山地履帶拖拉機(jī)坡地等高線(xiàn)作業(yè)土壤壓實(shí)應(yīng)力研究

孫景彬 褚宏麗 劉 琪 雒鵬鑫 楊福增 劉志杰

(1.西北農(nóng)林科技大學(xué)機(jī)械與電子工程學(xué)院， 陜西楊凌 712100；2.農(nóng)業(yè)農(nóng)村部北方農(nóng)業(yè)裝備科學(xué)觀測(cè)實(shí)驗(yàn)站， 陜西楊凌 712100)

0 引言

黃土高原丘陵山區(qū)是我國(guó)重要農(nóng)業(yè)生產(chǎn)區(qū)，屬于國(guó)家戰(zhàn)略“黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展”的中心區(qū)域[1]，非常適合種植小麥、玉米等糧食作物，因此推進(jìn)該地區(qū)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展對(duì)于保障國(guó)家糧食安全具有重要意義。近年來(lái)，丘陵山區(qū)的農(nóng)業(yè)機(jī)械化發(fā)展取得了一定的成效，然而機(jī)械化作業(yè)對(duì)坡地土壤壓實(shí)效應(yīng)也隨之產(chǎn)生，這將使土壤容重增加、孔隙度降低，不利于作物根系對(duì)水分和養(yǎng)分的吸收[2-4]。履帶拖拉機(jī)因具有較小的接觸比壓及較好的越障性能，適宜在該地區(qū)作業(yè)[5]，但是由于坡地角的存在使得拖拉機(jī)重心發(fā)生偏移，造成兩側(cè)履帶下方土壤應(yīng)力分布極不均勻，尤其坡低側(cè)土壤壓實(shí)程度增大，影響坡耕地土壤質(zhì)量。因此，深入研究履帶車(chē)輛對(duì)坡地土壤內(nèi)部應(yīng)力分布的影響規(guī)律，對(duì)于揭示坡地土壤壓實(shí)機(jī)理、有效消減壓實(shí)具有重要意義。

目前，履帶車(chē)輛對(duì)土壤的壓實(shí)研究主要集中在平地。KELLER等[6]研究了履帶壓實(shí)作用下深度0.3 m范圍土壤中垂直應(yīng)力在履帶長(zhǎng)度方向變化情況，得出垂直應(yīng)力分布很不均勻，其最大值約是平均值的3.2倍；LAMANDE等[7-8]分析了同一車(chē)輛采用輪式和履帶式行走裝置情況下對(duì)土壤的壓實(shí)作用，得到履帶式作用下深度0.35 m處土壤最大垂直應(yīng)力僅僅比輪式減小了約20%，并測(cè)定了橡膠履帶與土壤接觸面內(nèi)垂直應(yīng)力在履帶長(zhǎng)度方向的分布規(guī)律，在支重輪的軸線(xiàn)處出現(xiàn)峰值；丁肇等[9]通過(guò)鉆孔埋設(shè)傳感器的方法研究了履帶式行走機(jī)構(gòu)壓實(shí)作用下土壤應(yīng)力分布均勻性，為行走結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)；趙子涵等[10]分析了地面土壤緊實(shí)程度和車(chē)輛荷載對(duì)垂直應(yīng)力分布的影響，得出緊實(shí)地面上支重輪間履帶幾乎不受力，應(yīng)力分布為非連續(xù)，松軟地面上履帶應(yīng)力分布連續(xù)，支重輪下應(yīng)力均勻度隨荷載增大而升高。栗浩展等[11]分析了金屬履帶行走系對(duì)土壤內(nèi)垂直應(yīng)力的影響規(guī)律，得出垂直應(yīng)力在履帶長(zhǎng)度方向的分布形狀近似三角形，支重輪軸線(xiàn)位置出現(xiàn)最大應(yīng)力。

綜上所述，目前有關(guān)履帶車(chē)輛對(duì)土壤壓實(shí)的研究涉及的工況均為平地，主要包括拖拉機(jī)參數(shù)、履帶參數(shù)、土壤參數(shù)等對(duì)土壤內(nèi)部垂直、水平應(yīng)力分布均勻性影響規(guī)律的探究，然而對(duì)坡地工況下土壤內(nèi)部應(yīng)力傳遞規(guī)律研究尚未報(bào)道。因此，本文針對(duì)黃土高原丘陵山區(qū)典型等高線(xiàn)坡地工況，擬通過(guò)理論分析、EDEM-RecurDyn耦合仿真試驗(yàn)、土槽及實(shí)地試驗(yàn)相結(jié)合的方法探究山地履帶拖拉機(jī)坡地等高線(xiàn)行駛/作業(yè)工況下，履帶下方土壤內(nèi)部應(yīng)力分布的規(guī)律，以期為有效消減坡地農(nóng)田土壤壓實(shí)效應(yīng)提供理論參考。

1 履帶最大接地比壓與應(yīng)力傳遞理論

1.1 履帶最大接地比壓

履帶平均接地比壓是平地工況下履帶對(duì)土壤壓實(shí)效應(yīng)平均情況的反映。坡地工況下，拖拉機(jī)兩側(cè)履帶對(duì)坡地土壤的壓實(shí)作用不均勻，因此有必要分析履帶行走機(jī)構(gòu)在坡地條件下接地比壓的具體變化情況。

當(dāng)山地拖拉機(jī)處于坡地角為α的等高線(xiàn)坡地時(shí)，其重心橫向偏移會(huì)使得坡低側(cè)履帶接地比壓增大，坡高側(cè)的接地比壓減小，加劇坡低側(cè)土壤的壓實(shí)[12]；重心縱向偏移則會(huì)影響拖拉機(jī)的牽引附著性能和縱向穩(wěn)定性。參照文獻(xiàn)[13-14]，履帶最大接地比壓σmax為平均接地比壓σ與載荷橫向偏心引起的接地比壓σx以及載荷縱向偏心引起的接地比壓σy的疊加，即

σmax=σ+σx+σy

(1)

其中

σ=(G0+2G1)/(2Lb)

(2)

σx=kMx/(BLb)=kG0ecosα/(BLb)

(3)

k=1+b/B

(4)

式中G0——山地拖拉機(jī)車(chē)身的重力，N

G1——山地拖拉機(jī)履帶行走系的重力，N

L——履帶接地長(zhǎng)度，mm

b——履帶寬度，mm

k——履帶寬度方向壓力修正系數(shù)

