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拖拉機(jī)安全架強(qiáng)度試驗(yàn)臺機(jī)械系統(tǒng)的研究分析

文檔作者：宋中界1 楊安杰2 成梁1 王振鵬1 王新莉2 劉豫喜2 馬宗正2 李保謙3 文檔來源： 1. 河南省鄭州市河南省機(jī)械設(shè)計(jì)研究院有限公司 2. 451191 河南省鄭州市河南工程學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院; 3. 450002 河南省鄭州市河南農(nóng)業(yè)大學(xué)		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年02月27日
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第５３ 卷第９ 期
０ 引言
拖拉機(jī)是一種廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、林業(yè)的動力
機(jī)械，由于其作業(yè)環(huán)境的復(fù)雜性和特殊性,駕駛員
的駕駛環(huán)境相當(dāng)惡劣, 所以保障拖拉機(jī)駕駛的安
全性顯得尤為重要[1]。拖拉機(jī)駕駛室是拖拉機(jī)工作
的一個(gè)關(guān)鍵位置， 也是拖拉機(jī)駕駛員工作和操作
拖拉機(jī)的核心位置。地面條件越差， 行駛速度越
高，轉(zhuǎn)彎半徑越小，行駛時(shí)間越長，則導(dǎo)致翻車的
概率就越高[2]。拖拉機(jī)在出現(xiàn)翻車事故時(shí),駕駛室
將會受到巨大的沖擊載荷, 結(jié)構(gòu)往往產(chǎn)生很大的
變形甚至斷裂,引發(fā)嚴(yán)重的人員傷亡事故[3]。保證
拖拉機(jī)安全框架（駕駛室）的安全既保證了駕駛員
的人身安全，也能保證拖拉機(jī)的正常工作，因此拖
拉機(jī)安全框架（防翻架）是在拖拉機(jī)發(fā)生側(cè)翻時(shí)可
以有效降低對駕駛員傷害的裝置。為了在翻車事
故中保障駕駛員的生命安全， 當(dāng)前最有效的方法
就是在車輛上加裝翻車保護(hù)裝置[4]。2009 年起，按
照國家拖拉機(jī)安全法規(guī)，“從2009 年7 月1 日起，
我國國內(nèi)生產(chǎn)的輪式拖拉機(jī)應(yīng)能配裝安全架的要
求” [5]；國家標(biāo)準(zhǔn)中對拖拉機(jī)安全框架（防翻架）做
出了明確的規(guī)定，輪式拖拉機(jī)應(yīng)配備安全架（安全
駕駛室）[6-7]；農(nóng)業(yè)機(jī)械推廣鑒定大綱中明確提出輪
式拖拉機(jī)應(yīng)能配備安全架（或安全駕駛室）及安全
帶， 其強(qiáng)度應(yīng)符合GB/T 19498、JB/T 7325 和JB/T
8303 的規(guī)定，應(yīng)通過有資質(zhì)的第三方檢測機(jī)構(gòu)按
照標(biāo)準(zhǔn)[8-9]的規(guī)定進(jìn)行試驗(yàn)，并出具檢驗(yàn)報(bào)告。拖
拉機(jī)安全架的強(qiáng)度試驗(yàn)也就必然被提上日程。拖
拉機(jī)所配備的安全架的設(shè)計(jì)強(qiáng)度是否滿足國標(biāo)要
求， 從而將翻車事故造成駕駛員受傷的可能性減
少至最小，對其如何檢驗(yàn)是關(guān)鍵。優(yōu)化設(shè)計(jì)一款能
保證精準(zhǔn)檢測拖拉機(jī)防護(hù)裝置強(qiáng)度的試驗(yàn)臺已迫
在眉睫。拖拉機(jī)安全架強(qiáng)度試驗(yàn)臺包括機(jī)械系統(tǒng)、
液壓系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)等三大系統(tǒng)，本文研究的
主要是機(jī)械系統(tǒng)部分， 而機(jī)械支撐系統(tǒng)恰恰又是
