CN105365479A - 大马力拖拉机轮 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大马力拖拉机轮，解决了现有大马力拖拉机轮作业时，压实旱地土壤、损伤水田硬底层、阻力大、耕作幅宽窄、作业效率低的问题，技术方案包括轮辋，所述轮辋外圈表面沿轴向设有多片板状轮棘，相邻轮棘间填充橡胶垫，所述橡胶垫的外表面高于轮棘的上端。本发明结构极为简单，灵活适用于旱地和水田作业和道路正常行驶，能大幅度减轻拖拉机土壤压实、增强驱动力、加大耕作幅宽、提高作业效率。

Description

大马力拖拉机轮

技术领域

本发明涉及一种拖拉机轮，具体的说是一种用于大马力拖拉机的拖拉机轮。

背景技术

60马力及以上拖拉机(以下简称大马力拖拉机)在节约农时、提高作业效率，降低作业成本等方面有着绝对优势。我国北方以旱地为主，主要是旱地拖拉机，南方以水田为主，主要是水田拖拉机，下面分别对大马力旱地拖拉机与水田拖拉机各自存在的问题加以论述。

1、旱地拖拉机。马力拖拉机自身重量大，下田作业时重量都在55-80kg/马力及以上，60马力及以上拖拉机整体重量(含农机具)都在3.5吨以上，对土壤造成很大的压实效应。北方旱地谷物联合收割机自重更大，国家强制要求小麦、玉米等谷物联合收割机必须安装秸秆粉碎装置，这使得收割机的马力数急剧增大，120马力及以上的联合收割机在北方旱地随处可见，其下田作业重量都在8吨以上，尤其是市场占有率占绝对优势的轮式联合收割机，对土壤的压实效应非常严重。土壤压实后耕作阻力增大、作业能耗增加。土壤压实使农田土壤对雨水的海绵式蓄水效应消失，雨水不能及时渗入地下，洪涝加剧，土壤侵蚀加剧，国家每年投入大量专项资金进行土壤深松作业以缓解压实效应。

2、水田拖拉机。我国水田拖拉机采用沉式原理，与相同马力旱地拖拉机相比，水田拖拉机轮胎窄、花纹高，目的是让拖拉机依靠自身重量尽快让轮胎沉入水田底部的硬底层上，使拖拉机行走在硬底层上，依靠轮胎与硬底层土壤之间的摩擦力和花纹橡胶块对硬底层土壤的剪切作用获得前进驱动力。水田土壤稀软，承载能力差，拖拉机在水田中行驶时轮胎压出很深的轮辙，两条轮辙随拖拉机一起向前推进，整机行驶阻力大；另外，拖拉机轮胎在水田中滑转率高，操作者经常有“有力用不上”的感觉。实践表明，沉式原理对小马力轻量级拖拉机是行之有效的，但对大马力重量级拖拉机是行不通的。大马力拖拉机自身重量大，对水田硬底层的破坏性强，会让水田泥脚逐年加深，作业阻力逐年增大，效率逐年降低，陷车可能性逐年增大；会让水田表面很平整，但底部布满轮辙暗沟，影响后续机插秧作业质量。我国北方90-140马力段的大马力旱地拖拉机随处可见，但南方很难见到70马力以上的水田拖拉机，绝大部分都在55马力以下，随着土地经营规模的不断扩大，如何解决大马力拖拉机下水田问题，这是我国南方稻作区面临的重大难题。

为解决上述问题，研究人员想到了各种方法，履带拖拉机接地面积大，土壤压实效应小，但旱地履带拖拉机作业效率比同马力轮式拖拉机低，且购机成本及维护费用都比较高，所以旱地履带拖拉机在拖拉机市场中所占比例很小；对于水田履带拖拉机，由于水田表层土壤稀软、承载能力差，土壤对履刺的前推驱动能力差，增大履刺高度会恶化拖拉机的道路行驶平顺性，所以市场上很少有80马力及以上水田履带拖拉机。双排轮驱动可降低拖拉机接地压强，但成本高，对窄路的通过性差。机耕船接地面积大，在水田中不下陷，但两轮驱动机耕船发动机不超过25马力，作业效率低，四轮驱动机耕船重心低，驱动轮半径小，驱动阻力大，所以市场上尚没有80马力及以上机耕船产品。

