毕业设计（论文）-水稻运秧机关键部件的设计与研究.doc

东北农业大学学士学位论文 学号： 水稻运秧机关键部件的设计与研究 学生姓名： 指导教师： 所在院系：工程学院 所学专业：农业机械化及其自动化 研究方向：农业田间机械中国哈尔滨2015 年 5 月neau dissertation of bachelor degree no.a07110686 rice seedling machine study and design of key componentscandidate:jiang dongxuansupervisor: wang jinwucollege: college of engineeringdiscipline：agricultural engineeringdirection: agricultural mechanization northeast agricultural universityharbinchinamay 2015水稻运秧机关键部件的设计与研究摘要农业是我国国民经济和社会发展的重要基础,在推进国家工业化、城镇化和现代化建设进程中,在促使农村劳动力向第二三产业转移的同时,必须确保国家的粮食安全。实现水稻生产机械化解决农业劳动力短缺的有效方法,是发展现代农业与推进社会主义新农村建设的有效途径。加快推进水稻生产机械化，重点和难点确定在育插秧环节。水稻育插秧中秧苗配送机械化配套技术和服务一直是制约水稻生产机械化的薄弱环节，秧苗的补给主要靠人工来完成，不仅影响了插秧机作业效率，而且增加了农民的劳动负担。为此，设计了一种水稻运秧机，用以代替人力完成秧苗的补给工作，以提高水稻生产机械化，提高工作效率。此种水稻运秧机采用乘坐式四轮轮驱动，以小马力柴油机为动力，一次完成水稻秧苗从田埂到运秧车的输送。田间的运输以及运秧车与插秧机秧苗的对接输送，从而提高了工作效率。笔者设计的水稻运秧机采用乘坐式四轮驱动，以小马力柴油机为动力，一次完成水稻秧苗从田埂到运秧车的输送、田间的运输以及运秧车与插秧机秧苗的对接输送，从而提高了工作效率。综合归纳现有技术，制定研究方法流程图，初拟目录，开始总体方案设计，重点是机械设计及传动方案设计，利用proe软件平台绘制3d模型图。 具体工作如下：（1）运秧机秧箱设计：对秧箱容积进行计算，确定各个参数。其目的是装载秧苗。（2）水田轮胎设计：根据运秧机水田内的工作环境及运秧机自身条件，设计符合运秧机作业条件的水田轮胎，有效防止运秧机水田作业时轮胎打滑和下陷问题。（3）变速箱设计：设计变速箱传动方案，设计适合运秧机作业的变速箱。关键词：水稻运秧机 秧箱 水田轮胎 变速箱-i-abstractagriculture is the important foundation of our national economy and social development, in the process of national industrialization, urbanization and modernization, in pushing rural labor force shift to 2 &3 industry at the same time, must ensure that the countrys food security.realize the rice production mechanization of the effective methods to resolve the shortage of agricultural labor force, is the development of modern agriculture and promote the effective ways to build a new socialist countryside. accelerate the mechanization of rice production, important and difficult to determine by planting.breeding of rice planting mechanization of