如何評價一臺拖拉機的性能？這篇文章說透了

通過分析拖拉機在機動性、環(huán)保性、安全性、舒適性評價方面的研究現狀，歸納總結拖拉機各項性能指標的評價方法。

1、農業(yè)拖拉機機動性評估

1.1動力輸出軸性能

動力輸出軸是拖拉機向配套農機具傳遞驅動力的核心部件，在農田旋耕作業(yè)時尤為重要，主要實現扭矩放大和動力輸出這兩項功能。PTO的輸出轉速可以手動調節(jié)，常見的為540、760、1000r/min。

1.2牽引性能

牽引試驗用于測試拖拉機將發(fā)動機動力轉移至車輪和地面的能力，試驗條件和動力輸出軸試驗類似。牽引力應沿水平方向，牽引桿相對于拖拉機的高度不發(fā)生變化，且拖拉機在試驗過程中始終處于受控狀態(tài)。對于輪式拖拉機，牽引力距離地面的靜態(tài)高度計算公式為

其中，W為前輪作用于地面的靜載荷(N);Z為軸距(mm); F為牽引力(N);Hmax為牽引力距離地面的靜拖拉機圖片態(tài)高度(mm) 。

如果驅動輪沒有連鎖在一起，則各驅動輪的滑轉率計算公式為

其中，δ為驅動輪滑轉率;N1為全部驅動輪轉過的總圈數;N0為拖拉機以3.5km/h的速度行駛(行駛過程中無牽引負載)時全部驅動輪轉過的總圈數。

牽引性能試驗應至少在能發(fā)揮拖拉機最大牽引率、驅動輪滑轉率不超過15%的各個擋位上進行。測量結果包括拖拉機牽引功率、拖拉機牽引力及驅動輪滑轉率等，當出現輪胎跳動現象時需將此時的驅動輪滑轉率記錄在試驗報告中。試驗中，拖拉機的擋位以比發(fā)出最大牽引功率的擋位高一級的擋位為起點，以比發(fā)出最大牽引力的擋位低一級的擋位為終點，在這兩個擋位之間進行。

1.3液壓提升性能

液壓提升性能試驗主要是指對拖拉機液壓懸掛裝置提升能力進行測試，內容包括提升行程、提升時間、最大提升力和靜沉降。目前，國內外用于測試拖拉機液壓提升性能的試驗臺(見圖2)大多采用油缸加載。工作原理是:在拖拉機懸掛裝置提升時，液壓泵站向油缸持續(xù)供油來達到穩(wěn)定負荷，用以模擬農機具掛接后的重力作用。

提升行程測試:操縱拖拉機提升手柄使懸掛裝置處于最低位置，測量框架質心(質心應在下懸掛點后610mm處、與立柱垂直的兩下懸掛點的中心線上)的離地高度;然后，操縱提升手柄使懸掛裝置處于最高位置，測量框架質心離地高度，計算最大離地高度與最小離地高度的差值作為拖拉機懸掛裝置提升行程的試驗數據，重復3次，取平均值。提升時間測試:將拖拉機懸掛裝置從最低位置升至最高位置所經歷的時間作為拖拉機懸掛裝置提升時間，重復試驗3次，取平均值。

最大提升力測試:在框架中心位置施加一個垂直向下的恒力，該力位于拖拉機縱向平面內，并在提升范圍內始終與地面保持垂直; 然后，在懸掛裝置提升范圍內劃分6個間隔大致相等的測量點(包括最低位置和最高位置)，測量每個點克服油缸負荷所發(fā)揮的最大值，測得的壓力值需超過安全閥最小調定壓力值。液壓懸掛裝置最大提升力的計算公式為

其中，Fmax為提升范圍內最大提升力(kN);F0為各分點最大提升力中的最小值(kN); P0為實測安全閥調定壓力(MPa);Pmin為拖拉機安全閥最小調定壓力(MPa)。

靜沉降測試:操縱拖拉機提升手柄使懸掛裝置處于最高位置，再將提升手柄置于中立位置并熄滅發(fā)動機，測量加載點的垂直高度;在30min內，每間隔5min測量并記錄1次加載點的垂直高度。

2、農業(yè)拖拉機環(huán)保性評估

2.1燃油消耗量

燃油消耗試驗一般與動力輸出軸性能測試、牽引性能測試同時進行，測試拖拉機每小時的燃油消耗量(kg/h)或每667m2的燃油消耗量(kg/667m2)。本試驗在發(fā)動機額定轉速下測試變負荷6種工況下的平均消耗率。將拖拉機油門踩至最低處，第1工況測量動力輸出軸最大轉矩、轉速及油耗，其余4個工況按前一次所得轉矩的85%、75%、50%、25% 記錄動力輸出軸轉矩、轉速和油耗，最后一個工況是測試怠速狀態(tài)下的轉矩、轉速和油耗。

