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畢業(yè)設(shè)計說明書書
論文題目 N402—1300型農(nóng)用拖拉機(jī)履帶底盤的設(shè)計
學(xué) 院 工程技術(shù)學(xué)院
專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計制造及其自動化（信）
年 級 2005級
姓 名 王振峰
指導(dǎo)教師 鄭德聰、 薛晉霞
職 稱 教授 講師
（2009年6月）
山西農(nóng)業(yè)大學(xué)教務(wù)處制
學(xué)士學(xué)位論文（設(shè)計）原創(chuàng)性聲明
本人鄭重聲明：所提交的學(xué)位論文，是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研究工作所取得的成果。除文中已注明引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品成果。對本文研究做出過重要貢獻(xiàn)的個人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。
本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。
學(xué)位論文作者簽名（親筆）： 年 月 日
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學(xué)士學(xué)位論文（設(shè)計）版權(quán)使用授權(quán)書
專業(yè)： 論文（設(shè)計）題目：
本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，本科生在校攻讀期間學(xué)位論文（設(shè)計）工作的知識產(chǎn)權(quán)單位屬山西農(nóng)業(yè)大學(xué)，同意學(xué)校保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱；本人授權(quán)山西農(nóng)業(yè)大學(xué)可以將學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存、匯編學(xué)位論文。
畢業(yè)后發(fā)表與本研究有關(guān)的文章，作者單位署名應(yīng)為“山西農(nóng)業(yè)大學(xué)”，可以在備注中注明本人現(xiàn)工作單位。本研究成果的知識產(chǎn)權(quán)歸屬山西農(nóng)業(yè)大學(xué)，未經(jīng)指導(dǎo)教師和山西農(nóng)業(yè)大學(xué)同意。本人不私自從事與課題有關(guān)的任何開發(fā)和盈利性活動。
學(xué)位論文作者簽名（親筆）： 年 月 日
導(dǎo)師簽名（親筆）： 年 月 日
畢 業(yè) 論 文 評 價 表
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院長簽字：
年 月 日
N402-1300型農(nóng)用拖拉機(jī)底盤的設(shè)計
摘 要 根據(jù)農(nóng)田作業(yè)對拖拉機(jī)的要求，進(jìn)行履帶式農(nóng)用拖拉機(jī)底盤的設(shè)計。項(xiàng)目研究對提高農(nóng)機(jī)設(shè)計水平和農(nóng)業(yè)機(jī)械化技術(shù)水平具有重要意義。
應(yīng)用農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)、拖拉機(jī)汽車學(xué)、機(jī)械設(shè)計、機(jī)械原理等理論，對履帶式行走底盤的驅(qū)動行走系統(tǒng)進(jìn)行了理論分析與研究，完成了履帶底盤主要工作參數(shù)的確定和力學(xué)的計算。利用Auto CAD、Pro E等工程軟件完成了底盤的整體設(shè)計，達(dá)到了技術(shù)任務(wù)書的要求。主要研究結(jié)果如下：
（1）對履帶底盤的總體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析，得到了一些特殊的結(jié)構(gòu)組成及其安裝方法，其中履帶寬353mm,履帶總長4300mm左右，軌距1300mm,輪距1600mm,履帶高468mm等；
（2）設(shè)計了履帶車輛的基本性能計算，包括驅(qū)動力為24.45kw,牽引力為21kw,運(yùn)動的平均速度在2～5km/h等；
（3）對履帶張緊的設(shè)計及其相關(guān)計算，包括彈簧的有效圈數(shù)為7，節(jié)距12mm,間距7mm等；
（4）較為簡單的計算了與其相關(guān)配套的液壓系統(tǒng)，包括液壓泵和液壓馬達(dá)的選型及其計算等。
從而，得到了整體的機(jī)架與其相關(guān)的配合的結(jié)構(gòu)的框架，對以后的進(jìn)一步分析提供了一定的資料。
關(guān)鍵詞 履帶 底盤 行走裝置 設(shè)計
畢業(yè)設(shè)計說明書中文摘要
The design of N402-1300-typeChassis agricultural tractors
Abstract
Agricultural operations in accordance with the requirements of tractors, agricultural tractors to tracked chassis design. Research projects designed to improve the level of agricultural machinery and the technological level of agricultural mechanization is important.