seedling in the distribution of form a complete set of rice production mechanization is restricted by the technology and service of the weak link, the seedlings of supplies mainly rely on artificial to complete, not only affects the transplanter working efficiency, and increase the farmers labor burden.to this end, we design a rice seedling machine, to replace human seedlings supply work, in order to improve the mechanization of rice production, improve the work efficiency. this kind of rice seedling machine adopts in four wheel drive, powered by small horsepower diesel engine, a complete rice seedlings from the ridge to the rail vehicle transmission. in the field of transport and rail vehicle docking with the transplanter seedlings of conveyor, so as to improve the working efficiency.the design of rice seedling machine adopts a type four-wheel drive, powered by small horsepower diesel engine, a complete rice seedlings from the ridge to the rail vehicle transmission, the field of transport and rail vehicle docking with the transplanter seedlings of conveyor, so as to improve the working efficiency. and summarized the existing technology, the flow chart of research method, proposed at the beginning of directory, overall design began, with a focus on the mechanical design and the transmission scheme design, using proe software platform map 3 d model. specific work is as follows:（1）yun seedling seedling box machine design: the seedling box volume calculation, determine the various parameters. its purpose is to load the seedling.（2）paddy field tire design: according to seedling machines in the paddy field work environment and seedling machine condition, design of paddy field tyres, eligible for lorry seedling machine work effectively prevent shipment paddy seedling machine skid and subsidence problems when working.