整個(gè)檢測試驗(yàn)臺的基礎(chǔ)和支撐。
1 總體結(jié)構(gòu)及工作原理
1.1 總體結(jié)構(gòu)
ｄｏｉ：１０．３９６９ ／ ｊ．ｉｓｓｎ．１６７３－３１４２．２０１5．09．００９
拖拉機(jī)安全架強(qiáng)度試驗(yàn)臺機(jī)械系統(tǒng)的研究分析
宋中界1，楊安杰2，成梁1，王振鵬1，王新莉2，劉豫喜2，馬宗正2，李保謙3
（1. 450002 河南省鄭州市河南省機(jī)械設(shè)計(jì)研究院有限公司;
2. 451191 河南省鄭州市河南工程學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院; 3. 450002 河南省鄭州市河南農(nóng)業(yè)大學(xué)）
［摘要］ 拖拉機(jī)安全架強(qiáng)度試驗(yàn)臺機(jī)械系統(tǒng)是拖拉機(jī)安全架強(qiáng)度試驗(yàn)臺的基礎(chǔ)和支撐。通過對拖拉機(jī)安全架
強(qiáng)度試驗(yàn)臺機(jī)械系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、工作原理、樣機(jī)試驗(yàn)等進(jìn)行分析闡述，得出拖拉機(jī)安全架強(qiáng)度試驗(yàn)臺機(jī)械
系統(tǒng)足以滿足拖拉機(jī)安全架對強(qiáng)度試驗(yàn)的要求。
［關(guān)鍵詞］ 安全架；試驗(yàn)臺；機(jī)械系統(tǒng)；研究分析；拖拉機(jī)
［中圖分類號］ Ｓ２１９．１ ［文獻(xiàn)標(biāo)志碼］ A ［文章編號］ 1673-3142(2015)09-00３７-05
Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｍａｃｈｉｎｅ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｔｒａｃｔｏｒ Ｐｒｏｔｅｃｔｉｖｅ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ Ｓｔｒｅｎｇｔｈ Ｔｅｓｔ Ｓｔａｎｄ
Ｓｏｎｇ Ｚｈｏｎｇｊｉｅ１， Ｙａｎｇ Ａｎｊｉｅ２， Ｃｈｅｎｇ Ｌｉａｎｇ１， Ｗａｎｇ Ｚｈｅｎｐｅｎｇ１， Ｗａｎｇ Ｘｉｎｌｉ２， Ｌｉｕ Ｙｕｘｉ２， Ｍａ Ｚｏｎｇｚｈｅｎｇ２， Ｌｉ Ｂａｏｑｉａｎ３
（１．Ｈｅｎａｎ Ｐｒｏｖｉｎｃｅ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｍａｃｈｉｎｅ Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｃｏ．， Ｌｔｄ．， Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ Ｃｉｔｙ， Ｈｅｎａｎ Ｐｒｏｖｉｎｃｅ ４５０００２， Ｃｈｉｎａ；
２． Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， Ｈｅｎａｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ Ｃｉｔｙ， Ｈｅｎａｎ Ｐｒｏｖｉｎｃｅ ４５１１９１， Ｃｈｉｎａ；
３．Ｈｅｎａｎ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ Ｃｉｔｙ， Ｈｅｎａｎ Ｐｒｏｖｉｎｃｅ ４５０００２， Ｃｈｉｎａ）
［Ａｂｓｔｒａｃｔ］ Ｔｈｅ ｍａｃｈｉｎｅ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ｔｈｅ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ａｎｄ ｓｕｐｐｏｒｔ ｏｆ ｔｒａｃｔｏｒ ｐｒｏｔｅｃｔｉｖｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｔｅｓｔ ｓｔａｎｄ． Ｂｙ ｔｈｅ ａｎａｌｙｓｉｓ
