水稻收割機橡膠履帶行走系快速設計及仿真分析-開題報告

1、中國農(nóng)業(yè)大學碩士研究生論文開題報告 所在院系 工學院 專 業(yè) 車輛工程 學生姓名 入學時間 2010.09 導師姓名 課題名稱 水稻收割機橡膠履帶行走系快速設計及仿真分析中國農(nóng)業(yè)大學研究生院制填表時間2011 年05月04日一、立論依據(jù)（以下各項均可加頁）（包括課題的研究意義，國內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析，附主要的參考文獻）1、研究意義履帶行走系是一種傳統(tǒng)的行走裝置，是人類繼發(fā)明車輪之后又跨出的一大步,擴展了車輛由“線”到“面”的活動范圍。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中,履帶行走裝置不僅用于拖拉機、農(nóng)田基本建設車輛,還用于農(nóng)業(yè)機械上3。中國是一個農(nóng)業(yè)大國,拖拉機對農(nóng)田作業(yè)發(fā)揮的作用是極其巨大的。特別是在農(nóng)業(yè)機械收獲領域，

2、履帶式拖拉機發(fā)揮著重要作用4。實際農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中廣泛應用的行走裝置主要是輪子和履帶。而履帶拖拉機由于其牽引力大,接地比壓低,附著性能好等優(yōu)點占據(jù)著農(nóng)業(yè)機械中重要的位置1。履帶拖拉機行走系對其各方面性能的發(fā)揮起著至關重要的作用。既加強了離開道路的越野能力, 同時也增大了負重能力。履帶式車輛行走系統(tǒng)與輪式車輛具有明顯的不同。履帶車輛不像輪式車輛那樣用前后輪支承，而是靠兩條履帶與地面接觸2。履帶車輛的左、右兩側(cè)各有一個驅(qū)動輪來驅(qū)動該側(cè)履帶實現(xiàn)行駛。履帶式行走系與輪胎式行走系相比較有如下特點: 1.支承面積大、接地比壓小。2.履帶板支承面上有履齒，不易打滑，牽引附著性能好。3.結(jié)構(gòu)復雜、重量大，運動慣性大

3、，減震功能弱，使部件易受損壞5。因此履帶車輛行駛速度不能太高，機動性差。履帶式行走裝置現(xiàn)在被廣泛應用在水稻聯(lián)合收割機上。這樣，履帶式水稻聯(lián)合收割機既可以在旱田中收割也可以在水田中收割，同時滿足了南方和北方的需要，可以被廣泛采用。履帶式行走機構(gòu)由履帶、驅(qū)動輪和臺車組成。臺車由臺車架、支重輪、托帶輪、引導輪（張緊輪）和履帶張緊一緩沖裝置組成。履帶式行走系的功用是支承車體, 并將由傳動系輸入的旋轉(zhuǎn)運動和轉(zhuǎn)矩變成車輛在地面上移動時的牽引力。履帶式行走機構(gòu)是整機的支承件，用來支承整機的重量，承受機構(gòu)在作業(yè)過程中產(chǎn)生作用力，并完成整機行進、后退、轉(zhuǎn)向和作業(yè)移動。實踐證明，橡膠履帶式行走裝置是水稻濕田收獲機

4、械的最佳行走機構(gòu)。橡膠履帶行走系統(tǒng)是現(xiàn)代高新工業(yè)技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物。橡膠履帶行走系統(tǒng)的發(fā)展拓寬了履帶車輛的應用范圍，克服了金屬履帶行走系統(tǒng)固有缺點，使履帶車輛可以上路行駛，無需專用運載車輛。橡膠履帶式行走裝置比金屬履帶式，輪胎式行走裝置相比，在對路面破壞性，噪聲，接地壓力和行走速度等方面有很大的優(yōu)越性。實驗表明，橡膠履帶具有重量輕，行走阻力小，行駛平順，拆裝簡便等性能優(yōu)點，能較好的滿足泥腳15cm左右水田的收獲作業(yè)要求。目前已定型的水稻聯(lián)合收割機大部分采用了橡膠履帶行走裝置。橡膠履帶用橡膠的彈性變形代替了銷軸、銷套間的轉(zhuǎn)動摩擦，故內(nèi)行走阻力減少，因此總行走阻力也相應減少6。南方水稻產(chǎn)區(qū)土壤含水率高

