本发明为了加大拖拉机的推进力，采用铲入式步行驱动装置进行驱动和行走。 铲入式步行驱动装置包括步行机构和铲子升降机构：
步行机构由两组曲柄摆杆机构组成，一组曲柄摆杆机构（图1）由曲柄O1A1、铁脚A1B1C1和摆杆O2B1以及机架O1O2四杆组成。
曲柄O1A1绕中心O1旋转，A1点的轨迹在一个以O1点为园心，O1A1长为半径的园周上，曲柄O1A1通过连杆A1B1（铁脚的一段）带动摆杆O2B1运动。B1点的轨迹是在以O2点为园心，O2B1长为半径的一段园弧上往复摆动。
明确了A1点和B1点的运动轨迹，可以求出铁脚A1B1C1上之C1点的轨迹，它是一条封闭的曲线。
将第二组曲柄摆杆机构O1A2、A2B2C2、O2B2与第一组曲柄摆杆机构合并组成步行机构。它们拥有共同的机架O1O2，它们的曲柄O1A1和O1A2相差180度（见图2）
当步行机构的铁脚A1B1C1站在地上，因为铲子铲入土中，被土壤阻碍处于不动，当曲柄O1A1旋转，C1点不动，铁脚A1B1C1以C1点为园心转动。A1点的轨迹是以A1C1长为半径，以C1为园心的一段园弧，B1点的轨迹是一个以B1C1长为半径，以C1点为园心的一段园弧。
据积相对运动原理，此时机架O1O2两点的运动轨迹恰好与O1O2不动时，C1点相对于它们运动的封闭曲线下半部分相同，由于C1点轨迹对O1O2是下对上，而O1O2对C1点运动是上对下，因此在绘O1O2两点轨迹时，应将这段曲线对着C1O1这根直线翻过180度变成O1点的轨迹曲线，（在绘O2点的轨迹时应对C1O2直线翻180度）图3根据这一道理将C1点下半段轨迹曲线翻成O1和O2两点的轨迹曲线地绘制过程图。
在O1和O2两点轨迹曲线绘制以后，就可以绘制步行机构的步行运动图，具体作法如下：
将图3上的O1O2两点轨迹曲线画在图4上，当O1点由1位置移到2位置时，O2点相应地由1′位置移到2′位置。这时C1点不动仍在1″点处，以1″点为园心（即C1点为园心）A1C1长为半径画弧与以O1点（此时在2位置处）为园心，O1A1长为半径画园交于A1，延长O1A1交园周另一端得A2点。再以O2点（此时在2′位置）为园心，O2B1长为半径画弧，与以A1和A2分别为园心以A1B1和A2B2长为半径的园弧交于B1和B2点。
再以A2和B2分别为园心，A2C2和B2C2长分别为半径画弧二弧交于C2点。然后依次连接各杆件O1A1和O1A2;A1B1和A2B2;O2B1和O2B2;A1C1和A2C2以及B1C1和B2C2等。这样就得到了O1点由1位置移动到2位置时，步行机构各杆件位置图（见图4）
照此办法依次求得O1点在3、4、5、6、7各点位置时步行机构各杆件的位置图（见图5）连接各位置时的各代表点，得到各代表点的运动轨迹;如A1和A2点的;B1和B2点的;C1和C2点的（此时C1点是不动的）这就是步行机构当C1点不动时，曲柄O1A1由位置1转到位置7的步行运动图（此时曲柄O1A2由位置7转到位置1）
铁脚A1B1C1在曲柄O1A1转过半转后，由图上的以实线标明的图象转到用虚线表示的图象A′1B′1C′1。A′1B′1C′1的状态与铁脚A2B2C2初始状态相同。铁脚A2B2C2由初始状态向前跨一步达到前方以A′2B′2C′2标明的图象位置。A′2B′2C′2的状态与铁脚A1B1C1初始状态相同。
这证明了曲柄旋转半转，二铁脚的状态交换一次。如果继续旋转曲柄，每旋转半转二铁脚交替一次，各自重复对方上半转的动作。因此只要继续旋转曲柄，拖拉机就一步一步向前走去。
为了推导出铲入式步行拖拉机推进力Pk的公式，首先应研究其带负荷工作的牵引平衡方程式。图6是铲入式步行拖拉机简图，步行机构安装在拖拉机的前部进行驱动，后轮用来支持机身和转向。尾部带一个犁。犁耕时受犁耕阻力Pkp作用，。后轮在地面滚动受滚动阻力Pf作用。在拖拉机重心C处，因工作速度变化产生惯性力Pw，这些阻力由推进力Pk来克服，很显然
Pk＝Pkp+Pf+Pw
铲子C1D1铲入土中，与地平面夹角为α，铲子受阻力的作用，将沿着它铲出的土壤斜面C1D1向上滑行，而土壤斜面上将产生摩擦力PF阻止铲子沿斜面向上滑移。
铲子脱离体上作用了部分机重G和拖拉机的阻力，根据牵引平衡方程式我们知道这些阻力的总和等于推进力Pk。
拖拉机对铲子的作用力有两个：一个是部分机重G，另一个是阻力和Pk（见图7）
Pk沿C1D1斜面和垂直于此斜面的法面分解为Pkcosα及Pksinα。G也可以沿这两个面分解为Gsinα和Gcosα。
分力（Pkcosα-Gsinα）将推动铲子沿着斜面C1D1向上滑行土壤斜面C1D1由于受铲子正压力N作用将产生一个摩擦力PF阻止铲子上滑，根据库伦定律PF＝μN
μ为铲子与土壤间的摩擦系数
N为压在土壤斜面上的正压力，从图7可以看到
N＝Pksinα+Gcosα
因此PF＝μN＝μPksinα+μGcosα
铲子不沿土壤斜面C1D1上滑的条件是上滑分力（Pkcosα-Gsinα）应小于土壤摩擦力PF即PF≥Pkcosα-Gsinα
μPksinα+μGcosα≥Pkcosα-Gsinα
两端同除以cosα得μPktgα+μG≥Pk-Gtgα
Pk≤ (（μ+tgα）G)/(（1-μtgα）) ……①
当Pk满足公式①时，铲子将不沿着它铲出的土壤斜面上滑，如果Pk大于（μ+tgα）G/（1-μtgα）时，铲子就要沿着斜面上滑了。
当公式右端的分母项（1-μtgα）接近于0时，右端部分的（μ+tgα）/（1-μtgα）就要变成无限大。它的物理意义是即使Pk达到了无限大，铲子也不会沿着土壤斜面向上滑行，铲子在斜面上已经自锁了。
在Pk≤（μ+tgα）G/（1-μtgα）中，当 (（μ+tgα）)/(（1-μtgα）) 变成无限大时，G应变成一个无限小量才能使Pk是有限量，这说明Pk可以不依赖机重G了。
自锁条件是 1-μtgα＝O μtgα＝1 α＝anctg（ 1/(μ) ）
当铲入角的正切值等于土壤摩擦系数的倒数时，铲子在斜面上自锁。是否在铲子自锁时，推进力Pk可以无限增加？不能，自锁条件只保证它不沿斜面上滑，但不能保证土壤不变形破坏。当Pk增加到一定的限度，土壤就发生过度变形和破坏。
试验证明，无论那种土体，在受外力作用后都是在剪应力作用下破坏的，对于无粘性土，剪切面上的剪切破坏应力是与法向应力成正比，符合库伦定律τ′1＝μ1σ＝σtgφ1
τ′1是剪切极限应力（土壤破坏前达到的最大剪切应力）
