微型種植園履帶式行走裝置設(shè)計研究

馮義超+劉啟航

摘 要：隨著農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)在現(xiàn)代經(jīng)濟發(fā)展中地位的提升，種植園數(shù)量和類型也在不斷增多，且種植園因為所處地區(qū)和位置的差異，使得其地形地勢也存在較大差別，這就使得其種植工作也因此受到較大的影響，履帶式行走裝置由此產(chǎn)生。本文針對履帶式行走裝置，大多行走復(fù)雜多變路面的特點，在結(jié)合微型種植園實際情況的基礎(chǔ)上，對其結(jié)構(gòu)設(shè)計工作展開簡單研究分析。

關(guān)鍵詞：微型種植園；履帶式行走裝置；設(shè)計

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.04.193

就履帶式車輛來講，其帶有接地比壓小、面積大、爬坡能力強、附著性能好、轉(zhuǎn)彎半徑小、跨溝和越埂能力較強等優(yōu)勢，在地形較為復(fù)雜的種植園區(qū)中，具有良好的應(yīng)用效果。對現(xiàn)代微型種植園來講，某些種植條件相對較為惡劣的地區(qū)，就需要具有足夠強度、剛度、性能和轉(zhuǎn)向功能等，都比較良好的機械設(shè)備，完成相應(yīng)的種植工作。因此，設(shè)計一些符合微型種植園，適合種植園環(huán)境的履帶式行走裝置非常必要。

1 履帶式行走裝置結(jié)構(gòu)

一般情況下，履帶式行走裝置，由驅(qū)動輪、履帶、導(dǎo)向輪、張緊裝置、托帶輪、支重輪等相關(guān)裝置組成。履帶同其繞過的支重輪、導(dǎo)向輪、托帶輪、驅(qū)動輪，共同組成“四輪一帶”裝置。在該裝置中，行走直接同回轉(zhuǎn)支撐裝置相連接，通過履帶和支重輪，將裝置接收的荷載傳遞到地面上，履帶與導(dǎo)向輪和驅(qū)動亂的連接，是封閉環(huán)繞式。為了有效減少履帶上部的撓度，該裝置中的履帶大多都使用托帶輪進行支撐，當履帶因為受到長時間磨損，導(dǎo)致自身長度增加時，操作人員可以借助張緊裝置，對履帶松緊程度進行調(diào)整，使其可以維持在一個最佳工作狀態(tài)中。見下圖1：

2 履帶行走裝置設(shè)計

2.1 選擇履帶

就目前來看，橡膠是最常見的履帶制作材料，它屬于橡膠同金屬、或纖維材料，復(fù)合制作而成的一種環(huán)形的橡膠帶，適合在工程和農(nóng)業(yè)機械、運輸車輛等，具有行走功能的位置使用。同其他材料制作成為履帶相比，橡膠構(gòu)成的履帶，在行走的過程中不會對路面造成較大的損害，結(jié)構(gòu)相對較為簡單，維護頻率較低，且在維護時，也未涉及到較為復(fù)雜的技術(shù)知識，更符合微型種植園實際情況。橡膠履帶屬于整體式無縫設(shè)計，同金屬履帶相比，行走時阻力能夠減少15%，同時具有吸附振幅的作用，可以借助降低機器震動程度的方式，增加機械使用年限。履帶中部最厚、朝兩側(cè)逐漸變薄的設(shè)計方式，可以提升其行走期間，轉(zhuǎn)向的靈活性。

2.2 確定主要參數(shù)

在微型種植園中使用的履帶，其接地長度、帶寬、軌距的匹配度應(yīng)當非常合理，以便保證該裝置轉(zhuǎn)彎、附著性能、接地比壓等，都能夠符合相關(guān)要求[1]。因為履帶行走裝置的自重、工作荷載等，都是借助履帶被傳送至地面，所以，履帶接地比壓，將直接決定裝置本身通過性，而履帶條數(shù)、總接地面積等，則是由地面能夠承受的最大接地比壓、裝置重量來決定，所以，總接地面積，應(yīng)當按照履帶平均接地比壓和數(shù)量來決定。其計算公式為：

2.3 驅(qū)動輪

對履帶行走裝置來講，其行走驅(qū)動輪半徑，同驅(qū)動力矩成正比例關(guān)系。即驅(qū)動輪半徑越大，力矩就越大；反之，則越小。從提升變速箱安全性、可靠性，減少變速箱整體受力來看，行走裝置的驅(qū)動輪半徑，應(yīng)當要盡可能進行縮小處理，但也不應(yīng)過小，以免出現(xiàn)履帶彎曲應(yīng)力增加的情況。因為履帶彎曲直徑減少，其需要承受的應(yīng)力就越大，履帶使用年限也越短。在驅(qū)動輪裝置中，履帶節(jié)數(shù)和驅(qū)動輪齒數(shù)屬于互為質(zhì)數(shù)的關(guān)系，目的在于確保驅(qū)動輪中，各個齒輪流可以同節(jié)銷保持嚙合的狀態(tài)，以此來達到延長履帶使用時間的目的。與此同時，行走裝置中，可以在前端或者是后端安裝驅(qū)動輪，將其作為前驅(qū)動、或后驅(qū)動使用[2]。之所以選擇將驅(qū)動輪安裝在后端，目的在于縮短履帶大幅度受力面積，預(yù)防履帶出現(xiàn)下方起拱、避免履帶在轉(zhuǎn)向時脫落等情況，延長裝置使用壽命。此外，相關(guān)人員需要按照種植園內(nèi)部最嚴重工作情況，校核驅(qū)動輪的齒輪強度，確保其在轉(zhuǎn)彎運動時，發(fā)動機功率可以被全部傳遞給某一側(cè)履帶，維持履帶的行走的安全性與可靠性。驅(qū)動輪節(jié)距計算公式為：

2.4 支重輪

從履帶支重輪壓力傳遞情況出發(fā)，該結(jié)構(gòu)可以被分為少支點、多支點兩個類型。其中，多支點指的是同地面接觸履帶的節(jié)數(shù)，同率帶上支重輪的比值在2以下，支重輪直徑相對較小、數(shù)量較多，兩個支重輪間的距離較短[3]。在微型種植園中，履帶式行走裝置主要在丘陵、或山區(qū)地區(qū)使用，大部分都屬于土質(zhì)路面，所以在設(shè)計履帶裝置時，應(yīng)當選擇較小的平均接地比壓，且各個支重輪上的壓力，也要確保分配的均勻性，最佳方案就是多支點的支重輪結(jié)構(gòu)。

3 總結(jié)

總而言之，履帶式行走裝置，能夠按照具體的地形地勢情況、種植要求等，不斷調(diào)整自己的通過性，從而更好的完成種植園的相關(guān)種植工作，提高其種植效率和生產(chǎn)率，進一步推動農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

參考文獻：

[1]李磊.果園多功能履帶式作業(yè)平臺設(shè)計與研究[D].西北農(nóng)林科技大學(xué)，2016.

[2]朱節(jié)宏.伸縮式輪履可切換小型挖掘機行走裝置的設(shè)計研究[D]. 廣西大學(xué)，2016.

[3]劉大為，謝方平，李旭等.果園采摘平臺行走機構(gòu)的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].農(nóng)機化研究，2013，35（02）：249-252.

作者簡介：馮義超（1985-），河南長垣人，碩士在讀，工學(xué)學(xué)士，研究方向：機械設(shè)計。endprint