Application of agricultural mechanics, tractor automotive science, mechanical design, mechanical and other principles of the theory of the chassis of the crawler drive operating systems running a theoretical analysis and research, the main chassis to complete the track work and mechanical parameters of the calculation. The use of Auto CAD, Pro E, such as engineering software to complete the overall design of the chassis to the technical requirements of the task book. The main findings are as follows:
(1) to track the overall structure of the chassis were analyzed by a number of special structure and installation method, which assumed bandwidth 353mm, track length of around 4300mm, gauge 1300mm, wheelbase 1600mm, track 468mm, such as high;
畢業(yè)設(shè)計說明書英文摘要
畢業(yè)設(shè)計說明書英文摘要
(2) the design of the tracked vehicle's basic performance computing, including the driving force for 24.45kw, traction for 21kw, the average speed of movement in the 2 ~ 5km / h, etc.;
(3) the design of tension on the track and its related terms, including the effective coil springs for 7, pitch 12mm, pitch 7mm, etc.;
(4) calculated a relatively simple and their related hydraulic systems, including hydraulic pumps and hydraulic motors, such as the selection and calculation.
Thus, the overall frame to be associated with the structure of the framework for further analysis after a certain amount of information provided.
Key words Crawler Chassis Walking device Design
目 錄
1 引言 1
1.1目的、意義 1
1.2 履帶式行走底盤設(shè)計的國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r 2
1.2.1 國外的研究與發(fā)展 2
1.2.2 國內(nèi)的研究與發(fā)展 4
1.3主要設(shè)計內(nèi)容與關(guān)鍵技術(shù) 4
2 技術(shù)任務(wù)書(JR) 5
2.1 總體設(shè)計依據(jù) 5
2.1.1 設(shè)計要求 5
2.2 產(chǎn)品的用途 5
2.3 產(chǎn)品的主要技術(shù)指標(biāo)與主要技術(shù)參數(shù) 5
2.3.1 主要技術(shù)指標(biāo) 5
2.4 考慮到的若干方案的比較 6