（3）gearbox transmission gearbox design: the design scheme, the design is suitable for transmission of the seedling machine operation.key words: rice seedling paddy seedling box tire gearbox目 录摘要iabstractii1引言11.1研究意义及目的11.2水稻运秧机的发展现状11.2.1国内常用秧苗搬运机械11.2.2国内现有几种水稻运秧机介绍31.3 本文研究的主要内容42.水稻运秧机的关键部件及设计52.1总体结构5 2.2主要技术参数.62.3工作原理63关键部件及设计73.1秧盘设计73.2轮胎设计113.2.1胎面花纹设计要点113.2.2土壤推进力133.2.3轮子的沉陷143.2.4结论173.3 变速箱设计173.3.1机械式变速箱传动机构布置方案183.3.2变速箱工作原理183.3.3机械式变速箱模型203.3.4本课题变速箱结构及主要参数214结论24参考文献25致 谢26-iii-1引言1.1研究意义及目的水稻是我国三大粮食作物之一，常年种植面积约 3000 万 hm2，在我国粮食生产中占有十分重要的地位。水稻是农业的重要组成部分，也是我国大部分地方人们的主要粮食作物，因此水稻种植业具有相当重要的地位。中国是世界上最大的水稻生产国，据国家统计局数据2012/2013年度我国稻谷播种面积3029.7万公顷，比上年度增加24万公顷，增幅0.8；稻谷总产量20429万吨，比上年度增产351万吨，增幅1.7，占全国粮食总产34.7，仅次于玉米居第二位；平均单产6743公斤/公顷，比上年度增加55公斤/公顷。在我国的主要粮食作物生产中，水稻生长发育环境和技术措施复杂，耕作栽培精细，生产环节多，季节性强，用工量大，劳动强度高，作业机械化难度大。改变水稻传统生产方式，一直是广大农民的迫切愿望。特别是近年来，为实现持续增收，许多青壮年劳动力大量离土离乡、务工经商，从事水稻生产的劳力越来越弱、数量越来越少。因此，在我国人多地少，满足稻米需求主要依靠提高单产增加总产来实现的国情下，更迫切需要发展水稻丰产栽培机械化。如今依靠栽培机械化，用更少的劳力获得稻田更高的单产和更好的综合效益，已成为广大农村越来越高涨的呼声，也是我国现代水稻生产发展的必然选择。“十一五”时期，农业和农村经济发展要完成三大任务：一是确保粮食等农产品有效供给；二是确保农业增效和农民持续增收；三是确保农村社会和谐发展。水稻生产机械化是我国农业机械化的薄弱环节，加快发展水稻生产机械化对保障我国粮食安全、农民增产增收、新农村建设有着十分重要的意义。 种植水稻具有用工量多、劳动强度大的特点，水稻生产机械化具有明显省工节本优势。据统计，2010 年和2011 年中国水稻生产综合机械化在三大粮食作物（玉米、小麦和水稻）中水平都是最低的，仅分别达到 58%和 63%1。其中水稻种植环节的机械化水平仅分别达到了 20%和 25%（宗锦耀在 2011 年全国水稻生产机械化工作会暨育插秧技术培训班上的讲话）。发展水稻生产机械化对减轻劳动强度、提高劳动生产率、增强抗灾能力、确保稳产丰产和保障国家粮食安全具有重要的意义。加快推进水稻生产机械化，重点和难点确定在育插秧环节。水稻育插秧中秧苗配送机械化配套技术和服务一直是制约水稻生产机械化的薄弱环节，黑龙江垦区作为北方寒地水稻种植中的典范，水稻秧苗生产呈现育秧大棚向大规模工厂化发展，黑龙江垦区在水稻田间作业生产过程已经实现高水平的机械化，黑龙江省水稻机械插秧水平已经达到 81.7%2，正在向水稻生产的产前、产中、产后各环节快速发展和延伸，以提高系统效益和效率为目标的水稻机械配套和服务研究成为热点。为了填补目前水稻秧苗运输没有合适工具的空白，设计了一种水稻秧苗运输车。该水稻运秧车主要用于与插秧机一起配套工作。在插秧机工作时，水稻运秧车用于解决秧苗输送问题。实现一台运秧机能够同时满足多台插秧机工作的秧苗补给需求。