李 澤

石毅新1,2

蔣 蘋1,2

胡文武1,2

林 偉1,2

(1.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院，湖南 長沙 410128；2.南方糧油作物協(xié)同創(chuàng)新中心，湖南 長沙 410128)

南方作物種植多樣性，其標(biāo)準(zhǔn)化種植的葡萄、茶葉、金銀花等經(jīng)濟(jì)作物的采摘以及煙草、玉米等高稈作物的田間管理可采用高地隙機(jī)械跨行作業(yè)，這就要求高地隙機(jī)械不但能根據(jù)作物行距與植株高度適當(dāng)調(diào)整輪距與離地間隙，而且其穩(wěn)定性能滿足在不同高度時(shí)作業(yè)的需求。

南方水田的地勢高低落差、土壤黏度和含水率、泥腳深度等特性變化較大，田間作業(yè)機(jī)械非常容易陷車，嚴(yán)重影響了農(nóng)業(yè)機(jī)械在南方水田的通過性。且南方水田多以小塊分布，田塊之間用田埂隔開，當(dāng)通用底盤大區(qū)域作業(yè)時(shí)，需要進(jìn)行田塊間轉(zhuǎn)移，田埂的高度，泥腳的深度對(duì)高地隙通用底盤的附著力和穩(wěn)定性提出了較高要求。

基于上述問題，設(shè)計(jì)了一種高地隙自走式全液壓四輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向通用作業(yè)底盤，并著重探討其水田通過性。在田間作業(yè)時(shí)，驅(qū)動(dòng)力、附著力和越障能力是研究通用底盤通過性的關(guān)鍵因素[1]。本研究擬結(jié)合高地隙通用底盤的總體參數(shù)、液壓系統(tǒng)參數(shù)、工作環(huán)境和受力特點(diǎn)進(jìn)行綜合分析，通過建立其通過性數(shù)學(xué)模型并用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的方法，來探討該通用底盤在水田中的通過性能。

1 總體設(shè)計(jì)

1.1 總體參數(shù)

南方丘陵地帶的水田作業(yè)環(huán)境，農(nóng)作物特征等因素對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械的研發(fā)提出了更多考驗(yàn)，因此傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)作業(yè)機(jī)具不能滿足農(nóng)民的需求，轉(zhuǎn)變成對(duì)多功能性，高通過性，高效率作業(yè)機(jī)械的需求[2]。根據(jù)南方農(nóng)業(yè)機(jī)械的發(fā)展趨勢，本設(shè)計(jì)提出高地隙通用底盤的通過性要求及參數(shù)見表1。

表1 高地隙通用底盤設(shè)計(jì)參數(shù)Table 1 Design parameters of high ground gap universal chassis

1.2 整機(jī)結(jié)構(gòu)與工作原理

高地隙自走式全液壓四輪驅(qū)動(dòng)通用底盤由柴油機(jī)及其附件、液壓系統(tǒng)、操作臺(tái)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、前后掛接架、車架底盤等組成，見圖1。

根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，通用底盤上發(fā)動(dòng)機(jī)與行走變量泵采用直連形式。發(fā)動(dòng)機(jī)將扭矩與轉(zhuǎn)速傳遞到液壓泵，實(shí)現(xiàn)行走系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向與舉升系統(tǒng)運(yùn)作。其中，行走系統(tǒng)通過液壓馬達(dá)直接驅(qū)動(dòng)車輪來傳遞動(dòng)力；轉(zhuǎn)向系統(tǒng)通過液壓馬達(dá)、齒輪減速機(jī)與轉(zhuǎn)向軸采用直連的方式實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向動(dòng)作；舉升系統(tǒng)則采用4個(gè)支腿對(duì)角安裝的底盤與4個(gè)液壓缸配合完成車架的升降。

1.前掛接架 2.柴油機(jī) 3.操作臺(tái) 4.轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu) 5.后掛接架 6.行走馬達(dá) 7.液壓油箱 8.車架底盤 9.行走泵

