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钟世启
（常州汉森机械有限公司，江苏常州 213000）
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引言
前装载比较适用于小型农业单位、专业农户,在大农场则前装载作为专用前装载的补充设备。前装载与拖拉机配套在国外已经非常普及，而国内拖拉机用户配套前装载却是这几年刚刚开始起步。然而在前装载与不同厂家拖拉机试配套的过程当中，发现拖拉机和前装载因不是同一单位设计开发的，配套期间还是存在很多的问题；本文总结在配套前装载过程当中的一些常见的配套问题，供拖拉机主机厂在新型拖拉机开发或配前装载时的参考。
1 拖拉机结构配置专业要求
拖拉机除了应有良好的农田耕整作业、运输牵引性能指标、人机工程等，还应配套前装载，完善拖拉机的装卸功能。为使拖拉机、前装载作为整机要有良好的设计外观和性能要求，对于拖拉机的设计有以下几点注意事项：
1.1 拖拉机预留安装前装载的螺纹孔
前装载一般是用螺栓与拖拉机联接，其支撑架通常连接在拖拉机离合器壳体的两侧。 新款的拖拉机一般都留有这些螺纹孔，这些孔不但可以固定前装载，也可以固定中置式的割草机等其他机具，以扩大拖拉机的使用范围；但仍然还有部分厂家新出的拖拉机离合器壳上无固定前装载的螺纹孔（也包括国外的某些品牌的拖拉机）；或这些螺纹孔被驾驶室地板托架占用；或者有的被钣金支架、下置的柴油箱、油管类零部件完全挡住。这些布置就给前装载的配套带来相当大的难度，配套工作量非常大，制作成本高。有的设计将固定前装载的螺纹孔放在发动机的飞轮壳上，这也是不好的整机布置，发动机的飞轮壳因前后尺寸短，刚性非常差，安装前装载后容易在工作过程中造成发动机的飞轮壳铸件断裂。
螺纹孔影响前装载与拖拉机的连接强度。拖拉机离合器壳体的两侧螺纹孔应适当加大螺纹孔的孔距尺寸和螺纹孔的大小；拖拉机前驱动桥的前托架上及发动机的前托架的两侧均应预留2～6个较大尺寸的螺纹孔，以便固定前装载左右支撑架，使之与拖拉机可靠连接。
1.2 避免排气管干涉
很多拖拉机排气管的位置为发动机的右侧中间位置，并将较粗的消声部分外露在发动机机罩外面，影响前装载的动臂宽度，虽然有的通过改造排气弯管，但结果都是非常不协调，影响产品外观。而比较好的方案是：有的拖拉机向上的右侧位置，靠近驾驶室侧（类似于汽车的右侧A柱位置），对视线影响较小；排气管消声部分比较粗，将消声部分内置于发动机机罩；有的是向下弯向前伸；有的向下弯向后伸。这些方案都给前装载的左右支撑架和上立柱安装留有很大的空间。
1.3 避免空滤器干涉
工作区域的环境因灰尘大，很多的拖拉机使用外置式油浴空滤器，在实际配套前装载过程中会有空滤器干涉的现象，配套时需改制空滤器的接法与空滤器的固定位置；也有部分拖拉机使用干式空滤器并将其内置于发动机，这种情况不会与前装载干涉。
1.4 拖拉机液压系统要求
1.4.1 预留油路接口。拖拉机的液压管路系统中，预留前装载的组合控制多路阀油路接口（非拖拉机后置的液压输出）；某些外资品牌为降低成本而取消了这个接口的配置，将它作为选装部件。国内的拖拉机基本上没有预留这个接口，所以国内的前装载液压系统中需增加组合控制多路阀，尽量将控制多路阀布置在合适的位置而不影响外观。
1.4.2 独立液压回路。对于没有预留组合控制多路阀油路接口的拖拉机，配套前装载接入拖拉机的液压提升系统，新款拖拉机的液压系统应使用独立用油的液压回路。液压系统如采用与变速箱共用油，国内常见使用的两用油——低温抗磨液压油L-HV46（N46），这种公用油的方式会在使用过程中产生磨损的铁屑，虽有过滤，但因过滤精度限制，仍会存在影响泵、阀和油缸类重要液压元件。所以采用独立的液压油控制的拖拉机的液压元件的使用寿命长和可靠性好，尤其是电磁阀控制系统，极易受微铁屑卡滞而不工作。
1.4.3 液压油泵应与发动机相连，提供持续液压动力。如果是底盘驱动的油泵，会在停车踩下离合器踏板后产生动臂举升失去动力的现象，工作装置可能会突然下降，会产生危险。
1.5 拖拉机应有梭行挡
前装载最大的作业特点之一是频繁倒车，前进和后退之频数几乎同等，这是有别于非装载机的工程车辆。拖拉机设计有梭行挡，会减少驾驶员的劳动强度。安装倒车蜂鸣器的警示可增加倒车安全。
1.6 拖拉机的前驱动桥的强度应满足安装前装载的需求