2.5 設(shè)計的關(guān)鍵問題及其解決方法 7
3 設(shè)計計算說明書(SS) 7
3.1 結(jié)構(gòu)方案分析與確定 7
3.1.1 履帶式與輪式底盤的比較 7
3.1.2 結(jié)構(gòu)方案的確定 8
3.2 履帶式行走底盤總體的設(shè)計 8
3.2.1 結(jié)構(gòu)組成及其工作原理 8
3.2.2 主要技術(shù)參數(shù) 9
3.3 履帶車輛性能計算 10
3.3.1牽引性能計算 10
3.3.2 轉(zhuǎn)向最大驅(qū)動力矩的分析與計算 13
3.3.3 傳動裝置的設(shè)計與計算 19
3.4 張緊裝置的設(shè)計與計算 23
3.4.1 張緊裝置結(jié)構(gòu)及其工作原理 23
3.4.2 彈簧類別的設(shè)計與計算 23
3.5 液壓系統(tǒng)的設(shè)計 25
3.5.1 液壓系統(tǒng)及其動力計算 26
3.5.2 主要液壓元件選型 29
4 使用說明書(SM) 32
4.1 產(chǎn)品適用范圍及特點(diǎn) 33
4.2 型號說明 33
5 試驗(yàn)研究大綱（SG） 33
6 總結(jié) 40
參 考 文 獻(xiàn) 42
致 謝 44
山西農(nóng)業(yè)大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書
N402—1300型農(nóng)用拖拉機(jī)履帶底盤的設(shè)計
1 引言
1.1目的、意義
履帶式拖拉機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和性能決定了它在農(nóng)田機(jī)耕作業(yè)中具有明顯優(yōu)勢。
首先，履帶式拖拉機(jī)的接地比壓相對較低,從51.8kW到118.4 kW的各型拖拉機(jī)的接地比壓為30～50kPa,而同級別的輪式拖拉機(jī)接地比壓要大的多。以96.2 kW拖拉機(jī)為例: 東方紅1302 履帶機(jī)接地比壓(裝推土鏟)為47.7kPa;東方紅1304 輪式機(jī)的接地比壓約為104 kPa, 相當(dāng)于履帶拖拉機(jī)的二倍多。(1)整地作業(yè)。無論是糧作區(qū)還是棉作區(qū)的播前整地和耙地作業(yè),農(nóng)民普遍選擇使用履帶式拖拉機(jī)。原因是履帶式拖拉機(jī)的接地壓力小,不會對翻耕過的土壤造成多次反復(fù)的碾壓。而輪式拖拉機(jī)在整地和耙地作業(yè)時輪胎在翻耕過的土壤上反復(fù)碾壓造成對土壤的多次壓實(shí),不利于播種后種子生長發(fā)育。還有輪式拖拉機(jī)犁地作業(yè)時,一只后輪始終行走在犁溝中,輪胎對已耕地的反復(fù)碾壓形成堅實(shí)的犁底層,不利于作物生長,影響產(chǎn)量。因此,據(jù)我們在南北疆的農(nóng)戶調(diào)查中,農(nóng)民在整地、耙地作業(yè)時都愿意使用履帶式拖拉機(jī)。在當(dāng)?shù)芈膸酵侠瓩C(jī)完成的作業(yè)量可達(dá)到總作業(yè)量的60％～70％。(2)播種作業(yè)。北疆的一些地域輪式拖拉機(jī)播種作業(yè)時后輪碾壓的深溝造成種籽播種深度和覆土不一致,給播種質(zhì)量帶來極不利的影響,而且給后續(xù)的澆水作業(yè)也帶來困難。因此,普遍選擇履帶式拖拉機(jī)播種。(3)幾乎所有近山區(qū)種植糧油作物的農(nóng)戶毫無例外的選擇履帶式拖拉機(jī)。由于近山區(qū)的大部分耕地坡度較大,而輪式拖拉機(jī)在坡地作業(yè)時穩(wěn)定性差、不安全、作業(yè)質(zhì)量也差。農(nóng)戶普遍選擇履帶式拖拉機(jī)進(jìn)行犁地、耕地、耙地作業(yè)。棉花及其他經(jīng)濟(jì)作物種植區(qū)域的農(nóng)戶耙地作業(yè)仍然普遍選擇履帶式拖拉機(jī)。主要原因仍然是輪式拖拉機(jī)碾壓土壤嚴(yán)重。
因此，綜合考慮本設(shè)計圍繞履帶式行走底盤的相關(guān)資料對其進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)計及創(chuàng)新。
