畢業(yè)設(shè)計（論文）履帶式聯(lián)收機機械式原地轉(zhuǎn)向底盤研究

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1、履帶式聯(lián)收機機械式原地轉(zhuǎn)向底盤研究I摘摘 要要在上世紀(jì) 60 年代日本一家農(nóng)業(yè)機械制造公司(ISEKI)工程師提出設(shè)想委托橡膠企業(yè)(BRIDGESTONE)開發(fā)了第一條替代金屬履帶的橡膠履帶，并應(yīng)用在水稻收割機械上。橡膠履帶具有速度高、抗振動、牽引力大、噪音低、機重輕、不損壞路面、耐磨損、使片壽命長等特點，在橡膠履帶面世后就得到了迅速的開發(fā)和推廣，目前已大量應(yīng)用于多種行業(yè)機械上。 優(yōu)良的履帶式拖拉機，不僅要有良好的通過性能，而且還要有良好機動性能。轉(zhuǎn)向是否靈活、轉(zhuǎn)向半徑的大小會直接影響到車輛的使用效率、燃油經(jīng)濟(jì)性和駕駛員的勞動強度，所以轉(zhuǎn)向靈活性和可控性是履帶車輛的重要技術(shù)指標(biāo)之一。而傳統(tǒng)的履

2、帶式車輛的轉(zhuǎn)向機構(gòu)通常采用的是轉(zhuǎn)向離合器，其轉(zhuǎn)向精度低、操作過程復(fù)雜，可控性差。但現(xiàn)在大多數(shù)農(nóng)業(yè)拖拉機仍采用這種方式轉(zhuǎn)向，最典型的為履帶式拖拉機。因此，為履帶式拖拉機設(shè)計出操作簡便、轉(zhuǎn)向平滑的轉(zhuǎn)向機構(gòu)為人們所期待。為了改善履帶式拖拉機的轉(zhuǎn)向性能，針對我國現(xiàn)有的履帶式拖拉機在轉(zhuǎn)向時對土壤的破壞力大和消耗功率大等問題，本文系統(tǒng)、全面地對履帶式拖拉機轉(zhuǎn)向機構(gòu)進(jìn)行理論分析，在消化、吸收、歸納、總結(jié)前人成果的基礎(chǔ)上，提出一種轉(zhuǎn)向機構(gòu)的設(shè)計方案。關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞: 橡膠履帶；原地轉(zhuǎn)向；履帶式聯(lián)合收割機；Solidworks履帶式聯(lián)收機機械式原地轉(zhuǎn)向底盤研究IIAbstractAbstract60s in th

3、e last century, a Japanese manufacturer of agricultural machinery (ISEKI) put forward the idea of Engineers commissioned a rubber companies (BRIDGESTONE) the development of the first alternative metal rubber crawler tracks, and machinery used in the rice harvest. Rubber track with high speed, anti-v

4、ibration, great traction, low noise, light weight machine, without damaging the road surface, wear-resistant, so that long-lived features such as film, in the rubber track has been released after the rapid development and promotion, is now a large number of machinery used in a variety of industries.

5、Excellent track-type combines, not only through a good performance, but also has good mobility. Shift Is flexible, the size of the radius of turn will directly affect the efficiency in the use of vehicles, fuel economy and drivers labor intensity, So turn to the flexibility and controllability is a

6、tracked vehicle, one of the important technical indicators. Traditional steering tracked vehicles are usually used in turn to the clutch, the shift of low precision, the complexity of operation, controllability worse. But now the majority of agricultural tractors are still used in this way turn to t

7、he most typical combine harvester crawler. Therefore, in order to track-type design combines simple, smooth steering turned to look forward to people.In order to improve the crawler steering combines performance, for our existing track-type combine harvester at the time of the shift The destructive

8、power of the soil and the big issues such as power consumption, this paper systematically and comprehensively tracked combine to turn to institutions Theoretical analysis, in the digestion and absorption, draw conclusions, summing up the basis of previous results, a steering mechanism design to Case

9、 - a mechanical dual-power transfer to the body.KeyKey wordswords: Place shifting；Rubber Track； tractor combine； Solidworks履帶式聯(lián)收機機械式原地轉(zhuǎn)向底盤研究III目錄目錄摘摘 要要.IABSTRACTABSTRACT.II1 1 前言前言.- - 1 - -1.1 橡膠履帶.- 1 -1.1.1 車輛橡膠履帶的分類 .- 2 -1.1.2 橡膠履帶的結(jié)構(gòu) .- 3 -1.1.3 橡膠履帶發(fā)展現(xiàn)狀 .- 3 -2 2 履帶式車輛發(fā)展概況及轉(zhuǎn)向機構(gòu)的研究履帶式車輛發(fā)展概況及轉(zhuǎn)

10、向機構(gòu)的研究 .- - 4 - -2.1 履帶車輛發(fā)展概況.- 4 -2.1.1 國內(nèi)對橡膠履帶式拖拉機的研究 .- 4 -2.1.2 國外橡膠履帶拖拉機的發(fā)展 .- 5 -2.2 橡膠履帶拖拉機的優(yōu)點.- 6 -2.2.1 良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性 .- 6 -2.2.2 更大的機動性和可靠性 .- 7 -2.2.3 具有良好的操縱舒適性 .- 7 -2.2.4 其他的性能 .- 7 -2.3 履帶車輛轉(zhuǎn)向機構(gòu).- 7 -2.3.1 獨立式轉(zhuǎn)向機構(gòu) .- 9 -2.3.2 差速式轉(zhuǎn)向機構(gòu) .- 9 -2.4 本課題研究的目的及意義.- 11 -2.5 小結(jié).- 12 -3 3 拖拉機變速箱設(shè)計拖拉機

11、變速箱設(shè)計 .- - 13 - -3.1 變速箱的設(shè)計原理.- 14 -3.2 確定裝置的轉(zhuǎn)動比.- 15 -3.2.1 總傳動比的確定 .- 15 -3.2.2 行星輪傳動比估算 .- 15 -3.2.3 分配傳動比 .- 16 -3.3 傳動裝置的運動和動力參數(shù).- 16 -3.3.1 各軸的轉(zhuǎn)速 .- 16 -3.3.2 各軸輸出功率 .- 17 -3.3.3 各軸的轉(zhuǎn)矩 .- 17 -履帶式聯(lián)收機機械式原地轉(zhuǎn)向底盤研究IV3.3.4 變速箱的主要參數(shù) .- 19 -3.4 齒輪主要參數(shù)設(shè)計.- 19 -3.4.1. 初步設(shè)計選擇齒輪的材料及精度確定.- 19 -3.4.2.按齒面接觸疲

12、勞強度設(shè)計.- 19 -3.4.3 校核齒根彎曲疲勞強度 .- 21 -3.4.4 齒輪傳動的中心矩 .- 23 -3.4.5.齒輪的圓周速度.- 23 -3.4.6.齒輪的參數(shù).- 23 -3.5 軸的設(shè)計.- 25 -3.5.1 各軸的轉(zhuǎn)速 .- 25 -3.5.2 軸徑的估算 .- 25 -3.5.3 軸的各項參數(shù) .- 27 -3.5.4 軸的確定 .- 28 -3.5.5 軸的校核.- 30 -3.5.6 鍵的校核 .- 32 -4.4.結(jié)結(jié) 論論.33參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn).34致致 謝謝.36履帶式聯(lián)收機機械式原地轉(zhuǎn)向底盤研究- 1 -1 前言近年來，橡膠履帶拖拉機異軍突起，成為拖拉機

13、行業(yè)發(fā)展的新動向，被國內(nèi)稱為新一代拖拉機。國外繼卡特公司 80 年代、90 年代率先推出 Challenge 日橡膠履帶拖拉機系列之后，法國、英國、意大利、前蘇聯(lián)和日本等國家也紛紛推出不同類型的橡膠履帶拖拉機，尤其一向以生產(chǎn)大功率輪式拖拉機聞名的美國迪爾公司，也推出了橡膠履帶拖拉機系列?？梢哉J(rèn)為橡膠履帶拖拉機的產(chǎn)生，結(jié)束了多年來的輪式拖拉機將取代履帶拖拉機的輿論，推動了拖拉機技術(shù)的發(fā)展。英國理查德洛弗爾埃奇沃思發(fā)明了履帶車輛并同時獲得專利以來。履帶車輛由于其優(yōu)越的性能深受機械行業(yè)工作人員的青睞。履帶式車輛便于通過承載能力較低的地面，且牽引力較大，因而在軍用、農(nóng)用及施工工程領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。

