劉 昱， 張 靜， 鄭德聰， 楊艷明， 李志偉

（山西農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)業(yè)工程學(xué)院，山西 晉中 030801）

0 引言

我國丘陵山區(qū)縣級(jí)行政區(qū)占全國的2/3，農(nóng)業(yè)資源豐富，開發(fā)利用價(jià)值高，但由于作業(yè)環(huán)境復(fù)雜，坡度起伏變化大，地塊小而分散，制約了丘陵山區(qū)農(nóng)業(yè)機(jī)械化的發(fā)展[1-3]。在丘陵山區(qū)作業(yè)時(shí)常常需要在窄小的地頭進(jìn)行轉(zhuǎn)彎掉頭，而傳統(tǒng)拖拉機(jī)速度慢、轉(zhuǎn)向不便、易磨損及轉(zhuǎn)彎半徑大，不僅會(huì)損傷土壤和作物，也不利于駕駛員的操作和安全。國內(nèi)外針對(duì)車輛底盤的傳動(dòng)和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)做了大量的研究[4-6]。 有學(xué)者對(duì)自適應(yīng)拖拉機(jī)底盤的轉(zhuǎn)向性能進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)分析計(jì)算[7]。馮江等[8]研制了一種機(jī)械式單邊驅(qū)動(dòng)底盤轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，通過控制動(dòng)力的改變實(shí)現(xiàn)底盤大小半徑的轉(zhuǎn)向，使左右履帶反向等速運(yùn)轉(zhuǎn)，可實(shí)現(xiàn)田間地頭原地轉(zhuǎn)向。馮雪[9]設(shè)計(jì)了一種丘陵山地拖拉機(jī)四輪液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，建立模型并完成了轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)仿真分析。

目前丘陵山地拖拉機(jī)研發(fā)過程中普遍存在地頭轉(zhuǎn)向耗時(shí)長(zhǎng)、轉(zhuǎn)彎半徑大及平順性不足等問題，影響整機(jī)的行駛及作業(yè)需求，需要開發(fā)研究適合我國國情的丘陵山地拖拉機(jī)[10]。針對(duì)我國丘陵山區(qū)的農(nóng)田作業(yè)環(huán)境，對(duì)丘陵山地拖拉機(jī)底盤的傳動(dòng)系統(tǒng)和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進(jìn)行分析，設(shè)計(jì)一款可實(shí)現(xiàn)原地轉(zhuǎn)向的504 型丘陵山地拖拉機(jī)，旨在解決拖拉機(jī)的動(dòng)力傳遞和轉(zhuǎn)向等關(guān)鍵技術(shù)問題，對(duì)提高丘陵山區(qū)的農(nóng)業(yè)機(jī)械化程度、提升農(nóng)機(jī)作業(yè)效率具有一定意義。

1 總體設(shè)計(jì)方案

504 型丘陵山地拖拉機(jī)底盤為四驅(qū)輪式結(jié)構(gòu)，由動(dòng)力輸出、后驅(qū)動(dòng)輪、齒輪傳動(dòng)箱、后輪邊傳動(dòng)箱、轉(zhuǎn)向分動(dòng)箱、后驅(qū)動(dòng)橋、上梁、連接架、制動(dòng)裝置、縱梁車架、前驅(qū)動(dòng)橋、前輪邊傳動(dòng)箱、發(fā)動(dòng)機(jī)、前驅(qū)動(dòng)輪、機(jī)架、無級(jí)變速箱、齒輪減速控制箱和減速器等組成，其結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 504 型丘陵山地拖拉機(jī)整體結(jié)構(gòu)Fig.1 Overall structure of 504-type hilly tractor

拖拉機(jī)底盤采用機(jī)械式H 型傳動(dòng)路線，無級(jí)變速箱和減速器組合實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)比的連續(xù)性改變，通過轉(zhuǎn)向分動(dòng)器內(nèi)置的牙嵌離合器兩兩組合完成原地轉(zhuǎn)向，利用平行四桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行仿形調(diào)平。發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力經(jīng)無級(jí)變速箱調(diào)速后，傳至齒輪減速控制箱，內(nèi)置牙嵌離合器可控制動(dòng)力的中斷與輸出，經(jīng)齒輪箱減速后通過萬向節(jié)輸出動(dòng)力。