μ1为砂土的内摩擦系数 φ1为砂土的内摩擦角 μ1＝tgφ1
σ为剪切面上的法向应力（正应力）
对于粘性土，剪切极限应力不仅与法向应力σ有关，而且与土壤的粘性（内聚力C）有关，它们的关系可用库伦破坏准则表示：
τ′2＝C+σtgφ2
τ′2是粘性土的剪切极限应力
C是粘性土的内聚力（或叫粘着系数）
φ2是粘性土的内摩擦角
剪切极限应力τ′与法向应力σ可用坐标图表示（见图8）横坐标为σ，纵坐标为τ。
土体受力后是否发生破坏，取决于土体内部的剪应力是否超过了剪切极限应力τ′。未超过时，土体内部处于弹性平衡状态，超过了，发生剪切破坏，这时土体内部处于塑性流动状态。
土体承受外力作用后，在土体内部一个微小的立方单元，各个方面都受到应力作用，弹性力学证明了围绕这个单元旋转，总可以找到一个位置，三个互相垂直的单元平面上，切应力都为零，这种没有切应力作用的面称主平面，主平面上的法向应力称主应力。三个主平面上的三个主应力σ1、σ2、σ3，它们之间是σ1≥σ2≥σ3。材料力学得出这个单元在某一方向上存在着最大剪切应力τMax
τMax＝（σ1-σ3）/2
有了这个结论，可以把土体中复杂的三向应力状态变成讨论较简单的二向应力状态。只要考虑最大主应力σ1和最小主应力σ3所决定的二向应力状态，而结果与多向应力状态一致。
已知最大主应力σ1和最小主应力σ3的大小和作用面之后，可以求该土体某一点处与主应力面呈α角的斜面m-n上的法向应力σα及剪切应力τα（见图9）材料力学已解出它们的结果。
σα＝ 1/2 （σ1+σ3）+ 1/2 （σ1-σ3）cos2α
τα＝ 1/2 （σ1-σ3）sin2α
可用莫尔园更清楚地表示这两个公式，图10是莫尔应力园图横坐标表示σ，纵坐标表示τ。莫尔应力园是这样作的，以最大主应力σ1的数值在横坐标轴上取一点A，再以最小主应力σ3的数值在横坐标轴上取另一点B。以AB的中点O1为园心，AB长的一半为半径画园，这园就是莫尔应力园。园上任意一点的坐标（σα，τα）代表该处的法向应力和剪切应力，而该处位置是以园心角的一半表达，即园心角以2α表示（从横坐标起至该点所作的半径所夹的园心角）莫尔应力园上任意一点都满足上述的两公式。
当2α＝90度时 sin2α＝sin90＝1
此时τα＝τMax＝sin90×（σ1-σ3）/2＝（σ1-σ3）/2
这时α＝90°/2＝45°即在与最大主应力作用面夹角为45度的截面上，剪切应力达到最大。
在土壤剪切破坏试验中，发现破坏截面不是在α＝45时，而是在α＝45+φ/2时，φ为土壤的内摩擦角。这一现象可用莫尔应力园与剪切极限应力线相切点是剪切极限应力点来解释，见图11。莫尔园与直线τ′＝C+σtgφ相切点M′点，它是剪切极限应力点，从图上可以看出2α＝90+φ因此α＝45+φ/2
由于土壤的内摩擦性质，剪切破坏面（失效面）不在与最大主应力作用面夹角45度的截面上，而是在与最大主应力作用面夹角为45+φ/2的截面上。而失效面与最大主应力作用线呈（45-φ/2）夹角（见图12）当土层中最大剪切应力τMax小于剪切极限应力时（τMax＜τ′）土体呈弹性平衡状态。当τMax＝τ′时土体呈极限平衡状态，或叫兰金（RANKINE）应力状态。
当铲面宽度是铲入深度的两倍以上时，美国人派恩（PAYNE）详细地研究了垂直工作铲面所受到的土壤反作用力，观察到土壤剪切失效面的情况（见图13）推进力Pk水平推动垂直铲入土中的铁铲CD，土层被压缩一小段距离之后，土体内部的剪切应力达到极限应力，继续推动铁铲则应力超过极限应力，这时土层发生失效（破坏）根据RANKINE的理论，失效面沿着与最大主应力方向（图13上的P力的方向就是最大主应力方向）夹角为（45-φ/2）的DE线展开，但由于铁铲CD与土壤间存在着摩擦，主应力不能保持水平和垂直，在土壤的表面上，主应力必定保持水平和垂直;但在下部它们的方向发生转动，转动的结果形成了弯曲的表面。（见美国人吉尔编的“耕作和牵引土壤动力学”一书的158页）
弯曲曲线的形状已被证明是对数螺旋线，有几种方法可以确定这些应力和对数螺旋线的实际弧长。
有了上述理论我们可以计算推进力Pk。从图14可以看出铁铲作用在土壤失效面所包围的土壤脱离体正面CDHG水平推力就等于Pk（作用与反作用大小相等）这一水平推力为土壤脱离体的三个失效界面CDE、GHF和HDFF上的粘着力（内聚力）和内摩擦力以及法向应力等在水平方向上的投影积分的总合力所平衡。当土层失效时，在三个失效界面上的剪切应力都超过了剪切极限应力τ′，我们可以根据未失效前土壤的极限平衡状态计算出最大推进力Pk。
在CDE这个侧面失效面上σ＝0 τ′侧1＝C
在GHF这个侧面失效面上σ＝0 τ′侧2＝C
在HDEF这个底面失效面上 τ′底＝C+σtgφ
τ′底与水平方向夹角为θ′，正应力σ底与水平方向夹角为90°减去θ′角。
σ底＝（σ1+σ3）/2+cos2（45+φ/2）（σ1-σ3）/2
设GF为X轴、CG为Y轴、GH为Z轴。
F侧1表示失效面CDE的面积，F侧2表示失效面GHF的面积F底表示失效面HDEF的面积。
在铲宽与铲深之比小于2的铁铲驱动时，剪切失效面必然沿着铲子的侧面和底面，而且这些表面与主应力作用方向成（45°-φ/2）角，两侧剪切失效面发展到相交，将在靠近铲面形成一个与土层其余部分分离开的土楔，见图15。土楔驱动过程中的作用象刀片一样，产生四个土块的对称构造，分成两个翼部和两个前部加上土楔共五部分。派恩（PAYNE）根据土楔的平衡条件计算出土壤的反作用力（即推进力）由于计算复杂就不引用了。
铁铲倾斜铲入土中，见图16铲面CD与地平面夹角为α。驱动时它作用在土壤斜面上之力P是机重G和水平推力Pk的合力、P力作用线与地平线夹角为θ，方向指向土壤纵深。P力的方向也是土层中最大主应力σ1的方向。根据兰金的理论、剪切失效面（破坏面）与最大主应力作用线之间夹角为（45°-φ/2）知道了土壤的内摩擦角φ，就可给出剪切失效线（面）DE，由于摩擦力的作用，实际失效线（面）将向下弯曲成曲线（面）
推进力P的计算与前述方法基本相同，其差别在这里机重G也参加到形成土层中的主应力过程中来，它使最大主应力σ1由水平方向向下倾斜了一个θ角，剪切失效面向土壤纵深方向发展，使更大的土壤界面参加到形成推进力中来，从而加大推进力。
下面我们讨论在极限平衡状态时，最大主应力σ1和最小主应力σ3之间的关系：
