農用拖拉機履帶底盤的設計畢業論文(已修改)

　

【正文】 農用拖拉機履帶底盤的設計畢業論文目 錄1 引言 意義 1 履帶式行走底盤設計的國內外發展狀況 2 國外的研究與發展 2 國內的研究與發展 4 42 技術任務書(JR) 5 總體設計依據 5 設計要求 5 產品的用途 5 產品的主要技術指標與主要技術參數 5 主要技術指標 5 考慮到的若干方案的比較 6 設計的關鍵問題及其解決方法 73 設計計算說明書(SS) 7 結構方案分析與確定 7 履帶式與輪式底盤的比較 7 結構方案的確定 8 履帶式行走底盤總體的設計 8 結構組成及其工作原理 8 主要技術參數 9 履帶車輛性能計算 10 10 轉向最大驅動力矩的分析與計算 13 傳動裝置的設計與計算 19 張緊裝置的設計與計算 23 張緊裝置結構及其工作原理 23 彈簧類別的設計與計算 23 液壓系統的設計 25 液壓系統及其動力計算 26 主要液壓元件選型 294 使用說明書(SM) 32 產品適用范圍及特點 33 型號說明 335 試驗研究大綱（SG） 336 總結 40參 考 文 獻 42致 謝 44山西農業大學工程技術學院畢業設計說明書N402—1300型農用拖拉機履帶底盤的設計1 引言、意義履帶式拖拉機的結構特點和性能決定了它在農田機耕作業中具有明顯優勢。首先，履帶式拖拉機的接地比壓相對較低, kW的各型拖拉機的接地比壓為30～50kPa,而同級別的輪式拖拉機接地比壓要大的多。 kW拖拉機為例: 東方紅1302 履帶機接地比壓(裝推土鏟)。東方紅1304 輪式機的接地比壓約為104 kPa, 相當于履帶拖拉機的二倍多。(1)整地作業。無論是糧作區還是棉作區的播前整地和耙地作業,農民普遍選擇使用履帶式拖拉機。原因是履帶式拖拉機的接地壓力小,不會對翻耕過的土壤造成多次反復的碾壓。而輪式拖拉機在整地和耙地作業時輪胎在翻耕過的土壤上反復碾壓造成對土壤的多次壓實,不利于播種后種子生長發育。還有輪式拖拉機犁地作業時,一只后輪始終行走在犁溝中,輪胎對已耕地的反復碾壓形成堅實的犁底層,不利于作物生長,影響產量。因此,據我們在南北疆的農戶調查中,農民在整地、耙地作業時都愿意使用履帶式拖拉機。在當地履帶式拖拉機完成的作業量可達到總作業量的60％～70％。(2)播種作業。北疆的一些地域輪式拖拉機播種作業時后輪碾壓的深溝造成種籽播種深度和覆土不一致,給播種質量帶來極不利的影響,而且給后續的澆水作業也帶來困難。因此,普遍選擇履帶式拖拉機播種。(3)幾乎所有近山區種植糧油作物的農戶毫無例外的選擇履帶式拖拉機。由于近山區的大部分耕地坡度較大,而輪式拖拉機在坡地作業時穩定性差、不安全、作業質量也差。農戶普遍選擇履帶式拖拉機進行犁地、耕地、耙地作業。棉花及其他經濟作物種植區域的農戶耙地作業仍然普遍選擇履帶式拖拉機。主要原因仍然是輪式拖拉機碾壓土壤嚴重。因此，綜合考慮本設計圍繞履帶式行走底盤的相關資料對其進行相應的設計及創新。本設計主要以參考農業機械為主，并且相應的履帶為橡膠履帶結合現有的底盤進行的設計。適用與我國北方旱地，特別是平原地區。在坡度不大的山區也可使用。 履帶式行走底盤設計的國內外發展狀況 國外的研究與發展1986 年W. C. Evans 和D. S. Gove 公布了在硬地面和已耕地上,1種橡膠履帶與1 種四輪驅動拖拉機牽引性能的實驗結果。在相同的底盤結構情況下，橡膠履帶牽引效率與動態牽引比高,在已耕地和硬地面上其最大牽引效率是85%～90%,四輪驅動拖拉機是70%～85%。,橡膠履帶的拉力比輪式多25 %。同時對比了裝橡膠履帶的小型自卸車和類似重量的傳統拖拉機,試驗表明履帶自卸車是輪式拖拉機拉力的2倍并且在軟土上車轍小得多。