Mx——橫向偏心引起的偏心力矩，N·m

B——山地拖拉機(jī)軌距，mm

e——重心橫向偏移量，mm

由式(3)可知，在土壤參數(shù)、拖拉機(jī)參數(shù)一定的情況下，山地拖拉機(jī)在坡地工況下載荷橫向偏心引起的接地比壓σx與坡地角α緊密相關(guān)。

另外，載荷縱向偏心引起的接地比壓σy受山地拖拉機(jī)縱向偏心距的影響，計(jì)算式為

(5)

式中My——縱向偏心引起的偏心力矩，N·m

e′——山地拖拉機(jī)的縱向偏心距，mm

山地拖拉機(jī)在丘陵山區(qū)坡地行駛和作業(yè)時(shí)，極易出現(xiàn)縱向障礙物(田埂、水溝等)，這就對(duì)山地拖拉機(jī)的縱向穩(wěn)定性提出更高的要求，因此載荷縱向偏心引起的接地比壓應(yīng)按照式中e′>L/6的工況計(jì)算。并且，坡地等高線(xiàn)作業(yè)過(guò)程中，地表的不平度易使作業(yè)耕深發(fā)生突變，從而引起載荷的縱向偏心，導(dǎo)致縱向接地比壓的變化，最終影響到拖拉機(jī)的牽引附著性能，因此在進(jìn)行山地履帶拖拉機(jī)行走系設(shè)計(jì)時(shí)亦應(yīng)充分考慮縱向接地比壓。

1.2 履帶應(yīng)力傳遞理論

土壤應(yīng)力傳遞模型的發(fā)展主要是基于Boussinesq方程，提出在均勻彈性體為介質(zhì)條件下應(yīng)力的傳遞規(guī)律[15]。其中，山地履帶拖拉機(jī)與坡地土壤互作過(guò)程中應(yīng)力的傳遞分兩個(gè)階段：①履帶與土壤互作過(guò)程在土壤表面產(chǎn)生接觸應(yīng)力。②接觸應(yīng)力在土壤內(nèi)部進(jìn)行傳遞[16-17]。目前，履帶與土壤接觸應(yīng)力模型分析主要參考KELLER等[16]于2016年首次建立的模型，該模型可以根據(jù)履帶參數(shù)(接地長(zhǎng)度、寬度、軸載、支重輪直徑等)來(lái)預(yù)測(cè)履帶與土壤接觸面的應(yīng)力分布情況?；贐oussinesq應(yīng)力傳遞方程推導(dǎo)的SoilFlex傳遞模型是系統(tǒng)定量土壤內(nèi)部應(yīng)力的模型之一，然后根據(jù)S?hne所建立的應(yīng)力疊加方程計(jì)算土壤內(nèi)部任意點(diǎn)的應(yīng)力，受力分析如圖1所示。圖中，Ai為接觸面A上任意劃分單元；Pi為作用在單元Ai上的垂直載荷，N；Hi為作用在單元Ai上的切向載荷，N；S為接觸面下方土壤內(nèi)的任意點(diǎn)；r為點(diǎn)Ai與點(diǎn)S之間的距離，m；σr,i為點(diǎn)S沿AiS方向的法向應(yīng)力，kPa；θ為表面垂直載荷Pi與法向應(yīng)力σr,i的夾角，(°)；δ為切向載荷Hi與法向應(yīng)力σr,i和z所在平面夾角，(°)。

圖1 土壤內(nèi)任意點(diǎn)的受力分析Fig.1 Stress analysis of any point in soil

把接觸面A分成i個(gè)單元，每個(gè)單元Ai上作用垂直載荷Pi和切向載荷Hi，則履帶下方土壤內(nèi)任意點(diǎn)S沿AiS方向的法向應(yīng)力σr,i為

(6)

式中ξ——集中系數(shù)

不同的土壤條件ξ取值不同。根據(jù)LAMANDE等[8]的建議，計(jì)算履帶作用下的應(yīng)力時(shí)取ξ=6。

進(jìn)而可得土壤內(nèi)任意點(diǎn)S的垂直應(yīng)力σz及水平應(yīng)力σx、σy分別為

(7)

(8)

(9)

可得，坡地角α對(duì)履帶與坡地土壤接觸應(yīng)力以及土壤內(nèi)部應(yīng)力傳遞均具有一定的影響，該理論可為后續(xù)實(shí)地試驗(yàn)時(shí)土壤應(yīng)力測(cè)量傳感器在土層中的埋設(shè)布置方式提供一定的參考。

2 坡地土壤壓實(shí)仿真

為了探究載荷變化對(duì)兩側(cè)履帶下方土壤中不同位置土壤顆粒接觸力的影響情況，通過(guò)EDEM-RecurDyn耦合的方法進(jìn)行相關(guān)仿真分析。

2.1 履帶-坡地土壤模型建立

基于SolidWorks建立2條橡膠履帶(寬度230 mm，接地長(zhǎng)度為1 410 mm)以及山地拖拉機(jī)車(chē)架簡(jiǎn)化的三維結(jié)構(gòu)模型，保存為.x_t文件，將該文件導(dǎo)入到RecurDyn多體動(dòng)力學(xué)仿真軟件中，然后基于EDEM-RecurDyn耦合的方法對(duì)履帶-坡地土壤相互作用過(guò)程進(jìn)行仿真模擬。構(gòu)建的坡地土壤壓實(shí)仿真模型如圖2a所示，模型尺寸為：長(zhǎng)1 500 mm、寬1 400 mm、等高線(xiàn)坡度為15°，耦合仿真過(guò)程如圖2b所示。

圖2 坡地土壤壓實(shí)仿真Fig.2 Slope soil compaction simulation

2.2 履帶對(duì)坡地土壤壓實(shí)過(guò)程

坡地工況下兩側(cè)履帶壓實(shí)土壤的過(guò)程中，不同深度中土壤顆粒接觸力分布情況如圖3所示。其中，紅色顆粒越多，表示該區(qū)域土壤所受接觸力越大。

圖3 履帶壓實(shí)作用下土壤接觸力分布情況Fig.3 Distribution of soil contact force under crawler compaction1.坡高側(cè)履帶 2.坡低側(cè)履帶