整機(jī)質(zhì)量為2 000 kg，長(zhǎng)、寬、高尺寸為2 010 mm×1 421 mm×1 438 mm，軸距1 200 mm，輪距1 200 mm，配套動(dòng)力選用YD4C50 V3 型柴油機(jī)，轉(zhuǎn)速為2 400 r/min，功率為36.8 kW，輪胎選用7.5-16 型人字形高花紋農(nóng)用輪胎，動(dòng)力輸出為540/1 000 r/min[11]。504 型丘陵山地拖拉機(jī)底盤可結(jié)合丘陵山區(qū)多種作物的種植模式與農(nóng)藝要求，配套相關(guān)農(nóng)機(jī)具完成除草、耕地整地、播種施肥等作業(yè)，實(shí)現(xiàn)拖拉機(jī)底盤的一機(jī)多用。

2 傳動(dòng)與行走系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 傳動(dòng)路線分析

504 型丘陵山地拖拉機(jī)采用全機(jī)械式傳動(dòng)方案，通過中間縱梁管內(nèi)外雙傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì)，將左右側(cè)驅(qū)動(dòng)輪的動(dòng)力傳輸獨(dú)立分開，通過轉(zhuǎn)向分動(dòng)器實(shí)現(xiàn)靈活轉(zhuǎn)彎，減小轉(zhuǎn)向半徑，提高作業(yè)效率。如圖2 所示，整機(jī)底盤的傳動(dòng)呈“H”型結(jié)構(gòu)，前后驅(qū)動(dòng)橋看作H 的兩條豎線，中間縱梁為H 中間的橫線[12]。發(fā)動(dòng)機(jī)、變速箱和減速器等均懸置鉸接于中車梁下方，便于保持平衡和降低整機(jī)底盤重心。動(dòng)力由柴油機(jī)輸出后，由主離合器傳至無級(jí)變速箱調(diào)速分配，通過齒輪傳動(dòng)箱將動(dòng)力分為兩路：一路經(jīng)減速后連接動(dòng)力輸出軸，控制懸掛農(nóng)機(jī)具的提升和作業(yè)；另一路動(dòng)力經(jīng)法蘭連接傳遞至主減速器總成，經(jīng)減速增扭后傳至4 個(gè)牙嵌離合器組成的分動(dòng)箱。在不同行進(jìn)狀態(tài)下通過兩兩組合，將左右側(cè)分開輸出兩路動(dòng)力流，分別將兩路動(dòng)力經(jīng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)向上傳遞至縱梁車架的內(nèi)外軸，經(jīng)實(shí)心內(nèi)軸及空心外軸輸出為左右兩側(cè)動(dòng)力，由驅(qū)動(dòng)橋內(nèi)的錐齒輪換向后，通過等速萬向節(jié)將動(dòng)力分別傳至4 個(gè)輪邊傳動(dòng)箱支撐梁，經(jīng)其內(nèi)置的直齒輪向下傳動(dòng)，最終驅(qū)動(dòng)各自的車輪轉(zhuǎn)動(dòng)，拖拉機(jī)底盤開始行駛工作，進(jìn)而構(gòu)成丘陵山地拖拉機(jī)底盤的總體機(jī)械式傳動(dòng)系統(tǒng)。

圖2 504 型丘陵山地拖拉機(jī)總體傳動(dòng)路線Fig.2 Overall transmission route of 504-type hilly mountain tractor

丘陵山地拖拉機(jī)的前進(jìn)與倒退通過分動(dòng)器的接合與分離實(shí)現(xiàn)，擋位數(shù)相同，擬定各擋位的理論作業(yè)最低速度為0.5 km/h，最高速度為5 km/h[13-14]。

