拖拉机的工作原理与基本组成全解析

拖拉机的工作原理与基本组成全解析

拖拉机作为农业生产中的关键机械设备，其工作原理与基本组成对于农业从业者及相关技术人员而言至关重要。深入理解这些内容，有助于更好地操作、维护拖拉机，提升农业生产效率与质量。

一、拖拉机的工作原理

（一）轮式拖拉机的工作原理

1、拖拉机的行驶

轮式拖拉机能够行驶的核心动力源自内燃机。内燃机产生的动力经由传动系统进行传递，最终使驱动轮获得驱动扭矩Ｍk。获得驱动扭矩的驱动轮借助轮胎花纹以及轮胎表面与地面接触，向地面施加一个较小的、向后的水平作用力，也就是切线力。依据作用力与反作用力原理，地面对驱动轮会产生一个大小相等、方向相反的水平反作用力 Pk，此 Pk 作用力即为推动拖拉机向前行驶的驱动力，亦称为推进力。只有当驱动力 Pk 足以克服前后车轮的向前滚动阻力以及所牵引农具的牵引阻力时，拖拉机才能够顺利向前行驶。例如，在实际场景中，若将驱动轮支离地面，此时驱动力 Pk 为零，驱动轮只能在原地空转，拖拉机无法实现行驶；若滚动阻力与牵引阻力之和超过了驱动力Ｐk，拖拉机同样不能行驶。由此可见，轮式拖拉机的行驶是通过驱动扭矩驱动轮与地面之间的相互作用达成的，并且其驱动力必须大于滚动阻力与牵引阻力的总和。下面进一步深入分析影响拖拉机行驶的主要因素。

2、影响拖拉机行驶的主要因素

滚动阻力：拖拉机的滚动阻力主要源于轮胎和土壤的变形。在拖拉机自身重量的作用下，轮胎会被压扁，土壤会被压实。当车轮滚动时，轮胎沿圆周方向与地面接触的各个部位持续被压扁变形，并且会将车轮前方高出的土壤压下，使土壤产生变形从而形成轮辙，这就产生了阻碍车轮向前滚动的滚动阻力。影响滚动阻力的因素众多，其中地面的坚实程度、潮湿状况以及轮胎上的垂直载荷大小等是主要因素。对于同一台拖拉机，若地面条件存在差异，其滚动阻力也会有所不同。比如在沥青、水泥等干硬地面上行驶时，滚动阻力较小，拖拉机的牵引力相对较大；而在相同使用条件下，若轮胎所承受的重量增加，土壤在垂直方向的变形就会增大，滚动阻力也会随之增大。一般而言，减少轮胎自身的变形以及土壤在垂直方向的变形，有助于降低滚动阻力。当拖拉机在松软地面行驶时，采用低压轮胎能够加大轮胎的支承面积，从而减小土壤在垂直方向的变形，降低滚动阻力，进而提高牵引力。由于拖拉机主要在田间作业，多数情况下行驶于松软地面，所以通常采用低压轮胎，加宽轮胎也是基于相同的原理。在实际使用与经营过程中，务必注意低压轮胎、加宽轮胎和高压轮胎在应用上的区别。

牵引阻力：牵引阻力是拖拉机带动农机具进行作业时需要克服的阻力，其数值等于拖拉机通过连接装置传递给农机具的牵引力。因为牵引力等于驱动力减去滚动阻力，所以增加驱动力和减少滚动阻力是提升牵引力的有效手段。例如在一些重型牵引作业中，需要合理配置拖拉机的动力输出以及轮胎与地面的接触条件，以确保有足够的牵引力来带动大型农机具正常工作。

