李楊，汪春，張欣悅，李春寶，于波

（1.黑龍江八一農(nóng)墾大學工程學院，大慶　163319，2.牡丹江管局云山農(nóng)場，3.牡丹江管局八五○農(nóng)場）

水稻秧盤起盤機履帶式行走機構的設計

李楊1，汪春1，張欣悅1，李春寶2，于波3

（1.黑龍江八一農(nóng)墾大學工程學院，大慶163319，2.牡丹江管局云山農(nóng)場，3.牡丹江管局八五○農(nóng)場）

根據(jù)履帶式行走機構行走的特點，結合水稻秧盤擺放的地面條件和農(nóng)用機械的實際工作環(huán)境，對履帶式行走機構的關鍵部件進行設計，以及對其各部分參數(shù)進行分析研究。通過分析研究，確定行走裝置具有良好的通過性，找到合理的履帶的接地長度和寬度使其對履帶式行走機構的直線行走性能不產(chǎn)生影響，從而為水稻秧盤起盤機的履帶式行走機構設計提供了參考依據(jù)。

設計；水稻；履帶式行走機構；履帶

履帶式行走機構具有接地面積大、接地比壓小、附著性好以及通過性良好等優(yōu)點，適用于復雜的路面環(huán)境，履帶式行走機構多用于工程機械和農(nóng)業(yè)機械上，工作環(huán)境相對惡劣，要求機構具有良好的性能［1］。我校研制一種新型水稻植質缽育秧盤，用于代替塑料秧盤，可培育出優(yōu)質稻苗，移栽無需緩苗等優(yōu)點［2］?，F(xiàn)針對水稻秧盤擺放所在的溫室內的具體環(huán)境，設計一種適合大棚溫室內環(huán)境使用的履帶式行走機構。

1　履帶式行走機構的總體設計

1.1總體設計

履帶式行走機構一般由履帶、驅動輪、導向輪、支重輪、托帶輪和張緊裝置構成。履帶與其所繞過的驅動輪、導向輪、支重輪和張緊輪組成所謂的“四輪一帶”［3］。履帶式行走機構由連接回轉支承裝置的行走支架通過支重輪和履帶將載荷傳至地面，履帶封閉環(huán)繞過驅動輪和導向輪。當履帶由于磨損而延長時可由張緊裝置調整其松緊度［4］，機構如圖1所示。

圖1　履帶式行走機構示意圖Fig.1Schematic diagram of crawler running gear

1.2行走機構的設計

根據(jù)溫室內的實際環(huán)境，履帶行走機構的結構參數(shù)為：

（1）整機質量G≤1 kN

（2）驅動功率P≤0.5 kW

（3）最大行進速度VMAX≥1 km·h-1

（4）由于溫室內的土壤潮濕，所以要保證平均接地比壓不超過2.5 kPa［5］。

金屬履帶的突出優(yōu)點是：牽引力大，適合重負荷作業(yè)，接地比壓小，對農(nóng)業(yè)地面壓實、破壞程度輕，特別適合潮濕地的作業(yè)。主要適用于農(nóng)業(yè)機械、工程機械和運輸車輛等的行走部分［6］。機身質量為35 kg，選擇金屬履帶的總條數(shù)為2條。

1.3主要參數(shù)的確定

接地壓力為整車質量除以履帶接地面積，此指標為履帶行走機構設計總體參數(shù)選擇的依據(jù)［7］。按照設計的要求，確定合理的配合參數(shù)：地面與履帶的接觸長L、寬b、帶輪導軌距離B，使得機構平均接地比壓、附著性能等指標滿足要求。該機構的重量和工作負載通過履帶接觸傳至地面，機構的重量和地面接地比壓決定了履帶的數(shù)量和總接觸面積A，機械的通過性是由接地比壓所決定的。根據(jù)機構工作環(huán)境，查取行走裝置平均接地比壓值P=2.5 Pa，總接地面積：A