ｏｎ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ， ｗｏｒｋ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ａｎｄ ｐｒｏｔｏｔｙｐｅ ｔｅｓｔ ｏｆ ｔｈｅ ｔｒａｃｔｏｒ ｐｒｏｔｅｃｔｉｖｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｔｅｓｔ ｂｅｎｃｈ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ
ｓｙｓｔｅｍ， ｉｔ’ｓ ｃｏｎｃｌｕｄｅｄ ｔｈａｔ ｐｒｏｔｅｃｔｉｖｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｔｅｓｔ ｂｅｎｃｈ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ｓｔｒｏｎｇ ｅｎｏｕｇｈ ｔｏ ｍｅｅｔ ｔｈｅ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ ｏｎ
ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｔｅｓｔ．
［Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ］ ｐｒｏｔｅｃｔｉｖｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ； ｔｅｓｔ ｓｔａｎｄ； ｍａｃｈｉｎｅ ｓｙｓｔｅｍ； ａｎａｌｙｓｉｓ； ｔｒａｃｔｏｒ
收稿日期：２０１5－05－13 修回日期：２０１5－05－30
農(nóng)業(yè)裝備與車輛工程
AGRICULTURAL EQUIPMENT &amp;amp; VEHICLE ENGINEERING
第５３ 卷第９ 期
Ｖｏｌ． ５３ Ｎｏ． ９
２０１5年９月
Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ ２０１5
農(nóng)業(yè)裝備與車輛工程20１５年
本裝置系統(tǒng)針對目前拖拉機(jī)防翻架檢測過程
存在的麻煩和困難， 以及缺乏系統(tǒng)的拖拉機(jī)防翻
架檢測工具問題， 提供一種拖拉機(jī)安全架強(qiáng)度試
驗(yàn)臺，利用縱向加載實(shí)驗(yàn)、側(cè)向加載實(shí)驗(yàn)和壓垮實(shí)
驗(yàn)分別從前后、側(cè)部和上部對拖拉機(jī)防翻架施加
載荷，確定拖拉機(jī)防翻架是否達(dá)標(biāo)。
拖拉機(jī)安全架強(qiáng)度試驗(yàn)臺機(jī)械系統(tǒng)如圖1，
包括固定支架、地面固定軌道、拖拉機(jī)軸支撐架、
壓垮梁及其調(diào)節(jié)座組成。本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、操作方
便，實(shí)驗(yàn)過程通過控制系統(tǒng)控制施加的作用力，可
以完成拖拉機(jī)安全架強(qiáng)度試驗(yàn)臺機(jī)械系統(tǒng)的兩次
縱向加載實(shí)驗(yàn)、側(cè)向加載實(shí)驗(yàn)和兩次壓垮實(shí)驗(yàn)來
檢驗(yàn)拖拉機(jī)安全架強(qiáng)度試驗(yàn)臺機(jī)械系統(tǒng)的強(qiáng)度。
其支架包括后頂支架和側(cè)頂支架， 后頂支架
和側(cè)頂支架互相垂直設(shè)置且通過螺栓固定在混凝
土地面上。后頂支架與軌道垂直，側(cè)頂支架與軌道
平行。在側(cè)頂支架上設(shè)置有側(cè)頂液壓缸，在后頂支
架上設(shè)置有后頂液壓缸；在軌道的左、右兩側(cè)分別
安裝同步的左液壓缸和右液壓缸， 并設(shè)置有壓垮
橫梁， 壓垮橫梁的兩端與左、右液壓缸的上端連
接。側(cè)頂液壓缸和后頂液壓缸分別設(shè)置有能夠水
平移動和豎向移動的位移機(jī)構(gòu)；在軌道的左、右兩