在支撐良好的情況下,橡膠履帶與鋼履帶性能相似。1990 年J . H. Esch ,L. L. Bashford ,K. Von Bar2gen ,R. E. Ekstrom 在Nebraska 大學1986年與1987年實驗結果基礎上,評價和對比了橡膠履帶拖拉機與四輪驅動拖拉機在4 種地面(未耕、已耙過、已犁過燕麥茬地和玉米茬地)的牽引性能(動力牽引比、牽引系數與打滑率的關系)。對比的橡膠履帶拖拉機質量為13 970 kg,履帶寬635 mm ,10 個前進擋。四輪驅動拖拉機質量與之近似,為13 010 kg ,12 個前進擋。兩者均為動力換擋,實驗時的最高限速均為10. 5 km/ h。1993 年日本學者T. Muro , R. Fukagawa , 在質量為4t的橡膠履帶拖拉機上,為找到最合適的抓地爪形狀,以獲得最大的有效驅動力與破斷力,分析了各種斜坡柏油路面的牽引與破斷性能。結果表明橡膠抓地爪最合適的形狀是高5 cm的等邊梯形。斜角增加,有效的牽引與破斷效果降低。同時在驅動狀態斜角越大,法向(normal)接觸壓強趨向于朝著橡膠履帶后部增加,對破斷力的影響則相反。1993 年M. J . Dwyer ,J . A. Okello ,A. J . Scarlett等介紹了西爾索伊研究所(Silsoe Research Institute)在橡膠履帶上所作的工作,建立預測橡膠履帶性能的兩種數學模型。一種假設履帶是無限剛性,一種假設是無限柔性。用兩種模型預測的性能和從一專用實驗車輛的試驗履帶裝置上得到的田間數據相比,實測數據在兩種模型預測值之間。試驗車數據顯示,接地長是影響牽引性能的最重要的因素,在接地長上的壓力分布也是重要的。但履帶的張緊在一定的范圍與所試驗的田間條件下是不重要的。圖7是橡膠履帶車輛和四輪驅動拖拉機的牽引效率,在不同滑轉率下的計算值與試驗結果對比,結果顯示橡膠履帶最高效率比輪式高10%～20%。1994 年加拿大Alberta 農業機械研究中心(Al2berta FarmMachinery Research Centre) Reed Turner 研究了在四輪驅動Case2IH 9250 拖拉機上裝4 個Gilbert和Riplo“GripTrac”橡膠履帶驅動裝置。1996 年K. Watanabe 、M. Kitano 、K. Takano 、 對橡膠履帶用于高速越野車輛進行了研究。橡膠履帶裝置的滾動阻力比輪胎大得多,文中描述了不同運行條件下,如初始張緊、履帶速度、橡膠履帶的溫度對滾動阻力的影響。1995 年卡特彼勒公司正式向世人揭示了它10年前推出的Challenger 65 橡膠履帶拖拉機,是在其4項結構研究成果基礎上誕生的:(1)橡膠履帶得益于無輪輞輪胎項目的研究。(2)獨特的行走系參考CAT SA 型提高速度的研究與L 系列高置驅動輪、平衡臺車項目的研究。(3)全動力換擋傳動系、現代駕駛室與操縱借鑒于鉸接四輪驅動拖拉機的研制項目。(4)液壓差速轉向機構來源于CAT 推土機的液壓差速轉向機構。卡特彼勒的研究證明橡膠履帶拖拉機在未耕土壤與已耕土壤上的牽引性能都比四輪驅動拖拉機有明顯的提高(見圖13) 。1997 年美國迪爾公司也發表了它對這一問題的研究,對比了橡膠履帶拖拉機與四輪驅動拖拉機在不同地面的牽引性能與對地面的壓強等。數據表明(見圖14) ,兩者的差距比圖13 顯示的要小一些。1998 年J . A. Okello 、M. Watany、D. A. Crolla 建立了預測橡膠履帶在農業軟地面上的牽引性能與支重輪下接地壓力的模型,此模型考慮到各支重輪對土壤連續作用的影響。