圖1 通用底盤結(jié)構(gòu)布置圖
Figure 1 Universal chassis structure layout

1.3 液壓系統(tǒng)

通用底盤采用全液壓四輪驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。如圖2所示，行走液壓系統(tǒng)是一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)，由2個(gè)行走變量泵和2個(gè)前輪馬達(dá)(左前輪馬達(dá)、右前輪馬達(dá))，2個(gè)后輪馬達(dá)(左后輪馬達(dá)，右后輪馬達(dá))，1個(gè)一分四分流集流閥，1個(gè)沖洗閥，2個(gè)二位三通電磁閥，1個(gè)油箱，1個(gè)吸油過濾器，1個(gè)行走手柄，1個(gè)壓油過濾器等輔助液壓元件組成。

1.壓油過濾器 2.二位三通電磁閥 3.二位三通電磁閥 4.左后輪馬達(dá) 5.右后輪馬達(dá) 6.右前輪馬達(dá) 7.左前輪馬達(dá) 8.分流集流閥 9.行走手柄 10.沖洗閥 11.行走變量泵 12.吸油過濾器 13.液壓油箱

圖2 通用底盤液壓系統(tǒng)原理圖
Figure 2 Hydraulic system schematic ofuniversal chassis

泵上的綜合補(bǔ)給油泵為泵控制系統(tǒng)提供液壓油、冷卻油和液壓油。變量泵的補(bǔ)油壓力由泵上的溢流閥控制，并且采用了壓油過濾和吸油過濾2種模式；泵控方式為電比例排量控制；通過操縱手柄發(fā)出電壓信號(hào)，再由控制器將信號(hào)傳遞給變量泵上面的電磁線圈，從而實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)以及排量控制。分流集流閥處于精密分流時(shí)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的長距離直線行駛，保證了4個(gè)車輪較高的同步性，利用分流集流閥的松散分流，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的自由轉(zhuǎn)彎[3]。通過控制其中的1個(gè)二位三通來控制2個(gè)后輪馬達(dá)的制動(dòng)，用1個(gè)二位三通控制2個(gè)雙向馬達(dá)的變量，實(shí)現(xiàn)通用底盤的高低速作業(yè)模式轉(zhuǎn)換。

2 主要零部件選型與設(shè)計(jì)

2.1 液壓系統(tǒng)元件選型

通用底盤采用全液壓四輪驅(qū)動(dòng)。因此液壓系統(tǒng)的可行性，穩(wěn)定性制約著其通過性能?；诟叩叵度簤核妮嗱?qū)動(dòng)通用底盤需要具備在滿載的情況下穩(wěn)定通過40°坡道的最大爬坡能力，來確定該通用底盤液壓系統(tǒng)中液壓馬達(dá)與液壓泵的型號(hào)。

2.1.1 馬達(dá)選型 通用底盤在坡道上行駛時(shí)，受力情況見圖3。

圖3 通用底盤爬坡分析Figure 3 Analysis of climbinguniversal chassis climbing

Fz=Fg+Fp+Fw，

(1)

式中：

Fg——滾動(dòng)阻力，N；

Fp——坡度阻力，N；

Fw——工作阻力，N。

其中，工作阻力主要指空氣阻力和加速阻力。水田低速作業(yè)時(shí)，加速阻力與空氣阻力遠(yuǎn)小于滾動(dòng)阻力和坡度阻力，故在設(shè)計(jì)時(shí)可將Fw的影響忽略不計(jì)[4]。因此，通用底盤在進(jìn)行爬坡時(shí)其主要影響阻力因素為Fg與Fp。

通用底盤滿載爬坡時(shí)所需驅(qū)動(dòng)力為：

F=Fg+Fp=G×(fcosα+sinα)，

(2)

式中：

G——通用底盤滿載總重量，N；

f——滾動(dòng)阻力系數(shù)；

α——坡度，(°)。

其中G=19 600 N；查閱文獻(xiàn)選取f=0.15；將已知參數(shù)代入式(2)計(jì)算得出：通用底盤滿載爬坡所需驅(qū)動(dòng)力F=14 850.81 N。