2.2 驅(qū)動(dòng)能力計(jì)算

拖拉機(jī)結(jié)構(gòu)比質(zhì)量K值是其強(qiáng)度的必要保證，在拖拉機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)中給出了K值的推薦指標(biāo)，四驅(qū)輪式拖拉機(jī)結(jié)構(gòu)比質(zhì)量推薦54～75 kg/kW，求得36.8 kW 的504 型四驅(qū)輪式拖拉機(jī)結(jié)構(gòu)質(zhì)量上限為2 760 kg，下限為1 987 kg[15]。

504 型丘陵山地拖拉機(jī)底盤的驅(qū)動(dòng)輪在路面的受力如圖3 所示[16]。圖中：v為行駛速度，km/h；Tq為驅(qū)動(dòng)輪扭矩，N·m；Fq為水平路面對(duì)輪胎的正向驅(qū)動(dòng)力，N；FN為地面對(duì)驅(qū)動(dòng)輪的法向支持力，N；Fp為驅(qū)動(dòng)輪水平方向向后作用力，N；r為驅(qū)動(dòng)輪的半徑，m；l為法向反作用力前進(jìn)的距離，m；FY為丘陵山地拖拉機(jī)底盤的驅(qū)動(dòng)輪法向載荷，N。

圖3 驅(qū)動(dòng)輪受力分析Fig.3 Force analysis of driving wheel

發(fā)動(dòng)機(jī)的有效轉(zhuǎn)矩經(jīng)過變速箱變速變扭，減速箱減速增扭，再傳至前后驅(qū)動(dòng)橋，最后經(jīng)輪邊傳動(dòng)箱傳至驅(qū)動(dòng)輪，此時(shí)驅(qū)動(dòng)輪獲得足夠大的轉(zhuǎn)矩[17]。驅(qū)動(dòng)力計(jì)算如式（1）所示。

式中φ-路面附著系數(shù)

m-拖拉機(jī)質(zhì)量，kg

g-重力加速度，取g=9.8 m/s2

拖拉機(jī)使用質(zhì)量的大小需滿足附著力的要求，根據(jù)拖拉機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)，輪式拖拉機(jī)在旱田的附著系數(shù)為0.55～0.65，這里φ取0.55，求得驅(qū)動(dòng)力Fq=10.78 kN[18]。

扭矩根據(jù)式（2）計(jì)算。

式中η-傳動(dòng)效率，取η=0.8

r-驅(qū)動(dòng)輪半徑，m，r=0.405 m

由式（1）及式（2）求得扭矩T=5 457 N·m。

因底盤為四輪驅(qū)動(dòng)，單輪的驅(qū)動(dòng)力為

式中Fq1-單輪驅(qū)動(dòng)力

經(jīng)計(jì)算，F(xiàn)q1=2 695 N。

2.3 關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)

2.3.1 驅(qū)動(dòng)橋和中央傳動(dòng)總成

504 型丘陵山地拖拉機(jī)底盤的前后驅(qū)動(dòng)橋均由中央傳動(dòng)總成、兩對(duì)換向錐齒輪、左右驅(qū)動(dòng)半軸和等速萬向節(jié)等組成，如圖4 所示。中央傳動(dòng)總成位于驅(qū)動(dòng)橋中央傳動(dòng)箱內(nèi)，兩側(cè)分別由空心軸和實(shí)心軸傳出的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)，中央傳動(dòng)由傳動(dòng)比為1∶1 的直齒輪組成，將主驅(qū)動(dòng)軸傳出的動(dòng)力分為兩股，實(shí)現(xiàn)左右半軸的獨(dú)立轉(zhuǎn)動(dòng)，分別傳至成對(duì)的錐齒輪進(jìn)行換向，再通過等速萬向節(jié)傳至輪邊傳動(dòng)箱。其中錐齒輪模數(shù)均為4，齒數(shù)均為24，分錐角為45°，分度圓直徑為96 mm，傳動(dòng)比為1∶1。通過轉(zhuǎn)向分動(dòng)箱和變速器改變內(nèi)外軸的轉(zhuǎn)向和大小，控制拖拉機(jī)底盤的轉(zhuǎn)向與直線兩種行駛狀態(tài)。