實驗用土壤剪切與下沉實驗得到的土壤強度參數,成功地模仿了單條橡膠履帶裝置在各支重輪連續作用下彈塑性土壤變形的效果。在一系列土壤條件下,理論計算與實驗結果比較吻合。1999 年日本學者Shigeo Awazu、Yoshiaki Kimura 、Shunichi Shibasaki 、Kunihiko Uchida 發表了對5條履帶轉向車輛的研究。研究對象是用于雪地和泥濘地的車輛,用4 個獨立的橡膠履帶裝置代替四輪驅動的4 個輪胎,接地面積比輪胎增加15 倍。其在類似滑雪場的深雪地與壓實的雪地以及在泥濘地面上,操作自如。和雪地車與工程機械等普通履帶車輛不同,它在硬路面上能象汽車一樣轉向。為了提高附著能力與自潔能力,橡膠履帶的接地齒通常為與行駛方向垂直或傾斜的直線齒。1999年Desrial 和Nobutaka Ito 研究并確定了圓形接地齒橡膠履帶的原理。圓形接地齒與鉸接式轉向并用被證明能減少轉向阻力和提高牽引性能。論文討論了在鉸接式車輛上,考慮附著性能及下陷量,確定帶圓形接地齒的橡膠履帶參數的方法。此外，履帶拖拉機國際上的競爭對手是卡特匹勒公司的橡膠履帶拖拉機系列產品。一拖公司的產品無論是技術水平、還是生產能力與其相比都不具備競爭能力，只有價格有吸引力，但從性能價格比分析，一拖產品還是處于劣勢。因此，公司的新一代大功率橡膠履帶拖拉機將盡快投放市場，借以鞏固傳統市場，發揮競爭優勢。 國內的研究與發展20多年來,國內部分院校、研究院所和企業對橡膠履帶車輛做了一定的研究,如:天津工程機械研究所對橡膠履帶兩棲車輛的研究,中國農業機械化研究院及南京農業機械化研究所對水稻收割機橡膠履帶的研究,吉林大學對差速轉向系統的研究,江蘇大學對橡膠履帶嚙合的研究,青島建筑工程學院對橡膠履帶接地齒接地壓力的試驗研究,中國一拖集團有限公司對橡膠履帶拖拉機的研究和杭州永固橡膠廠對橡膠履帶的研究等。下面主要介紹在橡膠履帶拖拉機方面的研究:中國一拖集團有限公司對橡膠履帶在拖拉機、推土機、自行電站上的應用進行了研究。重點是金屬履帶與橡膠履帶在動力與使用性能的比較。1994 年中國一拖集團有限公司在牽引力等級為3 t 級的履帶拖拉機上,對采用金屬履帶或橡膠履帶進行了比較試驗,試驗在硬黃土地面上進行。與此同時，相關的底盤也有了一定的發展。此后,一拖公司還對采用橡膠履帶的拖拉機、推土機進行了使用試驗。主要是橡膠履帶的耐磨性試驗,橡膠履帶的脫軌試驗,橡膠履帶的壽命試驗,不同結構橡膠履帶的可靠性試驗,橡膠履帶的伸長試驗以及通常性的作業查定。國內市場上的履帶拖拉機及變形產品，目前仍然是一拖的產品為主導。這類產品的銷售由于受國家宏觀經濟政策的影響，處于波動狀態。無論是作為工程機械變型、農田作業牽引或驅動動力，還是作為農業機械行走底盤，其功能并非輪式拖拉機可以完全替代的。但受國家政策和大功率輪式拖拉機發展的影響，長遠看會在市場競爭中處于被動局面。總之，與履帶相對應的底盤作為相關機械的行走機構，其發展方向始終圍繞著安全可靠性、操作舒適性、環保節能等方面發展。在這方面國內外一直在不斷的努力改進中。目前，還沒有較大發展，但是采用電噴發動機、自動變速箱的自動換檔系統，采用多傳感技術實時顯示車輛的運行狀況，同時，汽車領域使用的ａｂｓ技術、自動巡航技術等也將移植到工程機械領域。（1）設計任務a. 履帶底盤結構分析及其確定；b. 產品的用途估計；c．主要技術參數、性能參數的確定；d．履帶車輛相關性能的計算和確定；e. 張緊裝置的設計與計算；f. 液壓系統的設計與計算。（2）關鍵技術首先，本設計采用現在相關工業機械上的一些底盤設計與實物作為參考，綜合考慮底盤結構，使其可以在不同的地域都可較好的支撐機體使其可以正常的工作。本設計對驅動輪、支重輪、導向輪的特殊結構設計，是整個底盤結構較好的適