2.2廢氣排放量

農機排氣污染主要是指拖拉機用柴油機中氮氧化合物(NOx )、一氧化碳(CO)、和碳氫化合物(HC)及顆粒物(PM)。拖拉機排放量測試方法:將排氣分析儀的取樣探頭按照規(guī)定插入排氣管內，然后將發(fā)動機的轉速加到額定轉速的0.7倍并維持30s;之后松開油門，使發(fā)動機的轉速降低到怠速范圍內，15s之后開始讀取數據，讀取時間為30s。在不考慮外界環(huán)境因素影響的前提下，氮氧化合物(NOx )、一氧化碳(CO)和碳氫化合物(HC)的計算公式為

其中，NOxconc、COconc、HCconc為排氣分析儀的檢測值(10－6);GEXHW為油耗(g/kW·h)

3、農業(yè)拖拉機安全性評估

3.1 翻車保護裝置(ROPS)性能

翻車保護裝置(Ｒoll－Over Protective Structure，簡稱“ROPS”)的作用是:當拖拉機在工作過程中發(fā)生側翻、重物壓到車身時，車身ROPS的變形不會達到人體極限安全區(qū)域， 能夠保障駕駛員的人身安全。目前，拖拉機ROPS已經從簡單的安全框架發(fā)展為功能多樣的駕駛室。

世界經合組織(OECD)要求對拖拉機ROPS必須進行安全性測試，內容包括:對拖拉機ROPS進行后推、側推的縱向加載，以及后壓、前壓的壓垮試驗，要求在一定的吸收能量和載荷范圍，駕駛員處于安全容身區(qū)域內。在OECD規(guī)則的基礎上，我國制定并實施了國家標準用于檢測拖拉機ROPS的性能。標準中要求:1個完整的ROPS靜態(tài)強度試驗應包括5次加載，施加在拖拉機ROPS上的載荷由拖拉機整機質量M決定。按照GB/T19498標準中規(guī)定的測試方法和測試位置，依次對安全架進行壓垮試驗和加載試驗。壓垮試驗在安全架前后分別施加20M的垂直壓垮力; 加載試驗在后水平縱向施加1.4M能量，在側向施加1.75M能量，在前水平縱向施加0.35M能量。該試驗的加載位置和后面縱向加載位置呈對角關系。對于安裝可折疊式或可傾翻式ROPS的拖拉機，需進行第2次縱向加載試驗。若對可折疊ROPS第1次縱向加載試驗在其折疊方向，則不必進行第2次縱向加載試驗。

3.2制動性能

拖拉機制動性能是保證拖拉機道路行駛和田間作業(yè)的重要指標。當前，制動性能測試主要分為路試檢測和臺試檢測:路試檢測使用五輪儀和減速度儀進行測試;臺試檢測常見的試驗臺有滾筒反力式制動試驗臺、平板式制動試驗臺和搓板式制動試驗臺等。進行路試檢測時，將檢測設備安裝在待測拖拉機上，駕駛員操縱拖拉機由怠速狀態(tài)逐漸加速;當拖拉機車速達到檢測要求的制動初速度時急踩制動踏板，利用檢測設備測量拖拉機車速和制動距離，依據測算出的減速度和制動距離判定拖拉機的制動性能是否達標。路試測算公式為

其中，V0為初速度(km/h);S為制動距離(m);as為路試減速度(m/s2)。

進行臺試檢測時(以搓板式制動試驗臺為例)，駕駛員將待測拖拉機駛至制動檢測板，使前輪停止在軸重檢測板上，并測得前軸的質量;測出軸質量后，繼續(xù)操縱待測拖拉機使前輪停止在制動檢測板上，駕駛員踩下剎車踏板啟動制動檢測功能，對制動檢測板施加驅動力F，使制動檢測板向后移動，檢測板推動后輪，在制動板上滑動;在檢測板工作過程中，其他得車輪不能轉動，此時壓力傳感器測得的力就是拖拉機該軸的制動力。類似的方法可以測得其他軸的質量和制動力，測算公式為

其中，F1為前軸制動力(N);F2為后軸制動力(N);m1為前軸質量(kg);m2為后軸質量(kg)。當只有后軸制動時，前軸制動力F1=0。

3.3視野范圍

駕駛員在駕駛過程中80%以上的信息是由視覺得到的，良好的拖拉機駕駛室視野是保證拖拉機安全高效作業(yè)的重要條件。研究拖拉機視野范圍需要首先確定駕駛員眼睛的位置。美國汽車工程師協會(Society of Automotive Engineers，簡稱SAE)提出了視橢圓理論。視橢圓是指體形不同的駕駛員自主調整駕駛座椅并以最舒適的駕駛姿勢入座后，他們的眼睛位置在坐標系中的統(tǒng)計分布圖形，如圖3所示。視橢圓理論是用來確拖拉機圖片定駕駛員視野的理想辦法，可以使駕駛者以一定的百分位或一定的概率對視野進行評價。