從而得出單個(gè)車輪所受扭矩M為2 041.99 N·m。

馬達(dá)排量V為：

(3)

式中：

V——馬達(dá)排量，mL/r；

ηm——馬達(dá)的容積效率，取值0.95；

Pm——系統(tǒng)工作壓差，取值34 MPa。

計(jì)算得馬達(dá)的理論排量為397 mL/r。

通用底盤穩(wěn)定行駛最高速度為：

(4)

式中：

vxm——通用底盤穩(wěn)定行駛最大速度，km/h；

nxm——馬達(dá)最大轉(zhuǎn)速，r/min；

r——車輪半徑，mm。

其中，根據(jù)通用底盤設(shè)計(jì)參數(shù)可知：其最大穩(wěn)定行駛速度[5]為13 km/h；車輪半徑為550 mm。

因此，通過式(4)計(jì)算得出馬達(dá)最大轉(zhuǎn)速為225.82 r/min。

故單個(gè)馬達(dá)所需最大流量為：

(5)

式中：

Qxm——馬達(dá)最大流量，L/min。

代入已知量，由式(6)可得馬達(dá)最大流量Qxm為51.50 L/min。

通過分析，根據(jù)作業(yè)需求與計(jì)算獲得馬達(dá)的排量參數(shù)選定了丹佛斯MS02型軸向柱塞馬達(dá)，其基本參數(shù)為理論排量398/199 mL/r，最大轉(zhuǎn)速230 r/min，理論扭矩633 N·m。此類型馬達(dá)具備低速大扭矩特征，能夠保證較好的通過性要求。

2.1.2 泵的選型 基于本研究使用的通用底盤行走液壓系統(tǒng)為閉環(huán)控制系統(tǒng)，且采用容積變速控制方式[6]，通用底盤的工作性能很大程度上取決于行走泵的排量與壓力。同時(shí)考慮作業(yè)底盤的動(dòng)力要求與功能的多樣性，其液壓系統(tǒng)的工作壓力設(shè)定為25 MPa。

由于行走泵與通用底盤4個(gè)馬達(dá)采用并聯(lián)方式控制，故有Qxb=4Qxm。

泵的排量為：

(6)

式中：

Vxb——泵的排量，mL/r；

Qxb——行走泵輸出流量，L/min；

ηxb——泵的容積效率，取值0.95；

nxb——泵的輸入轉(zhuǎn)速，r/min。

由于通用底盤發(fā)動(dòng)機(jī)與泵為直連形式，因此有nxb=nf，nf為發(fā)動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速。nf=2 400 r/min。

故由式(6)可得泵的排量為Vxb=95.37 mL/r。

根據(jù)作業(yè)底盤的性能要求與作業(yè)環(huán)境的復(fù)雜性等情況，故采用低速大扭矩軸向柱塞泵[7]；且能保證排量可調(diào)，選用丹佛斯90L055KA1N6S3C6C03NNN353524系列變量泵。其排量為100 mL/r，最高壓力40 MPa。

2.2 車架設(shè)計(jì)及分析

2.2.1 機(jī)架尺寸選定及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 由于車架上應(yīng)力會(huì)合的表現(xiàn)一般發(fā)生于螺桿安裝的位置[8]，且該位置的形變量會(huì)比較大，因此考慮在該處增加車架的鋼材用量。一方面從結(jié)構(gòu)上做改變；另一方面可以加大鋼材的厚度等。地隙可變通用底盤受力的質(zhì)心位于機(jī)架幾何中心點(diǎn)。故可加大此處的鋼材厚度改善機(jī)架的疲勞強(qiáng)度，以此來達(dá)到設(shè)計(jì)的目的。設(shè)定機(jī)架長2 500 mm，寬1 200 mm。為了方便4個(gè)轉(zhuǎn)向支腿的安裝，機(jī)架四角處為45°，斜邊長380 mm，兩斜梁相距100 mm，全部采用80×40 mm的5 mm厚方鋼。 兩端受力較小用3根桿，中間用4根桿。車架示意圖見圖4。