由圖3可知，坡高側(cè)履帶下方的土壤接觸力明顯小于坡低側(cè)，這是由于坡地角的存在導(dǎo)致拖拉機(jī)重力并不是均勻地分布于兩側(cè)履帶上，坡低側(cè)履帶上的受力高于坡高側(cè)，因此，拖拉機(jī)坡地作業(yè)時(shí)很有必要進(jìn)行調(diào)平來(lái)減少坡低側(cè)土壤的壓實(shí)程度。另外，隨著拖拉機(jī)兩側(cè)履帶與土壤顆粒的進(jìn)一步接觸(圖3)，表層土壤的接觸力會(huì)呈輻射狀(圖3d箭頭所示)經(jīng)土壤顆粒的相互作用向更深層傳遞，原因在于壓實(shí)過(guò)程中土壤的下陷自然受到其下側(cè)土壤的阻礙作用，并且由于土壤顆粒之間還存在一定的粘結(jié)力，土壤接觸應(yīng)力沿豎直方向傳遞的同時(shí)也向側(cè)面?zhèn)鬟f。

2.3 軸載對(duì)土壤接觸力傳遞的影響

在EDEM后處理模塊中，履帶下方土壤沿著坡面方向選取3個(gè)深度的土壤層(0～5 cm、5～10 cm、10～15 cm)，在RecurDyn軟件中設(shè)置不同的拖拉機(jī)軸載，耦合仿真結(jié)束后，將3個(gè)土壤層中顆粒所受接觸力均值分別導(dǎo)出，最終得到不同軸載對(duì)兩側(cè)履帶下不同深度層土壤接觸力的影響如圖4所示。

圖4 拖拉機(jī)軸載對(duì)不同深度層土壤顆粒接觸力的影響Fig.4 Influence of tractor axle load on contact force of soil particles at different depths

由圖4可知，隨著山地履帶拖拉機(jī)軸載的增大，3個(gè)土壤層中顆粒的接觸力均隨之增大；對(duì)于坡低側(cè)履帶下方土壤，軸載從8 kN增大到20 kN，土層0～5 cm中平均接觸力增大了53.1%，土層10～15 cm中平均接觸力增大了45.9%；對(duì)于坡高側(cè)履帶下方土壤，軸載由8 kN增大到20 kN，土層0～5 cm中平均接觸力增大了41.8%，土層10～15 cm中平均接觸力增大了38.9%。顯然，坡低側(cè)的土壤接觸力大于坡高側(cè)，并且坡低側(cè)土壤接觸力受軸載影響的程度大于坡高側(cè)。這也是由于坡地角使得拖拉機(jī)的重力在坡高低兩側(cè)履帶的分布不均勻，進(jìn)而導(dǎo)致力在土壤顆粒中的傳遞出現(xiàn)顯著差異。由此可見(jiàn)，山地拖拉機(jī)軸載直接影響到坡地土壤的壓實(shí)程度，并且在等高線(xiàn)坡地上極易出現(xiàn)坡低側(cè)過(guò)度壓實(shí)的情況。土壤中應(yīng)力分布同時(shí)受到土壤參數(shù)和機(jī)組作業(yè)參數(shù)的影響。

3 坡地土壤壓實(shí)土槽與實(shí)地試驗(yàn)

3.1 坡地土壤壓實(shí)試驗(yàn)系統(tǒng)

搭建如圖5所示的小型坡地靜態(tài)試驗(yàn)平臺(tái)(可實(shí)現(xiàn)坡度0°～20°調(diào)節(jié))來(lái)開(kāi)展坡地土壤靜態(tài)壓實(shí)過(guò)程中應(yīng)力傳遞規(guī)律的研究。該試驗(yàn)平臺(tái)主要由變坡度土槽、土壓力盒、土壓力盒數(shù)據(jù)采集器、標(biāo)準(zhǔn)配重塊、土壤、便攜式計(jì)算機(jī)等組成。

圖5 土壤應(yīng)力傳遞靜態(tài)試驗(yàn)平臺(tái)Fig.5 Soil stress transfer static test platform1.標(biāo)準(zhǔn)配重塊 2.土壤 3.變坡度土槽 4.土槽坡度手動(dòng)調(diào)節(jié)裝置 5.土壓力盒多點(diǎn)數(shù)據(jù)采集器Ⅰ 6.土壓力盒多點(diǎn)數(shù)據(jù)采集器Ⅱ 7.便攜式計(jì)算機(jī) 8.土壓力盒數(shù)據(jù)傳輸線(xiàn) 9.土壓力盒 10.姿態(tài)調(diào)整液壓缸

土壤應(yīng)力傳遞動(dòng)態(tài)試驗(yàn)采用的動(dòng)力機(jī)為本團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)的402P型遙控全向調(diào)平山地履帶拖拉機(jī)，動(dòng)態(tài)試驗(yàn)系統(tǒng)如圖6所示。其中，山地履帶拖拉機(jī)可以通過(guò)橫向姿態(tài)調(diào)整機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)其橫向調(diào)平，以滿(mǎn)足等高線(xiàn)作業(yè)的穩(wěn)定性要求，坡地自適應(yīng)懸掛裝置可以保證牽引農(nóng)具的姿態(tài)實(shí)時(shí)調(diào)整，并始終與坡面保持平行，達(dá)到坡地等高線(xiàn)仿形的效果。土壤應(yīng)力通過(guò)土壓力盒進(jìn)行采集，采集的信號(hào)通過(guò)特制專(zhuān)用數(shù)據(jù)傳輸線(xiàn)傳遞至多點(diǎn)數(shù)據(jù)采集器，經(jīng)分析處理后實(shí)時(shí)顯示至便攜式計(jì)算機(jī)并存儲(chǔ)。通過(guò)在山地履帶拖拉機(jī)三點(diǎn)懸掛裝置的鉸接點(diǎn)設(shè)計(jì)并安裝銷(xiāo)軸式傳感器來(lái)實(shí)時(shí)測(cè)定在不同作業(yè)工況(旋耕、犁耕)下的耕作牽引力，經(jīng)Coco90型多通道數(shù)據(jù)采集儀實(shí)現(xiàn)獲取、處理和保存?zhèn)鞲衅魉杉男盘?hào)，這主要是為了觀測(cè)在試驗(yàn)過(guò)程中的牽引負(fù)載。

圖6 坡地作業(yè)工況下土壤應(yīng)力傳遞測(cè)試系統(tǒng)Fig.6 Soil stress transfer test system under slope working condition1.山地履帶拖拉機(jī) 2.坡地自適應(yīng)懸掛裝置 3.旋耕機(jī) 4.Coco90型多通道數(shù)據(jù)采集儀 5.便攜式計(jì)算機(jī) 6.土壓力盒多點(diǎn)數(shù)據(jù)采集器Ⅰ 7.土壓力盒多點(diǎn)數(shù)據(jù)采集器Ⅱ 8.土壓力盒數(shù)據(jù)傳輸線(xiàn) 9.試驗(yàn)坡地 10.兩鏵翻轉(zhuǎn)犁