（一）无粘性土 图17是最大主应力σ1和最小主应力σ3组成的莫尔应力园，园心在O1点，半径为（σ1-σ3）/2。这个应力园与直线τ＝σtgφ相切于M1点，从图上可以看到：
O1M1/OO1＝sinφ
O1M1＝（σ1-σ3）/2 OO1＝（σ1+σ3）/2
（σ1-σ3）/（σ1+σ3）＝sinφ
σ1-σ3＝σ1sinφ+σ3sinφ
(σ1)/(σ3) ＝ (1+sinφ)/(1-sinφ) ＝ (sin90°+sinφ)/(sin90°-sinφ) ＝tg2（45°+φ/2）＝Nφ
σ1＝Nφσ3Nφ称流质。
（二）粘性土 图18仿照上述办法将坐标原点由O移至O′
则（σ1+C/tgφ）/（σ3+C/tgφ）＝tg2（45°+φ/2）＝Nφ
σ1＝σ3tg2（45°+φ/2）+2Ctg（45°+φ/2）
最大主应力方向与P力方向一致，最小主应力方向垂直于最大主应力，由于最大主应力方向接近水平（水平下倾角θ较小）因此最小主应力的方向接近垂直，它的大小近似地等于最小主应力作用面上单位面积的土重（kg/cm2）由于土层不深，这点土重很微小，可以把最小主应力σ3当作0。这样σ1＝2Ctg（45°+φ/2）
如果作用力P很大，使土层中的最大主应力σ1＞2Ctg（45°+ (φ)/2 ）这时土层将发生破坏，见图19，破坏面（失效面）沿CE和DE两个方向进行（CE与DE都和最大主应力方向夹45°-φ/2角）形成一个与周围土层分离开来的土楔CDE，土楔CDE在P力作用下象一把刀刃一样向土壤纵深推进，在失效界面DE上产生反力N′，在失效界面CE上产生反力T′，它们阻止土楔CDE向土壤纵深运动。分析土楔的平衡条件算出T′力和N′力，就可以计算出最大的推进力P（Pk是P力在水平方向上的分力）
由于计算时许多参数未知，各参数间的关系复杂，计算很复杂，得出的结果与实际测定的数据有较大的出入（例如派恩计算出的阻力比实际测出的大25%）因此在进行设计时，最好在不同的土壤上进行实际测定，得到的数据较可靠。
图20是表示铲子压在土壤斜面上的正压力N
N＝Pksinα+Gcosα
设铲子压在土壤斜面上的面积为F，铲子压在斜面上的压应力为σ压＝N/F＝（Pksinα+Gcosα）/F
σ压应小于土壤压缩失效应力，即σ压＜σ′压
σ′压＝c′lδ
C′为土壤的抗压系数，粘土的C′＝15～25kg/cm3
lδ是土壤容许的压缩变形。在容许压缩变形范围内，土壤是弹性体。超过了这个范围，土壤就发生塑性流动，那时抗压系数C′将迅速下降，土壤将发生失效。
剪切失效和压缩失效本质上是一种联合作用。压缩土体可以引起剪切失效，剪切应力也对压实产生影响。虽然土壤力学十分复杂，但上面介绍的一些基本理论可以帮助我们研究和探讨这种拖拉机的推进
为了得到强大的推进力Pk，必须将铲子深深地铲入土中，形成一个土壤斜面，依靠它产生的反力形成拖拉机的推进力。一旦驱动完毕铲子应随铁脚迅速升起，并在升起的过程中压缩推力弹簧，积蓄能量，为铲子在下一步入土中准备好条件。为了达到上述目的铲子应有一套升降机构，保证它按时完成升降两种动作。
以铁脚A2B2C2为例（见图21）铲子升降机构安装在铁脚A2B2C2上。铲子1与活塞2是一体的，活塞2可以在套筒3内上下运动，齿条5上行时将带动活塞2上行，活塞上行压缩套筒里的推力弹簧4，推力弹簧4装在位于套筒3中的弹簧套筒9里。齿条5依靠中间齿轮6带动上行，而中间齿轮则由固定在曲柄肖轴A2上的扇形齿轮7带动。
图22表明铲子在步行运动中的升降活动。右端的铁脚A2B2C2驱动完毕升起向前迈步，这时扇形齿轮恰好与中间齿轮接合，带动中间齿轮旋转，从而带动齿条上行，齿条又带动活塞及铲子在套筒中上行，压缩放松了的推力弹簧，积蓄能量。这一动作一直延续在整个迈步向前的过程中。此时机架O1O2按图示的轨迹曲线前进，当O1点达到4点位置时，齿条带着活塞铲子上升到套筒的中间。最后当O1点达到7点位置时，齿条上升到最高位置，推力弹簧被压缩到最短，积蓄了最大的能量。这时扇形齿轮上的最后一齿与中间齿轮分离，被压缩的推力弹簧失去了平衡力，推动活塞铲子迅速下行经过一个空行程加速，使它们具有一定的动能，在铲子入土时这个动能转化为克服土壤阻力作的功消耗了。铲子入土受到的冲击力为其急剧减速产生的惯性力所平衡，因此不会传给拖拉机机身。
活塞组、推力弹簧（已被压缩）和套筒组三者构成一个反冲系统。活塞组包括活塞、铲子和齿条，它们的质量为M1。（图23）
套筒组包括套筒和除去活塞组外的全部拖拉机，它们的质量为M2。当扇形齿轮的最后一齿与中间齿轮分离时，被压缩的推力弹簧失去了平衡力，推动活塞组向下运动，同时反冲力推动套筒组向上运动。经过一段时间后，M1得到速度V1，M2得到速度V2。
此时系统无外力作用，根据动量守恒定律，反冲系统的动量不变初始为0，后来也为0;
即M1V1+M2V2＝0
M1V1＝-M2V2负号表示它们的速度方向相反，动量的方向也相反，这里只考虑大小，不考虑方向，负号可省略;
V1/V2＝M2/M1＝G2/G1
V1＝G2V2/G1
G1为活塞组重
G2为套筒组重
当活塞组速度由0加速到V1，活塞向下走过行程S1。
S1＝∫oV1]]>V1dt＝G2/G1∫oV2]]>V2dt
套筒反冲的速度由0加速到V2，套筒反冲向上走过行程S2。
S2＝∫oV2]]>Vdt S1/S2＝∫oV1]]>V1dt/∫oV2]]>V2dt＝G2/G1
活塞组的重量G1比G2要小得多，因此套筒向上反冲的行程极小加上重力对它的作用，实际上可以当作是0。
铲子的穿入性是指它入土时遇到土壤阻力的反抗，为了克服土壤阻力所具有的性能。穿入性能可用两种参数表示，一种是入土所需要的力，另一种是入土所需要的能量。
美国人ZELENIN用冲击式坚实度计测出试件单位面积入土所需能量和用静态阻力计测出试件入土的土壤阻力，根据从多种土壤测得的数据，绘制出坐标图（见图24）可供我们参考。在测到某种土壤的静态入土阻力之后，我们可以将此数据对照图24的横坐标，找到相同之数后，再找相应的纵坐标，得出这种土壤入土所需能量，纵坐标标的是冲击次数，记住每冲击一次消耗能量1kg米。
铲子入土能量是靠压缩推力弹簧得到的，当活塞上行时，压缩弹簧，压缩行程为S全，压缩终了弹簧压力达到N全
N全＝K S全
K为推力弹簧的压力系数kg/米
压缩弹簧所作的功变成弹簧的势能W
dW＝KSdS
W＝KS2全/2
K＝2W/S2全