本設(shè)計主要以參考農(nóng)業(yè)機(jī)械為主，并且相應(yīng)的履帶為橡膠履帶結(jié)合現(xiàn)有的底盤進(jìn)行的設(shè)計。適用與我國北方旱地，特別是平原地區(qū)。在坡度不大的山區(qū)也可使用。
1.2 履帶式行走底盤設(shè)計的國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r
1.2.1 國外的研究與發(fā)展
1986 年W. C. Evans 和D. S. Gove 公布了在硬地面和已耕地上,1種橡膠履帶與1 種四輪驅(qū)動拖拉機(jī)牽引性能的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。在相同的底盤結(jié)構(gòu)情況下，橡膠履帶牽引效率與動態(tài)牽引比高,在已耕地和硬地面上其最大牽引效率是85%～90%,四輪驅(qū)動拖拉機(jī)是70%～85%。1988年D.Culshaw試驗(yàn)對比了摩擦驅(qū)動橡膠履帶車輛和子午線輪胎驅(qū)動拖拉機(jī),橡膠履帶的拉力比輪式多25 %。同時對比了裝橡膠履帶的小型自卸車和類似重量的傳統(tǒng)拖拉機(jī),試驗(yàn)表明履帶自卸車是輪式拖拉機(jī)拉力的2倍并且在軟土上車轍小得多。在支撐良好的情況下,橡膠履帶與鋼履帶性能相似。
1990 年J . H. Esch ,L. L. Bashford ,K. Von Bar2gen ,R. E. Ekstrom 在Nebraska 大學(xué)1986年與1987年實(shí)驗(yàn)結(jié)果基礎(chǔ)上,評價和對比了橡膠履帶拖拉機(jī)與四輪驅(qū)動拖拉機(jī)在4 種地面(未耕、已耙過、已犁過燕麥茬地和玉米茬地)的牽引性能(動力牽引比、牽引系數(shù)與打滑率的關(guān)系)。對比的橡膠履帶拖拉機(jī)質(zhì)量為13 970 kg,履帶寬635 mm ,10 個前進(jìn)擋。四輪驅(qū)動拖拉機(jī)質(zhì)量與之近似,為13 010 kg ,12 個前進(jìn)擋。兩者均為動力換擋,實(shí)驗(yàn)時的最高限速均為10. 5 km/ h。1993 年日本學(xué)者T. Muro , R. Fukagawa , S.Kawahara 在質(zhì)量為4t的橡膠履帶拖拉機(jī)上,為找到最合適的抓地爪形狀,以獲得最大的有效驅(qū)動力與破斷力,分析了各種斜坡柏油路面的牽引與破斷性能。結(jié)果表明橡膠抓地爪最合適的形狀是高5 cm的等邊梯形。斜角增加,有效的牽引與破斷效果降低。同時在驅(qū)動狀態(tài)斜角越大,法向(normal)接觸壓強(qiáng)趨向于朝著橡膠履帶后部增加,對破斷力的影響則相反。
1993 年M. J . Dwyer ,J . A. Okello ,A. J . Scarlett等介紹了西爾索伊研究所(Silsoe Research Institute)在橡膠履帶上所作的工作,建立預(yù)測橡膠履帶性能的兩種數(shù)學(xué)模型。一種假設(shè)履帶是無限剛性,一種假設(shè)是無限柔性。用兩種模型預(yù)測的性能和從一專用實(shí)驗(yàn)車輛的試驗(yàn)履帶裝置上得到的田間數(shù)據(jù)相比,實(shí)測數(shù)據(jù)在兩種模型預(yù)測值之間。試驗(yàn)車數(shù)據(jù)顯示,接地長是影響牽引性能的最重要的因素,在接地長上的壓力分布也是重要的。但履帶的張緊在一定的范圍與所試驗(yàn)的田間條件下是不重要的。圖7是橡膠履帶車輛和四輪驅(qū)動拖拉機(jī)的牽引效率,在不同滑轉(zhuǎn)率下的計算值與試驗(yàn)結(jié)果對比,結(jié)果顯示橡膠履帶最高效率比輪式高10%～20%。1994 年加拿大Alberta 農(nóng)業(yè)機(jī)械研究中心(Al2berta FarmMachinery Research Centre) Reed Turner 研究了在四輪驅(qū)動Case2IH 9250 拖拉機(jī)上裝4 個Gilbert和Riplo“GripTrac”橡膠履帶驅(qū)動裝置。