5、，田里有較多積水，承壓能力低，因此履帶式聯(lián)合收割機的行走裝置工作條件非常惡劣，負荷重，沖擊大，其支重輪、導向輪、驅(qū)動輪等長期帶有泥水，容易損壞，稻草很容易壓入各輪與履帶的間隙中，造成履帶的滑脫。因此，有必要對履帶行走系進行仿真分析，得到其優(yōu)化方案，從而為其設計和改進提供依據(jù)?？傊?，對于土壤潮濕又粘重的地區(qū)，以及南方地區(qū)多起伏的丘陵地帶，履帶式拖拉機都具有較好的行駛穩(wěn)定性和復雜地形適應性。履帶行走系作為履帶車輛底盤的重要總成之一，其優(yōu)劣直接影響到履帶車輛的行駛平順性、穩(wěn)定性和附著性能78。履帶式行走機構(gòu)也是水稻聯(lián)合收割機設計的難題之一，因此有必要對履帶行走系進行設計和仿真分析，以實現(xiàn)優(yōu)化結(jié)構(gòu)和提

6、高性能的目的。2、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析履帶式行走系主要應用于軍用車輛，工程車輛和農(nóng)業(yè)車輛等領域。在農(nóng)業(yè)方面的應用主要集中在水稻收獲機上。因此，就履帶式行走系的研究現(xiàn)狀，對國內(nèi)外文獻進行了分析。1.國外研究現(xiàn)狀當今世界實現(xiàn)了水稻收獲機械化的國家有美國、澳大利亞、日本、韓國、東南亞局部地區(qū)已全面實現(xiàn)了機械化，其中日本的水稻收獲機械在世界上一直處于領先水平，生產(chǎn)機型有久保田、洋馬以及三菱公司生產(chǎn)的半喂入水稻聯(lián)合收割機等，這些機型幾乎都采用履帶式行走系9。由于金屬履帶工藝復雜、磨損嚴重、振動大、轉(zhuǎn)移時破壞路面等原因，現(xiàn)水稻聯(lián)合收割機已全部采用整體式橡膠履帶。橡膠履帶部分克服了普通金屬履帶拖拉機行駛速度低

7、、噪聲大、金屬耗量大、對地面破壞嚴重等缺點，這種履帶最早用于脫水后的水田、沼澤地、雪地和灘涂地，現(xiàn)在已經(jīng)開始用于常規(guī)拖拉機。國外對橡膠履帶拖拉機的開發(fā)研制起步較早，二十世紀四十年代以來，意大利、美國和前蘇聯(lián)等國家相繼進行了橡膠履帶的研制，歐美的研究始于20世紀50年代中期10。20世紀60年代日本一家農(nóng)業(yè)機械制造商ISEKI公司提出設想并委托橡膠生產(chǎn)商普利司通公司開發(fā)了第1條替代金屬履帶的橡膠履帶, 最初是為了解決農(nóng)用聯(lián)合收割機金屬履帶易被稻草、麥桿和泥土堵塞,橡膠輪胎易在水田中打滑以及金屬履帶會對瀝青和混凝土路面造成破壞的情況而設計的。并將其成功應用于水稻收割機械上。經(jīng)過幾十年的發(fā)展,日本已

8、經(jīng)成為橡膠履帶的主要生產(chǎn)國家之一11。目前世界上使用橡膠履帶最多的國家和地區(qū)依次為日本、歐洲和北美。美國是北美的主要水稻生產(chǎn)國，主要分布在美國東南部的阿肯色、路易斯安娜、密西西比、得克薩斯和西部的加得福尼亞等州，水稻收獲都使用大型輪式聯(lián)合收割機，也有半履帶式和履帶式聯(lián)合收割機12。國外對履帶式水稻收獲機械行走系的研究主要集中于理論層面，如對于履帶式行走系在水田中行駛阻力的研究，對土壤的剪切力的計算，以及對整車性能的分析，如行駛平順性，轉(zhuǎn)彎的穩(wěn)定性等。對于行走系本身及相關部件的設計和分析相對較少13。2.國內(nèi)研究現(xiàn)狀我國從1954年開始實驗研究水田行走機構(gòu)，到目前為止已研究出多種類型的行走機構(gòu)。