圖4 車架示意圖Figure 4 Frame sketch map

2.2.2 車架受力分析 根據(jù)一般農(nóng)用車車架使用的材料來看[9]，本設(shè)計(jì)使用的通用底盤的機(jī)架用料選擇Q235。該材料的屈服強(qiáng)度為235 MPa，而車架的兩側(cè)最長方鋼和車架的四角焊接點(diǎn)是應(yīng)力集中的最大點(diǎn)，故只需校核這兩處的強(qiáng)度。

由于機(jī)架的載荷為非均勻分布，故可根據(jù)機(jī)架中心處強(qiáng)度進(jìn)行校核。其中最危險(xiǎn)可能性載荷全部作用于中心位置。因此計(jì)算取中間一根最危險(xiǎn)桿進(jìn)行計(jì)算。

圖5為機(jī)架受力圖。根據(jù)材料力學(xué)關(guān)于橫力彎曲的彎曲許用應(yīng)力的驗(yàn)算公式可得：

(7)

圖5 機(jī)架中心處受力圖Figure 5 Rack by attempt

式中：

σ——橫梁許用應(yīng)力，Pa；

b——矩形截面的寬，mm；

h——矩形截面的高，mm。

代入已知參數(shù)，由式(7)可得：σ=23.44 MPa。

由于Q235鋼材的許用彎曲應(yīng)力為120～190 MPa[10]，所以機(jī)架的兩側(cè)方鋼橫梁的強(qiáng)度足夠，設(shè)計(jì)方案可以采用。

2.2.3 車架應(yīng)力分析 駕駛過程中通用底盤的應(yīng)力分布情況見圖6。通過選取150倍變形比例[11]，得到該車架應(yīng)力的分布情況圖。車架整體的應(yīng)力比較小，其中最大的應(yīng)力集中點(diǎn)出現(xiàn)在車架外橫梁與支腿立板的焊接點(diǎn)。從圖6中的顏色可以看出，應(yīng)力較大值位置位于車架結(jié)合尖角位置(圖中標(biāo)記)；一方面符合材料力學(xué)的原理，另一方面是尖角處一般容易產(chǎn)生應(yīng)力集中。車架主要的應(yīng)力大小一般在187 MPa 以下，明顯不到鋼材的許用應(yīng)力，故機(jī)架的強(qiáng)度滿足了設(shè)計(jì)的需求。

圖6 應(yīng)力分布圖Figure 6 Stress distribution diagram

2.2.4 車架應(yīng)變分析 駕駛過程中通用底盤的位移分布情況見圖7。由圖7可知，機(jī)架發(fā)生的最大的形變量出現(xiàn)在車架中部，最大變形量為2.318×10-3m。整體來看位移量對(duì)機(jī)架的影響很小，幾乎可以不計(jì)，故機(jī)架的剛度滿足了設(shè)計(jì)的需求。

圖7 底盤應(yīng)變分析圖Figure 7 Chassis strain diagram

2.3 轉(zhuǎn)向支腿的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在地隙可變[12]通用底盤轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì)中。一方面將支腿套管作為轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要受力部件，通過平行布置的支腿半耳板與垂直布置的支腿立板焊接固定，見圖8。支腿套管中心孔兩端內(nèi)徑大于中部內(nèi)徑呈臺(tái)階形狀內(nèi)孔，在支腿套管內(nèi)徑的臺(tái)階部分分別安裝兩個(gè)調(diào)心推力軸承，內(nèi)徑為60 mm的支腿轉(zhuǎn)向軸插入兩調(diào)心推力軸承中心孔。同時(shí)在調(diào)心推力軸承上方旋緊2個(gè)圓螺母，在支腿轉(zhuǎn)軸的螺紋處，并用止動(dòng)墊圈鎖死；在調(diào)心推力軸承下方分別安裝油封和套筒，使支腿轉(zhuǎn)軸固定在支腿套管中心孔中，并且能實(shí)現(xiàn)支腿轉(zhuǎn)軸自由轉(zhuǎn)動(dòng)。另一方面轉(zhuǎn)向系統(tǒng)由液壓系統(tǒng)將動(dòng)力傳輸至轉(zhuǎn)向馬達(dá)和減速機(jī)上，再由安裝法蘭內(nèi)的花鍵套將轉(zhuǎn)向減速機(jī)外花鍵和支腿轉(zhuǎn)軸外花鍵聯(lián)結(jié)傳遞轉(zhuǎn)矩，同時(shí)安裝法蘭將減速機(jī)固定。此時(shí)轉(zhuǎn)向馬達(dá)和減速機(jī)上的轉(zhuǎn)矩傳遞到支腿轉(zhuǎn)軸上，再經(jīng)過支腿直角支撐架，將轉(zhuǎn)向力矩傳送至輪胎來實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向功能。

