李青濤

【摘要】目前多數(shù)《汽車拖拉機(jī)學(xué)》教材著重對(duì)兩輪轉(zhuǎn)向拖拉機(jī)轉(zhuǎn)向公式的介紹與討論，但隨著農(nóng)業(yè)機(jī)械向丘陵山地和智能化的發(fā)展，拖拉機(jī)的轉(zhuǎn)向方式也日趨多樣化，本文通過(guò)在課堂中增加多種轉(zhuǎn)向方式的探討，適度并合理地將教學(xué)向工程實(shí)際延伸，增進(jìn)學(xué)生舉一反三的能力，并增加教學(xué)與工程實(shí)踐的結(jié)合的程度。

【關(guān)鍵詞】阿克曼原理 教學(xué)設(shè)計(jì) 汽車拖拉機(jī)學(xué)

【中圖分類號(hào)】G712；U461-4 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2019）32-0189-01

阿克曼轉(zhuǎn)向原理是《汽車拖拉機(jī)學(xué)》專業(yè)課的教學(xué)難點(diǎn)與重點(diǎn)，阿克曼原理的基本思想是：車輛在轉(zhuǎn)向行駛過(guò)程中，每個(gè)車輪的運(yùn)動(dòng)軌跡須符合其自然運(yùn)動(dòng)軌跡，即每個(gè)車輪都應(yīng)當(dāng)繞同一轉(zhuǎn)動(dòng)中心做純滾動(dòng)[1]。如圖 1所示，目前常見(jiàn)的拖拉機(jī)轉(zhuǎn)向形式主要是前輪轉(zhuǎn)向，但是隨著市場(chǎng)形勢(shì)的變化，轉(zhuǎn)向方式也開(kāi)始向著多樣化發(fā)展以適應(yīng)不同的耕作需要。而目前的多數(shù)教材與教學(xué)中主要是對(duì)前輪轉(zhuǎn)向的阿克曼公式進(jìn)行介紹，正在逐漸偏離工程實(shí)際需求。

一、兩輪阿克曼轉(zhuǎn)向原理

阿克曼轉(zhuǎn)向原理的宗旨在于使得車輛在轉(zhuǎn)向過(guò)程中車輪盡量保持純滾動(dòng)狀態(tài)而避免側(cè)滑，推導(dǎo)過(guò)程在教科書上比較詳細(xì)，如圖 1（a）所示。因此在課堂上可首先根據(jù)一般的教授式教學(xué)方法引出兩輪轉(zhuǎn)向的阿克曼轉(zhuǎn)向公式：

二、轉(zhuǎn)向原理的延伸教學(xué)

隨著行業(yè)的發(fā)展拖拉機(jī)的轉(zhuǎn)向方式日趨多樣化。而對(duì)于這些以往不常見(jiàn)的轉(zhuǎn)向方式，資料與文獻(xiàn)中還涉及得較少，高校在與企業(yè)的合作中發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)廠家的工程師對(duì)于這類特殊轉(zhuǎn)向較為困擾，所以現(xiàn)在教學(xué)僅停留在一般公式的推導(dǎo)上已無(wú)法適應(yīng)實(shí)際需求。另外通過(guò)對(duì)多種轉(zhuǎn)向公式的推導(dǎo)也可以培養(yǎng)學(xué)生舉一反三的能力并加深對(duì)阿克曼原理的理解。

1.折腰轉(zhuǎn)向

折腰轉(zhuǎn)向可以使拖拉機(jī)姿態(tài)更靈活適應(yīng)丘陵地形的需要，另外也可以有效降低拖拉機(jī)轉(zhuǎn)向半徑。在課堂上提出折腰轉(zhuǎn)向的問(wèn)題讓學(xué)生思考。思考題：有一個(gè)拖拉機(jī)可以折腰轉(zhuǎn)向，如圖 1（b）所示，鉸接點(diǎn)矩前橋L1距后橋L2，當(dāng)前橋擺動(dòng)了角度為γ時(shí)，轉(zhuǎn)向中心到鉸接點(diǎn)之間的連線與后橋軸線的夾角為δ，試根據(jù)阿克曼原理推導(dǎo)出γ與δ之間的關(guān)系以及轉(zhuǎn)向半徑R的表達(dá)式。

設(shè)轉(zhuǎn)向中心C到鉸接點(diǎn)的距離為D，根據(jù)阿克曼幾何關(guān)系有：

2.四輪轉(zhuǎn)向

目前越來(lái)越多的拖拉機(jī)通過(guò)四輪轉(zhuǎn)向來(lái)減少轉(zhuǎn)向半徑，提高作業(yè)能力。思考題：有一個(gè)拖拉機(jī)可以四輪轉(zhuǎn)向，如圖 1（c）所示，內(nèi)側(cè)前后輪擺動(dòng)的角度相等，外側(cè)前后輪擺動(dòng)角度相等，所以過(guò)轉(zhuǎn)向中心C到車身對(duì)稱面的垂線恰好通過(guò)前橋與后橋連線的中點(diǎn)，前后橋內(nèi)側(cè)輪與外側(cè)輪的擺動(dòng)角度分別為η與θ。試根據(jù)阿克曼原理推導(dǎo)出η與θ之間的關(guān)系以及轉(zhuǎn)向半徑R的表達(dá)式。本問(wèn)題的推導(dǎo)過(guò)程與折腰轉(zhuǎn)向情況類似：

式中 M——左右轉(zhuǎn)向節(jié)立軸之間的距離；

L——拖拉機(jī)軸距。

三、問(wèn)題與討論

隨后應(yīng)進(jìn)一步向?qū)W生指出，在實(shí)際的拖拉機(jī)設(shè)計(jì)中，后橋往往是拖拉機(jī)的驅(qū)動(dòng)橋并布置有工作裝置，因此可被轉(zhuǎn)向利用的剩余空間較小往往沒(méi)有前輪靈活。在市場(chǎng)上的四輪轉(zhuǎn)向拖拉機(jī)中后輪擺動(dòng)角度往往小于前輪擺動(dòng)角度，如圖 1（d）所示。再布置作業(yè)由學(xué)生課后思考這類拖拉機(jī)的轉(zhuǎn)向分析應(yīng)當(dāng)如何進(jìn)行。

四、總結(jié)

本文圍繞轉(zhuǎn)向原理的教學(xué)方法問(wèn)題，結(jié)合市場(chǎng)上的發(fā)展趨勢(shì)與需要，將日趨常見(jiàn)的折腰轉(zhuǎn)向與四輪轉(zhuǎn)向作為對(duì)前輪轉(zhuǎn)向阿克曼公式的延伸與課堂探討，對(duì)激發(fā)學(xué)生興趣培養(yǎng)思辨能力有直接的推動(dòng)作用。另外也使得課堂教學(xué)內(nèi)容更加適應(yīng)市場(chǎng)的實(shí)際需求。

參考文獻(xiàn)：

[1]姜明國(guó)，陸波.阿克曼原理與矩形化轉(zhuǎn)向梯形設(shè)計(jì)[J].汽車技術(shù)，1994（5）：16-19.