根据铲子入土所需能量W（从图24求出）和全行程S全。就可求出推力弹簧应具有的K值。
为了正确设计铲子升降机构，必须先计算铲子下降速度和下降入土时间。
弹簧力推动活塞组下降，当铲子刚接触地面时，活塞组具有速度V，活塞组具有动能E＝M1V2/2，这部分动能是推力弹簧对活塞组作的功转变成的，因此二者是相等的。（图25）
推力弹簧对活塞组作的功＝KS全S-KS2/2
M1V2＝2KS全S-KS2
V=2KS全S－KS2M1]]>
现在再来求活塞从最高位置下行行程为S所需要的时间。
从M1V2＝2KS全S-KS2一式可解出S：
S=KS全±K2S2全－KM1V2K]]>
牛顿第二定律
M (dv)/(dt) ＝KS全-KS
积分求出活塞铲子下行空行程所需时间T空：
T空＝M1K]]>ancsin2S全S空－S2空S2全]]>
铲子走完空行程S空之后，其速度达到V空，然后强力铲入土中，入土行程为S土。由于入土阻力变化多端，因此要确定入土时间是困难的，我们假定：①土壤阻力R是一个常数。②推力弹簧的全部势能转变成活塞组的动能，并在铲子入土过程中变成克服土壤阻力的功。
W＝KS2全/2＝M1V2/2
W＝RS土S全＝S空+S土R＝W/S土
R＝K（S空+S土）2/2S土
牛顿第二定律 R＝-M1(dv)/(dt) R dt＝-M1dv
积分得RT土＝M1V
T土＝M1V/R＝2M1]]>S土/K(S空＋S土）2]]>
下降与入土总时间T＝T空+T土
我们要求当铁脚A1B1C1的C1点一接触地面（此时曲柄O1A1的A1点位于1位置见图2）铲子应铲入土中，由于铲子下行和入土需要一段时间。因此放铲的时间应在曲柄O1A1到达1位置之前。
如果曲柄O1A1每秒转n转。每转360度，放铲提前角为θ
θ＝T×360×n
上述计算是近似的，要得到确切的数值，最好实测，改换弹簧可得不同的K值，选择需要的时间。
不同排档的曲柄转速不一样，当K、S全、R之值一定时，铲子下行入土时间一定。为了使铲子在曲柄O1A1转到1位置时铲入土中，高档提前角应加大，低速档提前角应减小。但是在完全安装好的机构上，放铲提前角只有一个，它是曲柄O1A1转到1位置时，扇形齿轮最后一齿接近中间齿轮一边的齿顶点到曲柄肖轴中心点A1点的连心线与A1点到扇形齿轮齿顶园和中间齿轮齿顶园交点（交点有两个，是靠近的一个）的连心线之间的夹角，见图26。这个提前角是按低速档要求安装的，在高速档时，它使铲子入土时间延迟，关系不大。如果按高速档要求安装，则在低速档时发生铲子过早入土的现象，由于这时两只铁脚正在以相反的方向运动，发生运动的干涉，会造成机件的损坏或停止。
扇形齿轮是一般齿轮按铲子升降机构的要求去掉一部分齿保存一部分齿。它安装在曲柄肖轴上，以A1点为中心，用键与肖轴固定在一起。
为了了解扇形齿轮相对于铁脚A1B1C1的转动情况，必须研究曲柄O1A1相对于铁脚A1B1C1的转动。
图27是曲柄摆杆机构。曲柄O1A1绕园心O1旋转，A1点的轨迹是一个园，将园等分12分，每分相对园心角是30度。在各等分点上标上数字1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12。曲柄O1A1旋转，依次通过各点位置时，曲柄O1A1与铁脚上的A1B1线之夹角随位置变化而变化。量出曲柄O1A1在不同位置时它与A1B1之间的夹角，然后作曲柄O1A1相对于铁脚A1B1C1的转动图，见图28;此图以A1点为园心，O1A1长为半径画园。先定出A1B1线，然后根据A1B1和O1A1在不同位置时的夹角定出O1点在园周上对应各点的位置，得到曲柄O1A1相对于铁脚A1B1C1的相对转动图。
从图28上可以见到，当曲柄O1A1相对于机架O1O2作匀速转动时，它相对于铁脚A1B1C1却作非匀速转动。曲柄O1A1相对于机架O1O2由1点位置转到7点位置，转了180度，而它相对于铁脚A1B1线只转了139度。曲柄O1A1绕O1点旋转由7点位置再转到1点位置，又转了180度，但是它绕A点相对于铁脚却转了221度。
铲子上升总行程S全＝S空+S土
S空是铲子的空行程
S土是铲子的入土行程
齿条长度应等于S全-L，L是齿条上升到最高位置时最下边的一齿较齿条下降到最低位置时第一齿高出的距离。见图29。
根据推力弹簧压缩终了的最大压力，可以计算出齿条的模数m，从而算出齿条的齿数Z条（实际制造齿条时，还应加一，这是未计算在内的第一齿）Z条＝（S空+S土-L）/πm
扇形齿轮有齿部分的齿数应等于齿条的齿数，这样才能保证扇形齿轮最后一齿与中间齿轮分离时，齿条恰好达到最高位置。
中间齿齿轮的齿数应采用最小齿数。如果为了使结构紧凑，也可采用齿数小于最小齿数的修正齿轮。然后决定中间齿轮的中心点位置，为此使曲柄O1A1转到1位置，根据铲子入土角度的要求，确定套筒中心线的位置之后，再根据中间齿轮与扇形齿轮的中心距AA＝R扇+R中选择中间齿轮的中心点E。（R中和R扇分别为中间齿轮与扇形齿轮的节园半径。这里扇形齿轮的全齿数暂时2Z条）再画出二齿轮的齿顶园，扇形齿轮齿顶园直径D扇＝2m（Z条+1）中间齿轮齿顶园直径D＝m（Z中+1）;二园相交得到两个交点M、N。见图30。从交点N沿扇形齿轮齿顶园反时针转到K点，角KN就是放铲的提前角。
两齿轮中心线A1E上的P点是它们的节点，角NP＝φ1
过P点作两齿轮传动压力线（压力角为20度时，此线与中心线A1E夹角为70度）交中间齿轮于Q点，Q点是扇形齿轮轮齿与中间齿轮最先接触的接触点。角PQ＝φ2
K点是曲柄O1A1转到1位置时，扇形齿轮最后一齿的齿顶点所在的位置，它的最前面的一齿此时在何处？如何求得？
我们可以这样想：当曲柄O1A1转到7位置时，扇形齿轮最前方的齿进入与中间齿轮相接触的Q点，将曲柄O1A1转180度（顺时针方向转）它就回到1位置，因为在曲柄相对于机架转了180度时，它相对于铁脚这段时间里只转了139度，因此只要将A1Q线顺时针方向转139度就达到扇形齿轮最前面的一齿的齿廓上的Q′点。
然后校验一下扇形齿轮有齿部分所夹园心角范围内的齿数Z扇是否等于齿条齿数Z条，根据图30，扇形齿轮有齿部分所夹园心角是360度减去139度，再减去（φ1+φ2+θ），它的齿数是Z扇
Z扇＝2Z条×（360-139-φ1-φ1-θ）/360
如果Z扇不等于Z条，可适当加大或减小扇形齿轮直径，直到相差极小为止。