圖8 轉(zhuǎn)向支腿整體示意圖Figure 8 Sketch map of the whole structure of steering leg

3 通用底盤通過性能分析

在通用底盤作業(yè)過程中，經(jīng)常以較低的速度去克服某些障礙物，比如田埂、臺(tái)階等。越障能力是評(píng)價(jià)通用底盤通過性能的一個(gè)重要指標(biāo)[13]。根據(jù)數(shù)學(xué)模型分析機(jī)具結(jié)構(gòu)參數(shù)與越障能力的關(guān)系，從而得出通用底盤的軸距變化值。

圖9為四輪驅(qū)動(dòng)高地隙通用底盤越過臺(tái)階時(shí)的受力情況。從圖9中可以看出，當(dāng)前輪碰到臺(tái)階時(shí)，由各受力情況可得到以下平衡方程式：

(8)

圖9 前輪跨越臺(tái)階受力圖Figure 9 Force analysis of front wheel over steps

式中：

D——輪胎的直徑，mm；

G——通用底盤總重力，N；

Fz2——后軸負(fù)荷，N；

μg——附著系數(shù)；

L1——重心到前軸的距離，mm；

L2——重心到后軸的距離，mm；

L——軸距，mm。

其中，在水泥路面上做跨越臺(tái)階試驗(yàn)時(shí)，滾動(dòng)阻力系數(shù)近似為0，忽略不計(jì)[14]。

設(shè)臺(tái)階高度為hw[15]，由圖9中的幾何關(guān)系可知：

(9)

代入式(8)化簡得：

(10)

式中：

由式(10)可知，L/D越大及L1/L越大，hw就越大，即通用底盤的前輪能越過更高的臺(tái)階。分析結(jié)果表明，hw是隨著L/D的增大而增大的；另外，當(dāng)L1/L的比值增大時(shí)，四輪液壓驅(qū)動(dòng)的通用底盤其前輪過臺(tái)階的能力大大提高，甚至車輪也能越過大于其半徑的高度。因此，可以得知前輪的越障能力與μg、L1/D、L/D3個(gè)參數(shù)有關(guān)。

當(dāng)通用底盤的后輪碰到臺(tái)階時(shí)，其受力情況見圖10。

圖10 后輪跨越臺(tái)階受力圖Figure 10 Force analysis of real wheel over steps

后輪越過臺(tái)階時(shí)，其平衡方程式見式(11)。

(11)

式中：

e——車輛重心到前后軸心連接線的距離，mm；

β——水平路面與前后軸心連接線的夾角，(°)；

Fz1——前軸負(fù)荷，N。

由圖10中的幾何關(guān)系可知：

(12)

代入式(11)化簡得：

(13)

(14)

由式(14)可知，后輪跨越臺(tái)階的能力與μg、L1/D、L/D、e/L4個(gè)參數(shù)有關(guān)。其中，后輪越障能力隨μg增大而提高，隨L1/D、L/D、e/L增大而降低。

通用底盤前后輪越障能力都與附著系數(shù)呈正比，其中μg、L1/D、L/D同時(shí)制約前后輪越障能力。因此根據(jù)該參數(shù)選擇最佳通過性結(jié)構(gòu)參數(shù)。通過前輪越障數(shù)學(xué)模型以及總體參數(shù)要求值決定機(jī)體結(jié)構(gòu)參數(shù)。在不同的L1、D、e參數(shù)值情況下，通過性參數(shù)L值的選定見表2。

