可變地隙與輪距拖拉機底盤研究與設(shè)計

張磊

（山東農(nóng)業(yè)大學(xué)，山東 泰安 271000）

1 可變地隙與輪距拖拉機底盤結(jié)構(gòu)設(shè)計原理

（1）底盤整體設(shè)計原理。傳統(tǒng)拖拉機結(jié)構(gòu)設(shè)計，多是將前橋、中間轉(zhuǎn)動部分以及輪邊減速三部分分離開，因而當(dāng)拖拉機前橋部分動力結(jié)構(gòu)發(fā)生變化時，地隙輪距無法跟蹤調(diào)整，只能通過翻轉(zhuǎn)輪獨立調(diào)節(jié)。但該種獨立調(diào)節(jié)方法的逆轉(zhuǎn)強度有限，一旦外部阻力超出了翻轉(zhuǎn)輪力的控制范圍，拖拉機仍舊無法繼續(xù)工作。進行可變地隙與輪距拖拉機底盤改造時，將拖拉機的左右驅(qū)動橋、中間傳動部分、以及輪胎總成部分都組合在一起，使拖拉機各個單結(jié)構(gòu)部分變成一個整體，確保機械的各個部分動力強度實現(xiàn)協(xié)調(diào)統(tǒng)一。具體來說，動力傳輸部分主要是通過牽引附著力，將拖拉機的動力創(chuàng)造系統(tǒng)、動力傳輸系統(tǒng)以及平衡結(jié)構(gòu)的各個環(huán)節(jié)都調(diào)節(jié)到一起，確保中間傳動部分，始終與左右橋的角平分線對齊。

（2）中間傳動結(jié)構(gòu)設(shè)計原理。拖拉機中間傳動結(jié)構(gòu)部分，主要包括發(fā)動機、動力傳輸箱、變速箱三部分。傳統(tǒng)的拖拉機中間傳動結(jié)構(gòu)設(shè)計時，動力傳輸箱在含差速器的作用下，先連接發(fā)動機，并在變動箱的幫助下，將動力傳輸?shù)絼恿鬏斚鋬?nèi)，經(jīng)左右橋進行驅(qū)動傳導(dǎo),如圖1。進行改造后，先將原有的單檔操作轉(zhuǎn)變?yōu)殡A梯變檔操作，然后由動力向后傳輸改為向前傳輸，節(jié)省了動力傳輸過程中往復(fù)循環(huán)功率損耗，拖拉機做功調(diào)節(jié)效果明顯增強。

圖1 中間傳動結(jié)構(gòu)設(shè)計設(shè)計對比圖

（3）左右橋設(shè)計原理。拖拉機對盤左右橋設(shè)計，是沿著驅(qū)動橋搖臂、分力箱、地隙調(diào)整油缸、轉(zhuǎn)向油缸和輪胎運轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)五部分組成。當(dāng)分力箱將強動力傳輸給箱動力，在經(jīng)齒輪傳動分別傳遞至前后驅(qū)動橋搖臂處的過程中，可利用鏈條實現(xiàn)動力傳輸中的前后輪總成動力持續(xù)傳導(dǎo)。同時，驅(qū)動橋搖臂在地隙調(diào)整油缸的推動下，也可以實現(xiàn)拖拉機可變地隙大小的調(diào)整。具體來說，拖拉機底盤在左右橋動力供應(yīng)時，始終保持著驅(qū)動調(diào)整的頻率相同，可以避免動力系統(tǒng)做功損耗的問題。

（4）驅(qū)動橋連桿設(shè)計原理。驅(qū)動橋連桿機構(gòu)設(shè)計時，首先利用支撐連接桿兩端相互連接，建立左右橋平衡支撐體后，再利用支撐滑桿與連桿結(jié)構(gòu)，把驅(qū)動支持中間部分撐起來，此時拖拉機做功系統(tǒng)和外部滑桿支撐座總成部分就可以確保左右橋兩桿始終處于穩(wěn)定支撐的狀態(tài)，而鉸接連桿部分又帶動支撐座在內(nèi)部持續(xù)做功，實現(xiàn)周期旋轉(zhuǎn)。