14、現(xiàn)代拖拉機向著大功率的方向發(fā)展，大功率帶來的是更高的車重。水稻聯(lián)合收獲機，工作在含水量較高，比較松軟的土地上，用輪式行走裝置會因下陷而無法工作。由于履帶式接地面積增大、對土壤的壓強降低、解決了陷車問題，所以采用履帶式拖拉機更有優(yōu)越性。對于履帶式車輛，不僅要有良好的通過性能，而且還要有良好的機動性能。轉(zhuǎn)向是否靈活、轉(zhuǎn)向半徑的大小直接影響到車輛的使用效率、燃油經(jīng)濟(jì)性和駕駛員的勞動強度，所以轉(zhuǎn)向的靈活性和可控性是履帶車輛的重要技術(shù)指標(biāo)之一，其性能的優(yōu)劣影響著履帶車輛的轉(zhuǎn)向機動性、生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)性，是履帶式聯(lián)合收割機更要具備此性能。現(xiàn)今國內(nèi)中小型履帶型聯(lián)收機多數(shù)采用單邊制動實現(xiàn)轉(zhuǎn)向，因該側(cè)履帶沒有滾動

15、，原地旋轉(zhuǎn)(繞一側(cè)履帶轉(zhuǎn)動)時，造成側(cè)向推奎土堆，阻力激增，當(dāng)轉(zhuǎn)一個 90 度彎需分兩次，其中要增加一次倒車，向后轉(zhuǎn)彎再前進(jìn)，履帶接地長度大，在地頭轉(zhuǎn)彎時轉(zhuǎn)向阻力矩與輪式比大大增加，尤其在土質(zhì)粘重的水田大大增加轉(zhuǎn)向操作的時間和勞動強度，降低了工作效率。并且隨著履帶車輛功率、車重的逐步增大，行駛速度的不斷提高及人機工程技術(shù)的發(fā)展，人們對其轉(zhuǎn)向性能的要求也越來越高。因此，能夠在履帶式聯(lián)合收割機上實現(xiàn)操作簡便、轉(zhuǎn)向平滑的轉(zhuǎn)向機構(gòu)為人們所期待。根據(jù)國內(nèi)外的市場需求，在產(chǎn)品的發(fā)展上，目前國內(nèi)對中速或高速大型橡膠履帶拖拉機以及中小型橡膠履帶拖拉機均需要開發(fā)。此外，它們用于建筑施工的工程機械變型，沙漠、雪地

16、、兩棲用越野車輛變型，通用的收獲機底盤變型等也需要相應(yīng)地開發(fā)設(shè)計。本課題旨在研究一種能繞聯(lián)收機重心原地轉(zhuǎn)向的機構(gòu)，這時兩側(cè)履帶可以均有滾動，在滾動中轉(zhuǎn)向，側(cè)向推土量少而且散開，從而轉(zhuǎn)向阻力可顯著減少，可實現(xiàn)一步操作 90 度轉(zhuǎn)向，以提高生產(chǎn)效率、簡化操作步驟、減輕勞動強度。 1.1 橡膠履帶橡膠履帶是一種橡膠與金屬及纖維材料的復(fù)合制品，主要用于農(nóng)業(yè)機械、工程機械和運輸車輛的行走部分，最初是為了解決農(nóng)用聯(lián)合收割機金屬履帶易被稻草麥桿和泥土堵塞，橡膠輪胎易在水田中打滑以及金屬履帶會對瀝青和混凝土路面造成破壞而由日本普利司通履帶式聯(lián)收機機械式原地轉(zhuǎn)向底盤研究- 2 -公司于 1968 年率先開發(fā)成功

17、的。橡膠履帶除了解決了以上問題，還具有質(zhì)量小、牽引性好、轉(zhuǎn)向靈活和在復(fù)雜地形上通過能力強等優(yōu)點現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于行走式農(nóng)業(yè)機械和石油勘探、森林防火車輛等許多領(lǐng)域。 1.1.1 車輛橡膠履帶的分類 目前然橡膠履帶的種類較多，但無統(tǒng)一的分類方法。按驅(qū)動結(jié)構(gòu)形式可分為如下幾種:（1）輪齒式:驅(qū)動輪有齒插入帶孔內(nèi),驅(qū)動帶向后運動。細(xì)分又有單行孔和雙行孔。 （2）輪孔式:帶上有金屬傳動齒，與帶輪上的孔相對應(yīng)，帶齒插入輪孔，嚙合傳動。 （3）膠齒驅(qū)動式:用橡膠凸起齒替代金屬傳動件，無噪聲，振動小。 （4）摩擦驅(qū)動式:履帶內(nèi)表而與驅(qū)動輪而接觸，摩擦傳動。 （5）外套隨動式:帶分二段套裝在普通履帶外側(cè)，用于深雪及

18、臨時性惡劣環(huán)境。 （6）可與金屬履帶互換式:可根據(jù)工作地形條件需要與金屬履帶替換使用。按其外型結(jié)構(gòu)可分（1）分塊橡膠履帶：即在原金屬履帶的鉸鏈或接地面處掛膠或嵌鑲橡膠，分塊連接整履帶。20 世紀(jì)初期已用于軍用車輛，40 年代開始用于拖拉機，如當(dāng)時的Caterpillar,Case, Bristol ,Rushton 等拖拉機均裝過這種履帶。但由于生產(chǎn)不便，優(yōu)點不多，目前拖拉機上極少采用。(2)充氣橡膠履帶:即類似輪胎的充氣橡膠履帶。1927 年蘇聯(lián)學(xué)者 HC維特琴金首先制成了試驗用環(huán)式充氣履帶。同期，美國與意大利也有人發(fā)明了環(huán)式充氣履帶。意大利人邦瑪?shù)倌?Bonmartini) 1949 年開

19、始將充氣履帶用于機器的行走裝置飛機起落架上。1961 年，邦瑪?shù)倌嵩诘谝粚猛ㄟ^性國際會議上，表演了裝有充氣履帶的 13. 2 KW、1 313 kg 重的 Lombardini 拖拉機，速度提高了一倍。同期，蘇聯(lián)對裝充氣履帶的小型拖拉機也做了對比試驗。由于充氣橡膠履帶存在一些技術(shù)上的難點，所以至今未見在商品拖拉機上出現(xiàn)。( 3)整體橡膠履帶（如圖 1-1 所示）:即用鋼妊加強并有金屬導(dǎo)向塊橡膠包裹的整條履帶。1923 年雪鐵淪克哥瑞斯公司推出了履齒上包橡膠的履帶(掛膠履帶)，用于半履帶軍用車輛。20 世紀(jì) 50 年代開始用在英國兩種 5.1KW 與 29.8KW 的拖拉機上。目前整體橡膠履帶目

20、前已用于收獲機械、工程機械拖拉機、濕地車輛、雪地車輛、沙漠車輛、運輸車輛、軍用車輛等各種越野車輛上.、履帶式聯(lián)收機機械式原地轉(zhuǎn)向底盤研究- 3 - 圖 1-1 用 Solidworks 畫整體式橡膠履帶 1.1.2 橡膠履帶的結(jié)構(gòu)橡膠履帶是是由橡膠和預(yù)埋鋼管、鋼板經(jīng)硫化而成的橡膠制品。通過金屬連接件拼裝在鋼履帶上，可直接在路面上行駛，具有安裝簡單，易拆卸等特點。 圖 12 履帶內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 圖 13 履帶整體外形圖一般橡膠履帶的帶體結(jié)構(gòu)含有如下部分:鐵齒(iron core),驅(qū)動履帶:鋼絲(steelcore )，承受牽引力；花紋(lug)，接地部分；輪側(cè)面(wheel side )，支承支重

21、輪部分橡膠履帶。 1.1.3 橡膠履帶發(fā)展現(xiàn)狀橡膠履帶的發(fā)展歷史是橡膠制品不斷配合和滿足各種機械發(fā)展的歷史。經(jīng)兒十年的發(fā)展，日本是橡膠履帶的主要生產(chǎn)國家，以 BRIDGESTONE(BS)、FUKUYAMA(FRC)為代表的橡膠履帶制造廠，在產(chǎn)品品質(zhì)、規(guī)格品種、市場知名度及份額上都占有排頭的地位。BS 除在日本外，在中國、波蘭、西班牙均有廠生產(chǎn)橡膠履帶。FRC 與中國杭州橡膠(集團(tuán))公司永固橡膠廠建立技術(shù)合作關(guān)系，永固廠現(xiàn)已發(fā)展成大型橡膠履帶生產(chǎn)基地，向全世界供應(yīng)橡膠履帶。目前除日本外，多數(shù)橡膠履帶制造廠均在發(fā)展中國家，如韓國 DONGIL, TAERYUK 斯履帶式聯(lián)收機機械式原地轉(zhuǎn)向底盤研