表2不同質(zhì)心位置參數(shù)與軸距L關(guān)系數(shù)值
Table 2 Relationship between different centroid position parameters and wheelbaseL

hw(目標(biāo)值)/mmμgD/mmL1/mm(L1≤1800)L/mm(2200≤L≤3200)4000．6110012032374．824000．6110015032865．184000．6110017033192．36

4 驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

4.1 實(shí)驗(yàn)場地與設(shè)備

為了獲取更加全面、合理的通過性數(shù)據(jù)，此試驗(yàn)分2個(gè)不同地形進(jìn)行測試。2017年7月，在吉首市宗南重工產(chǎn)業(yè)園與本校實(shí)訓(xùn)中心及耘園教學(xué)基地試驗(yàn)田進(jìn)行通用底盤通過性能試驗(yàn)，主要試驗(yàn)儀器設(shè)備包括：液壓系統(tǒng)測試軟件(LERO iTest-008SRD1 V4.0.5，深圳雷諾智能技術(shù)有限公司)、液壓數(shù)據(jù)處理軟件(LERO_HTDAD_V1.01，深圳雷諾智能技術(shù)有限公司)、測試儀表(CHPM440/480，深圳雷諾智能技術(shù)有限公司)、壓力傳感器(0～60 MPa，深圳雷諾智能技術(shù)有限公司)、流量傳感器(0～150 L/min，深圳雷諾智能技術(shù)有限公司)、角度儀(VCHON LD-60，P≤0.95 mW，λ=620 nm，浙江省縉云偉創(chuàng)電子有限公司)等。

4.2 試驗(yàn)方法

4.2.1 越障試驗(yàn) 在跨臺(tái)階試驗(yàn)中，根據(jù)GB/T 12541—1990的要求，選定試驗(yàn)場地。在進(jìn)行垂直障礙測試時(shí)，通用底盤滿載，發(fā)動(dòng)機(jī)油門調(diào)到最大，行走馬達(dá)分2種排量模式進(jìn)行測試。在越過臺(tái)階之前，車輛在水平地面行駛，然后通過操縱手柄來調(diào)節(jié)行走變量泵的排量，改變系統(tǒng)的壓力大小，從而驅(qū)動(dòng)行走液壓馬達(dá)使車輪跨越垂直障礙物。同時(shí)，通過設(shè)置3次輪距與軸距的調(diào)整，來獲取不同的機(jī)體參數(shù)；從而得到3種情形下的通過性參數(shù)來驗(yàn)證機(jī)體參數(shù)與通用底盤的通過性關(guān)系。此外，通過速度不限，以通過一次為標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行多次試驗(yàn)，并記錄數(shù)據(jù)。

4.2.2 爬坡試驗(yàn) 在爬坡試驗(yàn)中，根據(jù) GB/T 3871—2006的要求，在湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)實(shí)訓(xùn)中心設(shè)置測試坡道。其中，坡道有效長度需大于噴藥機(jī)整體長度，并劃分為發(fā)車區(qū)域、試驗(yàn)區(qū)域、緩沖區(qū)域。將液壓測試設(shè)備裝在行走馬達(dá)進(jìn)出口，通過連接線纜與測試儀進(jìn)行匹配，設(shè)置測試儀的測試接口與數(shù)據(jù)采集頻率為20 ms。首先將噴藥機(jī)在起步區(qū)域平坦路面發(fā)車，噴藥機(jī)行走馬達(dá)排量調(diào)為低速模式，向前推動(dòng)行走手柄，進(jìn)行測試。然后根據(jù)噴藥機(jī)通過情況進(jìn)行液壓參數(shù)記錄以及噴藥機(jī)在進(jìn)行爬坡時(shí)的通過情況進(jìn)行記錄。

