新能源微耕機驅(qū)動輪設(shè)計

劉永智 石晶 李仁鵬 于豐睿 郝亮 張成

摘 要：為了填補大中型農(nóng)機難以進入山區(qū)田地的缺陷，微型農(nóng)機的設(shè)計研究是非常必要的，微型農(nóng)機具有節(jié)約能源資源，促進農(nóng)業(yè)增產(chǎn)，降低農(nóng)民的勞動強度提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的效率的特點，目前自行走微耕機多采用履帶式行走機構(gòu)，該行走機構(gòu)絕大多數(shù)采用整體式橡膠履帶，由驅(qū)動輪帶動橡膠履帶板，從而實現(xiàn)整機得移動，前進后退及差速轉(zhuǎn)彎。

關(guān)鍵詞：微耕機;驅(qū)動輪;橡膠履帶

中圖分類號：S233.75 ?文獻標(biāo)識碼：B ?文章編號：1671-7988（2020）04-45-03

Design of driving wheel for new energy micro tilling machine^*

Liu Yongzhi， Shi Jing， Li Renpeng， Yu Fengrui， Hao Liang， Zhang Cheng

（ Automobile & Traffic Engineering College， Liaoning University of Technology， Liaoning Jinzhou 121000 ）

Abstract：?In order to fill the defect that large and medium-sized agricultural machinery are difficult to enter small-scale farmland， the design and research of micro agricultural machinery is very necessary. Micro agricultural machinery has the characteristics of saving energy resources， promoting agricultural production， reducing the labor intensity of farmers and improving the efficiency of agricultural production， at present， most of the self-propelled micro cultivators adopt the crawler type walking mechanism， most of which adopt the integral rubber crawler， and the driving wheel drives the rubber crawler plate， so as to realize the movement of the whole machine， forward and backward， and differential turning.

Keywords：?Micro tilling machine; Driving wheel; Rubber track

CLC NO.： S233.75 ?Document Code： B ?Article ID： 1671-7988（2020）04-45-03

前言

從上世紀(jì)90年代到現(xiàn)在，我國大中型拖拉機在市場的占有率日益增加，與之相匹配的耕作機械已經(jīng)被大量的投入到了農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)過程中，因此隨之產(chǎn)生的農(nóng)業(yè)生態(tài)失衡和農(nóng)村的動力過剩等難題日益凸顯。如：大功率拖拉機的經(jīng)常進出田地作業(yè)時，會導(dǎo)致使土壤被壓實，從而破壞了土壤的結(jié)構(gòu)，對農(nóng)作物的生長以及下次一次的耕地都造成了不等程度的麻煩，然而如果提前預(yù)留拖拉機的旋耕位置，這將損失大量耕地面積，這與我國耕地面積短缺的實際情況相違背，并且大中型拖拉機的購買成本比較高，都在相同時間作業(yè)，閑置的時間比較長，從而導(dǎo)致了設(shè)備的浪費、增加了機械設(shè)備的折舊。又由于玉米、花生、大豆、棉花、大蔥等農(nóng)作物均采用壟作種植，壟距非常小，而且果園，大棚內(nèi)垂直高度都很低，大中型農(nóng)業(yè)機械無法進入上述場地，對農(nóng)作物進行開溝、起壟與除草、噴藥等作業(yè)。而且，我國可種植的農(nóng)田屬于細碎和分散分布，因此大中型農(nóng)機的規(guī)模化作業(yè)不能起到相應(yīng)快捷方便的特點，因此設(shè)計一種小型的農(nóng)業(yè)機械，替代大型機械難以進入農(nóng)田的缺陷，從而節(jié)約資源，解放人力，提高勞動效率。

近年來微耕機主要以小型柴油機作為動力的，因其具有重量輕，結(jié)構(gòu)簡單，體積小等特點，被廣泛適用于旱地、水田、果園等地方。各種類型的微耕機配上相應(yīng)機具有耕地、鎮(zhèn)壓、開溝、起壟、施肥等作業(yè)。提高了耕地效率，微耕機可以在田間自由行使，可以省去了大型農(nóng)用機械無法進入山區(qū)田地的問題。目前家用式微耕機多采用手扶式微耕機，其操作困難費力，為了摒棄了傳統(tǒng)人力手扶、駕駛操作模式，設(shè)計了自行走式履帶微耕機，履帶自走式旋耕機與傳統(tǒng)微耕機相比有明顯優(yōu)勢：一是耕地質(zhì)量高，二是接地面積大對土壤破壞小，三是摒棄了傳統(tǒng)人力手扶、駕駛操作模式，只需按下相應(yīng)遙控按鈕，履帶式微耕機采用整體橡膠履帶，履帶板按照GB/T 20786-2015橡膠履帶標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，由驅(qū)動輪帶動橡膠履帶板，從而實現(xiàn)整個微耕機移動，他可以簡化微耕機底盤結(jié)構(gòu)，以滑動摩擦代替滾動摩擦，運行穩(wěn)定、轉(zhuǎn)動可靠、很少出現(xiàn)跳齒、脫齒的現(xiàn)象、使用方便和后期維修費用低。

