水田作业联合收割机行走装置设计 姜威 刘天舒... 农业机械-2006年11B期 .pdf

； 设计与制造 ) E r l _J _ = 水田作业联合收割机行走装置设计 口 中国地质大 学 姜威 中国农业机械化科 学研 究院刘天舒朱维才 本文结合 4 L 6 0型全喂入纵 向轴流稻麦联合收割机 ( 以下简称 4 L 6 0型)行走装置设计来探讨适合水田作业 的联合收割机行走装置的设计方法。 1 适合水田作业联合收割机橡胶履带的选择 ( 1 ) 橡胶履带接地压力。履带的接地压力是影响机器 通过性能的主要因素 由使用质量与接地面积所确定。 ：G 2 6 ( k P a ) 式中 P _接地压力 G 机器质量( k g ) 6 履带宽度 ( c m) 接地长度( c m) 4 L 6 0型质量约 3 5 0 0 k g 粮箱容量约 6 6 0 k g 履带宽 度为 4 5 e m， 接地长度约 1 8 0 e m， 则在粮箱充满稻谷状态 下的接地压力为 ： ( 3 5 0 0 + 6 6 0 ) ( 2 4 5 1 8 0 ) = 2 6 ( k P a ) 在粮箱未装稻谷的状态下的接地压力为 ： P =- 3 5 0 0 ( 2 x 4 5 x 1 8 0 ) = 2 2 ( k P a ) 4 L 6 0型履带 的接地压力在 2 2 2 6 k P a 之间 虽然超 过 2 0 k P a的控制要求 但国内对 日本与国产履带式水稻 联合收割机进行田间实验的结果表 明机器 只要有足够 的离地间隙( 2 5 e m) ， 履带接地压力在 2 5 k P a左右时 ， 机 具仍具有较好的通过性 而地隙小的机器 虽然接地压力 小于 2 0 k P a ， 反而通过性差。4 L 6 0型地隙较大 ， 接地压力 虽然略大 ， 但其通过性能仍能符合要求 ， 不会发生下陷。 ( 2 ) 行走装置的轨距 。 行走装置的轨距 B除受割幅与 机身宽度等条件的限制外 ， 还受履带接地长度的制约。根 据研究 ， L B= 1 0 1 2时 转 向很好 ， L B = 1 2 1 5时 转 向 良好， L B = I 5 1 7 时， 转向中等 性能开始下降。4 L 6 0型 轨距 B = 1 2 5 c m，履带的接地长度 L - - 1 8 0 c m L B = 1 4 4 ， 在 1 + 2 1 5之间， 因此 ， 设计的轨距能保证转向性能良好 。同 时， 轨距与机器总体横 向稳定性有直接关系 在确定轨距 值时 ， 还需考虑与机器质心的相对位置 确保机器的横 向 稳定性 土壤力学试验表明， 同样的接地压力 履带宽度与接 地 长度之 间应有 一个适 当的 比值 。根据经 验 b L应 在 0 2 5 0 4 0之间较好 ， 4 L 6 0型选用履带宽度 6 = 4 5 c m 接地 _： 洲 下 长度 L ： 1 8 0 c m， b L ： 0 2 5 。 履带尺寸选择是适当的。 2 行走 轮 ( 1 ) 支重轮。采用 5组支重轮分布在履带接地面 ， 使 履带 的接地压力均匀 ， 支重轮 的直径要合适 ， 直径太大 ， 对支重轮的布置不适 ， 直径太小 则会增加滚动阻力 对 橡胶履带而言 支重轮的直径 和履带的节距 t 大致应 保持下述比例 ： d 0 t =1 5 - 3 0 支重轮之间的距 离 吉 与履带节距应保持一定的关 系 即 三专 t L = 1 5 2 8 ， 但不能等于 2 ， 否侧履带板节会 在 两个支重轮之间向上拱起和跳动很大 从而降低 了行走 时履带接地部分的平直度 这样一方面容易造成脱轨 。 另 一 方面增加了滚动阻力 。 更坏的是接地压力不均匀 ， 下陷 增大。但支重轮间也不能靠得太近，否则会引起积泥挂 草 两轮片之间至少应留有 3 5 7 0 mm的间隙 对 4 L 6 0型 ， d o = 2 0 0 m m， t = 9 0 m m， L = 2 3 5 m m， d d t = 2 2 2 ， L直 t = 2 5 6 ， 这样能使 d o l t 与 L支 t 在合适的范围内。 ( 2 ) 托带轮。托带轮的作用是装在履带上段的下方 功用是托住履 带 ， 减少上方履带 的下垂 ， 减轻履带跳动 ， 并 防止履带侧 向滑落 。由于驱动轮的轮齿卷动履带时有 将履带沿驱动轮切线方 向甩动的作用 当履带离开驱动 轮 时 ， 这个作用将增加履带 的下垂 ， 为了减小下垂 ， 在靠 近驱动轮的地方安装一个托带轮。