式中L—行走機構履帶接地長度（m）

G—機體的重力（kN）

b—履帶的寬度（m）

由公式可得

機構履帶與地面接觸的長度L與帶輪軌距B的比值直接影響履帶式行走機構的行走軌跡。如果L/B＞1.7，履帶行走裝置很難轉向；如果L/B＜1，則機構的直線行走能力較差，必須頻繁地轉向，由于水稻秧盤的擺放要求都在同一直線上，故取L/B=1.7根據(jù)設計方案，履帶軌距為0.7 m，所以L=0.7×1.3= 0.91。又由經(jīng)驗公式得b/L=0.18～0.22取b/L= 0.2，b=0.2×L=0.182 m［8］。

根據(jù)節(jié)距P與機器重力G的關系，即：

查找相關資料，經(jīng)分析可確定履帶的類型如表1所示。

表1　履帶類型參數(shù)表Table 1Parameter table of track type

1.4驅動輪

行走驅動力矩與驅動輪半徑成正比。驅動輪半徑越大，驅動力矩就越大；驅動輪半徑小，驅動力矩也變?。?］。從提高動力和減少能量損失的角度考慮，驅動輪半徑應盡量縮小。但驅動輪半徑不能過小，因為驅動輪半徑過小會使履帶的彎曲應力增大，履帶彎曲直徑越小，應力越大，會影響履帶壽命。因此驅動輪的齒數(shù)應大于等于7，為延長使用壽命工作時需使驅動輪每個齒都依次與節(jié)銷嚙合，由此驅動輪的齒數(shù)和履帶的節(jié)銷數(shù)應互為質數(shù)。

驅動輪安置在前端，為前驅動；也可以安置在后端，為后驅動。采用驅動輪后置方式的優(yōu)點是：履帶受力大的區(qū)段短，延長了履帶的使用壽命，且不易造成履帶下部起拱。

1.5導向輪

導向輪的前后位置根據(jù)驅動輪位置而定，通常布置在前面。導向輪用于引導履帶正確繞轉，可以防止跑偏和越軌，導向輪中心離地面高度應有利于降低重心。本設計選擇導向輪前置，其直徑比驅動輪直徑略小，即：D/Dk=0.8～0.9，取Dk=0.12 m，當機器后退時導向輪承受2倍的牽引力，即支重輪應該能承受不小于2倍的最大牽引力徑向載荷［10］。

1.6支重輪

按壓力傳遞的情況考慮，支重輪分為多支點和少支點兩種。所設計的行走機構根據(jù)路面的狀況分析后，采用多支點的履帶行走裝置，使得裝置適用于溫室內的潮濕不平土路，平均接地比壓小，支重輪的直徑小，數(shù)量多，距離近，壓力分配更均勻。履帶內支重輪與履帶鏈條相配合，支重輪的排列應規(guī)則合理，防止支重輪在履帶上左右滾動，否則會直接影響履帶式行走機構的行走平穩(wěn)性，增大機器的行走阻力。因此，支重輪的排列應保證行走平穩(wěn)性，兩支重輪間的距離s一般為1.5 p，2.5 p或3.5 p，不能是2 p或3 p。目的是為了保證行走裝置在行走時都能有支重輪作用在履帶鏈條上，盡量避免機器在不平路面上行走時的起伏，保證機構在行走時的平穩(wěn)性，減小阻力。為減小支重輪滾動阻力，其數(shù)量不易過多，每邊支重輪的個數(shù)通常是3～5個。支重輪的工作條件比較惡劣，經(jīng)常工作于塵土中，偶爾也工作于泥水中，所以為防止泥沙隨著軸承的轉動帶入軸承中，支重輪軸承加裝兩個背對背的油封密封，可以有效的防止?jié)櫥托孤?，又能防止泥沙的侵入?/p>

由于履帶式底盤行走于溫室內地面，地面凹凸不平會產(chǎn)生震動，需要加裝減震裝置，采用S形仿形減震軸如圖2。

圖2　履帶式行走機構減震器示意圖Fig.2Schematic of damper crawler on running gear

1.7拖帶輪

拖帶輪是用來托住履帶，定位履帶，防止履帶左右擺動，減小履帶側向滑落幾率，防止履帶上下震動，上下的震動會讓履帶受到拉應力導致兩側的驅動輪和支重輪的軸受拉變形。拖帶輪的作用與支重輪的作用大致相同，但拖帶輪所承受的載荷相對于支重輪所承受的載荷較小，所以尺寸比支重輪尺寸小。拖帶輪處于驅動輪與導向輪之間，一般為每邊1～2個［11］?？紤]減小震動和防止履帶的側向滑落，確定拖帶輪個數(shù)為每邊2個。