視橢圓測量在室內進行。測量時，在待測拖拉機前方一定距離處放置1個寬屏幕，在屏幕的中央安裝1架照相機，在距駕駛員側面的一定距離處安置另一臺照相機，并確保這兩臺照相機高度相等且光軸呈垂直關系;然后，駕駛員按自身意愿調整駕駛座椅并以正常駕駛姿勢入座;當屏幕上放映實時交通景象時，駕駛員在該情景下模擬駕駛動作。由于兩臺照相機的高度相等且光軸垂直，所以可依據拍攝到的圖像確定駕駛員眼位置在車身坐標系中的確切坐標。

4、農業(yè)拖拉機舒適性評估

4.1噪聲舒適性

拖拉機工作環(huán)境惡劣，行駛路況復雜，產生的噪聲較汽車更加劇烈。目前，農機行業(yè)對拖拉機舒適性的要求越來越高。歐盟規(guī)定，凡是出口到歐盟國家的拖拉機必須通過歐洲共同市場E－mark認證，規(guī)定駕駛員耳旁噪聲不高于86dB(A);美國等發(fā)達國家規(guī)定駕駛員耳旁噪聲限值為85dB(A);我國在GB6376－2008中也明確規(guī)定了不同標定功率的拖拉機的噪聲限值。噪聲限值如表1所示。

耳旁噪聲測試方法:測試前需將麥克風膜片面向拖拉機前進方向，其中心位置距離駕駛員座椅中心平面250mm、座位參考點上方790mm、前方150mm處。測試時，若拖拉機處于空負荷狀態(tài)，應當操縱拖拉機變速器至最高擋位。測量牽引全負荷工況下的拖拉機時，應當從空負荷開始逐級加載，測量并選取最大噪聲值。每次加載后，應該間隔一段時間再進行測量，使拖拉機產生的噪聲值保持穩(wěn)定。除了耳旁噪聲測試，國家標準還規(guī)定了動態(tài)環(huán)境噪聲測試方法，此方法對試驗場地有較高的要求，麥克風的位置由駕駛室內變成距離駕駛室7.5m左右兩側，具體測試方法不再贅述。

4.2振動舒適性

振動舒適性是衡量拖拉機總體性能中的一個重要指標。拖拉機駕駛員在駕駛過程中受到的振動會對其身心健康產生危害，危害程度受振動頻率的影響。此外，振動的頻率過大還會對拖拉機零部件產生影響，降低其使用壽命。

駕駛員全身振動試驗通過測量座椅或底板傳給駕駛員的振動，評定拖拉機振動舒適性能。試驗前，按照產品說明書對拖拉機駕駛座進行調整，駕駛座應在特定的工作條件下磨合1h以上。試驗中，拖拉機輪胎各項尺寸參數和工作性能需達到試驗要求。

選取兩條試驗跑道進行振動測量: ①100m較平滑跑道; ②35m較粗糙跑道。每條試驗跑道由適應拖拉機輪距寬度的兩條平行跑道組成，跑道條應牢固鋪在水平地面上且滿足國家標準中關于跑道條參數(厚度、間距等)的要求。對于跑道1，拖拉機進行試驗的速度分別為10、12、14km/h，跑道2的試驗速度為4、5、6km/h。測量每次行駛時3個軸向的加權振動的均方根值，即

其中，awx為X方向的頻率加權加速度均方根值;awy為Y方向的頻率加權加速度均方根值; awz 為Z方向的頻率加權加速度均方根值(m/s2 )。式(7)中，縱向X特指后背至前胸; 橫向Y特指左側至右側，垂向Z特指臀部至頭部。

5、結論

農業(yè)拖拉機各項性能指標涉及我國農機制造質量、農機作業(yè)條件、農機操作方法等多個因素。隨著農業(yè)現代化、農業(yè)產業(yè)化的推進，我國的農業(yè)生產將進一步向集約化、社會化、區(qū)域化方向發(fā)展。在這樣的大背景下，拖拉機的性能評價指標不能只注重其機械性能，必須在舒適性和環(huán)保性方面提出更高要求。為此，介紹了拖拉機各項性能評價指標和試驗方法，構建了拖拉機性能指標評價體系的大致框架，為進一步量化評價指標、完善拖拉機性能指標評價體系提供理論指導。

（來源：農機化研究 2021年6月 文章有刪節(jié)）

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來源：農機化研究，版權屬于原作者。

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