从而能够在繁忙的插秧季节提高插秧效率，不误农时，同时能够极大解放农民劳动力，减轻劳动强度。1.2水稻运秧机的发展现状1.2.1国内常用秧苗搬运机械目前，在水稻工厂化育秧生产过程中，入苗和出苗作业比较耗费人力与时间，主要依靠人工或一些自制、改制的简易机械进行搬运作业、工作效率低、劳动强度大、不适应大规模工厂化育秧作业3。1.2.1.1人力独轮小车或平板小车人力独轮小车（如图1-1 所示）或平板小车，由人力推拉进行作业，主要适用于棚内比较硬实的地表或修有专门小路的路面作业。其运输比较灵活、制作简单、成本低、但运送效率低、劳动强度大、适应性较差。 图1-1人力独轮小车 图1-2自走式履带运输台车1.2.1.2自走式履带运输台车或平板车自走式履带运输车（如图1-2 所示）和自走式平板车，分别由废弃的水稻收获机和水稻插秧机改造而成。主要用于入苗和出苗作业较长距离的运输，其运载量大、灵活机动、田间道路适应性强。还有一种自走式平板车由农用三轮运输车改造而成。其田间道路适应性较差， 此外，可利用货车或卡车进行远距离大量搬运。1.2.1.3无动力双轨小车无动力双轨小车是一种简易的水稻秧苗搬运机械，主要由轨道和小车等组成，行走于平行轨道上。其主要应用于棚内较软地面的短距离秧苗搬运作业，用于生产规模不大的育苗中心的输送作业，无动力双轨小车结构简单、拆装较方便、制造成本低、但作业前需铺设轨道、小车有效作业为单向、作业效率不高、劳动强度大。目前所采用的无动力双轨小车输送系统分为小型和大型两种。小型无动力双轨小车输送系统:小型无动力双轨小车及其运输状态如图1-3图1-4所示.该小车可装载60个秧盘，其轨距为200-300mm大型无动力双轨小车输送系统：大型无动力双轨小车及其运输状态如图1-5图1-6 所示.该小车可装载120.个秧盘，其车轮直径，130mm，轨距为700cm。 图1-3小型无动力双轨小车 图1-4小型无动力双轨小车输送状态 图1-5大型无动力双轨小车 图1-6大型无动力双轨小车输送状态1.2.1.4简易手动拾秧盘苗机械简易手动拾秧盘苗机械主要用于秧盘苗转运时的起苗作业。它可以减少人工搬运作业时的频繁弯腰次数，以减轻劳动强度。1.2.2国内现有几种水稻运秧机介绍1.2.2.1黑龙江省金宇机械制造厂生产了一款水田运秧机，如下图。该机器的特点是：1、jytw-8804型水田多用车，是金宇公司拥有自主知识产权的专利产品，该机彻底解决了水田种植中运苗、撒肥、打药等多种人工作业的历史性难题。2、发动机为单缸、立式、风冷、电启动、柴油发动机：7.5kw（11马力）、f192（12马力）、ev80(18马力)三种规格柴油发动机。3、选用汽车离合器、使用可靠，寿命更长。4、变速箱为汽车变速箱，同步器换挡、铝合金壳体的精制五速变速箱（4个前进档，1个倒档）5、液压转向，转向灵活而且省力6、四轮驱动(机械式)，轮胎为双三角花纹胶轮水陆两用、防陷性强、不伤田埂。7、边减式前后桥离地间隙高、承载能力大。最小离地间隙：550mm，750mm两种。1.2.2.2超防陷水田运苗机主要参数：发动机型号：f188、单缸风冷、四冲程柴油发动机。发动机功率：7.5kw（11马力）。变速箱：汽车变速箱、全铝壳、五档（4个前进挡和1个倒档）。行走速度：2-18km/h。 外型尺寸：3500mm1300mm1500mm。车箱尺寸：1650mm1300mm250mm。 最小转弯半径：3.54米。最小离地间隙：500mm。 行走轮直径：820mm，宽度95mm。左右轮距：1.2米。 前后轴距：2200mm。底盘高度：500mm。 整机重量：460kg载 重 量：600kg 图1-7 图1-81.2.2.3泰和水稻运秧机特点：功率强劲：采用常柴公司zs1100（12.1kw）柴油发动机通过性强：前后四轮驱动，全面适应恶劣的水田条件用途多样化：运秧苗、施肥、打药等田间运输作业工作效率高：解放劳动力，一机可顶10人用离地间隙大：方便跨越田埂 水稻运秧机主要技术参数：规格型号：sy-150型 结构形式：自走式标定功率：12.1kw 标定转速：2200 r/min外形尺寸（长、宽、高mm）：3300、1700、1680结构质量：500kg 最大运秧数量：150盘空载速度：7-9km/h 满载速度：3-5 km/h1.3 本文研究的主要内容对水稻运秧车的结构设计主要需要满足以下几个要求：（1）运秧车工作时，不能给插秧前已整好的地块留下较多的压痕。