综上所述，旱地土壤因为受到大马力农业机械的反复辗压，土壤压实严重，耕作阻力大、能耗大、作业幅宽不能随拖拉机马力数的增大而明显增大；大马力水田拖拉机破坏稻田硬底层，轮辙深、拖拉机行走阻力大，驱动力不足，容易陷车，如何解决80马力以上大马力拖拉机下水田问题，这已经是稻农们扩大水田经营规模的制约性因素。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述技术问题，提供一种结构极为简单，灵活适用于旱地和水田作业和正常道路行驶，能大幅度减轻旱地土壤压实效应，大幅度增强拖拉机驱动力、提高水田作业效率、避免伤及硬底层的大马力拖拉机轮。

技术方案包括轮辋，所述轮辋外圈表面沿轴向设有多片板状的轮棘，相邻轮棘间填充橡胶垫，所述橡胶垫的外表面高于轮棘的上端。

所述轮棘的高度为100-200mm。

所述橡胶垫固定在轮辋上。

还包括有辅助轮辋，所述辅助轮辋经螺栓固定在轮辋的一侧，所述辅助轮辋的外圈表面沿轴向设有多片板状的辅助轮棘。

所述辅助轮辋的外圆直径与所述轮辋相等，所述辅助轮棘的高度与所述轮棘的高度相等。

所述轮辋的宽度为对应马力拖拉机旱地橡胶轮宽度的1.3-1.6倍。

发明人对背景技术中存的问题进行了深入研究发现：造成旱地土壤压实、水田轮辙深、拖拉机行走阻力大等现象的根本原因是农田拖拉机在田间作业过程中获取驱动力的原理存在问题。拖拉机在旱地作业过程中的牵引力来自轮胎与表层土壤之间的摩擦力，而摩擦力与正压力即拖拉机自身重量成正比例，大马力拖拉机为发挥其强劲驱动力，就要通过增加配重铁、轮胎注水等方式增大整机重量，从而加剧了土壤压实、增大作业阻力与能耗。人们通常认为拖拉机通过增重只要驱动力的增加量大于作业阻力增加量，都是值得的，这就造成了深层土壤的永久性年复一年压实效应，以至于要付出更大的代价进行深松作业。深松阻力更大，需要更大马力、更大重量的拖拉机，造成更深层土壤的压实，这是一种恶性循环，造成土壤退化、生态失衡。与旱地拖拉机驱动力获取原理相类似，水田拖拉机的驱动力主要与其自身重量成正比，但拖拉机在水田中作业阻力大，为获得更大的驱动力，大马力水田拖拉机必须有足够大的使用重量，但是拖拉机在水田中的行驶阻力随着轮辙深度的增大而急剧增大，所以增大重量获得的额外驱动力常常被轮辙加深造成的前进阻力所抵消。

基于上述研究发现，发明人对现有的大马力拖拉机轮进行改进，在取消了过去在轮辋外套装橡胶轮胎的结构形式，在轮辋外圈表面沿轴向(即垂直于拖拉机的行进方向)设置多片板状的轮棘，在田间作业时，轮棘会在拖拉机自身重量作用下刺入土壤耕层中，一方面可以松动土壤，减轻拖拉机后面挂接的耕作农机具(例如旋耕机、铧式犁等)的作业负荷；另一方面可以减小驱动轮滑转率，提高拖拉机田间牵引能力，提高作业效率。

基于带有轮棘的轮辋不适用于在田间道路或马路上行走，否则会造成路面和轮棘相互损伤的问题，发明人在相邻轮棘间填充橡胶垫，并使橡胶垫的外表面高于轮棘的上端，同时将橡胶垫与轮辋采用螺栓连接，这样，当安装上橡胶垫时，就不影响拖拉机在路面上的正常行驶。通过取下或安装橡胶垫可以自由切换拖拉机的田间作业和正常路面行驶两种状态。