3.2 土壓力盒埋設(shè)方案

履帶作用下土壤內(nèi)部應(yīng)力采用土壓力盒埋設(shè)法進(jìn)行測(cè)量，試驗(yàn)用的土壓力盒(TGH型振弦式，山東科技大學(xué)洛賽爾傳感器技術(shù)有限公司生產(chǎn))準(zhǔn)確度為0.3%FS，重復(fù)性0.2%FS，分辨率為0.01%FS，采集頻率25 次/s，尺寸為108 mm×40 mm。土壓力盒經(jīng)特制的數(shù)據(jù)傳輸線(xiàn)與DQ-8型數(shù)據(jù)采集器連接，通過(guò)WM-201E型接口轉(zhuǎn)換器將數(shù)據(jù)導(dǎo)入便攜式計(jì)算機(jī)。

在西北農(nóng)林科技大學(xué)機(jī)械與電子工程學(xué)院專(zhuān)用試驗(yàn)坡地上沿等高線(xiàn)方向，以履帶-土壤接觸面中垂線(xiàn)為基準(zhǔn)，通過(guò)在土壤中打孔埋設(shè)的方法將土壓力盒(應(yīng)力取點(diǎn)位置)布置到不同的深度位置處，埋設(shè)方案如圖7所示。其中，水平應(yīng)力測(cè)試土壓力盒用于測(cè)試履帶對(duì)不同深度土壤中產(chǎn)生的水平應(yīng)力，測(cè)力點(diǎn)的埋設(shè)深度分別為10、25 cm；側(cè)向應(yīng)力測(cè)試土壓力盒用于測(cè)試側(cè)向應(yīng)力，測(cè)力點(diǎn)埋設(shè)深度分別為10、25、40 cm；垂直應(yīng)力測(cè)試土壓力盒用于測(cè)試垂直應(yīng)力，測(cè)力點(diǎn)埋設(shè)深度分別為5、20、35、50 cm。

圖7 土壓力盒坡地布置方案Fig.7 Layout scheme of soil pressure sensor on sloping land1.山地履帶拖拉機(jī) 2.橡膠履帶 3.水平應(yīng)力測(cè)試土壓力盒 4.側(cè)向應(yīng)力測(cè)試土壓力盒 5.垂直應(yīng)力測(cè)試土壓力盒 6.土壓力盒數(shù)據(jù)采集器 7.便攜式計(jì)算機(jī)

3.3 土槽靜態(tài)試驗(yàn)

山地履帶拖拉機(jī)整機(jī)載荷、土層深度、土壤含水率、初始緊實(shí)度均影響土壤應(yīng)力的傳遞規(guī)律[15]，因此坡地土壤內(nèi)部應(yīng)力傳遞規(guī)律研究主要從上述方面展開(kāi)。

3.3.1土壤垂直應(yīng)力隨土層深度的變化規(guī)律

在土壤含水率和初始緊實(shí)度一定的條件下，不同深度土壤內(nèi)部的垂直應(yīng)力隨著加載質(zhì)量及坡地角(試驗(yàn)臺(tái)傾角)的變化規(guī)律如圖8所示。

圖8 不同深度土層中應(yīng)力分布Fig.8 Stress distribution in soil layers with different depths

由圖8可知，隨著土層深度的增加，土壤中的垂直應(yīng)力是逐漸減小的，并且，不同試驗(yàn)臺(tái)傾角下均存在相同的規(guī)律；但是，由圖8b、8c可知，當(dāng)試驗(yàn)臺(tái)傾角達(dá)到15°，加載質(zhì)量為210 kg時(shí)，土層深度5 cm處土壓力盒所采集到的應(yīng)力小于試驗(yàn)臺(tái)傾角處于10°狀態(tài)下應(yīng)力，原因在于加載質(zhì)量繼續(xù)增大時(shí)，隨著坡度角的增大，加載物重心高度發(fā)生相應(yīng)的變化，從而影響整個(gè)加載物對(duì)土層力的作用位置，類(lèi)似地，在丘陵山區(qū)坡耕地上，隨著坡地角的增加或者牽引負(fù)載的增大，均會(huì)導(dǎo)致作業(yè)機(jī)組的重心位置發(fā)生變化，進(jìn)而影響到機(jī)組的穩(wěn)定性和對(duì)土壤的壓實(shí)情況。并且，應(yīng)力傳遞性能隨著土層深度增加而逐漸減弱，原因在于土壤在壓實(shí)過(guò)程中產(chǎn)生明顯的彈塑性變形，這種變形有過(guò)程、有慣性，導(dǎo)致應(yīng)力在傳播中不斷衰減[19]。

3.3.2坡地角對(duì)不同方位土壤應(yīng)力的影響

坡地角(試驗(yàn)臺(tái)傾角)對(duì)不同方位土壤的內(nèi)部垂直應(yīng)力傳遞影響情況如圖9所示。

由圖9可知，同一土層深度，位于加載物正下方土壤應(yīng)力最大，加載物正下方兩側(cè)土壤壓力均小于該值；并且，隨著試驗(yàn)臺(tái)傾角增大，順坡低側(cè)土層中應(yīng)力呈逐漸增大的趨勢(shì)，反之，順坡高側(cè)土層中的應(yīng)力呈遞減趨勢(shì)，原因在于，隨著坡度的增加，加載物的重力沿著坡面向下的分力逐漸增大，使應(yīng)力在坡低側(cè)的土層中聚集并傳遞。

圖9 相同深度不同方位處土壤應(yīng)力分布Fig.9 Soil stress distribution at different positions at the same depth

土壤含水率是影響其作業(yè)性能以及耕作質(zhì)量的重要因素，不適宜作業(yè)的土壤含水率會(huì)促使土壤板結(jié)，嚴(yán)重影響作物生長(zhǎng)。文獻(xiàn)[18]提出最適宜旋耕和犁耕作業(yè)的土壤含水率為18%～22%。因此，通過(guò)單因素試驗(yàn)分析在坡地角(試驗(yàn)臺(tái)傾角)和拖拉機(jī)載荷(加載質(zhì)量)、土壤初始緊實(shí)度一定情況下，土壤內(nèi)部不同深度上的應(yīng)力隨含水率(梯度設(shè)定為15%、18%、21%、24%)的變化規(guī)律，設(shè)定加載質(zhì)量160 kg，試驗(yàn)臺(tái)傾角15°，土壤初始緊實(shí)度2.0 MPa，結(jié)果如圖10所示。