22、究- 4 -里蘭卡 SOLIDEAL，中國的金利隆、同力、華橡等。目前中國已逐步發(fā)展成橡膠履帶的生產(chǎn)大國，但由于產(chǎn)品品質(zhì)及知名度的關(guān)系，還多屬于低端產(chǎn)品，在國際上廉價銷售。有關(guān)橡膠履帶產(chǎn)品的知識產(chǎn)權(quán)限定一般較多涉及橡膠履帶的關(guān)鍵零件鐵齒及橡膠履帶的帶體結(jié)構(gòu)和形狀。專利的擁有人多數(shù)為日本的 BS, FRC。永固橡膠廠及我國其他工廠也擁有少數(shù)的授權(quán)專利。在國際市場有關(guān)涉及橡膠履帶的專利權(quán)益爭議也時有出現(xiàn)。目前我國在橡膠履帶使用方面步履緩慢，工程機械仍多采用金屬履帶。國內(nèi)工程機械主機廠裝配橡膠履帶的產(chǎn)品也多數(shù)銷售到海外市場。在世界上發(fā)達(dá)國家使用橡膠履帶做為行走部件較為普遍，使用橡膠履帶多的國家和地區(qū)

23、依次是日本、歐洲、北美。2 履帶式車輛發(fā)展概況及轉(zhuǎn)向機構(gòu)的研究 2.1 履帶車輛發(fā)展概況1770 年，英國理查德洛弗爾埃奇沃思發(fā)明了履帶車輛并同時獲得專利(Bekker， 1962)。當(dāng)時履帶車輛被描述為“便攜式軌道” ，這種便攜式軌道是由多塊木頭制造而成，沿著與其相配的車架移動，類似于在車輪前面鋪了無限長的軌道一樣，這就是全履帶車輛的最初構(gòu)想。1901 年第一輛半履帶蒸汽機車問世，隨后客車和履帶車輛發(fā)生了革命性的變化，一戰(zhàn)前期農(nóng)用拖拉機開始生產(chǎn)并得到廣泛使用。一戰(zhàn)后期，戰(zhàn)場上出現(xiàn)了第一輛坦克，它在戰(zhàn)場上的所向披靡推動了履帶車輛與它所處環(huán)境之間的研究。在戰(zhàn)爭中廣泛使用的縱橫鄉(xiāng)村的履帶車輛技術(shù)被

24、轉(zhuǎn)化為民用，主要在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域。隨著二戰(zhàn)的爆發(fā)，新型縱橫鄉(xiāng)間的履帶車輛再次得到了發(fā)展，雖然很有限但非常重要，促進(jìn)了履帶車輛朝著大馬力、鋼板履帶的方向發(fā)展?，F(xiàn)代履帶車輛的設(shè)計充分考慮了土壤環(huán)境和車輛實用性。它們有更好的性能，現(xiàn)代履帶拖拉機能以很高的速度在鄉(xiāng)村奔馳，并且能根據(jù)地形與氣候狀況進(jìn)行合理作業(yè)，這些使得履帶車輛在許多情況下有巨大的優(yōu)勢、 ，由于對地面的壓力小可以保護(hù)自然環(huán)境。.隨著對履帶車輛的要求越來越高，金屬履帶己不能滿足履帶車輛高速運轉(zhuǎn)要求，因此，人們將研究精力集中到橡膠履帶車輛的上來，特別是 20 世紀(jì) 80 年代以來，美國卡特彼勒和迪爾公司，英國的馬歇爾公司，日本的洋馬、小松公司和久保

25、田公司都研制出了自己獨特的橡膠履帶產(chǎn)品。2.1.1 國內(nèi)對橡膠履帶式拖拉機的研究從事這橡膠研究的主體，主要是某些大學(xué)研究所和有關(guān)企業(yè)。研究的主要內(nèi)容有:(1)試驗對比橡膠履帶拖拉機與四輪驅(qū)動拖拉機的牽引性能、打滑率、生產(chǎn)率等。用車輛地面系統(tǒng)理論，探討橡膠履帶拖拉機牽引性能的經(jīng)驗公式與數(shù)學(xué)模型。( 2)對比橡膠履帶拖拉機與四輪驅(qū)動拖拉機對土壤的壓實及對作物的影響。( 3)試驗對比橡膠履帶與金屬履帶的振動與噪聲，探討建立橡膠履帶行走系振動的物理與數(shù)學(xué)模型。( 4)橡膠履帶結(jié)構(gòu)形式與參數(shù)的研究。和行走裝置提高壽命與降低成本的研究等。履帶式聯(lián)收機機械式原地轉(zhuǎn)向底盤研究- 5 -如:天津工程機械研究所對

26、橡膠履帶兩棲車輛的研究，中國農(nóng)業(yè)機械化研究院及南京農(nóng)業(yè)機械化研究所對水稻收割機橡膠履帶的研究，吉林大學(xué)對差速轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的研究，江蘇大學(xué)對橡膠履帶嚙合的研究，青島建筑工程學(xué)院對橡膠履帶接地齒接地壓力的試驗研究，中國一拖集團(tuán)有限公司對橡膠履帶拖拉機的研究和杭州永固橡膠廠對橡膠履帶的研究等。中國一拖集團(tuán)有限公司對橡膠履帶在拖拉機、推土機、自行電站上的應(yīng)用進(jìn)行了研究。重點是金屬履帶與橡膠履帶在動力與使用性能的比較。20 世紀(jì) 70 年代，浙江湖州聯(lián)合收割機廠等已批量生產(chǎn)橡膠履帶水稻收割機;20 世紀(jì)80 年代天津工程機械研究所研制了橡膠履帶水陸兩棲車輛;20 世紀(jì) 90 年代橡膠履帶在各種車輛上的運用逐

27、步增多。目前在我國橡膠履帶已用于 1147.8 kW 的水稻收割機、小型液壓挖掘機、小型鹽田機械、全地形運輸車等各種越野車輛、大中型自行電站和大中型履帶拖拉機上。1994 年中國一拖集團(tuán)有限公司在牽引力等級為 3t 級的履帶拖拉機上，對采用金屬履帶或橡膠履帶進(jìn)行了比較試驗，試驗在硬黃土地面上進(jìn)行。試驗還測定了橡膠履帶在工作時的表面溫度變化情況。帶推土鏟的橡膠履帶拖拉機在夏季推土，膠履帶表面溫度逐步上升，4h 后溫度趨于穩(wěn)定，在 47.551.25 度之間。分別表明采用橡膠履帶的環(huán)境噪聲和耳旁噪聲明顯小于金屬履帶。水泥地面效果更明顯。中國一拖公司于同年制成了第一臺“東方紅 802 R”橡膠履帶拖

28、拉機，此后，一拖公司還對采用橡膠履帶的拖拉機、推土機進(jìn)行了使用試驗。主要是橡膠履帶的耐磨性試驗，橡膠履帶的脫軌試驗，橡膠履帶的壽命試驗，不同結(jié)構(gòu)橡膠履帶的可靠性試驗，橡膠履帶的仲長試驗以及通常性的作業(yè)查定。近年來又研制成功了東方紅一 13028 橡膠履帶拖拉機，它采用機械液壓雙功率流傳動差速轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，方向盤操縱，可實現(xiàn)真正意義上的原地轉(zhuǎn)向。但是，仍然沒解決轉(zhuǎn)向期間功率增大問題。2.1.2 國外橡膠履帶拖拉機的發(fā)展美國卡特彼勒(Caterpillar)公司 1986 年推出世界上第一臺高速橡膠履帶拖拉機“Challenger 65”型。最高行駛速度達(dá) 3040 km/ h。20 世紀(jì) 90 年代

29、初，日本小松(Komatsu)公司已在 2 種 29.4 kW 、3.98t 與 51.5 kW 、6. 92 t 的推土機上進(jìn)行安裝橡膠履帶的試驗。最高行駛速度僅為 8. 1 km/h。90 年代中期，小松公司又推出了 MK 系列農(nóng)用橡膠履帶拖拉機，同期，日本久保田(Kubota)公司生產(chǎn)半履帶式拖拉機，他們稱其為 Power Crawler 系列，最高行駛速度為 18. 4 km/ h。該機型的特點是轉(zhuǎn)向靈活，低濕地直線行駛性及對凹凸地面的適應(yīng)性好。 90 年代后半葉，美國凱斯(Case)公司推出了 Case IH STX 系列橡膠履帶拖拉機STX375,STX440 型，采用 4 個獨立