为此，要确定整机形式，动力匹配，既要满足秧苗输送和秧苗运输的要求，又要降低整机质量和机械制造成本。（2）解决田埂上的秧苗输送到运秧车上，田间输送以及运秧车和插秧机秧苗对接的问题，确保减轻对秧苗的损伤，减少人力劳动，提高工作效率。（3）运秧车底盘需进行优化设计。对行走轮结构，材质和传动机构的形式进行研究，同时还要考虑水田的密封性，确保机器工作行走时的可通过性，定性和不轮陷性。（4）为方便输送秧苗，使其在对插秧机上的秧苗进行供给时，能够更方便，快捷。对运秧车的秧架应进行优化。将秧架设计成可自动旋转的形式，使其不受空间限制，放取秧苗更加方便。2.水稻运秧机的关键部件及设计2.1总体结构水稻秧苗运输车的主要功能是通过从田埂上运输秧苗来补给插秧机上空缺的秧苗。运秧车的主要组成有秧箱、变速器、发动机、前轮、传动轴、后轮、平辙辊等，如图7所示。 图2-1 水稻运秧机的整机结构 2.2主要技术参数 根据水稻运秧机的工作环境及作业要求，设计主要技术参数如下：名称 单位 数据机体尺寸（长x宽x高） mm 300016502200 发动机最大输出功率 kw 13.9轮距 mm 1450轴距 mm 1700秧箱容量 盘 96最低离地高度 mm 450有效离地高度 mm 5502.3工作原理 工作时，发动机输出动力经过离合器，联轴器，变速器分三部分传递：一、通过前差速器、最终传动传递到前轮。二、通过中央传动传递到后轮。三、直接经变速器传递到动力输出轴。前两部分的动力用于驱动运秧机前进、后退。如图2-2所示。把运输的秧苗摆放到秧箱内，待秧箱装满后，将运秧机送到插秧机位置处，完成插秧机的秧苗补给任务。 图2-2 运秧机工作原理3关键部件及设计3.1秧盘设计结合苗毯装盘方式，拟采用如图方式的秧盘单体。秧盘规格为620320130，运秧过程中，苗毯成卷在秧盘中。每个秧盘能够容纳三盘卷起的秧苗。同时，能够保证运秧车在不稳定的运输状态以及过埂造成的颠簸，不会使秧苗滑落或破坏。 图3-1秧箱示意图秧盘的设计主要依据插秧机。现在常用的插秧机秧针距离为300mm，单个苗箱宽度284mm，所以秧盘总宽度应设计为280mm。长度依据苗箱设计为580mm，高度为20mm。根据插秧机的工作机制，秧盘宽度方向的穴数必须为14，即20mm l穴。长度方向也为20mm l穴，即29穴，1个秧盘共(14x29)406穴。不靠边穴的尺寸是18、18mm，靠边穴是17、18mm，4个角的穴尺寸是17、17mm，穴之间和周围的脊宽都是2mm，这样就得到了长度和宽度的要求宽度18xl2+17x2+2xl5=280长度18x27+17x2+2x30=580也可以按如下设计，所有的穴都是18、18mm，中间脊是2mm，四周脊是1mm，既能满足长度和宽度要求，又可以在多个秧盘连着放时保证不同秧盘穴之间的距离也是20mm。不过这样的秧盘四周脊容易损坏，所以把四周脊加lmm，四周穴减1mm，得到图3-2所示秧盘4。图3-2 秧盘示意每条脊有斜度(四周脊的外侧没有斜度)，顶部宽2mm，底部宽3mm。穴壁之间有圆角，圆角半径2.0mm，为了配合插秧机秧盘驱动机构的需要，秧盘的背面还要设计圆台形锥孔，位置在脊的每个相交处。孔口直径5mm，孔底直径3mm，如图3-3所示。图3-3 局部秧盘示意 秧盘硬度直接影响着秧盘质量，制作秧盘时需要有足够的压力。因此，选用100t的专用液压机作为模具的压力机比较合适，并且选用下缸式液压机，即油缸在下部，压缩时下压板向上移动而上压板固定不动，压力向上，这样的液压机结构简单，使用方便。实验证明，模具温度也是影响秧盘硬度及质量的重要因素，提高模具温度是提高秧盘质量的必要条件。制作秧盘时必须加热模具，这就需要加热机构5。在液压机的上下压板上分别安装一个加热板，用来对模具的上、下模加热。加热板圆孔中插人电加热棒，采用电加热方式。秧盘压缩前的物料体积与秧盘的体积相比大得多，也就是压缩比较大，加料时需要加料设备。