yùn)動(dòng)過程，得到求解最大越障高度的計(jì)算公式。分析結(jié)果表明，坡度角、越障速度及質(zhì)心位置是影響山地拖拉機(jī)爬坡越障性能的主要因素。

(2)設(shè)計(jì)了基于仿真的正交試驗(yàn)，通過RecurDyn軟件仿真得到山地拖拉機(jī)在不同工況及質(zhì)心位置下的爬坡最大越障高度。試驗(yàn)結(jié)果的方差分析表明，顯著影響山地拖拉機(jī)坡地縱向越障性能的各因素主次順序?yàn)椋浩露冉?、質(zhì)心-支重輪距、越障速度、質(zhì)心高度。

(3)對(duì)爬坡越障性能的影響因素分別進(jìn)行單因素變量仿真試驗(yàn)，并與理論計(jì)算值進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果表明，增大越障速度和質(zhì)心-支重輪距、減小坡度角和質(zhì)心高度可提高拖拉機(jī)的爬坡越障性能；對(duì)越障性能影響越大的因素，其仿真值與理論值之間的相對(duì)偏差越大。

(4)進(jìn)行了山地拖拉機(jī)的坡地縱向越障田間試驗(yàn)，將試驗(yàn)結(jié)果與理論計(jì)算、仿真結(jié)果進(jìn)行比較。結(jié)果表明，在速度為1.6 km/h、坡度角為0°～15°時(shí)，試驗(yàn)值與理論計(jì)算及仿真結(jié)果基本一致，理論計(jì)算與仿真試驗(yàn)的最大相對(duì)誤差分別為5.17%和6.47%；在坡度角大于15°時(shí)，理論計(jì)算與仿真試驗(yàn)最小相對(duì)誤差分別為13.25%和19.21%，說明所建立的理論及仿真模型在坡度角較小(0°～15°)時(shí)有效。