1996 年K. Watanabe 、M. Kitano 、K. Takano 、H.Kato 對橡膠履帶用于高速越野車輛進(jìn)行了研究。橡膠履帶裝置的滾動阻力比輪胎大得多,文中描述了不同運(yùn)行條件下,如初始張緊、履帶速度、橡膠履帶的溫度對滾動阻力的影響。1995 年卡特彼勒公司正式向世人揭示了它10年前推出的Challenger 65 橡膠履帶拖拉機(jī),是在其4項(xiàng)結(jié)構(gòu)研究成果基礎(chǔ)上誕生的:(1)橡膠履帶得益于無輪輞輪胎項(xiàng)目的研究。(2)獨(dú)特的行走系參考CAT SA 型提高速度的研究與L 系列高置驅(qū)動輪、平衡臺車項(xiàng)目的研究。(3)全動力換擋傳動系、現(xiàn)代駕駛室與操縱借鑒于鉸接四輪驅(qū)動拖拉機(jī)的研制項(xiàng)目。(4)液壓差速轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)來源于CAT 推土機(jī)的液壓差速轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)。卡特彼勒的研究證明橡膠履帶拖拉機(jī)在未耕土壤與已耕土壤上的牽引性能都比四輪驅(qū)動拖拉機(jī)有明顯的提高(見圖13) 。1997 年美國迪爾公司也發(fā)表了它對這一問題的研究,對比了橡膠履帶拖拉機(jī)與四輪驅(qū)動拖拉機(jī)在不同地面的牽引性能與對地面的壓強(qiáng)等。數(shù)據(jù)表明(見圖14) ,兩者的差距比圖13 顯示的要小一些。1998 年J . A. Okello 、M. Watany、D. A. Crolla 建立了預(yù)測橡膠履帶在農(nóng)業(yè)軟地面上的牽引性能與支重輪下接地壓力的模型,此模型考慮到各支重輪對土壤連續(xù)作用的影響。實(shí)驗(yàn)用土壤剪切與下沉實(shí)驗(yàn)得到的土壤強(qiáng)度參數(shù),成功地模仿了單條橡膠履帶裝置在各支重輪連續(xù)作用下彈塑性土壤變形的效果。在一系列土壤條件下,理論計算與實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較吻合。
1999 年日本學(xué)者Shigeo Awazu、Yoshiaki Kimura 、Shunichi Shibasaki 、Kunihiko Uchida 發(fā)表了對5條履帶轉(zhuǎn)向車輛的研究。研究對象是用于雪地和泥濘地的車輛,用4 個獨(dú)立的橡膠履帶裝置代替四輪驅(qū)動的4 個輪胎,接地面積比輪胎增加15 倍。其在類似滑雪場的深雪地與壓實(shí)的雪地以及在泥濘地面上,操作自如。和雪地車與工程機(jī)械等普通履帶車輛不同,它在硬路面上能象汽車一樣轉(zhuǎn)向。為了提高附著能力與自潔能力,橡膠履帶的接地齒通常為與行駛方向垂直或傾斜的直線齒。1999年Desrial 和Nobutaka Ito 研究并確定了圓形接地齒橡膠履帶的原理。圓形接地齒與鉸接式轉(zhuǎn)向并用被證明能減少轉(zhuǎn)向阻力和提高牽引性能。論文討論了在鉸接式車輛上,考慮附著性能及下陷量,確定帶圓形接地齒的橡膠履帶參數(shù)的方法。
此外，履帶拖拉機(jī)國際上的競爭對手是卡特匹勒公司的橡膠履帶拖拉機(jī)系列產(chǎn)品。一拖公司的產(chǎn)品無論是技術(shù)水平、還是生產(chǎn)能力與其相比都不具備競爭能力，只有價格有吸引力，但從性能價格比分析，一拖產(chǎn)品還是處于劣勢。因此，公司的新一代大功率橡膠履帶拖拉機(jī)將盡快投放市場，借以鞏固傳統(tǒng)市場，發(fā)揮競爭優(yōu)勢。
1.2.2 國內(nèi)的研究與發(fā)展