凹模采用整体型腔组合式，并在整体型腔与下凸模之间安装弹簧，开模后整体型腔被弹起一段距离，增大了储料室的体积，便于加料，合模后整体型腔被压下不影响压缩成型，这样整体型腔一管二用，设计合理，这时整体型腔就叫做加料框，下凸模简称下模。下模直接安装在下加热板上，便于加热。凸模安装在上模板上，组成上模，并安装于上加热板6。秧盘的各部分都比较薄，强度不是很大，需要采用推件板推出机构。由于凸模数量较多，压缩成型的秧盘与上模的接触面积比与下模的接触面积大得多，开模后秧盘基本附着在上模上，所以推件板的作用是把秧盘从上模上拉下，这时推件板又叫退件板。退件板上需要加工出的凸模孔数量与凸模数量相同，并且与凸模之间需要紧配合，否则在压缩时物料容易被压人孔与凸模之间的间隙，造成飞边，影响秧盘质量，并且不易脱模。退件板可通过拉杆与液压机的下压板连接，开模时下压板下移，移到一定位置时就可拉下退件板。退件板下移的最低位置可用限位螺钉加以限制，限位螺钉联于上模。液压机的上下压板不易错位，开模、合模时不需要复杂的导向机构，在退件板上安装2个导销，在加料框上加工2个导孔，即可实现导向作用。形成秧盘背面锥孔的型芯安于下凸模，直立状，没有侧面型芯，开模过程就实现了抽芯功能，所以不需要专门的抽芯机构，简化了模具结构。压缩成型过程中产生的气体主要是水蒸汽，可通过压缩过程中的“放气”操作实现排气7。模具的优点： (1)结构简单，零件便于加工。(2)成型位置设置在加料腔内，分型面设置在加料腔顶部，开模后秧盘附着在凸模上，减小了脱模力，便于脱模。(3)合模时随着下压板的上移首先是加料框与退件板接触，接着是退件板复位，最后是下凸模压人加料在压缩时没有余料溢出。(4)压缩时压力向上，物料流动方向也向上，物料流动方向与压力方向一致，便于成型。 图3-4 秧盘成型模具1. 上加热板 2.上模 3.退件板 4.加料框 5.下模 6.下加热板 模具的试用:秧盘成型模具如图3-4所示，经过了长时间试用，各方面性能良好。（1） 试用中首先确定了秧盘原料比例。制作秧盘的原料以水稻秧粉碎后的粉末为主，添加一些胶和其他固化物质，搅拌均匀后定量放入加热中的模具加料框，整平、合模并保压一段时间后开模取出秧盘。原料配置有较宽范围，胶与稻草粉的比例是影响秧盘质量的主要因素，胶与稻草粉的质量比从.0:51到1.5:1都能很好成型。经过大量试验，确定了最佳原料成分和成分比例，对后来的秧盘制作奠定了基础。（2） 模具温度对秧盘成型影响很大。温度较低时秧盘成型相对差些，所以需要对模具加热。如果温度加热得太高，一是消耗电能，增加秧盘成本；二是加热需要时间长，降低了制盘工作效率；三是有可能烧坏秧盘。综合考虑，既要成型好，又要制盘速度快，模具温度选择在140左右较合适。压制第1个秧盘时先合模加热，等温度达到140时再加料开始工作，加热不间断，基本上能保证秧盘一个接一个地进行压制。（3） 合模后保压时间的长短对秧盘成型也有影响。时间太短则成型相对较差，并且模具温度也难以保证，除非专门合模加热使模具温度提高。保压时间太长则影响制盘速度，所以也不是时间越长越好。在5min之内，保压时间越长秧盘成型越好。大量试验证明，5min保压时间较为合适8。（4） 液压机油压定于30mpa。（5） 加料前在上凸模、下凸模喷洒少量脱模剂，可增强脱模效果。对多种脱模剂的试用比较，液态石蜡最为理想。液态石蜡是无色油状液体，属液态烃混合物，能与乙醚、苯、三氯甲烷、二硫化碳和油类相混溶，不溶于水和乙醇，馏出温度在300以上。 秧盘的制作:利用秧盘成型模具制作的秧盘如图11所示。在制作的大量秧盘中抽出20个，通过数据来说明秧盘质量。每个秧盘有406个小穴，构成这406个小穴的小边数是406xz+14+19=855或者(29+l)x14+(14+l)x29=855把不完整(有缺陷)的小边数记录下来，分别是33、4、11、26、x6、3、6、11、7、1、15、o、4、24、1、11、2、33、2、7mm。用excel软件做数据处理，得到表3-1。数据处理 结果平均 10.85标准误差 2.353357065中位数 7众数 11标准差 10.52453274方差 110.7657895峰度 0.106306863偏度 1.091783259区域 33最小值 0最大值 33求和 217观测数 20最大（l） 33最小（l） 0置信度（95%） 4.925632934 表3-1描述统计从表3-1中可以看到，样本的平均值是10.85m，方差是110.7657895，小边的不完整率是10.85855=1.27%，这样秧盘就达到了使用要求。