1 驅(qū)動輪簡介

根據(jù)驅(qū)動元件的結(jié)構(gòu)不同履帶驅(qū)動輪分為：輪孔式、輪齒式及摩擦式三類，輪孔式驅(qū)動輪尺寸比較大，容易發(fā)生跳齒、脫齒的現(xiàn)象，驅(qū)動能力比較低，并且在田間使用時輪孔式驅(qū)動輪常常會被雜草、垃圾石子的異物堵塞齒輪孔，適用于輕載底盤。輪齒式驅(qū)動輪與履帶緊密嚙合，在土壤中抗打滑能力比較強，廣泛應(yīng)用在水田農(nóng)業(yè)機械和掘進式機器中。摩擦式驅(qū)動輪，在行駛時靠驅(qū)動輪與履帶進行摩擦使地盤前進，其需要的張緊力較大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，一般應(yīng)用很少。微耕機工作于田間，作業(yè)是要較大的驅(qū)動力，因此設(shè)計一種輪齒式驅(qū)動輪。

2 驅(qū)動輪設(shè)計

驅(qū)動輪的設(shè)計應(yīng)具備的條件有：傳遞的功率、驅(qū)動輪工作轉(zhuǎn)速、傳遞用途以及驅(qū)動力的種類，根據(jù)設(shè)計機型的整機質(zhì)量確定所需要的行走驅(qū)動力，確定行走速度（1-1.5m/s），根據(jù)公式確定行走功率，根據(jù)經(jīng)驗公式確定驅(qū)動輪節(jié)圓直徑范圍，再根據(jù)Z=180°/arcsin（t/D_k）確定驅(qū)動輪齒數(shù)，然后根據(jù)公式d=（0.3～0.4）確定滾子直徑（影響在嚙合時是否出現(xiàn)卡齒現(xiàn)象），從而確定如下表格數(shù)據(jù)，見表1。

以上述公式給定的技術(shù)參數(shù)，進行驅(qū)動輪的齒形進行繪制，齒形圖如圖1。

3 設(shè)計舉例

AC形狀橡膠履帶傳動節(jié)距P=60，滾子直徑d=20，齒輪齒數(shù)z=9（盡量為奇數(shù)，最好為質(zhì)數(shù)）。相關(guān)數(shù)據(jù)參數(shù)及設(shè)計參數(shù)如下，見表2。

履帶驅(qū)動輪通過與輪轂電機直接相連接，把動力傳遞給底盤行駛裝置，為履帶式底盤提供了驅(qū)動力，是微耕機動力底盤的唯一傳動機構(gòu)。因為是有電機驅(qū)動，所以本論文著重考慮了輕量化設(shè)計，研究表明電機的驅(qū)動質(zhì)量減少百分之十，電能將節(jié)約百分之八，因此為減輕新能源微耕機整機重量，以最大程度節(jié)約電池的使用時間，選用驅(qū)動輪的材料為密度較小、綜合力學(xué)性能良好的尼龍材料。

4 虛擬樣機

虛擬樣機技術(shù)是上世紀(jì)80年代逐漸興起、基于計算機技術(shù)的一個新概念。從國內(nèi)外對虛擬樣機技術(shù) （Virtual Pro- totyping， VP）的研究可以看出，虛擬樣機技術(shù)的概念還處于發(fā)展的階段，在不同應(yīng)用領(lǐng)域中存在不同定義。虛擬現(xiàn)實技術(shù)在機械產(chǎn)品研發(fā)過程中的有具體的應(yīng)用，它的目的是為了提高設(shè)計過程的可視化，從而全面改善產(chǎn)品的整體的裝配性能。通過以三維建模、虛擬裝配和運動干涉分析三步驟為主體進行分析，從中找出零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計的強度不足、裝配中位置相互干涉的結(jié)構(gòu)，從而使要設(shè)計的機械結(jié)構(gòu)裝配的具有合理性，從而降低了實物的返工率，可以大大減少新產(chǎn)品的研發(fā)周期、降低產(chǎn)品研發(fā)的成本。本文通過catia的三維建模軟件對齒輪進行了建模為后續(xù)的虛擬裝配和運動分析提供了模型文件，如圖3：

5 結(jié)論

本文參照驅(qū)動輪設(shè)計相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，采用特殊理念設(shè)計了一種四圓弧齒形驅(qū)動輪，經(jīng)過多次實驗得出的方法，使用此方法設(shè)計的驅(qū)動輪運行過程平穩(wěn)，振動小，沒有卡齒現(xiàn)象，完全滿足設(shè)計之初所提的各項設(shè)計要求。

參考文獻

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