圖4 驅(qū)動(dòng)橋和中央傳動(dòng)結(jié)構(gòu)Fig.4 Structure of drive axle and central transmission

2.3.2 輪邊傳動(dòng)箱

結(jié)合圖1 可知，為提高拖拉機(jī)離地間隙并獲得較高的傳遞效率，在中央傳動(dòng)和最終驅(qū)動(dòng)輪間分別設(shè)置前后輪邊傳動(dòng)箱，可同時(shí)起到傳輸動(dòng)力及支撐底盤的作用。因傳遞距離較長(zhǎng)，采用多級(jí)齒輪傳動(dòng)，由8 mm 厚的鋼板焊接而成。首先通過驅(qū)動(dòng)橋中央傳動(dòng)的錐齒輪將動(dòng)力通過半軸傳至輪邊傳動(dòng)箱的直齒輪，兩軸之間的夾角隨著底盤的仿形過程隨時(shí)變化，為保證平行四桿調(diào)平機(jī)構(gòu)順利工作，在輪邊傳動(dòng)箱和半軸連接處采用等速萬向節(jié)圍繞中心進(jìn)行上下角度調(diào)整，進(jìn)而保證動(dòng)力的正常傳遞，最后由輪邊直齒輪將動(dòng)力通過一排直齒輪向下傳至驅(qū)動(dòng)輪。輪邊傳動(dòng)箱直齒輪模數(shù)為4。在使用標(biāo)準(zhǔn)齒輪齒形時(shí)，不產(chǎn)生根切的最小齒數(shù)為17，確定該傳動(dòng)箱直齒輪的齒數(shù)為19，壓力角為20°，分度圓直徑為76 mm[19]。

2.4 傳動(dòng)比分配

504 型丘陵山地拖拉機(jī)底盤的總傳動(dòng)比由發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、底盤作業(yè)速度和驅(qū)動(dòng)輪直徑?jīng)Q定，按式（4）計(jì)算。

式中i∑γ-底盤不同速度下的總傳動(dòng)比

nc-發(fā)動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速，r/min

D-驅(qū)動(dòng)輪直徑，m

vγ-某擋位時(shí)底盤的理論行駛速度，km/h

γ-不同速度下的擋位

將發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速nc=2 400 r/min，驅(qū)動(dòng)輪直徑D=0.81 m，最低速度0.5 km/h，最高速度5 km/h 帶入式（4），求得各擋位下拖拉機(jī)底盤的最大及最小總傳動(dòng)比分別為732.50 及73.25。

總傳動(dòng)比為各部分傳動(dòng)比的乘積，根據(jù)各級(jí)傳動(dòng)布置情況和實(shí)際作業(yè)的需求，合理分配各組傳動(dòng)比，如式（5）所示[20]。

式中i1-中央傳動(dòng)比

i2-變速箱傳動(dòng)比

i3-減速器傳動(dòng)比

504 型丘陵山地拖拉機(jī)選用MB75 行星摩擦式機(jī)械無級(jí)變速機(jī)，傳動(dòng)比范圍i2=1～5。當(dāng)無級(jí)變速箱分配最小傳動(dòng)比時(shí)，i1=1，i2=1，i3根據(jù)式（6）計(jì)算。

則減速器的傳動(dòng)比i3=73.25。具體傳動(dòng)比分配如表1所示。

表1 各級(jí)傳動(dòng)比分配方案Tab.1 Distribution plan of transmission ratios at all levels

選取R77 斜齒輪減速機(jī)作為主減速器，其傳動(dòng)比為77.24。前后驅(qū)動(dòng)橋傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速n由式（7）計(jì)算，求得其輸出最高及最低轉(zhuǎn)速分別為31.07 和6.21 r/min。

