基于ADAMS平臺下高地隙拖拉機轉(zhuǎn)向梯形的設(shè)計與仿真

王瑞平　張彬

摘要：高地隙拖拉機是一種現(xiàn)代專有農(nóng)業(yè)機械，因其具備底盤離地間隙高、通過性能好的優(yōu)點，而在玉米、高粱等高桿作物的噴藥過程中被廣泛應(yīng)用。文章介紹了阿克曼公式對于高地隙拖拉機轉(zhuǎn)向梯形設(shè)計的重要性，并且根據(jù)阿克曼公式對高地隙拖拉機的轉(zhuǎn)系梯形關(guān)鍵結(jié)構(gòu)進行了設(shè)計。

關(guān)鍵詞：高地隙拖拉機；阿克曼公式；ADAMS平臺；運動仿真；轉(zhuǎn)讓向梯形設(shè)計 文獻標識碼：A

中圖分類號：U463 文章編號：1009-2374（2016）08-0015-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.08.008

高地隙拖拉機是現(xiàn)代專有農(nóng)業(yè)機械中的一種，因其具備底盤離地間隙高、通過性能好的優(yōu)點，在玉米、高粱等高桿作物的噴藥過程中被廣泛應(yīng)用。高地隙拖拉機駕駛艙、噴藥罐以及傳動系統(tǒng)往往布置于車輛上端，下端輪胎兩側(cè)間留出1.8～2m的空間用于通過農(nóng)作物，因而能夠避免車輛在行駛過程中對農(nóng)作物的損毀。

高地隙拖拉機轉(zhuǎn)向系統(tǒng)通常采用液壓助力轉(zhuǎn)向，整個轉(zhuǎn)向系統(tǒng)又分為兩個子系統(tǒng)，分別為液壓系統(tǒng)和機械系統(tǒng)。液壓系統(tǒng)由轉(zhuǎn)向器、液壓泵、液壓油缸、管路接頭等輔件組成，本文暫不做研究；機械系統(tǒng)包含轉(zhuǎn)向臂、梯形機構(gòu)、轉(zhuǎn)向軸、輪胎、中間的連接零部件，如圖2所示。

整個系統(tǒng)的工作原理如下：液壓油缸提供轉(zhuǎn)向力，驅(qū)動轉(zhuǎn)向臂運動，轉(zhuǎn)向臂與梯形機構(gòu)的直拉桿連接在一起，且焊接在一個圓形套筒上。該套筒又通過鍵與轉(zhuǎn)向軸連接在一起，因此當油缸伸出（縮回）時，會迫使左側(cè)轉(zhuǎn)向軸轉(zhuǎn)動，從而帶動左側(cè)輪胎向左（向右）轉(zhuǎn)動。與此同時，左側(cè)的直拉桿會以左側(cè)轉(zhuǎn)向軸為圓心轉(zhuǎn)動，推動橫拉桿右移（左移），右側(cè)輪胎左轉(zhuǎn)（右轉(zhuǎn)），從而完成車輛的轉(zhuǎn)向。

ADAMS是一款機械動力學分析軟件，其能夠完成機械系統(tǒng)性能測試、運動仿真、碰撞檢測等工作。本文將在ADAMS環(huán)境中建立轉(zhuǎn)向機械系統(tǒng)的簡化模型，通過仿真試驗找出內(nèi)轉(zhuǎn)角為45°時梯形機構(gòu)的合理結(jié)構(gòu)形式，從而設(shè)計出較為合理的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)梯形機構(gòu)。圖3為在ADAMS中創(chuàng)建的轉(zhuǎn)向機械系統(tǒng)簡化模型：

為了簡化建模過程，對轉(zhuǎn)向機械系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進行了簡化。圖3為整車框架，分析過程中該部件可以默認為是靜止的，同時也是整個轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的參照物，給出輪胎的示意圖是為了找出輪胎中心處的法線，從而找出轉(zhuǎn)向過程中法線的焦點。

模型創(chuàng)建完成后，根據(jù)實際情況及仿真需要添加相關(guān)約束，并且在轉(zhuǎn)向臂處添加一個轉(zhuǎn)向力。由于本文只研究結(jié)構(gòu)形式，而不考慮結(jié)構(gòu)強度，因此忽略了存在的各類摩擦力等。在加載了一個轉(zhuǎn)向力后，整個系統(tǒng)開始運動。剛開始由于橫拉桿和直拉桿的設(shè)計不夠合理，因此轉(zhuǎn)向過程無法滿足圖1所示要求，如圖4所示，經(jīng)過對橫拉桿、直拉桿多次調(diào)整后，獲得如圖5所示的運動仿真過程，此時可以滿足圖1給出的轉(zhuǎn)向要求。

圖5中轉(zhuǎn)向系統(tǒng)橫拉桿長度為1900mm，直拉桿長度為205mm。由圖4和圖5可知，只有在轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中橫拉桿和直拉桿設(shè)計合理時，才能夠保證整車有良好的轉(zhuǎn)向性能，同時最大程度地降低輪胎的磨損。

參考文獻

[1]劉國偉.小型高地隙拖拉機關(guān)鍵結(jié)構(gòu)設(shè)計與三維建模[D].山東農(nóng)業(yè)大學，2014.

[2]陳集豐.汽車轉(zhuǎn)向梯形機構(gòu)最佳參數(shù)確定[J].西北工業(yè)大學學報，1995，13（4）.

[3]朱孔欣.一種高地隙拖拉機的行走裝置[P].專利號：CN203637454U.

作者簡介：王瑞平（1986-），男，內(nèi)蒙古呼和浩特人，中船重工中南裝備有限責任公司助理工程師，碩士，研究方向：系統(tǒng)方案設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計與仿真；張彬（1987-），男，山東濰坊人，供職于山東勞動職業(yè)技術(shù)學院，初級職稱，研究方向：機械設(shè)計、機械制造。

（責任編輯：黃銀芳）