驱动力：驱动力是路面对驱动轮的水平反作用力。内燃机通过传动系统传输到驱动轮上的驱动扭矩Ｍk 的大小，直接决定了拖拉机的驱动力Ｐk 的大小。然而，Ｍk 由内燃机的功率所决定，所以Ｐk 也会受到内燃机功率的限制。同时，Ｐk 还受到土壤条件的约束，不能无限制地增加。当土壤的反作用力即驱动力Ｐk 增大到一定程度时，土壤会遭到破坏，驱动轮会出现严重打滑现象，此时驱动力Ｐk 便无法继续增加。我们将土壤对驱动轮所能产生的最大反作用力定义为 “附着力”。由此可知，驱动力Ｐk 的最大值除了受内燃机率的限制外，还受到土壤附着力的限制，不能随意增大。附着力体现了驱动轮与土壤之间产生最大驱动力的能力。影响附着力的因素较多，主要包括地面条件、轮胎气压、尺寸、花纹以及作用在轮胎上的垂直载荷大小等。对于拖拉机来说，在特定的土壤条件下，在一定范围内降低轮胎气压、增大轮胎支承面积、改善车轮对土壤的抓着能力、增加车轮的附着重量等措施，均有利于提高拖拉机的附着力。在拖拉机上广泛应用低压轮胎，部分拖拉机采用加宽轮胎和高花纹轮胎，以及在拖拉机驱动轮上加配重铁等，都是为了增强拖拉机的附着力，提升其牵引能力。但需要注意的是，在驱动轮上加配重铁虽然能够增加附着力，但同时也会增加土壤在垂直方向上的变形，导致滚动阻力增大。因此，是否添加配重铁，需要综合考虑具体的使用条件，权衡整体效果后再做决定。拖拉机驱动轮与地面之间产生的最大附着能力以及抵抗打滑的能力，被称为拖拉机的附着性能。若附着性能良好，打滑现象较轻，那么驱动扭矩就能得到充分利用，内燃机的能力也能够得以充分发挥，拖拉机在工作时就会显得动力强劲。反之，若附着性能较差，打滑严重，驱动扭矩就无法充分利用，内燃机的能力也不能有效发挥，拖拉机在工作时就会有力使不出。严重的驱动轮打滑不仅会降低拖拉机的行驶速度，影响生产效率和经济性，还会加速驱动轮轮胎的磨损，并且破坏土壤的结构。

（二）履带式拖拉机的工作原理

履带式拖拉机与轮式拖拉机有所不同，它是依靠一条卷绕的环形履带支承在地面上。履带与地面接触，履刺插入土内，而驱动轮不直接接地。在驱动扭矩的作用下，驱动轮通过其上的轮齿与履带板节销之间的啮合，持续不断地将履带从后方卷起。与地面接触的那部分履带给地面施加一个向后的作用力，相应地，地面会给履带一个向前的反作用力Ｐk，此Ｐk 反作用力便是推动拖拉机向前行驶的驱动力。轮式拖拉机的驱动力是直接传递给行走轮的，而履带式拖拉机的驱动力Ｐk 是通过卷绕在驱动轮上的履带传递给驱动轮的轮轴，再由轮轴经由拖拉机的机体传递到驱动轮上。当驱动力足以克服滚动阻力和所带农具的牵引阻力时，支重轮便会在履带上表面向前滚动，从而使拖拉机向前行驶。由于驱动轮不断地把履带一节一节卷送到前方，再经导向轮将其铺设在地面上，因此支重轮就能够连续地在由履带铺设的轨道上滚动。由此可知，履带式拖拉机的行驶是借助驱动扭矩通过驱动轮使履带与地面之间相互作用而实现的，并且其驱动力大于滚动阻力与牵引阻力之和。

履带式拖拉机驱动力的最大值与轮式拖拉机类似，一方面取决于内燃机的能力，另一方面又受到履带与地面之间附着条件的限制。一般而言，拖拉机的功率越大，其驱动力也就越大。从拖拉机本身的结构来看，合理地选择履刺、履带的形状尺寸，在一定限度内增加履带的承受重量等，都能够提高附着力，增加拖拉机的牵引力。

履带式拖拉机的滚动阻力是由土壤在垂直方向上的变形以及行走系各机件之间的相互摩擦作用而形成的。减小滚动阻力，能够提高拖拉机的牵引力。例如在一些土壤较为松软的水田作业中，通过优化履带的设计与结构，能够有效降低滚动阻力，提升拖拉机在水田中的作业效率。

二、拖拉机的基本组成

拖拉机尽管是一种较为复杂的机器，且其型式与大小各有差异，但总体上都是由发动机、底盘和电器设备这三大部分构成。

（一）发动机

发动机是拖拉机产生动力的核心装置，其主要功能是将燃料的热能转化为机械能，并向外输出动力。在我国当前的农用拖拉机生产领域，普遍采用柴油机。柴油机具有热效率高、动力强劲、可靠性强等诸多优点，能够适应农业生产中复杂多变的工况需求。例如在大型农场的深耕、播种以及收割等作业环节，柴油机能够持续稳定地提供充足动力，确保拖拉机带动各类农机具高效作业。