4.2.3 行駛速度與最小轉(zhuǎn)彎半徑試驗(yàn) 為滿足通用底盤在南方水田的作業(yè)要求，在試驗(yàn)田與實(shí)訓(xùn)中心分別選取2條長度大于50 m，寬度大于5 m的試驗(yàn)場地。設(shè)定50 m范圍內(nèi)為測試區(qū)域，通用底盤在區(qū)域外啟動(dòng)，在發(fā)動(dòng)機(jī)油門控制在最大，行走手柄將變量泵排量控制在最大情況下測試低速與高速模式下通用底盤在試驗(yàn)區(qū)域的行駛時(shí)間，得到通用底盤的最高行駛速度；每個(gè)場地采取三輪測試，取平均值并記錄。

根據(jù)試驗(yàn)要求[16]，通用底盤最小轉(zhuǎn)彎半徑試驗(yàn)在長度大于50 m，寬度大于15 m試驗(yàn)田進(jìn)行。通用底盤預(yù)先停放在試驗(yàn)田塊中間區(qū)域，轉(zhuǎn)向模式設(shè)置為小場地轉(zhuǎn)向(前后輪同時(shí)45°左右轉(zhuǎn))，啟動(dòng)車子并低速行駛，將轉(zhuǎn)向手柄轉(zhuǎn)到極限位置，保持此位置不變，待通用底盤穩(wěn)定行駛360°后，駛出測試區(qū)域。用鋼卷尺測量車輪轉(zhuǎn)向軌跡圓半徑并記錄數(shù)據(jù)。

4.3 試驗(yàn)結(jié)果

在各工況下通用底盤通過性能測試結(jié)果見表3。通過設(shè)計(jì)值與實(shí)測值進(jìn)行對(duì)比發(fā)現(xiàn)，各項(xiàng)通過性參數(shù)達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)值，通用底盤通過性能較好。

表3 通用底盤通過性能試驗(yàn)結(jié)果Table 3 The performance test results of the universal chassis

5 結(jié)論

基于南方水田再生稻、高植株果園等作物收獲采摘時(shí)機(jī)械化收獲、田間管理困難的問題，研究設(shè)計(jì)了一臺(tái)高地隙全液壓四輪驅(qū)動(dòng)通用底盤。

(1) 根據(jù)通用底盤通過性要求，完成了液壓系統(tǒng)主要部件選型。選定了丹佛斯MS02型軸向柱塞變量馬達(dá)及90系列軸向柱塞變量泵。同時(shí)進(jìn)行了機(jī)架尺寸選定及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與轉(zhuǎn)向支腿的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；并通過機(jī)架的受力分析與應(yīng)力、應(yīng)變校驗(yàn)表明：機(jī)架在150倍變形條件下，其強(qiáng)度與剛度符合設(shè)計(jì)要求，驗(yàn)證了機(jī)械結(jié)構(gòu)的可行性與穩(wěn)定性。

(2) 結(jié)合通過性參數(shù)目標(biāo)值，建立了通用底盤軸距與結(jié)構(gòu)參數(shù)之間的越障數(shù)學(xué)模型。經(jīng)分析指出：通用底盤的越障能力與μg、L1、e、L、D5個(gè)因素存在一定的比例關(guān)系；并基于越障高度400 mm的條件下確定了底盤的軸距參數(shù)，對(duì)底盤樣機(jī)的制造與試驗(yàn)提供了一定指導(dǎo)依據(jù)。

(3) 對(duì)通用底盤通過性能進(jìn)行試驗(yàn)，包括爬坡能力、越障高度、行駛速度、最小轉(zhuǎn)彎半徑各項(xiàng)指標(biāo)。試驗(yàn)表明：在坡度小于41°的坡道上能夠獲得較好的通過性；在滿載情況下，通用底盤能夠跨越的最大垂直障礙物高度為493 mm，最小轉(zhuǎn)彎半徑為3.7 m，水泥路面行駛速度范圍為0～13 km/h，水田作業(yè)速度范圍為0～11 km/h滿足了南方水田的作業(yè)要求。

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