轮棘对拖拉机的驱动力来源于插入土壤的轮棘对土壤的剪切力与挤压力，这种剪切力和挤压力客观上起到了预耕作效果，并且由于轮辋上轮棘接地面积小，在拖拉机自重作用下可以快速完全地刺入土壤中，轮辋接触到被轮棘松动的软基土壤表面，随着下沉量的增加轮辋接地面积急剧增大，从而阻止整机继续下沉导致过分压实土壤。由于轮棘为拖拉机提供的驱动力取决于其刺入土壤的深度、轮棘宽度及土壤力学特性等因素，与拖拉机自身重量没有关系。因此，可以大幅度降低拖拉机自身重量，同时轮辋宽度大于同马力拖拉机旱地橡胶轮宽度，从而进一步减轻对土壤的压实效应，考虑到耕深农艺要求100-250mm范围内；所述轮棘的高度优选在100-200mm，当轮辋在被轮棘松动的软基土壤上下沉30-50mm时，轮棘的刺入深度刚好与农艺上要求的耕深基本相同。轮棘过高会严重损伤水田硬底层，会使轮棘对旱地土壤的松动预耕深度大于后续耕作农机具的作业深度，增大预耕能耗；过低会降低轮棘对拖拉机的牵引驱动力，会降低预耕深度、弱化预耕效果，对后续耕作农机具起不到减轻作业阻力效果。

不同马力的拖拉机对应有不同尺寸的橡胶轮，橡胶轮接触地面时局部变形可以少量增加接地面积，本发明为增加拖拉机轮与地面的接触面积，避免过份沉降伤及水田硬底层，因此最好将轮辋的宽度设计得较对应马力拖拉机旱地橡胶轮宽度大，但又考虑到田间道路的通过性，也不可过大，优选所述轮辋的宽度最好较为对应马力拖拉机橡胶轮宽度的1.3-1.6倍，过大会降低田间窄路的通过性，降低拖拉机田间地头拐弯掉头时的灵活性；过小则起不到增大轮辋接地面积、降低接地压强作用。

进一步的，考虑水田土壤承载能力差，因此可在拖拉机轮的外侧加装辅助轮辋，进一步增大拖拉机轮整体的接地面积，降低接地压强，同时也增大了轮棘宽度，提高了轮棘对整机的前推驱动能力。所述辅助轮辋可通过螺栓连接，如果田间道路比较窄，就在拖拉机水田作业前田间地头临时安装，作业完成后再快速拆卸；如果田间道路比较宽，则可以在水田耕作季节把辅助轮辋永久性安装在拖拉机轮的外侧。优选所述辅助轮辋的外直径与所述轮辋相等，所述辅助轮棘的高度与所述轮棘相等，其一侧端正好与轮棘的一侧端对接，以有效增加轮辋的接地面积和轮棘的宽度。

有益效果：

(1)创造性地改变了大马力拖拉机田间作业过程中驱动力的获取方式，由传统的摩擦力驱动变为耕层土壤剪切力驱动，由于轮棘的存在，解决了田间作业过程中拖拉机轮滑转造成的整机驱动力不足问题；驱动力不再与拖拉机自身重量成正比例，减轻了大马力拖拉机的自重，降低了土壤压实、作业阻力和作业能耗，提高了大马力拖拉机田间作业的工作效率。

(2)拖拉机轮上的轮棘对土壤有预耕作用，轮辙区土壤受到轮棘的粗略耕作作用，从而减轻了拖拉机后挂的耕作农机具的辙区作业负荷，使拖拉机能够带动的农机具的耕作幅宽增加1.3m以上。

(3)采用本发明结构有效解决了旱地的土壤压实效应，避免土壤压实带来的种种问题，降低了拖拉机在水田中的下陷深度，提高了整机驱动力，有效保护了水田硬底层。

(4)所述橡胶垫和辅助轮辋均可灵活拆装，安装橡胶垫时可适用拖拉机的道路正常行驶要求，取下橡胶垫可用于田间作业，加装辅助轮辋可用于水田作用且增加预耕作幅宽，非常灵活方便，适用于各种作业条件，便于检修和维护。

(5)本发明拖拉机轮特别适用于60马力以上的拖拉机，对拖拉机最高马力数没有限制，而且马力越大，效果越显著，采用本发明结构，同马力的拖拉机可减轻自重20％以上，降低作业能耗25％以上。

附图说明

图1为发明结构示意图。

其中，1.轮辋，2.轮棘，3.橡胶垫，4.辅助轮辋、5.辅助轮棘。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步解释说明：