30、的三角型驅(qū)動橡膠履帶代替輪胎，驅(qū)動輪有齒與履帶上凸塊嚙合。拖拉機鉸接式轉(zhuǎn)向。1998 年德國克拉斯(Class)公司生產(chǎn)的橡膠履帶拖拉機，不過是卡特彼勒挑戰(zhàn)者拖拉機以克拉斯商標(biāo)面向歐洲銷售的產(chǎn)品，顏色由卡特黃變?yōu)榭死咕G。隨卡特彼勒推出 Challenger 65 之后，英國馬歇爾(Track Marshall)公司推出了 TM 履帶式聯(lián)收機機械式原地轉(zhuǎn)向底盤研究- 6 -200 型橡膠履帶拖拉機。功率為 157 kW，重 12. 5 t。人造橡膠履帶寬 510 mm。前惰輪為充氣輪胎,后置鋼制籠式驅(qū)動輪驅(qū)動,與每條履帶內(nèi)側(cè)中部一排凸塊嚙合。每邊 4 對支重輪支在帶空氣彈簧懸掛的平衡臺車上,無

31、托輪。兩個獨立的靜液壓傳動系分別驅(qū)動每側(cè)履帶,實現(xiàn)速度轉(zhuǎn)向。就某種意義而言,履帶拖拉機與輪式拖拉機孰優(yōu)孰劣的爭論,一直是它們各自技術(shù)進(jìn)步的動力之一。 美國迪爾(Deere)公司在和卡特彼勒公司爭論履帶拖拉機與四輪驅(qū)動拖拉機孰優(yōu)孰劣10 余年之后，1997 年，也推出了自己的高速橡膠履帶拖拉機。10. 7t 左右。最高行駛速度為 31. 8 km/ h。目前烏克蘭哈爾科夫拖拉機公司(XT3)生產(chǎn)的橡膠履帶拖拉機，型號為 153。使用質(zhì)量 8 260kg。前進(jìn)速度 4. 3 15. 6 km/h，后退速度 5. 8 8. 1km/h。 俄羅斯伏爾加格勒拖拉機公司曾在 -175C 拖拉機上研制過橡膠

32、履帶拖拉機，目前生產(chǎn)的橡膠履帶拖拉機是其 BT-100 系列中選裝的橡膠履帶變型，質(zhì)量 7. 5 t，采用平衡臺車。俄羅斯烏拉列茲工廠生產(chǎn)小型橡膠履帶拖拉機，它們是小型兩輪驅(qū)動輪式拖拉機的變型，最高速度為 15 km/ h。無支重輪，無托輪。在每側(cè)前后輪胎上裝一搭接整條橡膠履帶，結(jié)構(gòu)簡單。履帶寬 270 mm，節(jié)距 93. 5 mm, 84 節(jié)。2.2 橡膠履帶拖拉機的優(yōu)點 橡膠履帶拖拉機作為新一代拖拉機，與傳統(tǒng)的輪式、金屬履帶拖拉機相比具有如下突出的特點。2.2.1 良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性（1）橡膠履帶拖拉機與輪式拖拉機相比具有較低滑轉(zhuǎn)率，在疏松的土壤上仍有很高的牽引功率。根據(jù)迪爾公司的資料介紹，

33、8100T 系列橡膠履帶拖拉機的滑轉(zhuǎn)率為 2%5%，而8000 四輪驅(qū)動拖拉機的滑轉(zhuǎn)率為 8%12%。據(jù)卡特彼勒公司的資料介紹，Challenger 65D橡膠履帶拖拉機的牽引功率與同功率的四輪驅(qū)動拖拉機相比，在未耕地上可提高 15%，在已耕地上可提高 35%以上。由于橡膠履帶拖拉機滑轉(zhuǎn)率降低和牽引功率提高，機組工作效率可顯著提高。 (2)橡膠履帶拖拉機與金屬履帶拖拉機相比，可以提高作業(yè)速度 15%20%，相應(yīng)地也就提高了機組的生產(chǎn)率。 (3)橡膠履帶拖拉機比輪式拖拉機、金屬履帶拖拉機更容易管理，使用費用更低。橡膠履帶不需充氣，也無金屬履帶鉸接副的磨損，減少了行走系統(tǒng)易損件的品種、數(shù)量，降低了

34、保養(yǎng)、維修費用。（4）橡膠履帶拖拉機比金屬履帶拖拉機和輪式拖拉機綜合利用率高。橡膠履帶拖拉機可以方便地穿越公路和在公路上行駛而不破壞路面.能及時進(jìn)行田間轉(zhuǎn)移，且在短途道路運輸時不需借助運輸工具，拓寬了使用范圍。橡膠履帶拖拉機接地面積較大，其理論接地壓力遠(yuǎn)小于輪式拖拉機。卡特彼勒公司資料介紹，Challenger 35 橡膠履帶拖拉機的接地面積是同功率等級后輪并胎的四輪驅(qū)動拖拉機的 1. 724 倍。因而橡膠履帶拖拉機即使在低濕履帶式聯(lián)收機機械式原地轉(zhuǎn)向底盤研究- 7 -地條件下，仍具有較好的通過性，在農(nóng)忙季節(jié)雨后情況下.可比輪式拖拉機提前下田，提高了利用率。2.2.2 更大的機動性和可靠性橡膠

35、履帶拖拉機可以方便地進(jìn)行轉(zhuǎn)移，由于使用了差速轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，能夠滿足各種轉(zhuǎn)彎需要，如原地轉(zhuǎn)向(轉(zhuǎn)向圓半徑 R=1/2 B 為拖拉機軌距),零轉(zhuǎn)向(轉(zhuǎn)向圓半徑 R=0，此時兩條履帶一進(jìn)一退，轉(zhuǎn)向相反)。橡膠履帶拖拉機采用的差速轉(zhuǎn)向系統(tǒng)不同于輪式拖拉機的差速器，它依靠拖拉機兩側(cè)履帶的速度差來實現(xiàn)轉(zhuǎn)向.既差速又差力。該轉(zhuǎn)向方式可以減小轉(zhuǎn)向阻力和對土壤的破壞，提高傳動效率和橡膠履帶的壽命。目前有液壓差速轉(zhuǎn)向機構(gòu)、也有機液混合差速轉(zhuǎn)向機構(gòu).2.2.3 具有良好的操縱舒適性具有較大接地面積的橡膠履帶拖拉機，既可提高對路面不平的適應(yīng)性，又可緩沖路面的沖擊，同時掛膠支重輪、導(dǎo)向輪、驅(qū)動輪等吸收了地面的沖擊，減少了拖

36、拉機的振動，所以橡膠履帶行走系噪聲低，緩沖性能好，使駕駛員乘坐更舒適。2.2.4 其他的性能在橡膠履帶拖拉機上，除因采用橡膠履帶而帶來的上述突出優(yōu)點外，還有許多因采用其它高新技術(shù)裝備而帶來的其它卓越性能，如整機電子監(jiān)視智能中心，使橡膠履帶拖拉機比通常金屬履帶拖拉機、輪式拖拉機性能更優(yōu)越，可靠性更好，操縱更方便、省力。 2.3 履帶車輛轉(zhuǎn)向機構(gòu)履帶行走裝置是通過一條卷繞的環(huán)形履帶支承在地面上，主要由履帶、驅(qū)動輪、支重輪、導(dǎo)向輪、浮動輪和托輪等組成，見裝配圖 2-1 及簡圖 2-2。履帶與地面接觸，驅(qū)動輪不與場面接觸。驅(qū)動輪在變速箱驅(qū)動扭矩的作用下，通過驅(qū)動輪上的輪齒和履帶鐵齒之間的嚙合，連續(xù)不斷

37、地把履帶從后方卷起。接地那部分履帶給地面一個向后的作用力，而地面相應(yīng)地給履帶一個向前的反作用力，這個反作用是推動機器向前行駛的驅(qū)動力。當(dāng)驅(qū)動力足以克服行走阻力時，支重輪就在履帶上表面向前滾動，從而使收割機向前行駛。履帶式聯(lián)收機機械式原地轉(zhuǎn)向底盤研究- 8 - 圖 2-1 用 solidworks 畫的整體裝配圖圖 22 行走裝置簡圖1.驅(qū)動輪；2.支重輪；3.履帶；4.托輪；5.浮動輪；6.導(dǎo)向輪支重輪在履帶上滾動，將整臺收割機的質(zhì)量傳給地面，承載著整臺機器的質(zhì)量。收割機經(jīng)常在水田作業(yè)，支重輪長期帶有泥水，工作條件惡劣，若泥水進(jìn)入支重輪的軸承，軸承很快就被損壞，從進(jìn)而損壞支重輪。因此，支重輪的