（二）底盘

底盘是拖拉机传递动力的关键装置。其作用在于将发动机的动力传递给驱动轮以及工作装置，使拖拉机能够实现行驶，并完成移动作业或固定作业。这一功能是通过传动系统、行走系统、转向系统、制动系统和工作装置之间的相互配合、协同工作来达成的，同时这些部件共同构成了拖拉机的骨架与身躯。因此，我们将上述的四大系统和一大装置统称为底盘。也就是说，在拖拉机的整体结构中，除发动机和电器设备之外的所有其他系统和装置，都属于拖拉机底盘的范畴。

1、传动系统：传动系统负责将发动机输出的动力按照不同的需求进行转速与扭矩的调整，并传递给行走系统和工作装置。它包括离合器、变速器、传动轴等部件。例如在拖拉机需要进行不同速度的行驶或者带动不同转速要求的农机具时，传动系统能够通过换挡等操作，灵活地调整动力输出，满足各种作业工况的需求。

2、行走系统：行走系统主要承担着支撑拖拉机重量以及实现拖拉机行驶的任务。对于轮式拖拉机而言，行走系统包括车轮、车轴、悬架等部件；对于履带式拖拉机，则包括履带、驱动轮、支重轮、导向轮等部件。行走系统的性能直接影响拖拉机的行驶稳定性、通过性以及对不同地形的适应能力。比如在崎岖不平的山地或泥泞的水田中作业时，行走系统的结构与设计能够决定拖拉机是否能够顺利通行并开展作业。

3、转向系统：转向系统用于控制拖拉机的行驶方向。常见的转向系统有机械式转向系统和液压助力转向系统等。在拖拉机进行田间作业或者道路行驶时，转向系统能够确保拖拉机准确、灵活地改变行驶方向，避免碰撞障碍物或偏离作业路径。例如在果园作业中，拖拉机需要频繁地在狭窄的通道内转弯，转向系统的灵敏性与可靠性就显得尤为重要。

4、制动系统：制动系统的作用是使拖拉机减速或停车。它包括制动器、制动踏板等部件。制动系统的性能关乎拖拉机的行驶安全，无论是在高速行驶时的紧急制动，还是在作业过程中的精准停车，都需要制动系统能够稳定、可靠地发挥作用。例如在道路运输过程中，遇到突发情况时，有效的制动系统能够及时制止拖拉机的运动，防止事故的发生。

5、工作装置：工作装置是拖拉机与农机具连接并实现各种作业功能的部分。例如在进行耕地作业时，拖拉机通过后悬挂装置连接犁具，将发动机的动力传递给犁具，实现土壤的翻耕；在进行播种作业时，通过相应的连接装置与播种机相连，完成种子的播撒。工作装置的多样性与适配性使得拖拉机能够广泛应用于农业生产的各个环节。

（三）电器设备

电器设备主要是为拖拉机提供用电保障的装置。其作用包括解决照明需求，确保拖拉机在夜间或光线不足的环境下能够正常作业与行驶；提供安全信号，如转向灯、刹车灯等，向周围人员和车辆传达拖拉机的行驶意图与状态；以及实现发动机的起动功能。例如在清晨或傍晚光线较暗时，照明系统能够照亮作业区域，方便拖拉机进行耕地、收割等作业；在道路行驶过程中，转向灯和刹车灯能够有效提示其他交通参与者，保障交通安全；而发动机的起动系统则是拖拉机正常运行的起始环节，通过电器设备的作用，将电能转化为机械能，带动发动机运转，使拖拉机进入工作状态。

综上所述，拖拉机的工作原理涉及到复杂的力学与机械传动知识，其基本组成涵盖了多个关键系统与装置。深入了解这些内容，对于拖拉机的正确使用、维护保养以及农业生产的高效开展具有不可忽视的重要意义。无论是农业从业者、农机技术人员还是相关研究人员，都应当全面掌握拖拉机的工作原理与基本组成，以便在实际工作中充分发挥拖拉机的最大效能，推动农业现代化进程不断向前发展。