側(cè)分別安裝有調(diào)節(jié)座，左、右兩調(diào)節(jié)座上分別鉸接
有左液壓缸和右液壓缸。
側(cè)頂支架的位移機(jī)構(gòu)和后頂支架的位移機(jī)
構(gòu)，都含有固定在其上端的驅(qū)動電機(jī)，驅(qū)動電機(jī)的
輸出軸通過鏈輪箱的轉(zhuǎn)向后與水平驅(qū)動絲桿傳動
連接； 水平驅(qū)動絲桿的兩端通過兩個(gè)端部齒輪箱
的轉(zhuǎn)向后與兩側(cè)的豎向絲桿副傳遞連接。側(cè)頂支
架和后頂支架的兩側(cè)分別設(shè)置立柱， 在各立柱上
安裝有可以上下滑動的滑套， 滑套上焊固有固定
絲母塊，豎向絲桿副與相應(yīng)固定絲母塊螺紋連接；
兩側(cè)滑套之間連接有連桿， 側(cè)頂液壓缸和后頂液
壓缸安裝在相應(yīng)連桿上； 連接桿的兩端分別固定
有定位座，定位座設(shè)置有軸孔，一根水平絲杠副匹
配安裝相應(yīng)定位座的中孔中； 在水平絲杠副上安
裝有活動絲母塊， 側(cè)頂液壓缸或后頂液壓缸的末
端固定在活動絲母塊上。
側(cè)頂液壓缸和后頂液壓缸的頂端， 安裝有位
移傳感器和壓力傳感器， 左液壓缸和右液壓缸的
頂部端連接有拉力傳感器。
側(cè)頂支架和后頂支架的上側(cè)分別設(shè)置有前
梁， 在每個(gè)前梁上分別安裝有可以沿前梁平移的
電動葫蘆，該電動葫蘆的吊繩下端連接有掛鉤，每
個(gè)電動葫蘆的掛鉤連接于側(cè)頂液壓缸和后頂液壓
缸的缸筒前端。
1.2 試驗(yàn)設(shè)備關(guān)鍵部件的選用
1.2.1 驅(qū)動電機(jī)的選用
按照最初設(shè)定的活動絲母塊（后頂液壓缸或
側(cè)頂液壓缸） 相對于后頂支架或側(cè)頂之家的移動
速度2.5 cm/s 的目標(biāo)設(shè)計(jì)， 而選用Y100L-6 型電
機(jī)，功率1.5 kW，940 r/min。
1.2.2 絲杠方案確定
選用絲杠外徑Φ50 mm，車螺紋d=50 mm，p=
8 mm，n=1，Tr50×8-7H/7e； 材料45 號鋼高頻淬
火，硬度HRC30-40；精加工，絲杠磨床對螺紋磨
削，螺紋粗糙度1.63。
1.2.3 鏈輪的選用
已知小鏈輪的轉(zhuǎn)速n1=940 r/min， 傳動比i=
2.5， 載荷平穩(wěn)， 兩鏈輪中心距a=500~600 mm 范
圍，中心距可調(diào)，小鏈輪孔徑Φ28 mm。
（1）小鏈輪齒數(shù)Z1=17。Z1、Z2 取奇數(shù)，則鏈條
1.拖拉機(jī)前軸支撐架2.軌道3.拖拉機(jī)后軸支撐架4.緊固螺栓
5.壓力傳感器6.壓垮橫梁7.水平絲杠副8.豎直絲杠副9.左液
壓缸10.右液壓缸11.后頂液壓缸12.側(cè)頂液壓缸13.后頂支架
14.側(cè)頂支架15.拉力傳感器25.驅(qū)動電機(jī)26.電動葫蘆27.鏈輪
箱28.水平驅(qū)動絲桿29.端部齒輪箱30.手輪31.支座32.固定
絲母塊33.滑套34.前梁35.調(diào)節(jié)座36.活動絲母塊37.拉鏈或
鋼絲繩
圖1 機(jī)械支撐框架結(jié)構(gòu)示意圖
Fig.1 Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ ｄｉａｇｒａｍ ｏｆ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ
ｓｕｐｐｏｒｔ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｆｒａｍｅ
８
３３ ３２
１４
６
３７
９
２ １ ４ １５
３５
１０ ３
２５ ７ ２８
３４
１１
５
１２
２８
２６ ２７ ２５
７ ３６２８
８
２９
３３
３０
１３
３１
38
第５３ 卷第９ 期宋中界等： 拖拉機(jī)安全架強(qiáng)度試驗(yàn)臺機(jī)械系統(tǒng)的研究分析
節(jié)數(shù)Lp為偶數(shù)時(shí)，可使鏈條和鏈輪輪齒磨損均勻。
（2）大鏈輪齒數(shù)Z2