3 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì)與分析

3.1 結(jié)構(gòu)組成及工作原理

504 型丘陵山地拖拉機(jī)底盤應(yīng)用輪式車輛中心轉(zhuǎn)向原理，采用離合器式轉(zhuǎn)向，通過改變左右兩側(cè)驅(qū)動(dòng)輪所受驅(qū)動(dòng)力的大小和方向來實(shí)現(xiàn)底盤的轉(zhuǎn)向，實(shí)現(xiàn)田間窄小地頭的原地轉(zhuǎn)向，轉(zhuǎn)向傳動(dòng)設(shè)計(jì)路線如圖5 所示。左右側(cè)驅(qū)動(dòng)輪為分開的兩股動(dòng)力源，采用4 個(gè)機(jī)械式濕式牙嵌離合器兩兩組合方式，在傳統(tǒng)離合器單邊制動(dòng)轉(zhuǎn)向的基礎(chǔ)上，加以正反驅(qū)動(dòng)力的轉(zhuǎn)換，使兩側(cè)的驅(qū)動(dòng)輪可一前一后，從而實(shí)現(xiàn)任意半徑的轉(zhuǎn)向，尤其可實(shí)現(xiàn)丘陵山區(qū)短小地頭的原地轉(zhuǎn)向，降低了轉(zhuǎn)向和制動(dòng)功率損耗。

圖5 504 型丘陵山地拖拉機(jī)原地轉(zhuǎn)向傳動(dòng)系統(tǒng)Fig.5 In-situ steering transmission system of 504-type hilly mountain tractor

轉(zhuǎn)向分動(dòng)器工作原理如圖6 所示，由C1、C2、C3和C4 共4 個(gè)牙嵌式離合器組成控制，輸入一股動(dòng)力，輸出兩股動(dòng)力，可保證拖拉機(jī)起步和爬坡時(shí)傳遞較大扭矩，正常作業(yè)行駛時(shí)傳遞扭矩相對(duì)較小，通過離合器兩兩組合成4 種不同狀態(tài)實(shí)現(xiàn)不同行走工況。

圖6 轉(zhuǎn)向分動(dòng)器機(jī)構(gòu)展開示意Fig.6 Schematic diagram of expansion of steering transfer mechanism

3.2 不同轉(zhuǎn)向工況分析

丘陵山地拖拉機(jī)底盤可實(shí)現(xiàn)直線行駛、原地轉(zhuǎn)向、小半徑和大半徑轉(zhuǎn)向等形式，504 型丘陵山地拖拉機(jī)底盤轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的換向裝置狀態(tài)分析如表2 所示[21]。其中，軸1 表示實(shí)心軸，軸2 表示空心軸，如圖1 和圖4 所示。

表2 轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)不同工況分析Tab.2 Analysis of different working conditions of steering mechanism

3.2.1 直線行駛

504 型丘陵山地拖拉機(jī)底盤直線行駛的傳動(dòng)原理如圖7 所示。在實(shí)現(xiàn)正常向前直線行駛作業(yè)狀態(tài)下，離合器C1 與C4 接合，C2 與C3 保持分離空轉(zhuǎn)狀態(tài)，由分動(dòng)器向上輸入兩個(gè)方向相同且均為正轉(zhuǎn)的動(dòng)力，此時(shí)縱梁內(nèi)實(shí)心軸1 和空心軸2 均正轉(zhuǎn)，同時(shí)將動(dòng)力分別傳至左右兩邊的支撐梁傳動(dòng)箱，帶動(dòng)左右驅(qū)動(dòng)輪正轉(zhuǎn)并以相同速度同向行駛，從而實(shí)現(xiàn)向前直線行駛。同理，倒退行駛時(shí)只需在分動(dòng)器中接合離合器C2 及C3 并斷開離合器C1 及C4。

圖7 轉(zhuǎn)向分動(dòng)器直線行駛傳動(dòng)原理Fig.7 Steering transfer case linear driving transmission principle

