农用仿形履带式动力底盘设计与试验.pdf

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1、2014年9月农业机械学报第45卷第9期doi：10．6041／j．issn．1000—1298．2014．09．004农用仿形履带式动力底盘设计与试验木赵建柱王枫辰于斌王德成(中国农业大学工学院，北京100083)摘要：设计了一种具有仿形功能的农用动力底盘。该底盘由机架、悬架系统、导向轮、驱动轮、支重轮、传动装置、履带及控制系统等组成。每个减振装置上装有螺旋弹簧液压减振器，其摆臂能够随地面不平度的变化以及底盘承重情况，在车架一侧纵向平面内摆动，悬架系统具有变刚度的特性。1：4模型底盘试验表明，其满载最大爬坡度约

2、为60％，最高作业速度可达3km／h，在非道路场所行驶时具有良好的地面仿形、平顺性和通过性。关键词：农业机械动力底盘履带式仿形中图分类号：$219．3文献标识码：A文章编号：1000—1298(2014)09~020—05盘的地面仿形。每侧悬架侧板上装有5套独立的减引言振装置，即动力底盘上的每一个支重轮都单独具有自走式农业机械行驶环境为田间或山地等非道一套螺旋弹簧液压减振器。路场合，行驶条件较为恶劣，开发具有良好通过性和123行驶平顺性的自走式农业机械很有必要。履带是一种被各种农用自走式机械广泛采用的4行走装置形

3、式。大多数履带式车辆或自走式机械的行走装置都由导向轮、托轮、支重轮、驱动轮及履带等几部分构成。它具有对土壤的单位面积压力小、对土壤的附着性能好，以及不易打滑等优点，在图1悬架系统结构不意图非道路场合，尤其是田间或山地等工况下具有较好Fig．1Structureofthesuspension的通过性，牵引效率也较高。传统履带式底盘虽然1．侧板2．螺旋弹簧液压减振器3．摇臂4．支重曲柄5．支具有较好的通过性能，但在行驶平顺性能上还有较重轮大提升空间。良好的行驶平顺性能可以大大改仿形原理如图2所示。在行驶方向的纵向平善

4、作业者的工作条件，提高作业质量，改善行驶安全面，当动力底盘遇到凸形、凹形以及波纹形路面，如性，并能延长整车或整机使用寿命。悬架系统图2a、2b、2c，在螺旋弹簧液压减振器的作用力和整的结构形式在很大程度上决定了其通过性和行驶平机重力作用下，单侧的5个支重轮根据地形自行调顺性一。整，带动摆臂在机架纵向平面内摆动，使得单侧的鉴于此，本文提出一种具有新型悬架系统的履5个支重轮根据地形自行调整，实现在纵向路面内带式动力底盘，以实现整机的地面仿形，并具有良好的仿形。在横向平面，如图2d，两侧的悬架系统相的减振效果，从结构设

5、计上进一步提高农用履带式互独立地调整支重轮位置，从而实现在横向路面的动力底盘的通过性和行驶平顺性能。仿形。1．2减振原理设计与建模1方案原理设计在全地仿形的基础上，拟从悬架系统的结构上1．1地面仿形原理实现动力底盘的变刚度，以提高其行驶平顺性能。动力底盘的悬架系统结构如图1所示。两套相根据悬架系统结构，建立数学模型。为了证明同的悬架系统对称地安装在机架两侧以实现动力底此种悬架系统可实现变刚度的可行性，假设力以恒收稿日期：2014—02—22修回日期：2014—03—20公益性行业(农业)科研专项经费资助项目(20

6、1203024)作者简介：赵建柱，副教授，主要从事车辆地面动力学研究，E-mail：zhjzh@cau．edu．cn通讯作者：王德成，教授，博士生导师，主要从事牧草机械研究，E．mail：wdc@cau．edu．cn第9期赵建柱等：农用仿形履带式动力底盘设计与试验21度为一K(日)=10dF=。一一kl(cos2asin(+)+sin(／3一))]㈩2。／3)研图2仿形原理示意图由式(5)可得到Fig．2Profilingprinciple(a)凸型路面行驶(b)凹形路面行驶=arccos(c。一百H)一(7)(

7、C)波纹形路面行驶(d)横向路面行驶根据数学模型，假设比例系数为7．5，可绘制定速度加载，则模型可忽略液压减振器阻尼力的变K～H特性曲线，如图4所示。化，螺旋弹簧设为理想定刚度以简化模型。单套螺旋弹簧液压减振器受力简化模型如图3所示。一1．N)、毫较非65432底盘垂直位移H／mm图4刚度特性曲线Fig．4Stiffnesscurveofmachine从建模求解结果可以看出，该结构可实现整机在竖直方向上的非线性变刚度特性。通过限位销位图3受力简化模型Fig．3Simplifiedmechanicalmodel置设

8、计，保证减振器在合理范围内工作，并且避免减振器遭受过大冲击。已知螺旋弹簧自然长度L：150mm，此速度下减振器等效刚度k=16．9N／mm，摇臂长z=45mm，2底盘设计支重曲柄长R=240mm以及曲柄与竖直方向初始2．1驱动形式及转向方式选择角度='r／6，螺旋弹簧与摇臂初始位置垂直。本样机采用通过两侧履带的差速来实现转向。当整套系统受地面F作用力时，曲柄和摇臂绕在转向