9、最早的履帶是金屬履帶，這種履帶在我國的應用范圍較廣，其主要缺點是使用很短時間鉸鏈就會產(chǎn)生過度磨損14。為了克服這一缺點，人們研制了橡膠金屬履帶，它通過橡膠將一塊塊金屬履帶板連接成一條履帶，在沙漠和沼澤中壽命較長，但重量較大，結(jié)構(gòu)較復雜15。橡膠履帶是1969年開發(fā)的，用橡膠制造的一種環(huán)形軌道帶。該帶開始主要用于農(nóng)業(yè)機械，爾后因其具有免費修理、耐久性、振動和噪音小等優(yōu)點而擴大應用，逐步用于搬運車輛、除雪機、鏟土機、不平整地面搬運車輛和推土機等多方面。目前，我國在橡膠履帶應用方面發(fā)展緩慢，工程機械仍多采用金屬履帶16。我國生產(chǎn)的履帶拖拉機絕大部分是金屬履帶結(jié)構(gòu)。國內(nèi)采用橡膠履帶的機械大多都是進口的

10、。我國于1975年研制出20馬力級橡膠履帶，配在上海-120聯(lián)合收割機上，此外，遼寧撫順曾研制出12馬力級橡膠履帶，配在遼4LB90聯(lián)合收割機上。一拖在1994年4月試制出第一臺東方紅802R橡膠履帶拖拉機。在隨后30多年的時間里，該公司著重在東方紅802及東方紅1002拖拉機上進行了橡膠履帶性能和壽命試驗，獲得了大量的試驗資料。2000 年中國一拖集團有限公司研制了 95.6kW 的東方紅-1302R 型橡膠履帶車輛，由于采用了橡膠履帶行走系統(tǒng)噪聲低、振動小、乘坐舒適。我國橡膠履帶的使17用還局限在很小的領域，僅僅在收獲機上得到使用，拖拉機上的使用還不廣泛。橡膠履帶幾經(jīng)改進，性能日趨完善18

11、。由于履帶車輛自身以及使用環(huán)境的復雜性，傳統(tǒng)的研究模式導致研制費用高、周期長。地面力學以及多體動力學的發(fā)展和完善，為履帶車輛的建模仿真提供了理論與技術(shù)支持19。但軟土地與履帶之間相互作用復雜，建模困難。以往研究履帶車輛都假設在剛性路面上行走，也主要集中在軍用機械和工程機械領域，如吉林大學的王水林對挖掘機履帶行走裝置在硬地面上進行了動力學分析，對滑轉(zhuǎn)滑移條件下履帶車輛在堅實路面上的轉(zhuǎn)向過程進行了仿真和分析20。吉林大學李海偉等針對礦用挖掘機履帶行走裝置動力學展開研究，建立了礦用挖掘機履帶行走裝置的虛擬樣機模型，在ADAMS/View 虛擬環(huán)境下對平道和坡道運行情況下的履帶行走裝置進行了仿真分析，

12、基于 ANSYS 對驅(qū)動輪進行有限元強度分析，建立了具有不同齒數(shù)的驅(qū)動輪模型，分別進行了仿真試驗優(yōu)化，得到了滿足靜、動態(tài)特性要求的最佳齒數(shù)驅(qū)動輪參數(shù)21；太原理工大學梁健等對連續(xù)采煤機履帶行走裝置展開研究，建立了連續(xù)采煤機履帶行走裝置的虛擬樣機模型，在 ADAMS/View 虛擬環(huán)境下對前進、后退、爬坡、轉(zhuǎn)向等各種運行情況下的履帶行走裝置進行動力學仿真分析，最后基于 UG 軟件的 NX Nastran 模塊對驅(qū)動輪進行有限元強度及疲勞可靠性分析22。而對于履帶車輛與軟土接觸情況的研究則較少，相關文獻利用計算機仿真技術(shù)，就履帶預張緊力對車輛軟土通過性能的影響規(guī)律進行研究，以及分析履帶預張緊力對高

13、速履帶車輛的平順性的影響，但都沒有涉及不同土壤特性條件下履帶板和支重輪的受力分析。20多年來，國內(nèi)部分院校、研究院所和企業(yè)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(nóng)業(yè)機械化研究院及南京農(nóng)業(yè)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(zhuǎn)向系統(tǒng)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23。趙文生對履帶式拖拉機行走機構(gòu)的設計原則和運動受力進行分析，總結(jié)履帶行走機構(gòu)在行走時的影響因素24；湖南省農(nóng)業(yè)機械鑒定站的成詩瑜對水稻聯(lián)合