Z2=iZ1=2.5×17=42.5 取整Z2=43
（3）實(shí)際傳動比i= Z2
Z1
= 43
17 =2.53
1.2.4 齒輪箱的選用
根據(jù)方案整體設(shè)計(jì)思路確定， 水平傳動絲杠
與支架兩側(cè)豎直絲杠之間使用圓錐齒輪傳動，齒
數(shù)比u=2，小齒輪齒數(shù)Z1=15。
根據(jù)齒數(shù)比u= Z2
Z1
， 大齒輪齒數(shù)應(yīng)為Z2=u×
Z1=30。
1.2.5 電動葫蘆的選用
根據(jù)選用的后頂液壓油缸或側(cè)頂液壓油缸的
質(zhì)量約為100 kg， 在考慮壓力傳感器及其附件的
質(zhì)量的基礎(chǔ)上，我們選用提升質(zhì)量為250 kg 的電
動葫蘆作為提升油缸之用。
1.3 工作原理
1.3.1 拖拉機(jī)的固定原理
拖拉機(jī)軸前支撐架1 與后支撐架3 通過T 型
螺栓與地面固定軌道2 相連， 根據(jù)拖拉機(jī)輪距及
軸距調(diào)節(jié)前后支撐架的擺放位置。將拖拉機(jī)開到
靜壓試驗(yàn)場地，卸掉４ 個(gè)輪胎，航車吊起拖拉機(jī)后
將其放到拖拉機(jī)支撐架上，通過螺栓固定好。固定
拖拉機(jī)時(shí)需要注意，要保持拖拉機(jī)與軌道的水平，
便于后續(xù)的試驗(yàn)。
1.3.2 縱向加載缸及側(cè)向加載缸的上下移動、左右
移動、水平調(diào)節(jié)原理
側(cè)頂液壓缸和后頂液壓缸分別設(shè)置有能夠水
平移動和豎向移動的位移機(jī)構(gòu)。側(cè)頂支架的位移
機(jī)構(gòu)和后頂支架的位移機(jī)構(gòu)都含有固定在其上端
的驅(qū)動電機(jī)，驅(qū)動電機(jī)的輸出軸通過鏈輪箱27 的
轉(zhuǎn)向后與水平驅(qū)動絲桿28 傳動連接；水平驅(qū)動絲
桿28 的兩端通過兩個(gè)端部齒輪箱29 的轉(zhuǎn)向后與
兩側(cè)的豎向絲桿副傳遞連接。側(cè)頂支架和后頂支
架的兩側(cè)分別設(shè)置立柱， 在各立柱上安裝有可以
上下滑動的滑套33， 滑套33 上焊固有固定絲母
塊32， 豎向絲桿副與相應(yīng)固定絲母塊32 螺紋連
接；兩側(cè)滑套33 之間連接有連桿，側(cè)頂液壓缸和
后頂液壓缸安裝在相應(yīng)連桿上。連接桿的兩端分
別固定有定位座，定位座設(shè)置有軸孔，一根水平絲
杠副匹配安裝相應(yīng)定位座的中孔中。在水平絲杠
副上安裝有活動絲母塊， 水平絲杠副與活動絲母
塊螺紋連接。側(cè)頂液壓缸或后頂液壓缸的末端固
定活動絲母塊上， 該活動絲母塊的后端與連接桿
之間滑動配合。在水平絲杠副一端安裝有手輪
30。利用手輪30 旋轉(zhuǎn)水平絲杠副7，其活動絲母
塊會隨著絲杠的轉(zhuǎn)動而移動， 從而帶動后頂液壓
缸11 或側(cè)頂液壓缸12 左右移動。同理，利用驅(qū)動
電機(jī)帶動豎直絲杠副8 轉(zhuǎn)動，其固定絲母塊32 會
隨著豎向絲杠副的轉(zhuǎn)動而移動，從而帶動滑套33
上下移動， 進(jìn)而帶動水平絲杠副7 上下移動。因
此， 水平絲杠副7 和豎直絲杠副8 的共同作用實(shí)
現(xiàn)了后頂液壓缸11 和側(cè)頂液壓缸12 的水平和上
下移動。
后頂液壓缸11 和側(cè)頂液壓缸12 水平伸縮，
分別給拖拉機(jī)施加縱向壓力和側(cè)向壓力。后頂液
壓缸11 和側(cè)頂液壓缸12 上設(shè)有壓力傳感器。水
平絲杠副7 和豎直絲杠副8 均連接有電動葫蘆
25， 電動葫蘆25 分別設(shè)置在后頂支架13 和側(cè)頂
支架14 的上部。通過控制電動葫蘆25 可以使水
平絲杠副7 和豎直絲杠副8 轉(zhuǎn)動， 從而調(diào)整后頂
液壓缸11 和側(cè)頂液壓缸12 的左右和上下運(yùn)動。
后頂支架13 和側(cè)頂支架14 的頂端設(shè)有絲
桿，絲桿上固定有吊繩，吊繩下端設(shè)有掛鉤15，可
以通過電動葫蘆25 控制吊繩長度，從而調(diào)整掛鉤
15 的高度。為了克服重力作用，掛鉤15 掛住后頂
