轮式车辆(工程机械)牵引力预测方法探讨

轮式车辆（工程机械）牵引力预测方法探讨

摘要：1对于牵引式农机来说，只要在拖拉机与农具之间安放拉力传感器或机

式拉力表就可以进行牵引力的测量。2贝克根据在车轮和土体间产生水平剪切的观点，对刚性驱动轮(充气压力较高且具有轮胎花纹)作用下土的剪切变形，作了简化分析。3周向剪切计算法:①作用在刚性车轮(轮胎充气压力较高且具有轮胎花纹)与土体接触面上的法向应力p为θ角的函数(图7-7），由贝克压力沉陷公式确定;②土的剪切位移j沿车轮周向产生，并且为θ。的函数;③剪切面上的剪应力τ是以切向变形的函数给出的，由贾诺西公式确定。

关键词：牵引力传感器贝克方法周向剪切计算法

1传感器测试牵引力

1.1 牵引力传感器的结构特点

CLx30 型测力装置的测力传感器（如图1 所示），主要由上悬臂梁式测力传感器（1）、框架（2）、连接板（3）和下测力传感器（4）等组成。上传感器与拖拉机悬挂机构上拉杆连接，另外框架上部有一构件与农具上挂结点连接。下传感器是“一”字形棒状整体结构，其两端为销状弹性元件，两端与拖拉机悬挂机构下拉杆连接。而棒状轴中段通过连接板与农具机架前梁连接。它具有安装使用方便，农具后移距离小，且易于实现商品化、标准化和自车法测量等特点。该测力装置主要用于整机测力。

1.2传感器测力基本原理

1..

2.1测力原理

图2 所示的是农具与拖拉机悬挂机构的受力简图。

拖拉机上下拉杆作用于农具上下悬挂点的力，分别为S 和Q ，沿牵引方向（水

平）和垂直方向分解为Sz、Sx、Q

左x、Q

右

y、Q

右

z；土壤对农具的作用力分解

为Px、Pz；农具重力G由于本测力装置主要是整机测力，着重于Px测定，兼顾Pz，因此有

只要能测量S 、Q 各分力值，就可测整机总牵引力Px和Pz。因此，本测力装置采用应变梁式（力—弯曲应变）的线性特征和横剪力的测力方案。在上、下测力弹性轴上粘贴应变片，以感受S 、Q 作用力对弹性轴（悬臂梁）产生的弯曲应变信号进行测量。

1.2.2传感器弹性轴上应变片的粘贴与接桥

当悬臂梁上作用一力P ，则由此力引起的各截面上的横剪力Q 是相等的，且Q = P。如图3（a）所示。为测剪力Q ，可在距力P 作用点为L 的截面上贴一应变片R ，如图3（b）所示。则此断面的弯矩

M =PL=QL

由材料力学可知M = E.ε.Wz（ E 为悬臂梁材料的弹性模量，ε为该断面上的应变值，W 为抗弯截面系数）。即

又

P 作用于A 点产生的ε变化将引起R 变化，由此当用应变片感受ε信号则可测Q 。但式中L 受P 作用点变化而变，必影响Q 值测量结果，而且在动态测量中，L 值也是无法量得的。因此通过两个截面剪力的布片方案，使L 值（变量）变换为L 值（定值），图3（c）所示，则可解决作用点不定引起的测量误差问题，其原理为

即

见Q 只与（ε1—ε2）变化成比例变化，而与作用点变化无关。

图中：ε1=|ε4|，ε2=|ε3|，即电桥输出为

式中：K 为应变片灵敏系数，u 为供桥电压，即

只要仪器测量电桥输出U BD，则可知道悬臂梁受外载作用力的大小，则P=Q，根据以上测量

原理，在CLx30A 型测力装置的上、下悬臂梁上按图4（a）、（b）所示粘贴应

变片（应变片K =2.04，R O=117.2Ω）以感受外载引起悬臂梁应变。

各应变片组电路接法，根据测量要求有所不同。如要分别测上、下 3 个悬挂点的X 与Z 方向作用力，可按图4（c）所示，各点独立组成全桥，再按P X=Q —Sr，P Z=Q左Z+Q右Z—S Z，计算Px，Pz。为减少各点的标定误差和相互干扰，左X

同时为方便整体标定和测试，可采用如图4（d）所示电路合成（即 3 点求和电桥），把各应变同名项的应变片以并联或串联方式接在同一桥臂上，则不同符号的应变信号在桥臂线路上首先进行加减取得平均值，如图中同名 1 的应变片R1x，R Q左1x，R Q右1x并接在AB 臂上。同理同名2、3、4 应变片分

别并接在各桥臂上，这样电桥的输出为

式中：Kx为X 方向总标定系数。

1.2.3测试系统设计

测试系统如图 5 所示。

(1) 东方红—802 与悬挂四铧犁进行悬挂牵引阻力测试，耕深为210～230mm。

(2) CLx30 型测力装置是与东方红-802 或（75）拖拉机悬挂机构及其配套的悬挂农具相连

接的。其挂结点（销与孔）的公称尺寸为：上悬点φ30mm，下悬点（左、右）均为φ35mm。测力范围为0-30kN。

(3) Y6DL-3 型动态电阻应变仪。用于弯曲应变信号的放大、检波及滤波。其测量电压为（0～±1）V，线性误差为±1%；测电流为±24～40mA，线性误差不大于1%。

4) 数据采集卡。采集卡型号为DAQ-801，是一种与笔记本电脑相配套的PCMIA 便携式数据采集卡，其主要性能指标为：分辨率16bit；采样频率0.006Hz～100kHz；4 通道差分输入/8 通道单端输入；输入电压±10V；触发采用模拟触发等。使用时，将其插入笔记本电脑的PCMIA 插槽。用于对调理后的被测信号（模拟量和脉冲量）进行自动采集，A/D 转换并送入计算机。

(5) 微机。一是单板机，型号CX-1 微机信号分析仪。具有数据采集接口，直接对经调理后的被测信号进行数据采集，并具有数据处理功能，能对数据进行最大值、最小值、均值、偏差统计处理；具有波形图、分布图、统计表打印功能及周期、标定系数、零偏设置功能。配有微型打印机。适用于田间测试之用。二是笔记本式计算机（含自行开发的软件系统）对经由数据来集卡A/D 变换后的被测信号进行数据存储、编辑及处理等。

1.2.4 软件设计

软件运行于Windows98/2000 操作系统，用Visual Basic6.0 中文版编制。该软件具有数据

自动采集、存储、调用、机械标定、基本统计计算、图形分析、回归分析和异常值判断等数10种功能。数据采集可在随卡提供的采集软件中进行。其过程如下：

(1) 施加载荷。

(2) 给定一数据目标文件名。

(3) 按下触发采集按钮，开始采集数据。

(4) 将采集到的数据存入给定的文件（*.TXT）中。

所购买的数据采集卡提供的配套软件仅具有数据采集功能，不具备数据处理功能，我们对

此进行了二次开发，编制了一套对计算机自动采集到的数据（存储在数据文件中）进行分析处理的软件。该软件具有调用、打开数据文件、标定系数求取、数据基本统计计算、图形分析及回归分析等功能，并实现了与数据采集软件的有机结合。

2 贝克方法