具有倒档的铲子升降机构，应在中间齿轮的右边也装上一根齿条，当拖拉机倒行时，中间齿轮应与右边齿条接合。而当拖拉机前进时，中间齿轮应与左边齿条接合;这种铲子升降机构见图31。
齿条框架5套在活塞杆轴3上，可以沿活塞杆轴左右移动。活塞杆轴中空，内部装有压力弹簧4，这弹簧始终要推动齿条框架向右移动，使左边的齿条与中间齿轮6接合，使升降机构处于前进档位置。
当我们进行倒档工作时，可先将放铲手柄17放在卡住位置，使拉丝15B松弛，卡爪弹簧19拉动卡爪杠杆20，使卡爪伸入套筒8上的卡爪孔中，卡住下行活塞。然后扳动换档手柄16到倒档位置卡住，拉丝15A被拉向右方，通过中间传力弹簧14使上杠杆反时针方向旋转，其上部推动齿条框向左移动，使中间齿轮与右边齿条接合。如果它们因两齿相顶接合不上，中间传力弹簧14便被压缩，可使拉丝不被拉断，此时另一只脚已经放铲，它的齿条框架已经降到最下边的位置。图31的虚线位置。它的换档也是由拉丝拉动（图上未画出）上杠杆，使其反时针方向旋转，通过联接杆13使下杠杆旋转，推动齿条框架（用虚线表示的）向左移动，使另一只脚上的中间齿轮与右边的齿条接合，这样升降的机构就处于倒档位置。
中间传力弹簧14的K值必须大于活塞杆轴中的压力弹簧4的K值，才能起缓冲作用。柔性约束管18是用柔性材料制成，拉丝通过它从机架将操纵动作传给铁脚上的杠杆。因为铁脚是运动的，它与机架的相对位置经常变化，只有采用柔性约束管这种形式，才能保证手柄的动作准确地传到铁脚上来。
在拖拉机转移运输时，应将铲子挂起来，为此应将手柄17放在卡住位置，将换档手柄16放在中间位置，使中间齿轮与左、右齿条都不接合。
铲入式步行拖拉机在水田中工作，田中的水和稀泥经常进入套筒中，影响机构工作。因此对在水田中工作的铲入式步行拖拉机的铲子升降机构应作另一种安置。见图32，在这里套筒的位置升高使其远离地面和水面。套筒最下部分应在中间齿轮之上，而齿条框则倒置安装在活塞杆轴的下方，这样水和稀泥就不会进入到套筒里来机件都能密封起来。
铲入式步行拖拉机可用一对脚驱动，也可用两对脚驱动。它们都安置在拖拉机的前部，而后面则安装一对导向轮，用它们实现转向。
这里先研究具有一对脚驱动的步行拖拉机的转向，转动方向盘，通过转向机构使后面左右两个导向轮分别转过一定的角度，使它们都绕一中心O旋转。铁脚的铲子铲入土中，铁脚绕着地点C1转动，推动机架O1O2前进，其水平前进速度可以当作是一个轮子的轴心速度（虚的轮子），这样O1点的水平速度也可当作是绕中心O的一个转动速度，步行拖拉机的转向就和具有三个轮子的轮式拖拉机的转向相似。（见图33）
铲子在转向过程中进行复合运动，一方面它相对于机架作从前向后的近似直线运动，另一方面它又跟随机架绕中心O转动（牵连运动）。图34是具有一对脚的铲入式步行拖拉机的转向示意图。铲子铲入土中（用C1点代表）进行驱动，通过转向机构使后部的两个导向轮B、C转过一个角度，形成一个转动中心O，机架绕转动中心O转动，实现转向。铲子上的C1点的运动是①沿直线C1C′1相对于机架平移。在铁脚驱动的这一步里，相对位移C1C′1。②随机架绕中心O转动，得牵连位移C′1C″1。
C1点的复合位移C1C″1是相对位移C1C′1和牵连位移C′1C″1的矢量和。当这只脚驱动完了（交替运动）另一只脚将进行驱动，如果转向继续进行，其代表点C2将重复C1点刚才的运动。
左右导向轮在转向过程中，受到土壤的侧向反力P′B和P′C的作用它们对C1点的力矩是转向力矩，转向力矩克服阻力矩，就可使拖拉机实现转向。
侧向力P′B和P′C之和必须小于导向轮的侧向附着力，否则导向轮就要打滑（沿着轮子的侧面方向）使转向发生困难。
具有两对脚的铲入式步行拖拉机的转向，也是通过转向机构使后面的两个导向轮转过一定的角度，形成一个转动中心O，前部左右两对脚离中心O距离不等，在绕中心转动时，应具有不同速度。为此应添置一中央差速器，将发动机传来的动力分配给左右两步行机构，在转向时由于差速器的作用，使离中心O较远的铁脚速度加快，使离中心O较近的铁脚速度变慢，这样就可以使拖拉机顺利地实现转向。
图35是具有两对铁脚的铲入式步行拖拉机的转向示意图。后面左右两导向轮B和C的侧向力依然是转向力。不过由于具有两对脚，转向阻力矩变大，转向较困难。这时可以用单边制动的方法加大转向力矩;由于差速器的特点，给转向中心O一侧的半轴一个制动力矩，另一侧半轴要增加一个与之相等的力矩，两半轴用来驱动各自一侧的步行机构的力矩产生了一个制动力矩的差值（如半轴动力传至步行机构还要减速，还需再乘一个减速比）使左右两边的推进力不相等，从而产生另一个转向力矩帮助实现转向。
铲入式步行拖拉机的速度指的是机身水平前进的速度。机身上的O1点的水平速度就是这个速度。而O1点的运动轨迹和C1点下半段的轨迹是相同的，只不过要对着O1C1线翻过180度。
现在我们先研究C1点下半段的轨迹，见图36。曲柄O1A1从1位置开始转过半转，将这半转等分12分，在这半园周上标出各等分点1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12和13对应A1在各点位置时，可用作图的方法画出C1点的各点位置，即C1点在其下半段轨迹上的相应点1″、2″、3″、4″、5″、6″、7″、8″、9″ 10″、11″、12″和13″点。将这些点垂直地投影到地平线上，得到12小段水平位移，量一量，发现它们的长度相差不小，这证明当曲柄作匀速转动时，拖拉机在相同的时间里水平前进的位移是不等的，即它的速度是不均匀的。速度不均匀将产生惯性力，对拖拉机工作不利，因此在这种拖拉机上应安装速度调匀装置，使其速度接近均匀。
图37上画的是一种速度调匀装置：双曲柄速度调匀机构。主动曲柄O′1A′1通过连杆A′1A′2与被动曲柄O′2A′2连接起来，组成一个双曲柄四杆机构。主动曲柄O′1A′1匀速转动，以O′1点为园心，O′1A′1长为半径画园，等分此园为12等分，每分夹园心角30度（匀速转动，相同时间里转过相等的角度）标出各等分点1′、2′、3′、4′、5′、6′、7′、8′、9′、10′、11′、12′。再以O′2点为园心O′2A′2长为半径画出被动园。然后以主动园周上的各等分点为园心，连杆A′1A′2长为半径画园交被动园周上的各相应点1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12。将这些点各与被动曲柄园心O′2点相连，量一量各对应点与园心连线所夹的园心角是多少，把量得的角度一一标在图上。