液壓缸11 和側(cè)頂液壓缸12 的端部， 來保持后頂
液壓缸11 和側(cè)頂液壓缸12 的水平伸縮。后頂支
架13 和側(cè)頂支架14 都通過螺栓固定在混凝土地
面上， 為了進(jìn)一步保證后頂支架13 和側(cè)頂支架
14 的穩(wěn)定性，后頂支架13 和側(cè)頂支架14 的后面
都設(shè)有后支架。
1.3.3 壓垮實(shí)驗(yàn)的工作原理
左液壓缸9 和右液壓缸10 分別設(shè)置在軌道
2 的左右兩側(cè)。軌道2 由多個(gè)矩形鋼管組成，軌道
2 通過螺栓固定在混凝土地面上。設(shè)置有壓垮橫
梁， 壓垮橫梁6 的兩端與左液壓缸9 和右液壓缸
10 的上端連接， 左液壓缸9 和右液壓缸10 的頂
部端連接有拉力傳感器15。左液壓缸9 和右液壓
缸10 通過壓垮橫梁6 對拖拉機(jī)安全架強(qiáng)度試驗(yàn)
臺機(jī)械系統(tǒng)施加拉力， 實(shí)現(xiàn)對拖拉機(jī)安全架強(qiáng)度
試驗(yàn)臺機(jī)械系統(tǒng)的壓垮試驗(yàn)。
39
農(nóng)業(yè)裝備與車輛工程20１５年
2 樣機(jī)試驗(yàn)
2.1 試驗(yàn)準(zhǔn)備
（1）固定拖拉機(jī)到試驗(yàn)場地，見圖2。
（2） 調(diào)整后部和側(cè)部的液壓缸的水平和垂直
位置。啟動計(jì)算機(jī)，打開靜壓試驗(yàn)平臺，通過控制
手柄來調(diào)整液壓缸的高度和水平位置， 根據(jù)控制
手柄上的提示，調(diào)整絲杠的上升或者下降，實(shí)現(xiàn)液
壓缸高度的調(diào)整；旋轉(zhuǎn)手動絲杠，實(shí)現(xiàn)液壓缸的水
平移動。調(diào)整的標(biāo)準(zhǔn)是：對于后軸至少支持50%拖
拉機(jī)質(zhì)量的拖拉機(jī)，使縱向加載施加在后部，位于
防護(hù)裝置的最上部，并與拖拉機(jī)縱向中心平行。同
時(shí)載荷作用點(diǎn)在防護(hù)裝置從最外角往內(nèi)1/6 寬度
（防護(hù)裝置寬度是平行于拖拉機(jī)縱向中心面并通
過防護(hù)裝置的最上部外端橫向構(gòu)建的兩個(gè)平行平
面之間的距離）。
（3）縱向加載結(jié)束后，通過控制手柄調(diào)節(jié)側(cè)部
的液壓缸使之順著軌道方向移動， 以達(dá)到能讓開
壓垮試驗(yàn)時(shí)的壓垮油缸所放的位置。壓垮橫梁通
過鏈條、拉力傳感器和油缸相連，實(shí)現(xiàn)整機(jī)的壓垮
試驗(yàn)，見圖3。
2.2 試驗(yàn)說明
按照說明書及操作規(guī)程的要求， 試驗(yàn)通過完
成縱向加載1、壓垮試驗(yàn)1、側(cè)向加載1、壓垮試驗(yàn)
2、縱向加載2 等項(xiàng)目。與此同時(shí)，通過支架與墻面
連接的位移傳感器， 可測量出實(shí)驗(yàn)結(jié)束后支架是
否有位移量。
2.3 試驗(yàn)樣機(jī)的整機(jī)參數(shù)
試驗(yàn)樣機(jī)為500 型輪式拖拉機(jī)。驅(qū)動形式：兩
驅(qū)；不帶配重的拖拉機(jī)的質(zhì)量（帶防翻架、無駕駛
員）：前1 050 kg，后850 kg，總計(jì)1900 kg；用于計(jì)
算水平加載輸入能量和壓垮力的質(zhì)量：1 900 kg；
最小輪距：前1 300 mm；后1 450 mm；輪胎規(guī)格：
前8.30-20；后13.6-28；拖拉機(jī)座椅；座椅參考點(diǎn)
（SRP）位置：座椅參考點(diǎn)位于拖拉機(jī)縱向中心面
上，在拖拉機(jī)后軸上方575 mm，前方37 mm。調(diào)整
范圍: 縱向+/-70;垂向+/-50 mm。
2.4 試驗(yàn)得出系統(tǒng)參數(shù)及試驗(yàn)結(jié)果
2.4.1 試驗(yàn)得出的系統(tǒng)參數(shù)
加載高度調(diào)整范圍2 450～3 350 mm；垂直加
載力30～400 kN；垂直加載行程900 mm；縱向加