38、密封性能非常重要。要提高支重輪的密封性能，主要從兩個方面考慮：一是盡量減少活動密封面，降低泥水進(jìn)入軸承的機會；二是提高密封件的可靠性和使用壽命。采用懸臂固定方式是減少支重輪活動密封面的一個履帶式聯(lián)收機機械式原地轉(zhuǎn)向底盤研究- 9 -辦法，它可以使支重輪的密封面僅有一個，見圖 2-3 及 2-4。密封方式主要有油封和機械密封兩種。采用油封密封結(jié)構(gòu)簡單，成本低，但從效果看，其使用壽命較短，基本上用一個收獲季節(jié)就損壞，需要更換；而采用機械密封方式結(jié)構(gòu)雖然相對復(fù)雜，成本也高，但一般可以用一到二年。 圖 2-3 用 solidworks 畫支重輪 1. 支重輪；2.軸承；3.支重輪軸；4.機械密封組件；

39、5.擋圈；6.密封圈圖 2-4 支重輪簡圖履帶車輛的轉(zhuǎn)向機構(gòu)可根據(jù)車輛在轉(zhuǎn)向過程中兩側(cè)履帶的運動有無聯(lián)系而分為獨立式轉(zhuǎn)向機構(gòu)和差速式轉(zhuǎn)向機構(gòu)，也可根據(jù)在轉(zhuǎn)向過程中功率流的傳遞方式分為單功率流轉(zhuǎn)向機構(gòu)和雙功率流轉(zhuǎn)向機構(gòu)。獨立式轉(zhuǎn)向機構(gòu)僅是履帶的一側(cè)受到轉(zhuǎn)向的影響，而差速式轉(zhuǎn)向機構(gòu)其一側(cè)受轉(zhuǎn)向影響的變化數(shù)值等于另外一側(cè)變化數(shù)值，但方向不同。2.3.1 獨立式轉(zhuǎn)向機構(gòu)獨立式轉(zhuǎn)向機構(gòu)的轉(zhuǎn)向是靠制動內(nèi)側(cè)履帶來達(dá)到，為此轉(zhuǎn)向內(nèi)側(cè)的輸入傳動路線首先被轉(zhuǎn)向離合器切斷，再制動該側(cè)的制動器。此時轉(zhuǎn)向外側(cè)部分不受任何影響而保持原狀(獨立式輸入)。獨立式轉(zhuǎn)向機構(gòu)的車輛按非規(guī)定的轉(zhuǎn)向半徑轉(zhuǎn)向時，要靠對內(nèi)側(cè)履帶不同程度的

40、制動即靠摩擦元件的滑磨來實現(xiàn)，難以得到準(zhǔn)確的轉(zhuǎn)向半徑;其次是在轉(zhuǎn)向過程中摩擦元件的劇烈摩擦?xí)戆l(fā)熱和磨損，使傳動效率降低，導(dǎo)致工作可靠性差，壽命降低。表 1-1 轉(zhuǎn)向機構(gòu)的類型履帶式聯(lián)收機機械式原地轉(zhuǎn)向底盤研究- 10 -轉(zhuǎn)向機構(gòu)的形式單功率流轉(zhuǎn)向機構(gòu)雙功率流轉(zhuǎn)向機構(gòu)轉(zhuǎn)向離合器正獨立式雙流轉(zhuǎn)向機構(gòu)二級行星轉(zhuǎn)向機構(gòu)零獨立式雙流轉(zhuǎn)向機構(gòu)獨立式轉(zhuǎn)向機構(gòu)三級行星轉(zhuǎn)向機構(gòu)正差速式雙流轉(zhuǎn)向機構(gòu)單差速器零差速式雙流轉(zhuǎn)向機構(gòu)差速式轉(zhuǎn)向機構(gòu)雙差速器負(fù)差速式雙流轉(zhuǎn)向機構(gòu)當(dāng)車輛直線行駛時，使用轉(zhuǎn)向離合器一制動器轉(zhuǎn)向機構(gòu)的車輛具有能保證完全穩(wěn)定通過行駛路線的優(yōu)點。但是在丘陵地行駛時，只有通過修正方向才能保證行駛穩(wěn)定

41、性。當(dāng)車輛分離轉(zhuǎn)向離合器或者讓它打滑時，在斜坡上的車輛在傾斜力的推動下使轉(zhuǎn)向內(nèi)側(cè)履帶下滑，而與轉(zhuǎn)向離合器結(jié)合的一側(cè)被發(fā)動機和傳動的阻力所制止，這樣就達(dá)不到轉(zhuǎn)向精度的要求，因為轉(zhuǎn)向離合器分離的那一側(cè)的轉(zhuǎn)速變大。因此要得到所要求的轉(zhuǎn)向半徑就變得勉強了，這要取決于駕駛員熟練而精確的操作。由于獨立式轉(zhuǎn)向機構(gòu)結(jié)構(gòu)比較簡單，使得它至今仍作為結(jié)構(gòu)設(shè)計的一種方案，也是構(gòu)成履帶車輛轉(zhuǎn)向傳動的最為簡單的方法。這種轉(zhuǎn)向機構(gòu)在早期的中小型履帶式車輛上得到了廣泛運用。但由于其操縱性差、生產(chǎn)效率低、能耗較大，隨著履帶車輛功率的不斷增大，轉(zhuǎn)向離合器的應(yīng)用會受到一定的限制。2.3.2 差速式轉(zhuǎn)向機構(gòu)差速式轉(zhuǎn)向機構(gòu)可分為單流差

42、速式轉(zhuǎn)向機構(gòu)和雙流差速式轉(zhuǎn)向機構(gòu)。 1.單流差速式轉(zhuǎn)向機構(gòu)屬于老式轉(zhuǎn)向機構(gòu)，這種轉(zhuǎn)向機構(gòu)的結(jié)構(gòu)簡單，但它在行駛力學(xué)方面的缺點，使它不能作為履帶車輛的轉(zhuǎn)向機構(gòu)。其中最常用的有轉(zhuǎn)向離合器、單差速器、雙差速器和行星轉(zhuǎn)向機構(gòu)等。轉(zhuǎn)向離合器都是多片式摩擦離合器，靠摩擦表面的摩擦力傳遞轉(zhuǎn)矩，當(dāng)分離某一側(cè)的轉(zhuǎn)向離合器時，就可以減少或切斷該側(cè)驅(qū)動輪所傳遞的轉(zhuǎn)矩使車輛轉(zhuǎn)向。轉(zhuǎn)向半徑的大小由驅(qū)動輪所傳轉(zhuǎn)矩的減少量即離合器分離的程度所決定。轉(zhuǎn)向離合器由于結(jié)構(gòu)簡單、制造方便，在早期的中小型履帶式拖拉機、推土機上得到了廣泛應(yīng)用。但由于其操縱性差、生產(chǎn)效率低、能耗較大，隨著履帶車輛功率的不斷增大，轉(zhuǎn)向離合器的應(yīng)用將會受到

43、一定的限制。 單差速器轉(zhuǎn)向機構(gòu)可使車輛幾何中心位置的速度在轉(zhuǎn)向過程中仍保持原直線行駛車速，但當(dāng)一側(cè)完全制動時，轉(zhuǎn)向半徑過小，而另一側(cè)履帶速度過高、轉(zhuǎn)向角速度過大，因此所需轉(zhuǎn)向功率很大，駕駛員若持續(xù)轉(zhuǎn)向，稍有不慎就會使發(fā)動機熄火，因而只能靠滑磨，用較大半徑轉(zhuǎn)向，或極不平穩(wěn)地以小半徑斷續(xù)轉(zhuǎn)向。因此這種單差速器轉(zhuǎn)向機構(gòu)現(xiàn)在幾乎不再采用。雙差速器轉(zhuǎn)向機構(gòu)可使履帶車輛在轉(zhuǎn)向時慢速側(cè)履帶降低的速度等于快速側(cè)履帶增加的速度，因此車輛轉(zhuǎn)向時的平均速度與直線行駛的速度相同。但由于雙差速器不能完全制動一側(cè)履帶，車輛不能原地轉(zhuǎn)向，且轉(zhuǎn)向半徑的變化范圍沒有使用轉(zhuǎn)向離合器的大，轉(zhuǎn)向履帶式聯(lián)收機機械式原地轉(zhuǎn)向底盤研究-

