履带式联合收割机行走装置的研究 周汉林 黄雄辉... 现代农业装备-2006年5期 .pdf

履带式联合收割机行走装置的研究 周汉林 黄雄辉 邹诗洋 刘维孟 广 东省 农业机械研 究所 摘 要介绍 了履带式行走装置 的工作原理 和性 能特 点 对行走装置的结构 受力情况和影 响行走装置的因素进 行 了分析 关键词联 合 收 割 机 履 带 式 行 走 装 置 0 前言 履带 式行走机 构具有 接地 面积大 接地压力 小 转弯灵便 转弯半径小 跨沟越埂能力强等特点 因 此 被广 泛 应用在 水 稻联 合 收割 机上 南方水稻产区土壤含水率高 田里有较多积水 承 压 能力 低 因此 履带 式联 合收 割机 的行 走装 置工 2 3 4 5 6 作条件 非 常恶劣 负荷 重 冲击 大 其支 重轮 导 驱动轮 支重轮 履带 4 托轮 j 浮动轮 导向轮 向轮 驱 动轮 等长 期带 有泥 水 容易 损坏 随着 收 图 行走装 置简 图 割机 技术 的成熟 联合 收割 机 的割 送 脱等 部分 故障 已较 少性 大 部分 故 障集 中在行 走 装置 和变速 箱上 而 且行 走装 置 和变速 箱 的维修 困难 维修 耗 时长 成本高 成为生产厂家 三包 服务量最大 也是用户意见最大 的问题 特别是履带的损坏 因 为其价格高 不但加重 了生 产厂家 三包 成本 也 增加 了用 户 的使用 成 本 往 往 成为 用 户与厂 家 产生 矛盾 的导火线 所 以如何提高行走装置的可靠性 已成 为 收割 机行 业 的主要 研 究课 题 l 履带行走装置的组成和工作原理 履带行走装置是通过一条卷绕的环形履带支承 在地 面上 主要 由履带 驱 动轮 支重轮 导 向轮 浮动轮和托轮等组 成 见 图 1 履 带与地 面接触 驱 动轮 不与 场面接 触 驱 动轮在 变 速箱 驱动 扭矩 的作 用下 通过驱动轮上的轮齿和履带铁齿之间的啮合 连续不断地把履带从后方卷起 接地那部分履带给 地 面一 个 向后 的作用 力 而地 面相 应地 给履 带一个 向前 的反 作用力 这 个反 作用 是推 动机 器 向前行 驶 的驱 动力 当驱 动 力足 以克服 行 走 阻力 时 支重 轮 就在 履带 上表 面 向前滚 动 从 而使机 向前 行 驶 2 履带行走装置的受力分析 2 1 履带 正常行走阻力 履带行走 阻力包 括 内部 阻力和外 部阻力两 部分 2 1 1 内部阻 力 内部阻力 主 要有 支 重轮 导 向轮和 托 轮转 动 时 轴承 密封 件 内部产 生 的摩 擦力 支 重轮 在履带 上的滚动摩擦力 驱动轮与履带铁齿啮合时的摩擦 力 等 收 割机 内部 阻力 与地 面 土壤 性 质无 关 但与 收 割 机质 量大小 以及 支重轮 导 向轮等 轮系 的结 构有 一 M o d e 现 Ag 代 i c u iM o d e r nA r i c u i t u r a E 业 q u i 装 p m e 备 n t s l 曩 j I 维普资讯 囫 关 支 重轮数 量越 多 内部摩 擦力 就越 大 而支 重 轮 的滚 动摩擦力 与支 重轮 的直径 成反 比 直 径越小 则 支重 轮 的滚动 摩擦力 就越 大 所 以设 计 履带 行 走 装置 时 在条 件许 可下 要 尽量 增 大 支重 轮直径 和 减少支重轮的数量 一般收割机 内摩擦阻力系数 为 0 0 5 0 0 7 2 1 2 外部阻 力 履带的外部阻力主要是地面土壤 由于受到履带 挤压 而产生 的变形 阻力 这是履 带 式 收割机 行 驶 阻 力的主要部分 其滚动阻力系数与土壤的性质直接 相 关 不 同土质路 面 的滚动 阻力 系数 见 表 1 表 1不 同 土 质 路 面 的 滚 动 阻 力 系 数 路面土质 滚动阻力系数 混凝土 冻结冰雪地 坚实土路 松散土路 泥泞地 沙地 0 05 0 03 0 04 O O7 O 1O 0 10 0 15 履 带正 常行走 阶段 的行 走 阻力 F 为 厂 2 1 式中 厂 为内摩擦阻力系数 厂 2 为滚动阻力系数 机器 质量 2 2 履 带转 向时驱动 力 履带行走装置在转 向时 需要切断一边履带的 动力并对该履带进行制动 使其静止不动 靠另一 边履带的推动来进行转 向 其转 向受力情形 机器 左 转 如 图 2 所 示 图 2中 左边的履带处于 制动状 态 在右边履 带 的推动下 整台机器绕左边履带的中心 C 点旋转 产 生转向阻力矩 其值为 2 式中 厂 3 为转向阻力系数 在硬地上 约为0 6 L为 和 履带 接地 长度 右边 履带 的行 走阻力 