圖10 含水率對(duì)土壤中應(yīng)力分布的影響Fig.10 Influence of water content on stress distribution

由圖10可知，在試驗(yàn)臺(tái)傾角、加載質(zhì)量均一定的情況下，土壤含水率15%～24%范圍內(nèi)，隨著含水率的增大，土壤中的應(yīng)力更容易向深度方向傳遞，主要是由于：本文研究的土壤類(lèi)型為粘壤土，當(dāng)含水率較小時(shí)，土壤中水主要是強(qiáng)結(jié)合水，土壤顆粒周?chē)慕Y(jié)合水膜很薄，使顆粒間具有較大的分子引力，阻止土壤顆粒的移動(dòng)，造成壓實(shí)困難；含水率適當(dāng)增大時(shí)，土壤中水包括強(qiáng)結(jié)合水和弱結(jié)合水，結(jié)合水膜變厚，土壤顆粒之間的聯(lián)結(jié)力減弱而使土粒易于移動(dòng)，易被壓實(shí)。因此，在丘陵山地機(jī)械作業(yè)時(shí)應(yīng)充分考慮土壤含水率這一因素，合理規(guī)劃拖拉機(jī)下地作業(yè)時(shí)間[19-20]，盡可能減小機(jī)械壓實(shí)。

3.3.4土壤初始緊實(shí)度對(duì)土壤應(yīng)力傳遞的影響

在土壤含水率18%±1%條件下，設(shè)定4種土壤初始緊實(shí)度(1.0、2.0、3.0、4.0 MPa)，得到不同土層深度土壤應(yīng)力分布如圖11所示。

圖11 土壤初始緊實(shí)度對(duì)土壤中應(yīng)力分布的影響Fig.11 Influence of soil initial compaction on stress distribution

由圖11可知，在試驗(yàn)臺(tái)傾角、加載質(zhì)量均一定的情況下，土壤緊實(shí)度1.0～4.0 MPa范圍內(nèi)，初始緊實(shí)度越小，土壤應(yīng)力傳遞深度越大，即應(yīng)力越容易通過(guò)土壤傳遞到更深的位置，反之，初始緊實(shí)度大的土壤不容易被壓實(shí)。原因在于，土壤的壓實(shí)一般由兩個(gè)因素[21-22]決定：①施加的載荷，這取決于農(nóng)業(yè)機(jī)械的軸載。②土壤的機(jī)械強(qiáng)度，這取決于土壤的固有特性(如質(zhì)地和有機(jī)質(zhì))、瞬態(tài)特性(含水率和緊實(shí)度)，土壤含水率一定的情況下，其抗壓強(qiáng)度主要與土壤緊實(shí)度相關(guān)，初始緊實(shí)度越大的土壤中總空隙度越少，越不易被壓縮。因此，山地拖拉機(jī)應(yīng)選擇合適的土壤緊實(shí)度下地作業(yè)，盡可能降低較松軟土壤條件下的機(jī)械壓實(shí)。

3.4 坡地動(dòng)態(tài)試驗(yàn)

在靜態(tài)試驗(yàn)分析基礎(chǔ)上，對(duì)山地履帶拖拉機(jī)等高線(xiàn)行駛、旋耕以及犁耕3種工況下履帶行走機(jī)構(gòu)對(duì)坡高、坡低兩側(cè)土壤的動(dòng)態(tài)壓實(shí)規(guī)律進(jìn)行了分析。

3.4.1行駛速度對(duì)垂直應(yīng)力分布的影響

山地履帶拖拉機(jī)未調(diào)平狀態(tài)下，在等高線(xiàn)坡地15°上設(shè)定速度0.5、1.0、1.5 km/h掛接旋耕機(jī)行駛，探究埋設(shè)深度5、20、35、50 cm在履帶長(zhǎng)度方向上應(yīng)力變化如圖12所示。

長(zhǎng)沙磁浮快線(xiàn)是世界上第三條中低速磁浮商業(yè)運(yùn)營(yíng)線(xiàn)。作為無(wú)更多冗余設(shè)計(jì)的系統(tǒng)，磁浮列車(chē)懸浮系統(tǒng)的可靠性設(shè)計(jì)至關(guān)重要。在設(shè)備高可靠性的基礎(chǔ)上，采用簡(jiǎn)單有效的控制算法，以便在不同工況和線(xiàn)路條件下，使懸浮控制系統(tǒng)達(dá)到優(yōu)良的狀態(tài)，以及增加乘客乘坐舒適性，成為磁浮列車(chē)懸浮控制系統(tǒng)優(yōu)化的首要目標(biāo)。本文通過(guò)總結(jié)長(zhǎng)沙磁浮快線(xiàn)懸浮控制系統(tǒng)調(diào)試經(jīng)驗(yàn)，得到的主要結(jié)論如下：

圖12 履帶行走機(jī)構(gòu)壓實(shí)作用下0.5 m土層深度內(nèi)垂直應(yīng)力沿履帶長(zhǎng)度方向的分布Fig.12 Vertical stresses distribution in track length direction at 0.5 m soil depth under compaction of tracked undercarriage

由圖12可知，履帶下方的垂直應(yīng)力在履帶長(zhǎng)度方向上的分布不均勻，出現(xiàn)了4個(gè)不同的應(yīng)力峰值，履帶與土壤接觸面以及較淺層土壤內(nèi)垂直應(yīng)力的峰值點(diǎn)主要出現(xiàn)在各支重輪下方的軸線(xiàn)處，但是，較深層(50 cm深度左右)土壤垂直應(yīng)力的峰值點(diǎn)出現(xiàn)明顯滯后，大約在支重輪軸線(xiàn)的后方0.2 m處，主要是因?yàn)椋涸谕獠枯d荷作用下，土體中某點(diǎn)的應(yīng)力既受作用力的影響，還受應(yīng)力應(yīng)變傳播速度的影響，并且土壤的變形有過(guò)程和慣性，以致應(yīng)力傳遞至較深土壤中需要一定的時(shí)間。丁肇[23]研究中得出了近似的結(jié)論：深度0.35 m處的垂直應(yīng)力峰值出現(xiàn)在支重輪軸線(xiàn)的后方0.15 m處。并且，不同土壤深度處的最大應(yīng)力峰值均出現(xiàn)在拖拉機(jī)驅(qū)動(dòng)輪下方的支重輪處，原因在于山地拖拉機(jī)的變速箱、驅(qū)動(dòng)后橋、液壓系統(tǒng)等部件均布置在此處，并且掛接旋耕機(jī)后山地拖拉機(jī)機(jī)組的重心較拖拉機(jī)自身重心有一定的向后偏移量。