一般将 自由下垂量最 大的位置作为托带轮的安装位置 ( 3 ) 导向轮及其张紧装置 导 向轮的直径一般选得比 较大 ， 可以使导 向轮的直径对履带节距的 比值增大 ， 使履 带卷动均匀 减少冲击。 导向轮的张紧装置可根据底盘结构选择 目前使用 较多的是通过调节螺杆的调整使导 向轮前后移动 这种 结构方便履带拆装 、 制造简单 、 操作方便 、 可靠性高 。 ( 4 ) 前角 O l 。 及后角 O l 。前角及后角值应根据不 同的 使用要求而定 ，减小这些角度 ，可 以增加有效的接地面 积 使压力和滑移降低 并且还能提高机车的行驶平稳 性 ， 减少翘头和翘尾现象 。但 O l 及 O l 的减小会降低机车 的爬坡越埂能力 ， 一般 O l 1 O r 2 ， 根据实验所得 ， O l 1 一般 为 1 5 。3 0 o 为的是增 大接地长度 ， 减小接地 比压 当接地 维普资讯 长度已满足接地 比压要求时 ， 可 以增大 ， 使机器具有 良 好的过埂 、 爬坡及垮沟性能 ， 在 4 L 6 0型中， 。 增加至 3 5 。 。 一 般为 1 0 o 2 5 o 。驱动轮至支重轮的驱动段长度约等 于履带节距的 2 3 2 6 倍 过长易导致倒车时脱轨 3 行走齿轮箱 行走变速齿轮箱是水 田作业收割机行走装置的核心 部件 设计时 主要应遵循 以下两条原则 ： ( 1 ) 满足机器行走速度要求 。根据不同挡位的行走速 度要求 在各挡位选择合理的传动比。4 L 6 0型行走速度 图 1 行走变速齿轮箱的传 动路线 分 3挡 传动路线如图 1 所示 传动比及行走速度 如表 1 所示 ( 2 ) 结构 紧凑合 理 可靠性高 ， 便于维护。行 走 齿轮箱 的结构要 与整 机相匹配 同时要使机器 具有足够 的离地 间隙 以 便 保 证 良好 的通 过性 4 L 6 0型在行走齿轮箱两 端设有边减机构 增大了 离地间隙 能够在平均深 度 2 5 0 mm 的深 泥 脚 田 内顺利作业。 表 1 传 动 比及行走速 度 传动 比 行走速度 ( k m h ) 4 无级液压驱动的选型计算 ( 1 ) 滚动阻力计算。 f = j xm c x g 式中： 产-_滚动阻力系数 ， 根据实验 ， 机器在稻 E t 无 明显下陷时取 0 1 ， 当下陷 5 1 5 c m时取户0 _ 3 ， 当下 陷 1 6 2 5 c m时取 0 5 m 整机质量 k g 重力加速度 m s 2 机器在稻 田工作时的阻力矩 M=F I xR 式中：R 驱动轮半径 ， R = 0 1 2 8 m 则每个驱动轮上的阻力矩： Mf = M2 当机器在上述 3种 田问状态作业时驱动轮上 的阻 力矩见表 2 。 设计 与制造 表 2驱动轮上 的阻力力矩 ( 2 ) 驱动力矩计算 。液压马达发挥的扭矩 M ： M 马 = 5x P q 式 中 口 液压系统压力 液压马达排量 总效率 ， 一般取 叼= 0 9 驱动轮的驱动扭矩 轮 M 轮= 7 马i 2 式 中 行走变速箱减速 比 在 驱动轮上 只有 当驱动轮的驱动扭矩克服驱动轮 上的阻力矩时 机器才能在 田问正常行走 即要求 ： M轮 x M f 式 中 n 安全系数( n 1 ) 4 L 6 0型选用的无级变速 器液压马达排量 口 = 3 7 mL r ， 液压系统压力 P分为 4档一般系统压力 P一 般 = 1 5 MP a ； 额定 系统 压力 P额 定 = 2 1 MP a ；较高 系 统压 力 P较高 = 2 8 MP a ； 撮高系统压力 P最 高 = 3 1 5 MP a ； 机器在不同挡位 不同系统压力下 ， 驱动轮的驱动扭 矩如表 3所示 。 考虑E t 间作业 的T作条件 保证机器T作 的可靠 性 ， 表 3 不 同挡位和压 力下的驱动 扭矩值 单位 ： ( N m) 一 般系统压 力 额定 系统压力 较高系统压力 最高 系统压 力 取安全系数 = 1 1 。通过表 3可 以看出， 当无级变速器在 一 般系统压力 P 般 = 1 5 MP a状态 。路面及 田间无 明显下 陷时 机器低 挡 、 中挡与高挡二 r 作正 常 ， 当机器在稻 E t 下 陷 5 1 5 c m时 则机器在高挡工作困难 。当机器在稻 田下 陷 1 6 2 5 c m时 。 机器在低挡 、 中挡 、 高挡均工作 困难 。当 无级变速器在额定系统压力 P蛐 定 = 2 1 MP a状态时 ，在路 面 、 E t 间地无 明显下 陷及在稻 E t 下陷 5 1 5 c m时 ， 机器低 挡 、中挡与高挡工作正常 ，当机器在稻 E t 下 陷 1 6 2 5 c m 时 机器