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(jī)械研究所對橡膠履帶兩棲車輛的研究,中國農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究院及南京農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所對水稻收割機(jī)橡膠履帶的研究,吉林大學(xué)對差速轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的研究,江蘇大學(xué)對橡膠履帶嚙合的研究,青島建筑工程學(xué)院對橡膠履帶接地齒接地壓力的試驗(yàn)研究,中國一拖集團(tuán)有限公司對橡膠履帶拖拉機(jī)的研究和杭州永固橡膠廠對橡膠履帶的研究等。下面主要介紹在橡膠履帶拖拉機(jī)方面的研究:中國一拖集團(tuán)有限公司對橡膠履帶在拖拉機(jī)、推土機(jī)、自行電站上的應(yīng)用進(jìn)行了研究。重點(diǎn)是金屬履帶與橡膠履帶在動力與使用性能的比較。1994 年中國一拖集團(tuán)有限公司在牽引力等級為3 t 級的履帶拖拉機(jī)上,對采用金屬履帶或橡膠履帶進(jìn)行了比較試驗(yàn),試驗(yàn)在硬黃土地面上進(jìn)行。與此同時，相關(guān)的底盤也有了一定的發(fā)展。
此后,一拖公司還對采用橡膠履帶的拖拉機(jī)、推土機(jī)進(jìn)行了使用試驗(yàn)。主要是橡膠履帶的耐磨性試驗(yàn),橡膠履帶的脫軌試驗(yàn),橡膠履帶的壽命試驗(yàn),不同結(jié)構(gòu)橡膠履帶的可靠性試驗(yàn),橡膠履帶的伸長試驗(yàn)以及通常性的作業(yè)查定。
國內(nèi)市場上的履帶拖拉機(jī)及變形產(chǎn)品，目前仍然是一拖的產(chǎn)品為主導(dǎo)。這類產(chǎn)品的銷售由于受國家宏觀經(jīng)濟(jì)政策的影響，處于波動狀態(tài)。無論是作為工程機(jī)械變型、農(nóng)田作業(yè)牽引或驅(qū)動動力，還是作為農(nóng)業(yè)機(jī)械行走底盤，其功能并非輪式拖拉機(jī)可以完全替代的。但受國家政策和大功率輪式拖拉機(jī)發(fā)展的影響，長遠(yuǎn)看會在市場競爭中處于被動局面。
總之，與履帶相對應(yīng)的底盤作為相關(guān)機(jī)械的行走機(jī)構(gòu)，其發(fā)展方向始終圍繞著安全可靠性、操作舒適性、環(huán)保節(jié)能等方面發(fā)展。在這方面國內(nèi)外一直在不斷的努力改進(jìn)中。目前，還沒有較大發(fā)展，但是采用電噴發(fā)動機(jī)、自動變速箱的自動換檔系統(tǒng)，采用多傳感技術(shù)實(shí)時顯示車輛的運(yùn)行狀況，同時，汽車領(lǐng)域使用的ａｂｓ技術(shù)、自動巡航技術(shù)等也將移植到工程機(jī)械領(lǐng)域。
1.3主要設(shè)計內(nèi)容與關(guān)鍵技術(shù)
（1）設(shè)計任務(wù)
a. 履帶底盤結(jié)構(gòu)分析及其確定；
b. 產(chǎn)品的用途估計；
c．主要技術(shù)參數(shù)、性能參數(shù)的確定；
d．履帶車輛相關(guān)性能的計算和確定；
e. 張緊裝置的設(shè)計與計算；
f. 液壓系統(tǒng)的設(shè)計與計算。
（2）關(guān)鍵技術(shù)
首先，本設(shè)計采用現(xiàn)在相關(guān)工業(yè)機(jī)械上的一些底盤設(shè)計與實(shí)物作為參考，綜合考慮底盤結(jié)構(gòu)，使其可以在不同的地域都可較好的支撐機(jī)體使其可以正常的工作。本設(shè)計對驅(qū)動輪、支重輪、導(dǎo)向輪的特殊結(jié)構(gòu)設(shè)計，是整個底盤結(jié)構(gòu)較好的適應(yīng)山西多山的環(huán)境。
2 技術(shù)任務(wù)書(JR)
2.1 總體設(shè)計依據(jù)
履帶式底盤是機(jī)器的重要部件，它對整個裝置起著支撐作用。所以根據(jù)，現(xiàn)有工業(yè)的履帶機(jī)械（挖掘機(jī)）再結(jié)合農(nóng)用的履帶（拖拉機(jī)）對整個裝置進(jìn)行較完整的配合與加工等一系列的設(shè)計。
2.1.1 設(shè)計要求