3.2.2 原地轉(zhuǎn)向

由原地轉(zhuǎn)向傳動(dòng)原理圖8 可知，要實(shí)現(xiàn)拖拉機(jī)原地左轉(zhuǎn)向，需將轉(zhuǎn)向組合裝置內(nèi)的離合器C1 與C3 接合，C2 與C4 斷開，輸出一正一反動(dòng)力源，此時(shí)縱梁內(nèi)實(shí)心軸1 正轉(zhuǎn)并帶動(dòng)右驅(qū)動(dòng)輪正轉(zhuǎn)向前，空心軸2 反轉(zhuǎn)并帶動(dòng)左驅(qū)動(dòng)輪反轉(zhuǎn)向后，底盤開始向左原地轉(zhuǎn)向。同理，將離合器C2 與C4 接合，C1 與C3 斷開時(shí)，縱梁內(nèi)空心軸2 正轉(zhuǎn)，實(shí)心軸1 反轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)左邊驅(qū)動(dòng)輪正轉(zhuǎn)向前及右邊驅(qū)動(dòng)輪反轉(zhuǎn)向后，實(shí)現(xiàn)底盤向右原地轉(zhuǎn)向。

3.2.3 大小半徑轉(zhuǎn)向

大小半徑轉(zhuǎn)向傳動(dòng)原理與原地轉(zhuǎn)向一致，如圖8 所示。以左轉(zhuǎn)向?yàn)槔獙?shí)現(xiàn)拖拉機(jī)向左小半徑轉(zhuǎn)向，需將前后驅(qū)動(dòng)橋上的轉(zhuǎn)向離合器C1 與C3 接合，分別驅(qū)動(dòng)實(shí)心軸1 正轉(zhuǎn)及空心軸2 反轉(zhuǎn)，此時(shí)右驅(qū)動(dòng)輪正轉(zhuǎn)，左驅(qū)動(dòng)輪反轉(zhuǎn)，拖拉機(jī)以較小半徑左轉(zhuǎn)向，當(dāng)達(dá)到所需轉(zhuǎn)向小角度后，即刻斷開C3 并接合C4，可恢復(fù)正常直線行駛。同理，若要實(shí)現(xiàn)較大半徑左轉(zhuǎn)向，當(dāng)達(dá)到所需轉(zhuǎn)向大角度后，即刻斷開C3 并接合C4，恢復(fù)正常直線行駛。

圖8 轉(zhuǎn)向分動(dòng)器原地轉(zhuǎn)向傳動(dòng)原理Fig.8 Steering transfer case in-place steering transmission principle

3.3 原地轉(zhuǎn)向受力分析

在左右兩側(cè)驅(qū)動(dòng)輪同速且方向相反狀態(tài)下可實(shí)現(xiàn)在空間窄小的田間地頭原地轉(zhuǎn)向，轉(zhuǎn)向過程中受力分析如圖9 所示，當(dāng)504 型丘陵山地拖拉機(jī)底盤在狹小空間原地轉(zhuǎn)向時(shí)，因行駛速度較低，可忽略離心力的影響，假設(shè)整車中心位于驅(qū)動(dòng)輪對(duì)稱軸線的交點(diǎn)O，設(shè)定左右驅(qū)動(dòng)輪距離為A，前后驅(qū)動(dòng)輪間軸距為L(zhǎng)，v1與v2為兩側(cè)驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)速度，二者大小相等且方向相反，4 個(gè)驅(qū)動(dòng)輪所受到的驅(qū)動(dòng)力大小均相等，此時(shí)兩側(cè)驅(qū)動(dòng)輪所受的滾動(dòng)阻力大小相等，方向相反[22]。

圖9 原地轉(zhuǎn)向受力分析Fig.9 Force analysis of in-place steering

式中Fq-各驅(qū)動(dòng)輪所受驅(qū)動(dòng)力，N

Ff-各驅(qū)動(dòng)輪所受滾動(dòng)阻力，N

Fμ-各驅(qū)動(dòng)輪所受滑動(dòng)阻力，N

G-拖拉機(jī)整機(jī)質(zhì)量，kg

F-不同行走工況對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)輪滾動(dòng)阻力系數(shù)，N/kN