可以见到当主动曲柄O′1A′1匀速转动时（每等分所夹园心角是30度）被动曲柄O′2A′2作非匀速转动（对应的各相邻点的连心线所夹园心角不相等）利用这一特点，选择适当的机构尺寸，达到当步行机构水平速度低时提高曲柄转速，而当步行机构水平速度高时，降低曲柄转速，这样一调节，可以使步行机构水平速度趋于均匀。
双曲柄机构的被动曲柄转速的变化是周期性的，它的周期是360度。步行机构的水平前进速度却以半转180度为一周期，左右两脚交替进行。要把双曲柄机构被动曲柄的非匀速转动传给步行机构曲柄，必须减速，而且减速比应当是2，这样可以把被动曲柄360度为一周期的非匀速转动变成步行机构曲柄的以180度为一周期的非匀速转动。
图38表示将双曲柄机构被动曲柄O′2A′2的非匀速转动传给步行机构曲柄图。被动曲柄O′2A′2随其主动曲柄O′1A′1顺时针方向旋转，在它的轴上安装一传动齿轮，通过这一传动齿轮带动步行机构曲柄轴O上安装的减速齿轮，减速齿轮与传动齿轮的齿数比（减速比）是2∶1，这样被动曲柄O′2A′2转一周，步行机构曲柄O1A1转半周。
在图37上被动曲柄园周上A′2点由1点转到2点，两点连心线夹角为45度，这一运动传给步行机构曲柄，它的A1点将从其曲柄半园周上的1点转到2点，这两点的连心线夹角应为45度的一半22.5度，按照园心角减半的原则将图37上的被动曲柄园周上的各点移到步行机构曲柄半园周上来（注意1点应定在铁脚上的C1点刚好落在地上时，此时的的曲柄位置）然后用作图的方法求出铁脚A1B1C1的C1点在下半段轨迹曲线上的各对应点1″、2″、3″、4″、5″、6″、7″、8″、9″、10″、11″、12″、13″点，将各点投影到地平线上，得到各小段水平位移，量一量它们的长度，发现相差很小，证明调得比较均匀了。
铲子铲入土中，在土中形成一个斜面，铲子对这斜面作用一个水平力Pk和部分机重G（通过铁脚作用在地上）二力合成一合力P作用在土壤斜面上，根据作用反作用原理：土壤斜面给予铲子一反作用力，反作用力的大小与P力相等、方向相反，并作用在一条直线上，我们还是用P表示。图39上的步行机构铁脚A1B1C1D1的铲子铲入土中，驱动时假设土壤反力P1作用在铲子C1D1的中点E1处，为了平衡P1力的作用，曲柄O1A1在A1处将对铁脚产生作用力T1，摆杆O2B1在B1处将对铁脚产生作用力N1。三力P1、T1、N1作用在铁脚上，使铁脚处于平衡状态。
P1力的大小、方向和作用线均为已知，摆杆O2B1是二力作用平衡杆件，N1力作用线通过杆身，延长O2B1线与从E1点画出来的P1力作用线相交于F1点。平面上三力平衡的条件是三力作用线必汇交于一点。作用在铁脚A1B1C1D1平面上的三力P1、N1、T1三力的作用线必汇交于一点。现在P1力和N1力的作用线已交于F1点，因此T1力的作用线也必然交于F1点，连接A1F1得T1力作用线。
已知P1力大小、方向和作用线，并且知道另外两力的作用线，根据力的平行四边形法则可以求出另外两力的大小和方向。方法是将P1力从其作用点E1沿其作用线移至F1点，根据P1力的大小按一定的比例画在图上，再通过P1力的箭头端点作与T1力作用线平行的直线交O2B1延长线得一交点，再过此交点作平行于N1力作用线的直线交T1力作用线得另一交点，量取从F1点至此另一交点的长度，乘以比例尺，就得到T1力的大小，代表其方向的箭头离开F1点。再从O2B1延长线交点量至F1点得到的长度乘以比例尺，就得到N1力的大小，方向箭头指向F1点。
照此办法依次求出曲柄O1A1在2、3、4、5、6、7各点位置时铁脚上所受到的作用力P、T、N的大小和方向（为了简化分析假设在各点上的P力大小、方向均不变）求出这些力，为我们设计另件打下基础。
在转向时铲子将转过一个θ角，其中心点沿一小段复合轨迹曲线滑移，土壤将产生一个阻力矩MA阻止其转动，横向方向将产生阻力ZA阻止其滑移。ZA力是土壤与铲子之间的摩擦力和铲子在切削土壤时受到的土壤切削阻力之合力ZA＝PF+P切
PF＝μN铲
μ为土壤与铲子之间的摩擦系数
N铲为铲子压在土壤斜面上的正压力
P切是铲子切削土壤时受到的土壤切削阻力
ZA力推动铁脚横向运动，铁脚与曲柄肖轴连接处以及与摆杆肖轴连接处都要产生反力平衡ZA的作用，阻止铁脚横向运动。
铁脚与曲柄肖轴是靠滚珠轴承接合起来的，轴承内圈以紧配合与曲柄肖肖连接，轴承外圈用紧配合固定在轴承座上，轴承座则用螺钉固定在铁脚上。扇形齿轮安装在曲柄肖轴上，其一端与轴承座接触，另一端通螺母锁在曲柄肖轴上。（见图40）
在横向力ZA作用下，铁脚将顺时针方向转动，这时曲柄上产生一个反力N′2扇形齿轮凸缘将产生一个反力N′1，两力作用在铁脚上，平衡ZA力的作用。
同样在摆杆与铁脚连接处的上部产生反力N″2，在下部产生反力N″1，二力作用在铁脚上，帮助平衡ZA力。（见图41）
由于未知数有四个（N′1、N′2、N″1、N″2）方程只有两个所以解不出来。因此我们假定ZA力的作用全部由曲柄肖轴对铁脚的反作用力来平衡，减少未知数，方程就可解出：这样算出之力是要大一些，但要安全些。
水平方向力系平衡 N′1-ZA-N′2＝0
对A1点的力矩平衡 MA1（P）＝N′2（L1+l1）-N′1L1＝0
N′1＝N′2（L1+l1）/L1
再对N′1力的作用点取力矩平衡方程式
M（P）＝ZAL1-N′2l1＝0
N′2＝ZAL1/l1
转向时，铲子转过一个θ角，土壤产生一阻力矩MA阻止其转向阻力矩MA使铁脚A1B1C1D1扭转，在曲柄肖轴A1处产生反力NA1，在摆杆B1处产生反力NB1，NA1和NB1形成一个力偶平衡阻力矩MA（见图42）
力系平衡方程 NA1-NB1＝0 NA1＝NB1
力偶系平衡 MA-NA1·l＝0 NA1＝NB1＝MA/l
l为A1与B1两点的连线投影到阻力矩作用面上的投影长度。
铲入式步行拖拉机在驱动时由于铲子铲入土中，得到土壤较大的支承反力，因此它在斜坡上的稳定性较好，机身稳定不倾倒的条件是：至少有三个不在一直线上的支承点，这三点构成一个支承平面，拖拉机重心的投影点应在支承平面内。具有一对脚的步行拖拉机，左右两脚交替驱动，因此在它的三个支承点中，有一个支承点（铁脚支承点）是经常发生变动的。图43所示脚A点着地驱动支承面是ACD，在驱动过程中，A点相对于机身移动到A′点，支承面又是A′CD。当脚A升起，脚B落地驱动时，支承面又是BCD，驱动完结时又变成B′CD。由此可见它的支承面是变化的，但是不管怎样变化，只要保持拖拉机的重心投影在支承面内，拖拉机就能保持稳定。