隨著土壤深度的增加，垂直應(yīng)力的峰值和平均值均會(huì)逐漸減小，原因在于：履帶行走機(jī)構(gòu)作用下土壤中的空氣逸出、水分流散、土粒位移進(jìn)而使得土體法向發(fā)生變形，部分垂直應(yīng)力在傳遞過(guò)程中用于實(shí)現(xiàn)上述變形，進(jìn)而導(dǎo)致垂直應(yīng)力不斷衰減。并且，淺層土壤垂直應(yīng)力在履帶行走機(jī)構(gòu)作用下更為敏感，表現(xiàn)為應(yīng)力曲線(xiàn)波動(dòng)較大，應(yīng)力峰值跳動(dòng)明顯，深層反之。由圖12可以得出，隨著拖拉機(jī)行駛速度的增大，土壤中垂直應(yīng)力逐漸減小，原因在于土壤變形有一定的過(guò)程，且應(yīng)力傳遞情況與應(yīng)力及應(yīng)力的持續(xù)時(shí)間有關(guān)，拖拉機(jī)速度增大導(dǎo)致應(yīng)力在土壤中的持續(xù)時(shí)間減小。從而導(dǎo)致該區(qū)域的土壤應(yīng)力尚未達(dá)到最大值，拖拉機(jī)已經(jīng)經(jīng)過(guò)該區(qū)域[24-25]。

3.4.2車(chē)身姿態(tài)對(duì)垂直應(yīng)力分布的影響

前述仿真試驗(yàn)結(jié)果已知，坡地等高線(xiàn)工況下，山地履帶拖拉機(jī)姿態(tài)對(duì)兩側(cè)履帶下的垂直應(yīng)力影響較為明顯，因此在坡度15°坡地上進(jìn)行車(chē)身調(diào)平前和調(diào)平后的行駛試驗(yàn)，通過(guò)土壓力盒采集坡低、坡高兩側(cè)履帶正下方5、20、35、50 cm處的垂直應(yīng)力，結(jié)果如圖13所示。

圖13 車(chē)身姿態(tài)調(diào)平前后坡高、低兩側(cè)履帶下垂直應(yīng)力分布Fig.13 Vertical stresses distribution under track on both sides of slope before and after tractor attitude leveling

由圖13a、13c可知，山地拖拉機(jī)未調(diào)平狀態(tài)下，坡低側(cè)履帶下的土壤應(yīng)力峰值大于坡高側(cè)，約大了40%。這是坡度導(dǎo)致拖拉機(jī)的重力在兩側(cè)履帶上的分配不均勻造成的。

由圖13a、13b對(duì)比可知，圖13c、13d對(duì)比可知，山地履帶拖拉機(jī)姿態(tài)調(diào)平后，坡低側(cè)的垂直應(yīng)力峰值明顯減小，坡高側(cè)的垂直應(yīng)力峰值明顯增大，尤其是淺層土壤中(5、20 cm處)應(yīng)力變化的程度最為顯著，原因在于姿態(tài)調(diào)平后山地履帶拖拉機(jī)的重心發(fā)生一定程度的側(cè)向(向坡高側(cè))偏移，使得拖拉機(jī)的重力較為均勻的分布在兩側(cè)履帶上，導(dǎo)致不同土層深度上的應(yīng)力分布均勻性顯著提高；深層土壤中(35、50 cm處)的應(yīng)力變化并不明顯；綜上，山地拖拉機(jī)的橫向調(diào)平，一方面可以有效減小坡低側(cè)土壤中應(yīng)力峰值，提高拖拉機(jī)兩側(cè)履帶下應(yīng)力分布的均勻性，消減坡低側(cè)土壤的壓實(shí)程度，這是減輕山地履帶車(chē)輛對(duì)坡地土壤壓實(shí)的關(guān)鍵性因素；另一方面，可以有效減小坡低側(cè)履帶的沉陷量，提高拖拉機(jī)的通過(guò)、牽引附著性能。

3.4.3行駛速度對(duì)水平應(yīng)力分布的影響

山地履帶拖拉機(jī)未調(diào)平狀態(tài)下，在坡度15°等高線(xiàn)坡地上設(shè)定速度0.5、1.0、1.5 km/h掛接旋耕機(jī)行駛，土壓力盒豎直布置于深度10、25、40 cm(應(yīng)力測(cè)點(diǎn)深度)處，測(cè)得不同深度水平應(yīng)力在履帶長(zhǎng)度方向上的分布情況，如圖14所示。

由圖14可知，水平應(yīng)力在履帶長(zhǎng)度方向的分布不均勻，在拖拉機(jī)后部驅(qū)動(dòng)輪下方的支重輪處出現(xiàn)最大值。原因在于，山地履帶拖拉機(jī)行駛時(shí)，在驅(qū)動(dòng)力矩的作用下，履帶與土壤接觸的各個(gè)微小部分都會(huì)產(chǎn)生土的反作用力，這些反力的水平分力形成拖拉機(jī)前進(jìn)的切線(xiàn)牽引力，試驗(yàn)路面為松軟路面，切線(xiàn)牽引力主要由土的剪切反力產(chǎn)生，履帶接地的最前端的點(diǎn)因與地面剛接觸，剪切變形為0，而后續(xù)各點(diǎn)的剪切變形均比其大，此時(shí)水平剪切位移沿著接地長(zhǎng)度方向不斷積累，在接地段的最后部達(dá)到最大值。另外，較低速(0.5 km/h)行駛時(shí)，淺層土壤中各支重輪前方位置也出現(xiàn)應(yīng)力峰值，主要是由于支重輪對(duì)土壤的推力作用所形成。