14、收割機履帶行走裝置中的履帶在水平面內(nèi)的接地長度、寬度和軌距以及履帶與割臺的配置關系等設計參數(shù)進行初步分析，為履帶行走裝置的設計提供依據(jù)25；廣西大學機械工程學院的蔡龍等利用PRO E 分別建立水稻收割機履帶轉(zhuǎn)向行走機構(gòu)各部分模型并裝配，導入 ADAMS中建立的水稻收割機履帶轉(zhuǎn)向行走機構(gòu)模型，為水稻收割機物理樣機試驗及其轉(zhuǎn)向行走機構(gòu)中各部件受力情況及性能的研究分析提供參考26；安陽工學院的朱艷芳等針對某型履帶車輛，運用機械系統(tǒng)動力學自動分析軟件(ADAMS)建立其行走系統(tǒng)的虛擬樣機模型，解決車輛在高速行駛過程中的“脫輪”問題，為履帶車輛的設計提供參考依據(jù)27。還有一些關于履帶張緊緩沖裝置的特性分

15、析，履帶支重輪的動力學及疲勞壽命分析，履帶銷疲勞壽命估算，履帶脫輪問題的動力學仿真分析等相關研究均相對較多。目前的研究熱點包括履帶式車輛行走系的動力學建模和仿真、履帶式車輛操縱機構(gòu)的優(yōu)化設計、轉(zhuǎn)向機構(gòu)的分析與設計、先進液壓傳動系統(tǒng)在履帶式車輛上的應用、新型多功率流履帶式車輛開發(fā)等方面28。目前，用于履帶車輛動力學仿真的軟件主要有ADAMS和Recur-Dyn兩種。ADAMS專門有分析履帶車輛的模塊ATV，新一代多體動力學分析軟件Recur-Dyn則提供了高速和低速履帶車輛的建模工具。近年來對履帶拖拉機的磨損問題研究較少，導致履帶拖拉機行走機構(gòu)中支重輪的磨損現(xiàn)象日益突出29。而履帶拖拉機目前的一

16、個主要缺點是其行走機構(gòu)如支重輪、導向輪、驅(qū)動輪及履帶板(俗稱“三輪一板”)磨損較快。隨著履帶車輛速度的提高，橡膠履帶的脫輪問題也成為人們考慮的重點。目前關于脫輪問題的研究主要集中在設計防脫輪裝置，而對于行走系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)和脫輪問題的動力學分析還有待研究。履帶式行走機構(gòu)在機械行業(yè)已經(jīng)得到了廣泛的應用，影響其行走的因素不僅和機械的結(jié)構(gòu)、參數(shù)有關，而且還和地面土壤的性質(zhì)有著密切的關系30。進行設計和分析時要綜合地分析和研究，認真分析各項技術(shù)參數(shù)，才能保證履帶行走機構(gòu)使用狀態(tài)良好，完全滿足使用要求3132。3.國內(nèi)外研究現(xiàn)狀總結(jié)總之，目前國內(nèi)外對履帶車輛的研究主要集中在軍用車輛和工程機械方面，特別是重型

17、機械如坦克，起重機，挖掘機等。研究多以整機為研究對象，分析也主要側(cè)重整機的平順性，行駛穩(wěn)定性以及與路面相互作用機理等，大多局限在理論水平，而對于履帶行走系本身的設計及相關研究則相對較少33。在農(nóng)用機械方面，對履帶式行走系的研究主要是集中在各個關鍵部件的性能仿真分析，對于行走系總成的設計及相關分析也相對較少34。因此，對履帶式行走系進行設計及相關分析是必要的。主要參考文獻：1A.C.安東諾夫.履帶行駛裝置原理M.國防工業(yè)出版社，19572陳秉聰.土壤-車輛系統(tǒng)力學M.中國農(nóng)業(yè)機械出版社，19813歐陽東，吳耘，張文鳳.半喂入聯(lián)合收獲機橡膠履帶行走裝置的探討J.農(nóng)業(yè)機械學報，1983.094李春英