2 可變地隙與輪距拖拉機底盤設(shè)計方案

2.1 左右邊橋設(shè)計方案

左右邊橋做功主要是依靠主副齒輪的協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)動實現(xiàn)拖拉機的動力傳導(dǎo)。

（1）功率分析。左右邊齒輪設(shè)計時，以左右齒輪的尺寸限制發(fā)動機的做功功率，為左右邊橋的動力供應(yīng)基礎(chǔ)。如某拖拉機發(fā)動機動力供應(yīng)強度為1000W，則左右橋進行輪據(jù)調(diào)節(jié)時，也主要是以1000W為基礎(chǔ)進行動力傳導(dǎo)。若此時左右橋做功強度穩(wěn)定，則邊距調(diào)節(jié)的做功功率將與發(fā)動機初始產(chǎn)生的功率相等；反之，功率值低于1000W。

（2）參數(shù)分析。齒輪載重力強度與齒輪主要參數(shù)之間有關(guān)聯(lián)。如某拖拉機齒輪尺寸參數(shù)主要為：模數(shù)Q、中心距W、小齒輪半徑a、大齒輪半徑A、小齒輪寬b和大齒輪寬B。計算齒輪強度時，要計算齒面接觸強度，接齒根彎曲度值。同時，大齒輪與小齒輪的計算結(jié)果要分開運算，最終得到的計算結(jié)果才是最終結(jié)果值。

值得注意的是，齒輪做功情況分析也要考慮到齒輪持續(xù)做功的疲勞極限問題。假定大齒輪與小齒輪的初始做功強度為1500W，經(jīng)過1年的使用后齒輪均出現(xiàn)了不同程度的磨損，后期繼續(xù)做功時其做功強度無法實現(xiàn)有用功完全轉(zhuǎn)換的效果。因此進行齒輪做功情況分析時，需適當(dāng)?shù)乜鄢簖X輪、小齒輪使用中的損耗功率。

2.2 齒輪設(shè)計方案

齒輪校核齒根彎曲度，齒輪初定參數(shù)部分也是齒輪做功情況分析的條件之一。齒輪校核齒根彎曲度，是指齒輪實際分析時，為確保齒輪之間的距離均保持良性運轉(zhuǎn)的狀態(tài)，需在齒輪使用前，對齒輪體系進行集中性檢驗，解決其中不標(biāo)準(zhǔn)的問題，繼而實現(xiàn)齒輪標(biāo)準(zhǔn)、一致的做功效果。而齒輪初定參數(shù)是指進行拖拉機齒輪動力開發(fā)、動力供應(yīng)期間，隨時按照統(tǒng)一的參數(shù)動力處理標(biāo)準(zhǔn)進行動力調(diào)節(jié)。如某次拖拉機的動力功率3000W，初步分析機械動力供應(yīng)情況時，需先確定齒輪供應(yīng)的初始做功強度，然后再按照這一標(biāo)準(zhǔn)調(diào)整大齒輪和小齒輪的周期旋轉(zhuǎn)次數(shù)、旋轉(zhuǎn)每周的做功功率比等條件。本次拖拉機的做功分析結(jié)果為：機械動力結(jié)構(gòu)做功功率原始功率的2/3，即2000W，然后按照大齒輪與小齒輪的功率相差1.5倍的標(biāo)準(zhǔn)，分別將齒輪的做功強度調(diào)整到齒輪做功的最佳狀態(tài)即可。