隨著山地拖拉機(jī)行駛速度的增大，不同土層深度上的水平應(yīng)力均減小，但是水平應(yīng)力隨著行駛速度的減小量明顯小于垂直應(yīng)力；其中淺層(10 cm深度)的減小程度最明顯，深層(40 cm深度)土壤水平應(yīng)力變化不大。原因在于：土壤中的水平應(yīng)力是拖拉機(jī)履帶施加到土壤的垂直載荷和履帶行駛對(duì)土壤施加的水平載荷共同作用產(chǎn)生的，由于土壤深層的垂直載荷小，故深層的水平應(yīng)力會(huì)更小。并且，在支重輪的軸線(xiàn)所在的豎直平面與土壓力盒測(cè)力點(diǎn)所在的豎直平面重合時(shí)，垂直載荷所引起的水平應(yīng)力為0，此時(shí)土壤中的水平應(yīng)力僅由水平載荷引起，其出現(xiàn)最小值。

3.4.4車(chē)身姿態(tài)對(duì)兩側(cè)履帶下水平應(yīng)力分布的影響

山地履帶拖拉機(jī)等高線(xiàn)行駛過(guò)程中，兩側(cè)履帶下的水平應(yīng)力可以反映拖拉機(jī)的牽引附著性能，因此在坡度15°的坡地上進(jìn)行車(chē)身調(diào)平前、后的行駛試驗(yàn)，通過(guò)土壓力盒采集坡低側(cè)和坡高側(cè)履帶正下方10、25、40 cm處的水平應(yīng)力，結(jié)果如圖15所示。

圖15 車(chē)身姿態(tài)調(diào)平前后坡高、低兩側(cè)履帶下水平應(yīng)力分布Fig.15 Horizontal stresses distribution under track on both sides of slope before and after tractor attitude leveling

對(duì)比圖15a、15b，圖15c、15d可知，山地拖拉機(jī)姿態(tài)調(diào)平后，坡低側(cè)的水平應(yīng)力峰值明顯減小，坡高側(cè)的應(yīng)力峰值明顯增大，這是由于土壤中的水平應(yīng)力主要是土壤在水平載荷(履帶的水平推力)下產(chǎn)生的，并且本文所研究的土壤類(lèi)型為粘壤土，其既不是純粘性土壤，也不屬于摩擦性土壤，而是兩種土壤的混合物，此時(shí)履帶的最大水平推力Fmax計(jì)算式為

(10)

式中A′——履帶接地面積，m2

τmax——最大水平應(yīng)力(剪切應(yīng)力)，kPa

C——土壤內(nèi)聚力，N

φ——土壤內(nèi)摩擦角，(°)

由式(10)可知，當(dāng)車(chē)身調(diào)平之后，坡低側(cè)最大垂直應(yīng)力σmax減小，因此，在履帶接地面積A′不變的情況下，該側(cè)履帶的最大水平推力Fmax減小，坡高側(cè)與之相反，此時(shí)，兩側(cè)履帶下土壤的水平應(yīng)力更為均勻。由此可得，車(chē)身的調(diào)平可提高兩側(cè)履帶水平推力一致性，這對(duì)于提高拖拉機(jī)的附著性及坡地行駛平穩(wěn)性具有積極作用。

3.4.5車(chē)身姿態(tài)對(duì)沿坡地側(cè)向應(yīng)力的影響

由于山地履帶拖拉機(jī)坡地等高線(xiàn)行駛時(shí)會(huì)出現(xiàn)一定程度的側(cè)向滑移，這種履帶的滑移現(xiàn)象會(huì)對(duì)土壤產(chǎn)生側(cè)向推力，從而導(dǎo)致土壤側(cè)向的壓實(shí)。為了探究車(chē)身姿態(tài)對(duì)坡高、低兩側(cè)履帶側(cè)下方土壤的壓實(shí)情況，開(kāi)展了車(chē)身調(diào)平前后履帶側(cè)下方土壤應(yīng)力分布的試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如圖16所示。

圖16 車(chē)身姿態(tài)調(diào)平前后坡高、低兩側(cè)履帶下側(cè)向應(yīng)力分布Fig.16 Lateral stresses distribution under track on both sides of slope before and after tractor attitude leveling

由圖16可知，山地履帶拖拉機(jī)姿態(tài)調(diào)平前，坡低側(cè)履帶下方土壤的側(cè)向應(yīng)力峰值明顯高于坡高側(cè)，姿態(tài)調(diào)平后，兩側(cè)履帶對(duì)土壤的側(cè)向應(yīng)力基本趨于相近。原因在于，當(dāng)山地拖拉機(jī)處于等高線(xiàn)坡地時(shí)，坡地角的存在使其有發(fā)生橫向側(cè)滑的趨勢(shì)，土壤與履帶接觸面處的摩擦力一定程度上可以抑制這種側(cè)滑現(xiàn)象的產(chǎn)生，該摩擦力可以視為一種沿坡面的側(cè)向推力，其所引起的側(cè)向剪切應(yīng)力會(huì)在土壤內(nèi)部傳遞，并且摩擦力與土壤的抗剪強(qiáng)度、拖拉機(jī)履帶作用于土壤的正壓力密切相關(guān)。在土壤抗剪強(qiáng)度一定的情況下，拖拉機(jī)車(chē)身調(diào)平可使兩側(cè)履帶對(duì)土壤的正壓力趨于一致，進(jìn)而提高土壤側(cè)向應(yīng)力均勻性。因此，調(diào)平對(duì)降低坡地土壤的側(cè)向壓實(shí)以及拖拉機(jī)側(cè)向滑移率具有積極作用。

3.4.6牽引負(fù)載對(duì)垂直和水平應(yīng)力的影響

為了探究牽引負(fù)載對(duì)山地履帶拖拉機(jī)履帶下方應(yīng)力(垂直應(yīng)力和水平應(yīng)力)分布的影響情況，在拖拉機(jī)調(diào)平狀態(tài)下，進(jìn)行了相同耕深下的旋耕和犁耕對(duì)照試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如圖17所示。

由圖17a、17b可知，在相同耕作深度12 cm，犁耕和旋耕作業(yè)工況下，垂直應(yīng)力的波形有著很大區(qū)別，原因在于旋耕機(jī)作業(yè)時(shí)，載荷沖擊和振動(dòng)較為明顯，導(dǎo)致履帶下方的垂直應(yīng)力發(fā)生較為頻繁的波動(dòng)，犁耕作業(yè)時(shí)，牽引力會(huì)使得拖拉機(jī)組的重心整體向后偏移，導(dǎo)致后側(cè)履帶的接地壓力大于前段，垂直應(yīng)力峰值主要出現(xiàn)在后兩個(gè)支重輪位置處。此外，在兩種作業(yè)工況下，水平應(yīng)力的峰值相差不大，但是旋耕作業(yè)時(shí)，出現(xiàn)多個(gè)峰值，主要是由于旋耕過(guò)程中，正轉(zhuǎn)旋耕對(duì)拖拉機(jī)有向前的推力，這種推力是動(dòng)載荷，從而導(dǎo)致履帶對(duì)土壤的水平應(yīng)力是動(dòng)態(tài)變化的過(guò)程。