18、,趙瑞萍.兩種履帶行走機構(gòu)的討論J.煤礦機電，2008.045鞏青松，董阿忠，陳靖芯，秦永法等.履帶式車輛關鍵機構(gòu)分析與設計J.農(nóng)業(yè)裝備與車輛工程,2008.046周漢林,黃雄輝,鄒詩洋,劉維孟.履帶式聯(lián)合收割機行走裝置的研究J.研究學苑7趙瑜,閆宏偉.履帶式行走機構(gòu)設計分析和研究J.數(shù)字技術(shù)與機械加工工藝裝備,2010.58武真.農(nóng)機和工程車輛用橡膠履帶J.9成詩瑜.水稻聯(lián)合收割機履帶行走裝置設計參數(shù)分析J.湖南農(nóng)機，2003，310K.Bandoetal.The Development of the Rubber Track for Small Size Bulldozers. SAE,P

19、aper No. 911854:339-34711李 明，湯楚宙水稻聯(lián)合收割機履帶支重輪的問題分析與改進意見J.湖南農(nóng)機，2002.512張玉峰，梁兆新，朱湘璇，葉才學等水稻聯(lián)合收割機新型履帶行走底盤的原理及設計JEquipment Manufactring Technology No.10，201013Mechanical Dynamics Sweden AB. ADAMS Tracked Vehicle Tool kversion 3.3 documentation and Training Guide S. April 20th, 200114Anh Tuan Le.Modeling a

20、nd Control ofTracked vehiclesD. De-partment ofMechanical andMechatronic Engineering, The Univer-sity ofSydney, 1999 15耿改龍，王巧靈.水稻聯(lián)合收割機行走系的設計J.山東農(nóng)機，2000，416朱惠蓮.松軟地面行走機構(gòu)的研究現(xiàn)狀和展望J.科技信息：138-13917朱士岑，趙剡水.國內(nèi)外對橡膠履帶拖拉機的研究J.199718王渥民.橡膠履帶的開發(fā)與應用J，22期23卷：34-3519孫運強.橡膠履帶底盤結(jié)構(gòu)設計與實驗仿真研究D.2010.0320劉莉.重型履帶車輛行走裝置設計理論與

21、方法研究D.2005.1021江少杰,陳偉敘,李尚平.ADAMS宏命令在小型甘蔗收割機履帶式底盤機構(gòu)虛擬樣機建模仿真過程中應用的探討J.裝備制造技術(shù)，2006，3:47-4922趙鋒.東方紅802K履帶拖拉機張緊緩沖裝置的失效分析及解決措施J.中國一拖集團有限公司技術(shù)中心，2001.4:34-3623于立彪,鄭慕僑,張英.負重輪多體接觸問題有限元分析J.北京理工大學學報,2002.10:572-57624陳淑艷，陳文家.基于 ADAMS的履帶車輛二次開發(fā)建模研究J.機械設計與制造,2008.10:192-19325朱艷芳，翟雁，郭曉波.基于ADAMS的履帶車輛行走系統(tǒng)性能的仿真J.傳動技術(shù),2

22、008.06:29-3126戴瑜,劉少軍.履帶車多剛體建模與仿真分析J.計算機仿真,2009.03:281-28527HAN Bao-kun, LI Xiao-lei,WANG Chang-tian.Track Model and Analysis of High-speed Tracked VehiclesJ.系統(tǒng)仿真學報,2003.12:1774-177628Simon Doyl. The Potential of Web-based mapping and virtual realitytechnologies for modeling urban environments J. Com

23、puter,Environment and Urban System, 1998, 22(2): 137-1529王月梅,周義清,常列珍.履帶車輛的一種動力學建模J.華北工學院學報，2005.3:164-16630韓寶坤，李曉雷，孫逢春.履帶車輛動力學仿真技術(shù)的發(fā)展與展望J.兵工學報,2003.02:246-24931Murphy N R, Ahlvin R B. AMC-74 Vehicle Dynamics Module,Technical Report M-76-1. Army Engineer Waterways ExperimentStation,1976.1-5232毛依星，履帶車

24、輛軟地轉(zhuǎn)向性能理論分析J.江蘇工學院學報，1991.12:27-3333宋晗，李曉雷履帶動態(tài)張緊力的動力學仿真J.計算機仿真，2005.09：18-2134J H Cho,i D C Park. Dynamic track tension of high mobilitytracked vehiclesD. 2001 ASME Design Engineering TechnicalConferences and Information in Engineering Conference vo.l 6:18th BiennialConference onMechanicalVibration