拖拉机配套前装载整机时结构重量增加，整机重心会升高，并向前移动，会加大拖拉机前驱动桥的载荷（配套前装载多为四轮驱动）。按拖拉机前装载整机工作质量，后轮总计不低于总重25%的附着力。如不足，需在拖拉机后方三点悬挂加后配重。因此，前驱动桥的工况不同于单个的拖拉机，前驱动桥的承载能力必须满足安装前装载的强度要求。
2 前装载结构配置专业要求
2.1 前装载的结构要求
新款的前装载应有副车架、动臂、平衡装置、液压控制系统、快换装置、工作装置等功能部件配置。
副车架主要和拖拉机连接；前装载其他部件安装在该副车架上。动臂通过液压控制系统的举升油缸实现举升、下降，动臂的长度对装载的高度产生直接影响。
如同专业的前装载，拖拉机前装载应带有平衡装置，如下图1：不带平衡和带平衡装置的对比，不带平衡装置的在举升过程中改变了最初装载时的工作装置翻转角度，物料会向后方撒泼或翻转。而带平衡装置的在举升过程中基本保持最初装载时的工作装置翻转角度。物料不会向后方撒泼或翻转。
图1 不带平衡和带平衡装置的对比
控制前装载动臂升降的组合控制多路阀应具有浮动功能。配铲斗装载时，铲斗的底面贴近地面仿形铲装。注意动臂举升油缸的油管不可接反。浮动功能接口接在举升联，且动臂方向为下时为浮动联。切记不可动臂方向向上时带浮动联！厂家出厂时应调整好接法，并应在说明书中说明，油管编号连接示意图。在大马力前装载的液压系统中应带有蓄能器、多路电磁选择阀等元件稳定油压控制多路液压输出，实现较复杂工作装置的多个液压部件协同工作。组合控制多路阀应能机械锁定手柄中位，防止无意碰到手柄导致前装载突然下降。同时在动臂下降的举升油缸的回油路中设计有高压截止球阀，以提供任意位置高度停驻，预防动臂下降；高压截止球阀在正常工作时打开保持畅通。
因前装载配套的工作装置的重量都较重，无法手工更换或不具备行车等起重设备来更换，所以前装载的工作装置和动臂之间的连接应通过快换装置连接，减少更换不同工作装置的时间，降低劳动强度。快换装置的连接可以在驾驶室内，也可在快换装置附近实现。不同工作装置的连接尺寸标准国外的较多采用的标准为EURO（8）（等同ISO23206-2006）、SMS（5）《SVENSK STANDARD SS 3527》标准。
为适应不同的工作需要，前装载可配套其他种类的工作装置：普通铲斗、4合1铲斗、尖叉、铲车叉、抓草机、切垛机、木材抓具、平土机、前置扫地机、前置抛雪机等等。这些都是通过快换装置和前装载的动臂连接，充分发挥前装载的多功能用途。
为方便拖拉机进行其他作业，前装载除副车架外整机应当能快速地从拖拉机上拆卸下来（包括液压管路的分离）。
2.2 前装载避免与拖拉机前驱动轮干涉
前装载任何零部件不得和拖拉机前驱动轮的摆动及偏转极限位置产生干涉。在坑洼不平的地区行驶拖拉机的前轴会产生摆动。并且因为车轮转向后更接近前装载的副车架或左右支撑件，如有接触轮胎，则会产生啃轮胎的现象。这是前装载设计时应当注意的地方。
2.3 前装载的结构件强度
设计前装载时应尽可能提高材料的利用指数,即装载量与机具重最之比。为了减轻机具重量,必须准确计算前装载结构中各零部件的强度。根据它在工作时的受力情况，进行各部件的应力计算和分析，做好设计阶段的失效模式和影响分析（D-FMEA)，通过手工和计算机等计算方式来验证零部件结构设计的合理性。图2、图3为计算机对副车架的左右支撑进行有限元分析时的效果图例，能有效的指出最大应力点和最大位移点。完善应力点的结构满足零部件的设计强度要求。但无论计算结果如何完美，样机仍需要进行可靠性试验。
图2 最大应力点 图3 最大的位移点
2.4 前装载的安全性设计
前装载除了结构设计外还要考虑其中的安全性设计：设计动臂举升安全销作为动臂某一位置的机械锁；高压球阀作为动臂任意位置的液压锁；操作手柄的机械锁等，增加多重主动安全措施防范意外伤害。
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结语
随着拖拉机行业的兴起，作为专业装载机的补充，拖拉机配套前装载需求量将会日益加大，有较好的发展前景，对于前装载来说，拥有良好整体外观设计的、可靠性好的将是市场的优势军团，特别是配套大马力的拖拉机机具正在开始兴起，前装载能进行更多装载作业，满足农机专业户的使用要求。拖拉机配套前装载前瞻性方案设计，能提高机组性能，降低配套工作量，减少因不必要的改动而减少资源消耗，提高拖拉机、前装载的使用寿命。
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