F 2为 盈 M现 o d e代 rn A农 g ric业u ltu 装ra l E备q u i m e rq s F 2 厂 2 2 3 假设 两条 履 带 的 土壤 水 平 推 力 均 等 于驱 动 力 对 c 点取矩可求得转向时所需的驱动力 F驱 为 F驱 三 2 曰 2 4 式 中 B 为履 带轨 距 根据经验 履带接地长度 和履带轨距曰的比值 L B为 1 3 1 8 为保证机器行走时的纵向移定性 和转 向性能 转 向驱动力 F转 为 F 三 1 3 1 8 一十 一l 1 j 1 J 转 2 B 2 4 5 比较 1 5 式可以看出 由于 远大于 所以转向阻力大于正常行走阻力 同时 L B值 也直接影响转 向阻力 的大小 在不影响机器行走的 稳定性 的前提下 应尽量取小值 也就是尽量缩短 履 带 的长 度 2 3行 走驱动力矩 机器在 相同的路面上以同一速度行走 其行走 阻力 是一样 的 只要 驱动 力 大于 行 走 阻力 机器 就 可 以行 走 驱 动 轮 的行 走驱 动力 矩 M 为 M F 1 R 6 式 中 F 为 牵 引力 尺为驱 动 轮半径 从 6 式可 以看 出 行 走驱 动力矩 与驱动 轮半 径 成 正 比 驱 动 轮半 径越 大 驱 动力 矩就 越 大 驱 动 轮半 径小 驱 动力矩 也 变小 所 以 从 提 高变 速 t t 晓 图 2 转 向受力 图 维普资讯 箱的可靠性 减少变速箱受力考虑 驱动轮应尽量 缩小 但 驱动 轮也 不 能太小 因为 驱动 轮过小 会 使 履带 的弯 曲挠 性应 力 增大 弯 曲直 径越 小 应 力越 大 从 而影 响履带 寿 命 因此 驱 动 轮的齿 数 一般 不 宜少于 7个 3 影响行走装置可靠性的主要因素 影响行走装置可靠性的因素 除与上面分析的 支 重轮 直径 支 重 轮 的数 量 驱 动轮 直径 等 因素相 关外 还 与下 面 的 因素有 关 3 1 支重轮 的排列 在橡胶履带内层镶有与驱动轮配合的铁齿 两 铁齿之 间的距离 即为节距 在两 铁齿之 间仅有橡 胶 如果支重轮排列得不好 支重轮在履带上滚动到两 铁齿之 间的橡胶 段时 在重力作 用下会压 落橡 胶面 而在 铁 齿上 由于 铁 齿 的刚性 作 用 支重 轮压下 的 量 很小 两 者会有 一 个 落差 这 样会造 成机 器在 行 走 时一起 一 伏 影 响机器 行走 的 平稳性 而且 支重 轮 在压 落 橡 胶 面 时 支 重 轮 的滚 动 阻 力也 会 增 大 从 而增 大机 器 的行 走 阻 力 因此 支 重轮 的排 列 应 考 虑机器 的平稳性 两 支重轮间的距离 一般为 2 5 f 或 3 5 f f 为履 带节 距 不 能是 2 f 或 3 f 其 目的是保证行走装置在任何时间前后都有支重轮在 履 带 的铁齿 或靠 近铁 齿 的位置 上 消除 或 减 少 支重轮的起伏落差 提高行走的平稳性 减少 行 走 阻力 3 2履带的前角 履 带的前角 A 见 图 1 的大小 也是影 响行 走装 置 的一个因素 前角增大 可以增加履带的接地长 度 减少接地压力 但前角增大 履带铁齿与驱动 轮啮合的齿数就变少 造成履带铁齿和驱动轮的轮 齿 的 局部 受 力 增大 会 加 快铁 齿 和 驱 动轮 的 磨损 所 以 履带 的前 角一 般不宜 超过 4 5 3 3支重轮结构 支重 轮在 履带 上 滚动 将 整 台收 割机 的质 量 传 给地 面 承载 着整 台机 器 的质 量 收割机 经常 在水 田作业 支重轮长期带有泥水 工作条件恶劣 若 泥水 进入 支重 轮 的轴承 轴 承很 快就 被损坏 从进 而损坏支重轮 因此 支重轮的密封性能非常重要 要提高支重轮的密封性能 主要从两个方面考虑 一 是尽量 减少活动密封面 降低泥水进入轴 承的机会 二是提高密封件的可靠性和使用寿命 采用悬臂固 定方式是减少支重轮活动密封面的一个办法 它可 以使支重轮的密封面仅有一个 见图 3 密封方式主 要有油封和机械密封两种 采用油封密封结构简单 成本低 但从效果看 其使用寿命较短 基本上用 一 个收获季节就损坏 需要更换 而采用机械密封 方式 结构 虽然相 对 复杂 成本 也 高 但一般 可 以用 一 到 二年 6 5 4 3 2 1 1 支 重轮 2 轴承 3 支 重轮 轴 4 机械密封组件 5 挡圈 6 密封圈 图 3支 重 轮 简 图 4 结束语 通 过对 履带 行 走装 置 的分 析 有 助于履 带行 走 装置的结构和参数的确定 对机器总体性能和可靠 性的改善和提高具有一定的实 际意义 目 参考 文献