μ-驅(qū)動(dòng)輪橫向滑移阻力系數(shù)，N/kN

φ-驅(qū)動(dòng)輪縱向滑移阻力系數(shù)，N/kN [23]

假設(shè)順時(shí)針方向?yàn)檎瑒t原地轉(zhuǎn)向時(shí)，底盤受到的總驅(qū)動(dòng)力矩為

底盤受到的總滑移阻力矩為

底盤受到的總滾動(dòng)阻力矩為

實(shí)現(xiàn)原地轉(zhuǎn)向，底盤需滿足的條件為

將式（8） ～式（13）代入式（14）中，則有

式中Mq-單個(gè)車輪的驅(qū)動(dòng)力矩，N·m

Mμ-單個(gè)車輪的滑移阻力矩，N·m

Mf-單個(gè)車輪的滾動(dòng)阻力矩，N·m

A-底盤輪距，mm，取1 200 mm

L-軸距，mm，為1 200 mm

求得

由上述可知，拖拉機(jī)整機(jī)轉(zhuǎn)向過程消耗的有用功受底盤輪距、軸距、滾動(dòng)阻力系數(shù)及滑動(dòng)阻力系數(shù)影響。若要實(shí)現(xiàn)504 型丘陵山地拖拉機(jī)底盤原地轉(zhuǎn)向功能，其所受滑移阻力矩與滾動(dòng)阻力矩之和須小于其所受驅(qū)動(dòng)力矩，因此，底盤輪距與軸距比值應(yīng)≥1[24]。504 型丘陵山地拖拉機(jī)底盤輪距與軸距均為1 200 mm，比值為1，滿足條件，可實(shí)現(xiàn)原地中心轉(zhuǎn)向。

4 結(jié)束語

（1）504 型丘陵山地拖拉機(jī)底盤采用H 型車架和縱梁內(nèi)外雙傳動(dòng)軸機(jī)械傳動(dòng)，通過縱梁內(nèi)外雙軸的設(shè)計(jì)將左右兩側(cè)的驅(qū)動(dòng)力獨(dú)立分開，主動(dòng)力分為兩路輸出，分別通過前后驅(qū)動(dòng)橋傳遞到左、右兩組驅(qū)動(dòng)輪上，實(shí)現(xiàn)車輛的前進(jìn)、后退和左右轉(zhuǎn)向。驅(qū)動(dòng)力為10.78 kN，扭矩為5 457 N·m，單輪驅(qū)動(dòng)力為2 695 N，理論作業(yè)速度為0.5～5.0 km/h。行走系統(tǒng)采用四驅(qū)輪式結(jié)構(gòu)，傳動(dòng)比可連續(xù)性改變，最大總傳動(dòng)比為732.50，最小總傳動(dòng)比為73.25，選用MB75 行星摩擦式機(jī)械無級(jí)變速機(jī)搭配R77 斜齒輪減速機(jī)，前后驅(qū)動(dòng)橋傳動(dòng)軸最高轉(zhuǎn)速為31.07 r/min，最低轉(zhuǎn)速為6.21 r/min，其中無級(jí)變速器傳動(dòng)比為1～5，主減速器77.24，動(dòng)力輸出3.2，中央傳動(dòng)1.0。

（2）轉(zhuǎn)向系統(tǒng)采用離合器式轉(zhuǎn)向形式，通過轉(zhuǎn)向分動(dòng)器內(nèi)置的4 個(gè)C1、C2、C3 和C4 牙嵌式離合器兩兩組合，將動(dòng)力分為兩股，控制縱梁內(nèi)外傳動(dòng)軸的正反轉(zhuǎn)，完成拖拉機(jī)底盤不同作業(yè)狀態(tài)的切換。504 型丘陵山地拖拉機(jī)底盤的輪距和軸距均為1 200 mm，比值等于1，保證其驅(qū)動(dòng)力矩大于滑移阻力矩和滾動(dòng)阻力矩之和，可在狹小空間內(nèi)完成原地轉(zhuǎn)向。