参见图1，本发明拖拉机轮包括轮辋1和辅助轮辋4，所述轮辋1外圈表面沿轴向设有多片板状的轮棘2，相邻轮棘2间填充橡胶垫3，所述橡胶垫3的外表面高于轮棘2的上端，所述轮棘2的高度优选为100-200mm，具体可根据作业田的软基土壤层或者是水田的耕作土壤层决定，优选轮棘2的高度低于上述土壤层厚60-30mm为好；所述橡胶垫3经螺栓固定在轮辋1上；所述辅助轮辋4经螺栓固定在轮辋1的一侧，所述辅助轮辋4的外圈表面沿轴向设有多片板状的辅助轮棘5，所述辅助轮辋4的外圈径长与所述轮辋1相等，所述辅助轮棘4的高度与所述轮棘2的高度相等，其一侧端正好与轮棘2的一侧端对接；所述轮辋的宽度为对应马力拖拉机旱地橡胶轮宽度的1.3-1.6倍，如型号为16.9-34的95马力拖拉机的旱地橡胶轮宽度为464mm，则本发明的轮辋1的宽度控制在603-742mm。

工作原理：

在正常路面行驶时，在轮辋1上的轮棘2间加装橡胶垫3，即可正常行驶，从而有效保护轮棘2和路面，以免压坏路基，压伤轮棘；

在旱地作业前，先取下橡胶垫3，然后进行作业，拖拉机轮轴带动轮辋1转动，轮棘2转到土壤面时刺入耕层土壤中，随着轮辋1的转动，耕层土壤对轮棘2施加剪切力与挤压力，从而获得拖拉机前行的驱动力；同时，拖拉机的自重会使轮辋1少量下沉，当轮辋1外表面接触到已经被轮棘2粗略耕作过的疏松土壤上表面时，增加了与土壤的接触面积，降低了局部压强，阻止了拖拉机继续下沉。

在水田作业前，先取下橡胶垫3，同时安装辅助轮辋4，然后进行作业，其工作原理同旱地作业，由于安装了辅助轮辋4，增加轮辋1与水田耕作土壤层上表面的接触面积，进一步降低局压强，从而避免拖拉机轮在稀软的水田耕作土壤层中过份下沉，导致破坏水田耕层土壤下方的硬底层；同时也增加了轮棘与土壤的接触面积，增大了土壤对轮棘的前推驱动力，降低了拖拉机轮在水田中的滑转率；同时也增加了轮棘预耕幅宽，减轻了拖拉机后挂耕作农机具的作业负荷，。

本实施例并不限制本发明辅助轮辋4的使用条件，在不同作业条件下，无论是旱地还水田中，操作者可以根据实际需求合理加装或不装辅助轮辋4。

利用有限元软件，通过计算机模拟仿真分析，以95马力拖拉机为例，安装本发明拖拉机轮进行水田旋耕模拟作业，并与该机原装高花纹、窄胎体水田轮的模拟仿真作对比，发现本发明拖拉机轮对应轮辙深度减小65％，拖拉机自身重量减小32％，在同等前进速度情况下旋耕作业幅宽可增大35％，水田硬底层基本上没有受到破坏；在旱地旋耕模拟仿真作业对比分析中发现，本发明拖拉机轮滑转率减小70％，同等前进速度情况下旋耕作业幅宽可增大25％，拖拉机自身重量可减轻25％，整机重量对耕作层以下土壤没有压实效应、对耕作层土壤的压强减少了52％，耕作效果好。

Claims (6)

1.一种大马力拖拉机轮，包括轮辋，其特征在于，所述轮辋外圈表面沿轴向设有多片板状的轮棘，相邻轮棘间填充橡胶垫，所述橡胶垫的外表面高于轮棘的上端。

2.如权利要求1所述的大马力拖拉机轮，其特征在于，所述轮棘的高度为100-200mm。

3.如权利要求1所述的大马力拖拉机轮，其特征在于，所述橡胶垫经螺栓固定在轮辋上。

4.如权利要求1-3任一项所述的大马力拖拉机轮，其特征在于，还包括有辅助轮辋，所述辅助轮辋经螺栓固定在轮辋的一侧，所述辅助轮辋的外圈表面沿轴向设有多片板状的辅助轮棘。

5.如权利要求4所述的大马力拖拉机轮，其特征在于，所述辅助轮辋与所述轮辋的外圆直径相等，所述辅助轮棘的高度与所述轮棘的高度相等。

6.如权利要求1所述的大马力拖拉机轮，其特征在于，所述轮辋的宽度为对应马力拖拉机旱地橡胶轮宽度的1.3-1.6倍。