44、11 -平順性較差。轉(zhuǎn)向時快速側(cè)履帶加速，因此發(fā)動機的附加載荷比采用轉(zhuǎn)向離合器的大。雙差速器是由齒輪組成的轉(zhuǎn)向機構(gòu)，與轉(zhuǎn)向離合器相比零件數(shù)目少、耐磨性好、壽命較長。行星轉(zhuǎn)向機構(gòu)由一組行星輪系和制動器組成。操作行星機構(gòu)上的制動器可以改變兩側(cè)驅(qū)動輪驅(qū)動力矩大小使車輛轉(zhuǎn)向。 單功率轉(zhuǎn)向的缺點是明顯的，車輛僅有幾個固定的轉(zhuǎn)向半徑，按非規(guī)定的轉(zhuǎn)向半徑轉(zhuǎn)向時，要靠摩擦元件的滑摩來實現(xiàn)，難以得到穩(wěn)定的轉(zhuǎn)向半徑;其次是在轉(zhuǎn)向過程中摩擦元件的劇烈滑膜會帶來發(fā)熱和磨損，使傳動效率降低；另外，劇烈的摩擦也使機構(gòu)容易破壞，導(dǎo)致工作可靠性差，壽命降低。2.雙流轉(zhuǎn)向裝置最早出現(xiàn)在法國(1939-1940 年的 Somua

45、 和 B2，現(xiàn)在都采用液壓轉(zhuǎn)向機)、德國(1942-1943 年的豹式主戰(zhàn)坦克和 1942 年的虎型坦克)和美國(M46 )。所謂雙流轉(zhuǎn)向機構(gòu)是將發(fā)動機功率分成兩路，一路為變速分路，控制兩側(cè)履帶的直線行駛速度，另一路為轉(zhuǎn)向分路，專門控制轉(zhuǎn)向運動，這兩路功率在兩側(cè)匯流行星排中匯合后再經(jīng)兩側(cè)的傳動，最后傳到驅(qū)動輪。裝有雙流轉(zhuǎn)向機構(gòu)的車輛，在轉(zhuǎn)向機構(gòu)中沒有給出差速的命令時，是能保證直線行駛穩(wěn)定性的，通過轉(zhuǎn)向機構(gòu)也能得到一側(cè)履帶與另一側(cè)履帶自動的轉(zhuǎn)速補償。雙流轉(zhuǎn)向機構(gòu)的主要特征;(1).規(guī)定轉(zhuǎn)向半徑的數(shù)目，是變速分路的檔數(shù)與轉(zhuǎn)向分路中固定傳動比的數(shù)目乘積。在一個或同時在兩個分路中具有無級傳動，就成為無

46、級雙流轉(zhuǎn)向機構(gòu)。(2).轉(zhuǎn)向特性取決于變速機構(gòu)的檔次。因此在高速檔行駛時，只能以大半徑轉(zhuǎn)向。(3).如果在轉(zhuǎn)向分路中，沒有單獨的差速機構(gòu)，或者如果轉(zhuǎn)向軸可以通過穩(wěn)定離合器，或輔助制動器固定住時，則直線行駛是穩(wěn)定的。(4).如傳到匯流排的轉(zhuǎn)向分路轉(zhuǎn)速符號不同但數(shù)值相同時，則為差速式雙流轉(zhuǎn)向機構(gòu)。 (5).總功率是由變速機構(gòu)的直線行駛功率和經(jīng)轉(zhuǎn)向機構(gòu)來的轉(zhuǎn)向功率組成。在單功率流轉(zhuǎn)向機構(gòu)的基礎(chǔ)上最早出現(xiàn)的是直駛和轉(zhuǎn)向兩功率流均由機械裝置來實現(xiàn)的機械式雙功率流轉(zhuǎn)向機構(gòu)。機械式雙功率流轉(zhuǎn)向機構(gòu)在轉(zhuǎn)向性能上較單功率流轉(zhuǎn)向機構(gòu)有很大提高，但仍然不能滿足車輛在所有不同曲率的道路上用圓滑軌跡轉(zhuǎn)向行駛的需要。隨著

47、現(xiàn)代機電液壓及人機工程技術(shù)的發(fā)展，在機械系統(tǒng)上附加液壓泵一液壓馬達(dá)驅(qū)動的機械一液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)將逐漸得到應(yīng)用。機械液壓式雙流差速式轉(zhuǎn)向機構(gòu)是利用液壓機械無級傳動原理，將液壓傳動與齒輪傳動恰當(dāng)組合的一種新型封閉雙流傳動機構(gòu)。這種轉(zhuǎn)向機構(gòu)在國外軍用裝甲車輛、拖拉機、推土機及其他工程機械上已開始使用，國內(nèi)對液壓機械差速轉(zhuǎn)向機構(gòu)的研究和應(yīng)用主要是針對軍用履帶車輛;在民用方面，張明柱等對適用于農(nóng)業(yè)拖拉機工況的液壓機械無級變速器進(jìn)行開發(fā)研究。機械液壓式雙流差速式轉(zhuǎn)向機構(gòu)是由發(fā)動機、變量泵、控制閥、定量馬達(dá)、多檔變速箱以及后橋轉(zhuǎn)向差動機構(gòu)組成。它將由發(fā)動機傳來的機械功率流在多檔變速箱的輸入軸上分流，一路功率流經(jīng)

48、由液壓泵一液壓馬達(dá)組成的轉(zhuǎn)向調(diào)速系統(tǒng);另一路功率流經(jīng)多檔變速箱，最后在行星排上合流，然后經(jīng)行星排中的某一部件(如行星架)傳到車輛的終傳動軸上。由于液壓泵和液壓馬達(dá)可以無級控制，因此使用這類轉(zhuǎn)向機構(gòu)可獲得車輛兩側(cè)的速度差實現(xiàn)履帶式聯(lián)收機機械式原地轉(zhuǎn)向底盤研究- 12 -無級控制。若液壓馬達(dá)不工作，只有來自中央傳動的功率流，車輛作直線行駛;若只有來自液壓馬達(dá)的功率流，車輛可實現(xiàn)轉(zhuǎn)向半徑為零的原地轉(zhuǎn)向;若同時輸入兩路功率流，由于液壓馬達(dá)可實現(xiàn)無級控制，因此車輛兩側(cè)履帶驅(qū)動輪轉(zhuǎn)速差可以有無窮多個，可得到無窮多個轉(zhuǎn)向半徑，即可實現(xiàn)無級轉(zhuǎn)向，駕駛員只要操縱轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)動液壓裝置，就可使車輛穩(wěn)定地沿一定的圓弧行

49、駛。這種轉(zhuǎn)向機構(gòu)不但具有結(jié)構(gòu)性好、沒有摩擦元件、壽命長、效率高、工作可靠等特點外，而且在工作性能上它不是通過部分或全部切斷一側(cè)履帶的動力來制動一側(cè)驅(qū)動輪實現(xiàn)轉(zhuǎn)向的，而是兩側(cè)履帶始終傳遞動力，這樣可很好地實現(xiàn)動力轉(zhuǎn)向，基本上消除了履帶的打滑現(xiàn)象，適用于進(jìn)行偏載推土和切除樹根作業(yè);在坡地轉(zhuǎn)向時不會出現(xiàn)“逆轉(zhuǎn)向”現(xiàn)象，提高了車輛的安全性;由于轉(zhuǎn)向時不切斷動力，因此車輛的平均車速不降低;履帶不停駛，對土壤破壞少，在松軟土壤上的通過性好;轉(zhuǎn)向半徑的大小可任意控制，提高了履帶車輛的機動性,復(fù)合轉(zhuǎn)向機構(gòu)為克服純液壓轉(zhuǎn)向機構(gòu)的上述缺陷，目前出現(xiàn)了多種采用功率較小的液壓元件的液壓復(fù)合轉(zhuǎn)向方案。雙泵雙馬達(dá)方案，機

50、械液壓復(fù)合方案，雙半徑液壓轉(zhuǎn)向方案液壓液力復(fù)合轉(zhuǎn)向方案。復(fù)合轉(zhuǎn)向機構(gòu)為克服純液壓轉(zhuǎn)向機構(gòu)的上述缺陷，目前出現(xiàn)了多種采用功率較小的液壓元件的液壓復(fù)合轉(zhuǎn)向方案。雙泵雙馬達(dá)方案，機械液壓復(fù)合方案，雙半徑液壓轉(zhuǎn)向方案液壓液力復(fù)合轉(zhuǎn)向方案。機械液壓連續(xù)無級轉(zhuǎn)向機構(gòu)是在簡單液壓機械分流傳動原理的基礎(chǔ)上，采用不同的機械機構(gòu)參數(shù)組合，并與液壓元件配合的一種最新型的轉(zhuǎn)向機構(gòu)。它能保證在連續(xù)無級輸出轉(zhuǎn)速的前提下應(yīng)用較小的液壓元件大幅度提高車輛的輸出總功率，并且其傳動效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過純液壓轉(zhuǎn)向機構(gòu)的傳動效率。2.4 本課題研究的目的及意義近年來，隨著聯(lián)合收割機的廣泛應(yīng)用，人們在使用它的同時一直在改進(jìn)車體的性能。聯(lián)合收割