3.2水田轮胎设计水稻运秧机的作业性能是与其行走机构和地面的相互作用规律密切相关的。我国大部分水田长期处于积水状态，土壤松软而粘重，可塑性、粘着性大，机械强度很差，因而行走部分在水田附着力较小，容易产生打滑和下陷，如果打滑和下陷量超过一定程度，运秧机就不能进行作业。另外，虽然土壤有一定的支承力，但由于土壤抗剪力小，轮子与土壤之间摩擦力不足，运秧机就得不到足够的推进力而不能前进。为保证直播机有很好的作业效率，所以必须设计出适合运秧机在我国水田中进行作业的行走装置9。轮胎是农业机械的主要工作部件之一，是唯一与土壤或地面相接触从而影响整机性能及效率发挥的一个部件。水田型轮胎，花纹的凸筋块高而大，一般成散开的“八”字形状行驶在水田里:一是与地面的抓着力强；二是粘附着的淤泥极易脱落。本文研究的水稻直播机采用四轮驱动，前轮采用气轮胎，为水田高花纹轮胎；后轮采用橡胶凸耳轮，为刚性轮胎。下面简要叙述水田轮胎的设计要点:3.2.1胎面花纹设计要点花纹设计主要考虑牵引性能、耐磨性能和耐刺扎性能。花纹设计主要参数为花纹沟深度、花纹块数、花纹角度、花纹块宽度等。花纹设计参数不同，则轮胎的牵引性和耐磨性不同。1)花纹沟深度的选取。用于水田时，花纹沟深度取较大10。2)花纹块数量及其宽度的选取。用于农田操作，花纹块数可少些，花纹块可窄些。3)花纹块宽度与花纹沟宽度比值的选取。从试验中可得出，花纹块宽度与花纹沟宽度的比值一般在13.514较好。4)花纹角度的选取。角度小有利于提高牵引力及耐磨性。综合上述要求，考虑，(是轮胎断面宽度；是轮胎断面高度；是行驶面宽；是花纹高度)，选取花纹块宽度与花纹沟宽度的比值为14，花纹块面积为占胎面总面积的25%。技术参数，前轮:外径宽度:60080；后轮:外径轮缘宽94050。前轮示意图，如图3-5所示；后轮示意图，如图3-6所示。 图3-5前轮示意图 图3-6后轮示意图主动轮的受力情况如图3-7所示。当略去摩擦力矩时，其平衡方程式为 (1) 式中轮胎承受的垂直载荷； 轮子的滚动阻力； 牵引阻力； 发动机传递到轮子上的驱动力矩； 土壤推进力。 由参考文献知轮子滚动前进的条件为 (2) (3)其中，是轮子与土壤间的附着力，即推进力的极限值。式(2)的左项表示土壤反力所提供的力矩，右项表示阻力矩。中项为轮子能从发动机获得的最大驱动力矩，满足上两式轮子即能转动前进。图3-7主动轮受力图假设机器连同操作者的总质量为570，则前轮承受的垂直载荷，后轮承受的垂直载荷；已知发动机功率为，传递到前桥的功率为；传递到后桥的功率为；直播机前进的速度为；。轮子滚动阻力。其中，为轮子的滚动阻力因数。轮子滚动阴力如表3-2所示。 轮胎类型 刚性轮 气胎轮滚动阻力因数平均值 0.22 0.16轮子滚动阻力 836 304表3-2 轮子滚动阻力3.2.2土壤推进力土壤推进力，如图3-8所示。受有垂直载荷的轮子，在接地面积的范围内，花纹间充满了泥土。剪切土壤所需的力与表面积和粘聚系数成正比，即产生的推进力为 (4) 其中，为接地面积(2)；是粘聚系数(/2）当考虑到轮胎花纹的作用时，则式子变为1 (5) 查表知粘性土壤的粘聚系数为=5/2， =15；按式(5)计算前后轮的推进力，即前轮为 后轮为 土壤的最大推进力可用式(6)1进行粗略的计算，即 (6) 其中，是附着系数。图3-8土壤推进力示意图 土壤推进力如表3-3所示。轮胎类型 刚性轮 气胎轮附着系数 0.3 0.4 1140 760表3-3土壤推进力 根据当地土壤特性，允许最大沉陷量为150。验证满足下面条件轮子就能滚动前进，即 (7) 前轮:；， 当轮子沉陷时，轮子前进最困难，此时；，则 因此，前轮能够转动前进。 后轮:；，。 当轮子沉陷时，轮子前进最困难，此时=270；=360，则 因此，后轮能够转动前进。3.2.3轮子的沉陷 将一块代表充气轮胎的平板，用均布载荷压入土壤内，则禁止下陷量和单位压力之间的关系为 (8) 其中，为土壤特性系数()；(01)为沉陷系数，大小与土壤特性有关；是沉陷量()，一般土壤特性系数。 