25、andNoise pt.A, 2001, 2001: 61-67二、研究方案（以下各項均可加頁）（包括研究目標、研究內(nèi)容、擬采取的研究方法、技術(shù)路線、實驗方案及可行性分析和預期的研究進展）研究目標實現(xiàn)有關水稻收割機橡膠履帶行走系快速設計相關知識的收集、整理及快速設計知識庫的建立。實現(xiàn)水稻收割機橡膠履帶行走系的快速設計。建立水稻收割機橡膠履帶行走系快速設計資料庫、參數(shù)庫、規(guī)則庫和實例庫。建立履帶行走系及各關鍵部件的三維模型及三維模型庫，便于對模型進行存儲和調(diào)用。對履帶行走系總成模型實現(xiàn)運動學和動力學的仿真分析。研究內(nèi)容研究水稻收割機橡膠履帶行走系快速設計知識的搜集、整理和表達方法，建立橡膠履帶行

26、走系快速設計資料庫、參數(shù)庫、規(guī)則庫和實例庫，在此基礎上構(gòu)建履帶式行走系數(shù)字化快速設計知識庫。研究集成知識工程與CAD參數(shù)化模型的底盤行走系零部件建模方法，建立橡膠履帶行走系零部件參數(shù)化設計模型庫。對橡膠履帶行走系總成進行運動學和動力學的仿真分析。擬采用的研究方法1. 以橡膠履帶式行走系為研究對象，查閱國內(nèi)外文獻資料和國家有關設計標準和技術(shù)規(guī)范等現(xiàn)有知識，收集總結(jié)履帶式行走系的現(xiàn)有設計準則并進行分析、比較、整理、分類，形成履帶式行走系的設計準則。2. 運用人工智能技術(shù)，基于面向?qū)ο蠹夹g(shù)的框架表示和產(chǎn)生式表示的混合知識表達模式，研究設計知識的表達方法，建立履帶式行走系設計資料庫、參數(shù)庫、規(guī)則庫和實

27、例庫，開發(fā)知識管理系統(tǒng)，在此基礎上，構(gòu)建履帶行走系數(shù)字化快速設計知識庫。3. 分析主流CAD軟件的建模方式、分析特點及數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，應用其參數(shù)化建模技術(shù)，依據(jù)履帶式行走系的功能要求、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和設計步驟，結(jié)合推理機制，研究基于知識工程的履帶式行走系及各零部件參數(shù)化建模方法。4. 分析主流CAD/CAE軟件的特點和并行協(xié)同設計的實現(xiàn)方法。提出履帶式行走系數(shù)字化并行協(xié)同設計規(guī)范方法。5.運用動力學分析軟件adams對橡膠履帶行走系總成進行運動學和動力學的仿真分析。4、技術(shù)路線本課題將采用以下技術(shù)路線來開展研究工作，見下圖：5、實驗方案（一）履帶式行走系的設計1. 組成：驅(qū)動輪，履帶，支重輪，張緊裝置和導

28、向輪，托輪，以及懸架等。2. 設計內(nèi)容： 1）驅(qū)動輪設計 2）履帶設計 3）支重輪設計 4）張緊裝置設計5）導向輪（張緊輪）設計 6）托輪設計 7）密封裝置設計3. 履帶式行走系各部件設計方案1）典型結(jié)構(gòu)配置 分為兩種：近似對稱型非對稱型橡膠履帶式行走系常用設計形式驅(qū)動輪設計分為兩種驅(qū)動形式：前驅(qū)動，后驅(qū)動齒數(shù)的確定：多采用奇數(shù)齒齒形，齒距（一般為履帶節(jié)距的一半）的確定 3）履帶設計 a)按材料分為兩種：橡膠履帶（橡膠履帶為不可拆開的環(huán)形整體），金屬履帶 二者比較情況見下表：b)橡膠履帶按結(jié)構(gòu)形式分為三種：輪齒式，輪孔式，無芯金式c)橡膠履帶按驅(qū)動方式分為鏈輪型，橡膠凸起驅(qū)動型，摩擦驅(qū)動型 d