铲入式步行拖拉机停止在斜坡上的稳定：作用在拖拉机上的外力有机重G，后轮受土壤垂直反力N以及土壤对铲子的反力P。见图44。平衡时三力组成力的平衡三角形。
G力与N力夹角为αlimG力与P力夹角为（90°-αlim+θ）
P力与N力夹角为（90°-θ）
根据正弦定律
P/sin αlim＝G/cosθ
sinαlim＝P cosθ/G αlim＝anc sin（P cosθ/G）
从图44可以看出 tgθ＝h/2Lx
Lx是入土铲子的中点到后轮轴的距离
h是铲子入土深度
由于Lx远比h大，θ角很小，大约只有3～5度
土壤反力P可以按兰金理论求出
P＝f（h，B，C，φ）
B是铲子宽度
C是土壤内聚力（土壤的粘着系数）
φ是土壤的内摩擦角
求出P力代入前式，可以求出拖拉机可以停在多大坡度角的坡上。
这里还有一点要说明，即铲子铲入角α，这角度α应保证铲子不在其铲出的土壤斜面上打滑。从图44上可以见到土壤反作用力P与铲面的夹角是（α-θ）P力可以分解为法向分力Psin（α-θ）和切向分力Pcos（α-θ）。为了保持不倾翻，土壤必须有一个力Pcos（α-θ）作用在铲面上，而这个力只能是铲子与土壤间的摩擦力PF
PF≥Pcos（α-θ）
PF＝μPsin（α-θ）
μ是铲子与土壤间的摩擦系数
μPsin（α-θ）≥Pcos（α-θ）
μPsin（α-θ）/Pcos（α-θ）≥1
μtg（α-θ）≥1
α≥θ+anctg（1/μ）
拖拉机匀速上坡的稳定性和停在坡上的稳定性差不多，只是由于运动，后轮还要受土壤滚动阻力Pf的作用，作用在后轮上之力是垂直反力N与Pf力的合力Nf，它的作用线向后偏离法线一个φ角。同样也可根据力平衡三角形和正弦定律解出最大上坡坡度角。
在匀速下坡时，由于滚动摩擦力的方向指向坡上，作用在后轮的土壤反力Nf的作用线向上坡方向偏离坡面法线一个φ角。同样也可根据力平衡三角形和正弦定律解出最大下坡角度。
拖拉机加速上坡的稳定性较差，因为在加速上坡时，加速度方向指向上坡方向，而惯性力方向与加速度方向相反，指向坡下。它与机重G的合力R，R力与坡面夹角为γ。从图45可见到γ角。
tgγ＝Gcosαlim/（Gsinαlim+Pw）
从图上可以见到Pw越大，γ角越小，R力作用线与Nf力作用线的交点越高，P力与坡面的夹角越大，土壤作用于铲面的正压力越小，因而摩擦力也越小，铲面容易从它所铲出的土壤斜面滑出失去稳定性。因此加速度越大，稳定性越差。
减速上坡时，其加速度方向指向下坡，惯性力Pw指向上坡，Pw与G的合力为R，它的作用线与Nf力作用线的交点在坡面线以下，这时P力方向倾斜向上，见图46，拖拉机更加稳定。
R与坡面夹角为γ tgγ＝Gcosαlim/（Gsinαlim-Pw）
加速下坡时，加速度方向指向下坡，惯性力Pw的方向指向上坡由于后轮地面反力作用线从坡面法线方向向上坡方向偏离一个φ角合力R与Nf力作用线的交点将在坡面的更下方，因此更加稳定。
根据惯性力方向的不同，进行推理，减速上坡时拖拉机更不稳定。
上述各种情况可以利用作图法（在决定了P/G之后）求出极限坡度倾翻角αlim，或在一定的坡度角的山坡上，计算求出容许的加（减）速度。
铲入式步行拖拉机牵引农具在坡上工作时的极限坡度角αlim可根据其牵引平衡方程式解出，这里就不推导了。
带有悬挂农县的机组工作时，农具入土增加了拖拉机的支承点增大了支承面，比空车稳定。
在坡地上沿着等高线工作时，两侧轮子处于横坡坡面上铲子铲入土中，衡量横坡稳定的主要指标是横向极限坡度角βlim，它是拖拉机在横坡上能制动站住而不倾翻的最大横向坡度角。
图47表示拖拉机在横坡上受力情况，当开始倾翻时，上方轮子的垂直反力Y1＝0
对O1点求力矩解出Y1，再从Y1＝0中求出关系式
Mo1（P）＝Y1×B+YA（0.5B-α）+Ghsinβlim-G
cosβlim×（0.5B-e）＝0
Y1＝ (Gcosβlim(0.5B-e)-Ghsinβlim-YA(0.5B-a))/(B)
当要倾翻时：Y1＝0 YA＝0
Gcosβlim（0.5B-e）-Ghsinβlim＝0
tgβlim＝（0.5B-e）/h βlim＝anctg[（0.5B-e）/h]
其次的指标是拖拉机制动站住而不侧滑，必须满足条件：
Gsinβlim≤Z1+Z2+ZA
（Z1+Z2）＝φ（Y1+Y2）
φ为轮胎与土壤的侧向附着系数
ZA力的大小决定于铲子铲入深度及铲子侧面的刃口是否锋利和土壤的物理机械性质。
具有一对脚的铲入式步行拖拉机左右两脚的铲子A1和A2，各距纵向对称中心面为α。见图48，工作时推进力Pk对此中心面产生一个力矩M＝Pk×α。这个力矩将使拖拉机向一侧转动。图48上这一力矩M使拖拉机顺时针向右转。这时铲子右侧土壤将产生一个侧向力ZA，后轮C和D的左侧将产生侧向力ZC和ZD阻止拖拉机向右转，在横向平衡时：ZA＝ZC+ZD
力矩平衡：Pk×α＝ZA×Lx
ZA＝Pk×α/Lx
由于Lx远远大于α，侧向力ZA将是非常小的，不至于破坏土壤因此拖拉机保持直线行驶。
具有两对脚的铲入式步行拖拉机有四把铲子，见图49，A1和A2在左边，A3和A4在右边，驱动时的情况可能是：
①A1和A4两把产子驱动，它们对称于中心，不产生偏向力矩
②A2和A3两把铲子驱动，它们也对称于中心面，也不会产生偏向力矩。
③A1和A3两把铲子驱动，这时A1距对称中心面的距离为（2a+b），而A3距对称中心面为b，产生偏向力矩M。
Pk1＝Pk3＝Pk/2
M＝Pk（2a+b）/2-Pkb/2＝Pk·a
④A2和A4驱动，情况与③同，产生偏向力矩M。
偏向力矩M将被两把铲子的侧向力和后轮的侧向力所组成的阻力矩所平衡：2ZA＝ZC+ZDPk·a＝2ZA·Lx
ZA＝Pka/2Lx
2Lx比a大得多，因此铲子的侧向力ZA很小，不会使土壤破坏，拖拉机可以保持直线行驶。
现在我们来分析铲入式步行拖拉机行走驱动系统的牵引效率，发动机的有效功率为Ne，经过传动系统传给行走驱动装置，损失了功率Nc。拖拉机的传动效率为ηc＝（Ne-Nc）/Ne
由于铲入式步行拖拉机较现用拖拉机多了一个步行机构和铲子升降机构，因此它的传动损失功率比现用的拖拉机的损失大，传动效率因此要低一些。不过步行机构本身也具有减速性质，可以减少传动系统的一对齿轮传动。