51、機在作業(yè)時，駕駛員不但要控制整車的正常行駛，更重要的是還要注意收獲質(zhì)量，為了使駕駛員有更多的時間來檢控收獲質(zhì)量，所以減輕駕駛員在行駛過程中控制整車行進(jìn)、轉(zhuǎn)同的勞動強度就有著十分重要的意義。由于履帶車輛的轉(zhuǎn)向原理與輪式車輛本質(zhì)不同，使履帶車輛很難在任何速度下按駕駛員的意愿使車輛按一定半徑轉(zhuǎn)向。履帶車輛的履帶接地面積大，轉(zhuǎn)向時不能靠履帶的軸向彎曲來實現(xiàn)，只能靠改變左、右兩側(cè)驅(qū)動輪的驅(qū)動力的大小和方向，即切斷或減少一側(cè)履帶的驅(qū)動力矩，造成兩側(cè)履帶的驅(qū)動力差形成轉(zhuǎn)向力矩，使兩側(cè)履帶產(chǎn)生速度差，從而改變履帶車輛的行駛方向來實現(xiàn)轉(zhuǎn)向。履帶車輛的轉(zhuǎn)向原理決定直線行駛和轉(zhuǎn)向均各需要一套傳動裝置來實現(xiàn)，在實現(xiàn)這

52、樣的功能的前提下，較為理想的履帶車輛的轉(zhuǎn)向機構(gòu)應(yīng)具有以下特點:力求有最小的轉(zhuǎn)向半徑，以提高履帶拖拉機的機動性;能使轉(zhuǎn)向時發(fā)動機的附加載荷較小，以免發(fā)動機熄火;操縱簡單省力、有良好的直線行駛穩(wěn)定性;無論前進(jìn)或倒車，兩側(cè)履帶輸出之間可具有不同大小的正負(fù)速度差，以滿足在不同曲線道路或地形上可以向左或向右轉(zhuǎn)向的需要?，F(xiàn)有履帶車輛的轉(zhuǎn)向機構(gòu)多采用機械液壓式轉(zhuǎn)向機構(gòu)，此種機構(gòu)有其本身的優(yōu)點，但履帶式聯(lián)收機機械式原地轉(zhuǎn)向底盤研究- 13 -它也存在不可避免的缺點:1.功率消耗大。由于液壓泵和馬達(dá)要一直工作，所以功率消耗大，這就導(dǎo)致資源浪費，與我們要建造節(jié)約型社會的理念相違背。2.功率損失較大。由于車輛在小負(fù)

53、荷下工作時，發(fā)動機的功率都儲備在無級變速器上，這部分儲備功率都通過液壓無級變速器內(nèi)部的液壓油卸荷和發(fā)熱而耗散。3.轉(zhuǎn)向作用力較高。液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在低溫下啟動發(fā)動機之后，由于低溫下油的粘性較大，所以轉(zhuǎn)向作用力較高。4.液壓式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)因有液壓缸、油泵、轉(zhuǎn)閥及液壓管道等部件，使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、零件數(shù)目多、占用空間大、布置不方便，而且不便于維修。隨著農(nóng)業(yè)履帶車輛功率的增大和車速的提高，對其轉(zhuǎn)向機動性的要求也越來越高，對新型轉(zhuǎn)向機構(gòu)的研究也更加迫切。要實現(xiàn)機構(gòu)簡單、操縱靈活省力、控制可靠及維修方便，并能很好地實現(xiàn)無極變速，力求其有更好的動態(tài)特性和努力減少轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的能量損失尤為重要。為此，研究設(shè)計具有較好

54、的動力性，又有較高的傳動效率的新式機械式雙功率流轉(zhuǎn)向機構(gòu)對于轉(zhuǎn)向機構(gòu)的發(fā)展有著重要的意義。設(shè)計和制造能夠?qū)崿F(xiàn)下列功能的傳動機構(gòu)具有現(xiàn)實意義，主要體現(xiàn)在:(1).轉(zhuǎn)向特性要好，能實現(xiàn)履帶式機械的原地轉(zhuǎn)向，使轉(zhuǎn)彎半徑減小，轉(zhuǎn)向靈活，操縱控制簡單。(2).對土壤的滑切影響顯著減小，轉(zhuǎn)向阻力減小，減少能量損失。(3).轉(zhuǎn)向時對土壤狀況適應(yīng)性增強，土壤破壞減小。(雙側(cè)驅(qū)動)(4).既要滿足轉(zhuǎn)向靈活性等要求又可實現(xiàn)一定程度的降速增扭作用。履帶式聯(lián)合拖拉機的轉(zhuǎn)向機構(gòu)是其重要的總成之一，其性能的優(yōu)良直接影響著車輛的轉(zhuǎn)向機動性和生產(chǎn)效率。因此對性能優(yōu)良的轉(zhuǎn)向機構(gòu)的研究一直是車輛工程領(lǐng)域的重要研究課題。2.5 小

55、結(jié)本章對履帶式車輛轉(zhuǎn)向機構(gòu)的研究現(xiàn)狀和發(fā)展概況進(jìn)行了綜述，主要研究了現(xiàn)有的履帶式車輛傳動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和履帶式拖拉機的作業(yè)特點，分析了機械式雙功率流轉(zhuǎn)向機構(gòu)和機械液壓式雙功率流轉(zhuǎn)向機構(gòu)的優(yōu)缺點，最終確定了一種新型的履帶式拖拉機傳動系統(tǒng)和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)形式，提出了本文的主要研究內(nèi)容。3 拖拉機變速箱設(shè)計經(jīng)過深入分析和總結(jié)美國 Caterpilliar 公司在大功率推土機上采用的新型差速式轉(zhuǎn)向機構(gòu)、日本小松公司推土機的差速轉(zhuǎn)向系及一拖公司生產(chǎn)的東方紅 13028 型履帶拖拉機的差速轉(zhuǎn)向機構(gòu)的優(yōu)缺點，本文設(shè)計一種新型機械式轉(zhuǎn)向機構(gòu)傳動方案，不僅能夠完成原地轉(zhuǎn)向，而且與機械液壓式轉(zhuǎn)向機構(gòu)相比具有結(jié)構(gòu)緊湊、操縱簡

56、單、價格低廉，加工容易、履帶式聯(lián)收機機械式原地轉(zhuǎn)向底盤研究- 14 -安裝和維修方便、節(jié)省能源等優(yōu)點。本文所設(shè)計的裝置采用電機作為動力來源，當(dāng)主軸保持一定轉(zhuǎn)速時，通過兩個轉(zhuǎn)向輸入軸輸入轉(zhuǎn)速時，可以在輸出軸得到不同轉(zhuǎn)速，以實現(xiàn)履帶式拖拉機達(dá)到不同的轉(zhuǎn)向半徑，特殊時可實現(xiàn)原地轉(zhuǎn)向。履帶車輛要實現(xiàn)非滑切轉(zhuǎn)向的主要問題是動力從發(fā)動機傳來，采用適當(dāng)?shù)膫鲃訖C構(gòu)，使動力傳到兩驅(qū)動輪，在履帶車輛轉(zhuǎn)向時，變速流提供各檔不同的直線行駛速度，與轉(zhuǎn)向機構(gòu)形成的兩側(cè)履帶的速度差匯流，實現(xiàn)車輛的轉(zhuǎn)向。表 3-1 履帶拖拉機的參數(shù)車輛參數(shù)數(shù)值車重 G14 700N重心高度gh1.3m驅(qū)動輪半徑 r0.344m履帶接地長度