2.3 動力輸出箱設(shè)計方案

（1）鏈傳動部分。鏈傳動部分是在額定傳輸功率的輔助做功狀態(tài)下將額定轉(zhuǎn)速從最低檔調(diào)制最佳做功狀態(tài)的動力供應(yīng)過程。一般而言，可變地隙與輪距拖拉機底盤的鏈傳動結(jié)構(gòu)共分為1～4檔，且每一檔的變速傳導(dǎo)數(shù)值按0.89r/min計算。當(dāng)拖拉機的機械動力傳輸環(huán)節(jié)進行一次動力傳輸，鏈傳導(dǎo)動力結(jié)構(gòu)就增加一次傳導(dǎo)的強度，直到額定電壓狀態(tài)下，額定功率的做功強度達到最佳位置。假定某可變地隙與輪距拖拉機底盤的初始額定功率為300W，按照0.89r/min計算，持續(xù)做功100min后，拖拉機的做功強度就增加了89W，其機械設(shè)備的做工功率也提高了一個等級。隨著機械做功持續(xù)增加，可變地隙與輪距拖拉機底盤的做功強度還會繼續(xù)增加。

（2）鏈條節(jié)距、鏈條長度。進行可變地隙與輪距拖拉機底盤改造后，現(xiàn)有的鏈條設(shè)計體系的功率傳導(dǎo)模式大多是按照并排鏈條傳輸?shù)捻樞蜻M行排列，雙向動力傳輸結(jié)構(gòu)的做功強度比單項鏈條傳輸?shù)膹姸纫螅益湕l傳輸時做功的穩(wěn)定性也較高。為確?？勺兊叵杜c輪距拖拉機底盤設(shè)計后可實現(xiàn)鏈條穩(wěn)定、均衡性做功，也需對鏈條的節(jié)距、長度進行分析。若鏈條的長度為均等長度，則鏈條做功的強度是有用功=無用功均。若鏈條的內(nèi)部鐵鏈條長度＞外部鏈條長度，說明此時有用功＞無用功。一般而言，可變地隙與輪距拖拉機底盤的鏈條長度在0.5～0.9cm之間，為最佳狀態(tài)。

2.4 變速箱設(shè)計方案

一方面，利用左右橋兩側(cè)平衡的齒輪動力傳導(dǎo)方法將分動器傳輸時的動力傳導(dǎo)到可變地隙與輪距的調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)上，確保拖拉機在不平穩(wěn)的外部狀態(tài)下平穩(wěn)做功。另一方面，主輪變速箱左側(cè)和右側(cè)分別安裝有軸承穿插孔，當(dāng)機械做功時機械結(jié)構(gòu)直接通過軸承穿插孔，將可變地隙與輪距的做功強度轉(zhuǎn)換為具體的軸承做功轉(zhuǎn)換模式，然后再通過軸承調(diào)控強度，適當(dāng)?shù)恼{(diào)整搖臂殼的齒輪參數(shù)結(jié)構(gòu)，直到變速箱的變速強度，與可變地隙與輪距的外部需求達到一致就可以停止。如原有動力供應(yīng)強度為A，經(jīng)過變速箱調(diào)節(jié)后，系統(tǒng)再次進行要搖臂調(diào)節(jié)時，將按照每次搖臂增加1的標(biāo)準(zhǔn)，繼續(xù)進行搖臂做功。

3 結(jié)語

綜上所述，可變地隙與輪距拖拉機底盤研究與設(shè)計分析是現(xiàn)代機械結(jié)構(gòu)實踐中優(yōu)化的技術(shù)理論歸納，不僅明確了機械結(jié)構(gòu)改造的理論方法，也大大提高了機械做功的速率。在此基礎(chǔ)上，通過底盤整體設(shè)計原理、中間傳動結(jié)構(gòu)設(shè)計原理、左右橋設(shè)計原理、驅(qū)動橋連桿設(shè)計原理，著重對左右邊橋設(shè)計方案、齒輪設(shè)計方案、動力輸出箱設(shè)計方案、以及變速箱設(shè)計方案進行探究，可為社會機械結(jié)構(gòu)創(chuàng)新帶來研究思路。