试验时发现值与承载平板的尺寸有关。美国的培克教授根据土木工程中的沉陷公式将值用代替1，则 (9)其中，是与土壤内聚力有关的特性系数；是与土壤摩擦力有关的特性系数；是承载面积的短边长度。该式表明下陷量与，有关；在相同的接地压力下，愈大，则下陷愈深10。轮子沉陷分析如图3-9所示。图3-9 轮子沉陷分析图3-9表示下陷深度为行走轮的受力分析。假定是轮子滚动时许多土壤反作用力之和，则其垂直分力应与负荷相等。即 (10)其中， 由图3-9可知，三角形与三角形相似，则 (11)式(11)中右边最后一项极小，可忽略不计，则 (12)微分得 (13)将代入前式得设，并略去高次项得或一般土壤的沉陷指数为，则 （14）式(14)中表明轮子的下陷深度与轮子的载荷，直径，轮缘宽度以及土壤的特性有关验证:前轮所以，前轮不会沉陷。后轮所以，后轮不会沉陷。3.2.4结论水田土壤层属于不均匀质土壤，其上层为耕作层，由稻根、杂草、稀泥等组成，机械强度低、承载能力差；下层为硬底层，有较高的机械强度和承载能力。本文设计的水田窄轮结构通过上述对水田高花纹的参数设计、轮子运行条件的分析及轮胎的沦陷分析得知，该轮胎能使轮胎花纹抓着硬底层，使运秧机发挥出一定的牵引力，在试验过程中不沦陷，运行良好，保证运秧机有很好的作业效率。 3.3 变速箱设计变速箱是汽车的主要传动部件，担负着将动力从发动机传递到车轮的重要使命。变速箱以其传动比固定，传动力矩大，结构紧凑等优点，使之成为汽车的关键性传动部件之一，其操作性、传动性和安全性的好坏直接影响到汽车的整体性能。 汽车变速箱是通过改变传动比，改变发动机曲轴的转拒，适应在起步、加速、行驶以及克服各种道路阻碍等不同行驶条件下对驱动车轮牵引力及车速不同要求的需要。通俗上分为机械式变速箱，自动变速箱， 机械式/自动变速箱，无级式变速箱11。机械式变速箱因具有结构简单、传动效率高、制造成本低和工作可靠等优点，在不同形式的汽车上得到广泛应用。 从汽车诞生时起，汽车变速箱在汽车传动系统中扮演这至关重要的角色。现代汽车上广泛使用活塞式内燃机，内燃机的功率和扭矩取决于转速。低速时这两项指标均很小。发动机转速在 1000rpm 时几乎不能输出功率，发动机只在一个很小的转速范围内才能输出较大的功率。该转速范围位于发动机的最大扭矩点和最大功率点之间。然而，汽车起步时驱动轮需要低转速高扭矩；汽车爬坡和加速时同样需要高扭矩；水平路面上行驶的汽车则需要高转速低扭矩。为了在所有行驶条件下，使汽车发动机始终处于较有利的工况下运行，在发动机和驱动轮之间设置变速箱。变速箱通过离合器与发动机相连，以保证变速箱的输入轴和发动机达到同步转速。 变速箱与发动机和车轮的连接如图17所示： 1-发动机；2-离合器；3-变速箱；4万向节；5-驱动轴；6-驱动桥；7-后轮图3-10 变速箱和发动机与车轮的连接3.3.1机械式变速箱传动机构布置方案 （1） 两轴式变速箱 固定轴式变速箱中的两轴式和中间轴式变速箱应用广泛。其中，两轴式变速箱多用于发动机前置前轮驱动汽车上。与中间轴式变速箱比较，两轴式变速箱因轴和轴承数少，所以具有结构简单、轮廓尺寸小和容易布置等优点，此外，各中间档位因只经一对齿轮传递动力，故传动效率高同时噪声也低。因两轴式变速箱不能设置直接档，所以在高档工作时齿轮和轴承均承载，不仅工作噪声增大，且易损坏。对于前进档，两轴式变速箱输入轴的转动方向与输出轴的转动方向相反；而中间轴式变速箱的第一轴与输出轴的转动方向一致。 （2） 中间轴式变速箱 中间轴式变速箱多用于发动机前置后轮驱动汽车和发动机后置后轮驱动的客车上。变速箱第一轴的前端经轴承支承在发动机飞轮上，第一轴上的花键用来装设离合器的从动盘，而第二轴的末端经花键与万向节连接。除直接档以外的其他档位工作时，中间轴式变速箱的传动效率略有降低，这是它的缺点。在档数相同的条件下，各中间轴式变速箱主要在常啮合齿轮对数、轴的支承方式、换档方式和倒档传动方案以及档位布置顺序上有差别12。 （3）机械式变速箱的优缺点 机械式变速箱在今后相当长的时间里依然会在我国中重型汽车传动系统中占据主导地位。它本身的优缺点如下表3-4所示序号 优点 缺点1 机械效率比较高 驾驶员的技术要求比较高