載行程1 000 mm；縱向加載力0～200 kN；縱向加
載調(diào)整范圍±1 350 mm；側(cè)向加載力0～200 kN；側(cè)
向加載調(diào)整范圍±1 200 mm； 力測量精度±1%；位
移測量精度±0.5%； 外形尺寸（長×寬×高）11 500×
7 000×5 500 mm。
2.4.2 被試拖拉機(jī)的試驗(yàn)結(jié)果
按照GB/T 19498-2004 《農(nóng)林拖拉機(jī)防護(hù)裝
置靜態(tài)試驗(yàn)方法和驗(yàn)收技術(shù)條件》[8]對被試驗(yàn)拖拉
機(jī)進(jìn)行了防護(hù)裝置靜態(tài)試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表1。
從試驗(yàn)情況看以得出， 拖拉機(jī)防翻架樣品達(dá)
到了保護(hù)容身區(qū)的驗(yàn)收條件，本防翻架符合GB/T
19498-2004 要求。同時(shí)也驗(yàn)證了拖拉機(jī)安全架強(qiáng)
度試驗(yàn)臺機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)的可靠性。
圖2 樣機(jī)安裝圖
Fig.2 Installation diagram of prototype 圖3 樣機(jī)試驗(yàn)圖
Fig.3 The diagram of prototype test
40
第５３ 卷第９ 期宋中界等： 拖拉機(jī)安全架強(qiáng)度試驗(yàn)臺機(jī)械系統(tǒng)的研究分析
3 結(jié)語
（１） 拖拉機(jī)安全架強(qiáng)度試驗(yàn)臺機(jī)械系統(tǒng)起到
了為整個(gè)試驗(yàn)臺的基礎(chǔ)和支撐作用， 在實(shí)驗(yàn)過程
中通過對支架的測量， 并未有變形量， 從而為縱
向、側(cè)向加載時(shí)準(zhǔn)確的位移測量奠定了基礎(chǔ)；
（２）支架上附屬的移動導(dǎo)軌潤滑良好，運(yùn)行正
常， 很輕松地使得液壓油缸能夠按照實(shí)驗(yàn)的要求
調(diào)整位置，保證了試驗(yàn)的順利完成；
（３） 拖拉機(jī)前后軸支撐裝置按照GB/T 6232
農(nóng)林拖拉機(jī)和機(jī)械車輪在輪轂上安裝尺寸標(biāo)準(zhǔn)要
求設(shè)計(jì)出拖拉機(jī)輪轂連接盤且安裝、拆卸自如，為
試驗(yàn)的開展奠定了堅(jiān)強(qiáng)的固定支撐；
（４）調(diào)節(jié)底座及其壓垮橫梁系統(tǒng)，能夠根據(jù)拖
拉機(jī)安全架的高低大小尺寸靈活調(diào)整鏈條的連
接，方便靈活。
拖拉機(jī)安全架強(qiáng)度試驗(yàn)臺機(jī)械系統(tǒng)與液壓系
統(tǒng)、電控系統(tǒng)配合，能滿足輪式拖拉機(jī)安全架強(qiáng)度
試驗(yàn)， 并為進(jìn)一步通過軟件控制和按鈕控制實(shí)現(xiàn)
輪式拖拉機(jī)安全架靜態(tài)試驗(yàn)國標(biāo)規(guī)定的試驗(yàn)項(xiàng)目
和試驗(yàn)報(bào)告的自動輸出提供了可靠的保證。
參考文獻(xiàn)
[1] 萬小玲.大功率拖拉機(jī)駕駛室的設(shè)計(jì)與研究[D]．南京：南京農(nóng)
業(yè)大學(xué),2012.
[2] 郭志強(qiáng),薛念文,周志立，等.拖拉機(jī)翻車防護(hù)裝置的研究分析
[J]．拖拉機(jī)與農(nóng)用運(yùn)輸車，2001（5）：７－９．
[3] Loringer K A, Myers J R. Tracking the prevalence of rollover
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2004[J]. Journal of safety Research, 2008,39:509-517.