29、)按結(jié)構(gòu)形式分為：整體式，組合式 e)履帶接地長度的確定（要求在結(jié)構(gòu)布置允許、滿足使用性能的條件下，盡量縮短履帶長度以降低造價） f)履帶節(jié)距，節(jié)數(shù)的確定 g)履帶厚度的確定 h)履帶花紋的選擇 4）支重輪設計 a)布置，數(shù)量（通常為35個），軸距，結(jié)構(gòu)及直徑的設計 b)與行走裝置的連接形式（一般為螺栓） c)避免與履帶節(jié)距成整數(shù)倍，提高通過性及減小振動 5）張緊裝置設計 分為兩種張緊方式：a)固定張緊：通過改變絲杠和絲母來改變導向輪的位置，結(jié)構(gòu)簡單，為剛性連接（應用較多）b)彈簧張緊：通過彈簧的伸縮來調(diào)節(jié)張緊度6）導向輪（張緊輪）設計 導向輪直徑的設計 7）托輪設計 一般為12個：軸距2米以

30、下的一般用1個，2米以上的一般為2個，小型作業(yè)機械若下垂度很小時可不用 8）密封裝置設計（二）履帶式行走系的多工況仿真分析從模型庫中調(diào)用橡膠履帶行走系總成進行多工況的仿真分析。多工況包括：靜止狀態(tài)，勻速運動，加速運動，減速運動，轉(zhuǎn)彎等工況，進行運動學和動力學的仿真分析。對履帶式行走系總成進行結(jié)構(gòu)簡化，建立力學分析模型，對其進行多工況下的力學分析，計算出在各工況下的履帶的張緊力；進行運動學分析（履帶的驅(qū)動效率，行動阻力，附著性能等）和動力學仿真分析（系統(tǒng)的速度，加速度，質(zhì)心位置的變化及功率譜密度等），并實現(xiàn)行走系總成的動態(tài)運動仿真。6、可行性分析目前，許多水稻收割機廠家偏重于對工作裝置的研究而忽

31、視了對行走系的認真分析，從而導致產(chǎn)品出現(xiàn)水田通過性能差、轉(zhuǎn)向性能不好、傳動系負荷過重等問題。水稻收割機的研制首先要解決的就是水田通過性能的問題。水稻收割機行走系的設計涉及的因素很多，行走系設計的好壞,不僅直接影響收割機的水田通過性、轉(zhuǎn)向性能、傳動載荷，而且也影響整機的作業(yè)性能、收割效率和工作可靠性等。因此，決不能對行走系的設計掉以輕心。我國在行走機構(gòu)方面的研究側(cè)重于理論方面，而實際使用方面的研究比較少，大都處于研究階段，推廣還需一定的時間。橡膠履帶是目前履帶拖拉機(不僅僅是農(nóng)業(yè)，包括工業(yè))發(fā)展的方向，對該行走系做進一步的分析、研究，改進技術(shù)，優(yōu)化結(jié)構(gòu)，縮小與國外產(chǎn)品的差距，同時向多系列、多用途

32、方面擴展，履帶拖拉機才會有一個更好的明天。履帶式行走系的工作環(huán)境一般比較惡劣，如主要承載部件支重輪常受交變載荷，產(chǎn)生擠壓變形及疲勞裂紋，張緊緩沖裝置常受沖擊力，容易發(fā)生結(jié)構(gòu)失效和疲勞破壞，還有履帶銷，驅(qū)動輪等均會發(fā)生疲勞破壞等相關問題。因此，對履帶行走系的相關部件進行分析，對于部件的結(jié)構(gòu)設計、結(jié)構(gòu)優(yōu)化、材料選擇以及疲勞壽命預估都具有十分重要的指導作用。雖然履帶車已有200多年歷史，但由于其自身及其使用環(huán)境的復雜性使得研究一直停留在經(jīng)驗公式和大量試驗基礎之上，這種傳統(tǒng)的研制模式費用高、周期長?，F(xiàn)代多體動力學的發(fā)展為履帶車研究提供了理論基礎,而虛擬現(xiàn)實仿真技術(shù)則為其研究提供了一定的分析手段。研究表明，通過虛擬樣機仿真技術(shù),進行履帶系統(tǒng)的設計，分析和優(yōu)化是可行的。本實驗室研究虛擬樣機仿真技術(shù)已有多年，研究工作經(jīng)驗豐富，并取得了一定的成績，具有深厚的研究基礎。同時，本課題所采用的計算機輔助設計和計算機輔助分析設備齊全，為研究工作提供了必要條件。7、預期的研究進展（1）2011年4月-2011年5月查閱履帶式行走系設計和仿真分析的相關資料，進行資料分析，完成開題報告；（2）2011年5月-2011年8月收集并整理履帶式行走系設計的有關數(shù)據(jù)，完成行走系總成框架的搭建及各組成部件的設