圖17 牽引負(fù)載對(duì)垂直、水平應(yīng)力的影響Fig.17 Influence of traction load on vertical and horizontal stress under track

3.4.7履帶張緊力對(duì)履帶下垂直和水平應(yīng)力影響

由于山地履帶拖拉機(jī)在橫向姿態(tài)調(diào)平過(guò)程中，履帶的包絡(luò)形狀是會(huì)發(fā)生變化的，因此為了保證履帶的張緊度，設(shè)計(jì)了基于蓄能器的橡膠履帶隨動(dòng)張緊裝置，如圖18所示。

圖18 基于蓄能器的橡膠履帶隨動(dòng)張緊裝置Fig.18 Accumulator-based rubber track follow-up tensioner

為了探究車(chē)身調(diào)平過(guò)程中，履帶張緊力對(duì)拖拉機(jī)附著性能的影響，設(shè)定行駛速度0.5 km/h，懸掛旋耕機(jī)在坡度15°的等高線(xiàn)坡地行駛，測(cè)定在3種履帶張緊力(1.2×104、1.0×104、8.0×103kPa)下深度5 cm土層的垂直應(yīng)力和深度10 cm土層水平應(yīng)力的分布，每個(gè)張緊力條件下進(jìn)行3組試驗(yàn)取均值，試驗(yàn)結(jié)果如圖19所示。

圖19 坡低側(cè)履帶張緊力對(duì)垂直和水平應(yīng)力的影響Fig.19 Effect of track tension on vertical and horizontal stress distribution at low slope side

由圖19可知，3種履帶張緊力情況下，履帶下的垂直應(yīng)力與水平應(yīng)力均有類(lèi)似的變化規(guī)律，隨著履帶張緊力的減小，土壤中垂直應(yīng)力峰值減小明顯，當(dāng)履帶張緊力由1.2×104kPa減至8.0×103kPa，土壤中垂直應(yīng)力的峰值減小了約31%，這說(shuō)明減小履帶張緊力，可以有效提高垂直應(yīng)力在履帶接地長(zhǎng)度方向上的均勻性，原因在于，當(dāng)山地拖拉機(jī)在松軟坡面行駛時(shí)，接地履帶分為兩部分(各支重輪之間的履帶和支重輪下的履帶)，本文山地拖拉機(jī)所用履帶為柔性履帶，具有充分的撓性，其與土壤接觸時(shí)，各支重輪之間的履帶會(huì)受到土壤的反作用力產(chǎn)生一定的撓度變形。當(dāng)張緊力減小時(shí)，履帶撓度變形增大，所有支重輪可以更充分地附著于履帶上，減小了因支重輪與履帶未有效接觸所造成的土壤局部應(yīng)力集中，進(jìn)而使得履帶下的土壤應(yīng)力分布更為均勻。隨著張緊力的減小，水平應(yīng)力的減小并不明顯。綜上，雖然減小履帶的張緊力會(huì)提高履帶下應(yīng)力分布的均勻性，一定程度上減小土壤的壓實(shí)程度，但是在坡地試驗(yàn)過(guò)程中，由于履帶張緊力不夠，出現(xiàn)了輕微的履帶跳齒現(xiàn)象，已經(jīng)影響到拖拉機(jī)在坡地的正常行駛，如果繼續(xù)減小履帶的張緊力，將會(huì)導(dǎo)致履帶脫軌等嚴(yán)重后果。因此，在實(shí)際坡地作業(yè)時(shí)，要根據(jù)所需的牽引力，在保證正常工作的張緊力條件下，適當(dāng)將其減小，來(lái)提高應(yīng)力的均勻性達(dá)到消減土壤壓實(shí)的效果。

4 結(jié)論

(1)對(duì)坡地工況下履帶最大接地比壓與應(yīng)力傳遞基本規(guī)律進(jìn)行了分析，得出導(dǎo)致坡地工況兩側(cè)履帶下土壤應(yīng)力分布不均的因素是坡地角，導(dǎo)致履帶長(zhǎng)度方向上土壤應(yīng)力分布不均的主要因素是拖拉機(jī)重心位置以及牽引負(fù)載。

(2)EDEM-RecurDyn耦合仿真試驗(yàn)結(jié)果表明，隨著山地拖拉機(jī)兩側(cè)履帶與土壤顆粒的進(jìn)一步接觸，表層土壤的接觸力會(huì)通過(guò)土壤顆粒相互作用向更深層傳遞。履帶下方的土壤應(yīng)力由點(diǎn)到面逐漸向四周傳遞。

(3)土槽靜態(tài)壓實(shí)試驗(yàn)和實(shí)地動(dòng)態(tài)壓實(shí)試驗(yàn)結(jié)果表明：坡地土壤的垂直應(yīng)力隨著深度增加而變小，坡地角嚴(yán)重影響垂直應(yīng)力在土壤深度方向的傳遞，在土壤含水率15%～24%范圍內(nèi)，這種傳遞能力隨著土壤含水率的增大而增大；并隨著土壤初始緊實(shí)度的增大而減小。履帶下的垂直應(yīng)力在各支重輪的軸線(xiàn)處呈現(xiàn)一個(gè)應(yīng)力峰值；水平應(yīng)力在各支重輪軸線(xiàn)的前、后方分別出現(xiàn)一個(gè)應(yīng)力峰值；適當(dāng)增大作業(yè)速度，可減小土壤內(nèi)部垂直和水平應(yīng)力峰值，當(dāng)拖拉機(jī)速度由0.5 km/h增加到1.5 km/h，垂直應(yīng)力峰值減小了35%，水平應(yīng)力峰值減小了27%；等高線(xiàn)坡地上的車(chē)身調(diào)平可以較好地提高兩側(cè)履帶下土壤應(yīng)力均勻性，坡低、坡高兩側(cè)的垂直應(yīng)力峰值分別降低13%和增加18%，坡低、坡高兩側(cè)的水平應(yīng)力峰值分別降低28%和增加23%；履帶張緊力由1.2×104kPa減小到8.0×103kPa時(shí)，垂直及水平應(yīng)力峰值分別減小了約31%和22%，即適度減小履帶張緊力可減小土壤壓實(shí)。