[4] ISO347: Earth -moving machinery -roll -over protective stru鄄
clures-Laboratory test and perfornance requirement,1994.
[5] 輪式拖拉機(jī)防翻架見者贊不絕口[ＥＢ ／ OL].http://www.nongjx.
com/news/Detail/21985.html, 2011-11-24.
[6] GB 18447.1-2008, 拖拉機(jī)安全要求第1 部分: 輪式拖拉機(jī)
[S].
[7] 王永健，胡波，張建軍，等.拖拉機(jī)防護(hù)裝置強(qiáng)度靜態(tài)試驗(yàn)臺
的研究設(shè)計(jì)[J]. 農(nóng)業(yè)裝備與車輛工程，2009（12）：４９－５０，６３．
[8] GB/T 19498-2004, 農(nóng)林拖拉機(jī)防護(hù)裝置靜態(tài)試驗(yàn)方法和驗(yàn)
收技術(shù)條件[S].
[9] JB/T 7325-1994,農(nóng)林窄輪距輪式拖拉機(jī)防護(hù)裝置強(qiáng)度試驗(yàn)
方法和驗(yàn)收條件[S].
作者簡介宋中界（1984— ），男，河南商丘人，工程師，碩士，研
究方向：農(nóng)業(yè)機(jī)械化工程。E-mail：szj26@163.com。
通訊作者李保謙（1961— ），男，河南許昌人，教授，碩士生導(dǎo)師，
研究方向：農(nóng)業(yè)機(jī)械性能設(shè)計(jì)與試驗(yàn)、秸稈綜合利用、節(jié)水農(nóng)業(yè)技
術(shù)方面的研究。E－mail:nj280@163.com
表1 靜態(tài)試驗(yàn)驗(yàn)收條件及試驗(yàn)結(jié)果
Tab.1 The acceptance condition and results of static testing
試驗(yàn)項(xiàng)
目名稱
標(biāo)準(zhǔn)要求試驗(yàn)結(jié)果
加載能量要求加載力要求變形要求加載能量/J 加載力/ ｋN 變形情況
縱向加載
防護(hù)裝置所吸收的能
量不小于所要求的輸入能
1.4 M=2 660 J
對滿足所要求的吸收能量
的點(diǎn)上， 加載力應(yīng)能達(dá)到所要
求的吸收能量瞬間的加載力不
得低于
（縱）0.8Fmax＝14.6 ｋN；
（側(cè)）0.8Fmax＝13.7 ｋN
不得有任
何零件侵人容
身區(qū)，試驗(yàn)時(shí)不
得有任何零件
撞擊座位同時(shí)，
容身區(qū)不應(yīng)超
出防護(hù)裝置的
保護(hù)范圍
3 081 14.6
未有任何
零件侵入容身
區(qū)，試驗(yàn)時(shí)未有
任何零件撞擊
座位同時(shí)，容身
區(qū)未超出防護(hù)
裝置的保護(hù)范
圍
側(cè)向加載
防護(hù)裝置所吸收的能
量不小于所要求的輸入能
1.75 M=3 325 J
3 325 14.1
壓垮試驗(yàn)/
壓垮力20 M=38 ｋN， 并維
持此壓垮力5 s
/
施加力38ｋN，
維持5 s
我國將建５００ 個(gè)全程機(jī)械化示范縣
為促進(jìn)農(nóng)業(yè)發(fā)展方式轉(zhuǎn)變，加快推進(jìn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)
代化進(jìn)程，農(nóng)業(yè)部日前印發(fā)《關(guān)于開展主要農(nóng)作
物生產(chǎn)全程機(jī)械化推進(jìn)行動的意見》， 在全國部
署開展主要農(nóng)作物生產(chǎn)全程機(jī)械化推進(jìn)行動，在
全國建設(shè)５００ 個(gè)左右率先基本實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)全程機(jī)
械化的示范縣。
農(nóng)業(yè)部有關(guān)負(fù)責(zé)人指出，此次全程機(jī)械化推
進(jìn)行動范圍為水稻、玉米、小麥、馬鈴薯、棉花、
油菜、花生、大豆、甘蔗等九大作物，聚焦在耕整
地、種植、收獲、植保、烘干、秸稈處理等６ 個(gè)主
要環(huán)節(jié)。
41

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