1.8履帶的前角和后角

前輪高度影響車輛跨越垂直障礙的能力，后輪高度影響車輛爬坡能力。車輛處于水平地面時，驅動輪與行走機構前部第一個支重輪之間的履帶的延長線與水平地面之間的夾角為前角，這個角度是影響行走機構行走的一個重要因素。前角增大使履帶的接地長度變長，有效的減小接地壓力；但前輪驅動時前角增大，履帶鏈條孔與驅動輪嚙合的齒數(shù)就變少，齒數(shù)的較少造成履帶鐵齒和驅動輪的輪齒受力增大，隨之造成驅動輪和履帶的磨損加重，影響其使用壽命。

1.9電動機的選擇

履帶式行走裝置在行進過程中需要充足的動力，并且履帶式行走機構用于高載荷的作業(yè)，所以選用電機必須具備過載保護能力，電機的傳動采用雙側電機傳動方案。試驗動力裝置選用12 V電機，轉速為960 r·min-1直流電機，并配有減速比為1∶4減速器，該電機及配套減速器具備動作靈敏可靠、調速性能好、小帶輪與大帶輪間采用開口式連接，大帶輪直徑D=50 mm，小帶輪d=30 mm，小帶輪轉速可根據(jù)公式：

式中：n為小帶輪轉速；r為小帶輪半徑。由公式可求出小帶輪轉速n=230～250 r·min-1，滿足電機轉速要求。

1.10電源的選擇

水稻秧盤履帶式起盤機的工作地點為水稻育秧大棚，受地理條件和機器用電的限制，試驗采用電源為12 V便攜式蓄電池，具有體積小、安裝簡便、操作簡單等特點，并能夠滿足水稻秧盤擺放機的動力要求。

2　行走系統(tǒng)的參數(shù)確定

通過計算與分析，最終確定行走機構為2條金屬鏈條履帶，多支點，支撐輪與履帶架為剛性連接。其參數(shù)如表2所示。

表2　行走機構系統(tǒng)參數(shù)Table 2System parameters of travel agency

3　結論

以農(nóng)業(yè)機械的實際工作環(huán)境為背景，對履帶式

行走機構的關鍵部件的設計以及參數(shù)的確定等問題進行了分析研究。通過對履帶式行走機構的設計，總結了農(nóng)業(yè)機械履帶式行走機構設計應遵循的原則，就履帶在水平面內的接地長度、履帶寬度和軌距以及驅動輪、導向輪、支重輪設計方法和注意事項進行分析，保證了平均接地比壓不大于允許值，確定了行走裝置具有良好的通過性，同時考慮履帶寬度和接地長度取值不會影響轉向性能和整機尺寸，為農(nóng)業(yè)用履帶式行走機構的設計提供了參考依據(jù)。

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Design Crawler Travel Mechanism of Rice Yangpan Plate Machine

Li Yang1，Wang Chun1，Zhang Xinyue1，Li Chunbao2，Yu Bo3
（1.College of Engineering，Heilongjiang Bayi Agricultural University，Daqing 163319；2.Yunshan Farm of Mudanjiang Management Bureau；3.850 Farm of Mudanjiang Management Bureau）

According to the characteristics of crawler travel device and combined with the placing conditions of paddy seedling on trays and the real conditions of agricultural machine，the crawler travel device and it's key components were designed，and the various parts of its parameters were analyzed.Through analysis and research，the walking device was determined to have a good passing ability，and the reasonable length and width of the ground track were found out to have no effects on the behavior of straight line walking of crawler travel device.This research provided some reference for seedling tray from the crawler travel device.

design；rice；crawler walking mechanism；caterpillar

S223.1

A

1002-2090（2016）02-0090-03

10.3969/j.issn.1002-2090.2016.02.018

2015-04-15

李楊（1988-），男，黑龍江八一農(nóng)墾大學工程學院2012級碩士研究生。

汪春，男，教授，博士研究生導師，E-mail：Ewangchun1963@126.com。