铲入式步行拖拉机在传动过程中多损耗的功率可以在另外两种功率损耗的减少里得到补偿;①由于铲子深深地铲入土中进行驱动在土壤失效前其变形是极小的。因此它的打滑率比现用的拖拉机小得多，特别在水田中更明显。②由于这种拖拉机机重轻，只有后部两个导向轮在地面滚动，因此用来克服滚动阻力而损失的功率大大减少。
所以铲入式步行拖拉机总的牵引效率是不会低于现用的拖拉机的
牵引效率ηT＝Nkp/Ne
Nkp是拖拉机的牵引功率 Nkp＝PkpV/270（马力）
Pkp是拖拉机的牵引力 （kg）
V是拖拉机的实际速度 （公里/小时）
铲入式步行拖拉机驱动装置与土壤间的附着系数φ，是指拖拉机在水平直线运动时，土壤附着力Pφ与作用在驱动装置上的垂直载荷（包括驱动装置本身的重量）Qk之比：
φ＝Pφ/Qk
Qk称为拖拉机的附着重 Qk＝φλG
G为拖拉机全重
λ为重量分配系数，大约在0.65～0.8
铲入式步行拖拉机正常工作条件之一是：
Pk≤Pφ＝φQk＝φλG
最大的推进力Pk等于附着力Pφ，它可分成两部分;一部分是与机重无关的兰金（RANKINE）力，它是铲子对土壤作用时土壤对它的反作用力PR，另一部分是铁脚压在土地上的部分机重与土壤发生摩擦产生的摩擦力PF
PF＝μλG
μ是铁脚与土壤间的摩擦系数
附着系数φ＝（PR+PF）/λG
铲入式步行拖拉机的附着性能较现用的拖拉机的附着性能为佳。
图50是具有一对脚的铲入式步行拖拉机的总体布置图。拖拉机的动力从发动机发出，由曲轴O8上的小三角皮带轮通过三角皮带带动O7轴上的大三角皮带轮。
大三角皮带轮上安装了离合器，O7轴就是离合器轴，齿轮Z1安装在离合器轴上。它与在O6轴上的齿轮Z2相接合，带动齿轮Z2转动O6轴随之转动，轴上的另一齿轮Z3与O5轴上的齿轮Z4接合，带动O5轴，O5轴上的另一齿轮Z5与O4轴上的滑动齿轮Z10（2、3档齿轮）接合，带动O4轴旋转，O4轴是变速轴，滑动齿轮Z9（1、倒档齿轮）也装在上面，可以沿轴滑动。
当齿轮Z5和齿轮Z10接合时，拖拉机2档工作（注意齿轮Z10上有两个齿轮，它是由两个齿轮组成为一个齿轮）当齿轮Z4与齿轮Z10接合时，拖拉机是3档工作。
当齿轮Z6与滑动齿轮Z9接合时，拖拉机1档工作。而当滑动齿轮与齿轮Z8接合，齿轮Z8又与齿轮Z7接合，此时拖拉机倒档工作。齿轮Z7是倒档主动齿轮，齿轮Z8是倒档中间齿轮。
变速轴O4的中部安装固定齿轮Z11，它与中间轴O3上的齿轮Z12接合，同时齿轮Z12又与双曲柄速度调匀机构的主动曲柄轴上的齿轮Z13接合，带动主动曲柄轴O′1A′1旋转，主动曲柄O′1A′1通过连杆A′1A′2带动被动曲柄O′2A′2旋转，在被动曲柄O′2A′2的轴上固定齿轮Z14，它随着被动曲柄O′2A′2一齐旋转。
齿轮Z14与步行机构曲柄轴O1A1和O1A2（二曲柄是一体的）上的齿轮Z15相接合，带动步行机构曲柄旋转。当曲柄O1A1和O1A2旋转时，步行机构的两只铁脚A1B1C1和A2B2C2就进行左右交替的步行运动，其上的铲子升降机构（总体布置图上省略）配合步行运动，进行铲子升降运动。
步行机构由曲柄轴O1A1和O1A2、铁脚A1B1C1和A2B2C2、摆杆O2B1和O2B2、机架O1O2等组成。
转向装置由两个导向轮和转向机构组成（转向机构在图上省略了）制动装置用变速轴上安装的制动鼓表示，制动带包紧制动鼓，可以使拖拉机迅速刹车。
以上的总体布置图是发明人根据铲入式步行驱动原理设想画出的一个示意图，实际应如何布置？应根据制造人的具体要求布置。
图51是具有左右两对脚的铲入式步行拖拉机的总体布置图，发动机的动力经离合器、变速箱传至中央差速器。变速箱后部的传动小园锥齿轮Z1带动伞形齿轮Z2，中央差速器随着伞形齿轮Z2一齐旋转中央差速器里的行星齿轮Z3带动左右两半轴齿轮Z4旋转，左右两半轴亦随之旋转。左右两半轴又是双曲柄速度调匀机构的主动曲柄轴，主动曲柄O′1A′1就安装在这轴上的齿轮Z5上，当齿轮Z5旋转时，主动曲柄O′1A′1也跟随着旋转，通过连杆A′1A′2带动安装在齿轮Z6上的被动曲柄O′2A′2，齿轮Z6安装在轴O′2上，轴O′2的另一端安装有制动装置的制动鼓。
齿轮Z6与安装在步行机构曲柄轴O1上的齿轮Z7相接合，带动整个步行机构实现铲入式步行运动。
铁脚上的铲子升降机构在总体布置图上省略了。制动装置与轮式拖拉机相同也省略了。
这种铲入式步行拖拉机转变成轮式拖拉机也很容易，因为它的转向机构和制动装置与轮式拖拉机的一样，只需将步行机构拆下，在曲柄轴上安装上轮胎（驱动的轮胎）就行了。由于安装了双曲柄速度调匀机构，使曲柄轴作非匀速转动，当步行拖拉机转变成轮式拖拉机之后，驱动轮轴应恢复为匀速转动，改变办法是将步行机构曲柄轴上的齿轮Z7向里推动，与齿轮Z6分离，而与齿轮Z5直接接合。这样当发动机匀速转动时，曲柄轴O1也匀速转动。
本发明铲入式步行拖拉机是铲入式步行驱动理论的应用，实际生产的单位可以根据这一理论，在自己的生产领域内，按照市场的需要，设计试制出多种新产品。
（一）农用微型拖拉机：如一头牛，走得慢，牵引力大、马力小，机重轻，也可用于水田，价格相当一头牛，但比养牛省。
（二）山区使用的大力拖拉机：山区农田土质粘重，犁耕阻力极大，采用大马力的铲入式步行拖拉机，可以得到很大的推进力，足以克服大的犁耕阻力。由于这种拖拉机的推进力与机重关系不大，因此机身可以造得较小，机重也可以较轻。这样利于拖拉机在小块田地里耕作也有利于拖拉机在山间小道上运输转移。
（三）推土机：由于铲入式步行拖拉机纵向稳定性好，在坡度很大的山坡上能够行驶，而履带式拖拉机在大于35～40度的山坡上就失去了稳定。因此在这样的山坡上进行推土作业，应该采用铲入式步行推土机。
在潮湿地、沼泽地、以及土质粘重的地方也可采用这种推土机，由于它具有机重轻、附着能力强，滚动阻力小，不易下陷和不易打滑等特点。
（四）山地小型运输机：科学考察、地质勘探、地形测量以及登山运动者们，经常在山地、野外、荒原和无道路的情况下工作，沉重的装备和给养主要靠人力运输。如果采用能爬山的小型铲入式步行运输机（车辆）代劳，将大大减轻上述人员的劳动。
实现本发明的最好方式是：根据说明书所述的原理，设计和试制一台样机，然后进行试验，检查步行机构运动情况，检验铲子升降机构的升降运动以及铲子入土和驱动的一系列的土壤力学问题。累积必要的数据，为正式设计制造铲入式步行拖拉机创造条件。