57、L1.76m履帶重心偏移距離gc0履帶寬度 B0.346m履帶中心距1.3m發(fā)動機額定功率0P46KW發(fā)動機額定轉(zhuǎn)數(shù) n3000r/min拖拉機動力由發(fā)動機經(jīng) 1：1 的皮帶輪傳給變速箱。動力在變速箱內(nèi)經(jīng)過一系列的減小轉(zhuǎn)速增大扭矩的變化最后由輸出軸輸出，為驅(qū)動輪提供動力考慮到使用環(huán)境的惡劣性，在設(shè)計中有必要將安全系數(shù)適當(dāng)提高。3.1 變速箱的設(shè)計原理拖拉機動力輸出齒輪箱的工作原理，就是將齒輪箱的輸入軸與拖拉機變速箱后動力輸出軸相連，經(jīng)一系列齒輪變速并換向，動力由輸出軸輸出。變速箱內(nèi)使用行星輪可以實現(xiàn)無級變速。履帶拖拉機的原地轉(zhuǎn)向是在保持傳動比不變的情況下用增加一個齒輪的外嚙合，這樣就保持的兩輪

58、的轉(zhuǎn)速不變而方向相反而實現(xiàn)的。如圖 3-1 拖拉機變速箱的結(jié)構(gòu)簡圖所履帶式聯(lián)收機機械式原地轉(zhuǎn)向底盤研究- 15 -示齒輪 1,2 實現(xiàn)軸 1 到軸 2 的減速,齒輪 3（4）,5（6）實現(xiàn)軸 2 到軸 3 的減速,齒輪3，4，5，6，7,8,9,10,11,12,配合實現(xiàn)履帶拖拉機的原地轉(zhuǎn)向。太陽輪 13，15，17 和齒圈 19 組成一行星輪，太陽輪 14，16，18 和齒圈 20 組成另一行星輪，兩行星輪參數(shù)一樣，兩行星輪分別和齒輪 21，22 固定，由馬達(dá)或電機通過軸 10 和軸 5 同步為兩齒圈提供動力實現(xiàn)履帶拖拉機的無級變速。動力從行星輪出來經(jīng)齒輪 25 和 27（齒輪 26 和 2

59、8）再次減速傳給驅(qū)動軸 4（軸 9） 。齒輪 21 和 23 嚙合，22 和 24 嚙合將軸 5 的動力分別傳給兩行星輪。29，30 為一對蝸輪蝸桿利用蝸輪蝸桿傳動中的自鎖性保證機械傳動的正常進(jìn)行。 圖 3-1 變速箱的結(jié)構(gòu)簡圖履帶式聯(lián)收機機械式原地轉(zhuǎn)向底盤研究- 16 -圖 3-2 用 Solidworks 畫實體變速箱的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖3.2 確定裝置的轉(zhuǎn)動比本設(shè)計遵循聯(lián)合收割機作業(yè)要求，正常行走速度為 0.51.5m/s，最大速度為 3m/s 轉(zhuǎn)向速度為 0.51.0m/s。3.2.1 總傳動比的確定驅(qū)動輪前進(jìn)的速度為最終的速度3443.0/60 100060 1000dnnvm s所以60

60、1000 3.0166.56 /min344nr總轉(zhuǎn)動比300018.01166.56i 履帶式聯(lián)收機機械式原地轉(zhuǎn)向底盤研究- 17 -3.2.2 行星輪傳動比估算13233131919121HHHz zziz zz 行星輪輸出軸于太陽輪輸入軸傳動比：1313191313131919()Hzzzz所以當(dāng)齒圈沒有速度即電機轉(zhuǎn)速為時傳動比最小為13131913Hzzz3.2.3 分配傳動比軸 1：；軸 2：；行星輪：；軸 3: 121.8i351.6i4ai 25271.6i3.3 傳動裝置的運動和動力參數(shù)3.3.1 各軸的轉(zhuǎn)速軸 1 轉(zhuǎn)速：1123000 /minmnnri軸 2 轉(zhuǎn)速：1212

61、30001666.67 /min1.8nnri軸 3 轉(zhuǎn)速：履帶式聯(lián)收機機械式原地轉(zhuǎn)向底盤研究- 18 -25351666.671041.67 /min1.6nnri齒圈轉(zhuǎn)速：51041.67260.42 /min44annr軸 4 轉(zhuǎn)速：272527260.42162.76 /min1.6annri3.3.2 各軸輸出功率軸 1 輸出功率：10146 0.9041.4dppkW軸 2 輸出功率： 21 1241.4 0.9539.33ppkW軸 3 輸出功率： 523539.33 0.9537.36ppkW齒圈輸出功率： 537.36 0.829.89aappkW軸 4 輸出功率： 2725

62、2729.89 0.9528.40appkW3.3.3 各軸的轉(zhuǎn)矩履帶式聯(lián)收機機械式原地轉(zhuǎn)向底盤研究- 19 -發(fā)動機轉(zhuǎn)矩：4695509550146.43/3000ddmpTN mn軸 1 轉(zhuǎn)矩：11141.495509550131.79/3000pTN mn軸 2 轉(zhuǎn)矩：22239.3395509550225.36/1666.67pTN mn軸 3 轉(zhuǎn)矩：55537.3695509550360.85/1041.67pTN mn齒圈轉(zhuǎn)矩：29.89955095501096.11/260.42aaapTN mn軸 4 轉(zhuǎn)矩：27272728.40955095501666.38/162.76pT

63、N mn履帶式聯(lián)收機機械式原地轉(zhuǎn)向底盤研究- 20 -3.3.4 變速箱的主要參數(shù)表 3-2 變速箱的主要參數(shù)參數(shù)軸 1軸 2軸 11齒圈軸 4轉(zhuǎn)速（r/min）30001666.671041.67260.42162.76功率（kW）41.439.3318.6814.9514.20轉(zhuǎn)矩(N/m)131.79225.36180.175548.055833.19傳動比1.81.64.01.6效率0.900.950.80.953.4 齒輪主要參數(shù)設(shè)計3.4.1. 初步設(shè)計選擇齒輪的材料及精度確定齒輪用于拖拉機變速箱小齒輪選用 40Cr，調(diào)質(zhì)，；大齒輪選用 45 號鋼，1260HBS 調(diào)質(zhì)，。齒輪是拖

64、拉機用齒輪，精度選 7 級，要求表面粗糙度2220HBS 1.6 3.2aRmm3.4.2.按齒面接觸疲勞強度設(shè)計齒輪為鋼齒輪質(zhì)，其摸數(shù)由下式確定：1312(1)76.43dHKT udmmu確定有關(guān)參數(shù)如下：（1）齒數(shù) z 和齒寬系數(shù)d履帶式聯(lián)收機機械式原地轉(zhuǎn)向底盤研究- 21 -取小齒輪齒數(shù)，120z 236z 實際出動比：2121361.820ziz齒數(shù)比：121.8ui選取齒寬系數(shù)：0.4dbd（2）轉(zhuǎn)矩1T小齒輪的轉(zhuǎn)矩：665111460.909.55 109.55 101.318 103000PTN mmn（3）載荷系數(shù)查表載荷系數(shù) K 取 1.2（4）許用接觸應(yīng)力：HlimHNH

65、HZS查表得：22lim1lim2710/;560/HHN mmN mm履帶式聯(lián)收機機械式原地轉(zhuǎn)向底盤研究- 22 -假設(shè)本拖拉機能工作 10 年，每年工作 120 天，每天工作 12h 則應(yīng)力循環(huán)次數(shù)9116060 3000 1 (10 120 12)2.592 10hNn rt 912121.44 10NNi查得壽命系數(shù)取 1.05，最小安全系數(shù)取 1.25NZHS2lim11710 1568/1.25HNHHZN mmS2lim22560 1488/1.25HNHHZN mmS由上式得mmuuKTdHd81.334888 . 19 . 0) 18 . 1 (10347. 12 . 143

66、.76) 1(43.763253211模數(shù) m:mmzdm69. 12081.3311取 m=23.4.3 校核齒根彎曲疲勞強度221FSFFYYzbmKT確定有關(guān)參數(shù)如下：（1）分度圓直徑 d履帶式聯(lián)收機機械式原地轉(zhuǎn)向底盤研究- 23 -1122040dmzmm222 3672dmzmm（2）齒寬 b110.44016dbd?。?15bmm215bmm（3）齒形系數(shù)和齒根修正系數(shù)FYsY查得；:；12.81FY22.46FY11.56sY 21.65sY（4）許用彎曲應(yīng)力2lim/FNFFYN mmS；2lim1590/FN mm2lim2410/FN mm查得壽命系數(shù);1.05NY 1.25FS 所以得lim1111590 1.05495.58/1.25FNFFYN mmSlim2222410 1.05344.37/1.25FNFFYN mmS代入上式得履帶式聯(lián)收機機械式原地轉(zhuǎn)向底盤研究- 24 -5211111221122 1.4 1.347 102.81 1.5651.67/40220FFSFKTY YN mmbm z222212112.46 1.6551.6736.19/2.