在現(xiàn)有的機(jī)械資料的基礎(chǔ)上，充分考慮到實(shí)際的要求，應(yīng)滿足結(jié)構(gòu)的緊湊及其配合的合理。同時，要對應(yīng)該計算的部分進(jìn)行必要的計算，但是實(shí)際的情況有所不同，應(yīng)該根據(jù)實(shí)際作為標(biāo)準(zhǔn)結(jié)合計算的數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合考慮，爭取找到比較好的方案和結(jié)構(gòu)。
2.2 產(chǎn)品的用途
本次設(shè)計的履帶底盤是對相應(yīng)小型功率農(nóng)用機(jī)械使用的。
2.3 產(chǎn)品的主要技術(shù)指標(biāo)與主要技術(shù)參數(shù)
2.3.1 主要技術(shù)指標(biāo)
表1 N402-1300型主要技術(shù)指標(biāo)表
序 號
項(xiàng) 目
單 位
參 數(shù)
1
整機(jī)重量
kg
3000
2
型號
N402農(nóng)用機(jī)械地盤
3
行走速度
km/h
2-5
4
爬坡能力
<左右
5
接地比壓
kpa
0.3148
6
驅(qū)動輪動力半徑
mm
約228
7
發(fā)動機(jī)的功率
馬力
40左右
8
履帶高度
mm
468
9
底盤軸距
mm
1500
10
底盤軌距
mm
1300
11
履帶板寬
mm
353
12
底盤高度
mm
638
2.4 考慮到的若干方案的比較
底盤可以分為履帶式與輪式，輪式底盤運(yùn)用較廣，但是它的牽引附著性能較差，在坡地、粘重、潮濕地及沙土地的使用受到一定的限制；履帶式底盤牽引附著性能好，單位機(jī)寬、牽引力大、接地比壓低、越遠(yuǎn)性能強(qiáng)、穩(wěn)定性好，在坡地、粘重、潮濕地及沙土地的使用具有更好的性能。
兩者比較采用履帶式底盤可更加適應(yīng)山西多山的地貌特征。
2.5 設(shè)計的關(guān)鍵問題及其解決方法
設(shè)計的關(guān)鍵問題是在保證正常工作下，其結(jié)構(gòu)盡可能的簡單方便。同時，要注意結(jié)構(gòu)的合理性與正確性。
本次設(shè)計采用圓螺母的定位方法，使其在結(jié)構(gòu)上基本一致，同時結(jié)構(gòu)也緊湊的連接，初步達(dá)到設(shè)計的目的。還有，采用的支重輪與導(dǎo)向輪的軸承放入輪里的方案。
3 設(shè)計計算說明書(SS)
3.1 結(jié)構(gòu)方案分析與確定
履帶行走裝置有“四輪一帶”（驅(qū)動輪，支重輪，導(dǎo)向輪，拖帶輪或張緊輪，以及履帶），張緊裝置和緩沖彈簧，行走機(jī)構(gòu)組成。
機(jī)械行走時,驅(qū)動輪在履帶緊邊產(chǎn)生一個拉力，力圖把履帶從支重輪下拉出。出于支重輪下的履帶與地面有足夠的附著力，阻止履帶的拉出，迫使驅(qū)動輪卷繞履帶向前滾動，導(dǎo)向輪把履帶鋪設(shè)到地面，從而使機(jī)體借支重輪沿履帶軌道向前運(yùn)行。
“四輪一帶”在我國已經(jīng)基本標(biāo)準(zhǔn)化，尤其是在大型、重型機(jī)械方面。
因此，本設(shè)計還是采用傳統(tǒng)模式的設(shè)計方法。
3.1.1 履帶式與輪式底盤的比較
金屬履帶拖拉機(jī)牽引力大, 適合重負(fù)荷作業(yè)( 如耕、耙等) , 接地比壓小, 對農(nóng)田壓實(shí)、破壞程度輕, 特別適合在低、濕地作業(yè), 而且除田間作業(yè)外, 還在農(nóng)田基本建設(shè)和小型水利工程中用作推土機(jī), 綜合利用程度較高。但其主要缺點(diǎn)是在潮濕和砂性土壤上行走裝置, 如支重輪、導(dǎo)向輪、托帶輪及履帶板( 俗稱三輪一板) 磨損較快, 維修費(fèi)用高, 作業(yè)速度較慢, 隨著公路網(wǎng)發(fā)展, 金屬履帶拖拉機(jī)轉(zhuǎn)移越發(fā)困難, 使用不便。
橡膠履帶拖拉機(jī)采用方向盤操縱的差速轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu), 可控性強(qiáng), 機(jī)動靈活, 轉(zhuǎn)彎更省力, 履帶接地面積大, 并有減振效果, 乘坐舒適, 由于比壓低, 對地面破壞程度輕, 尤其適于低濕地作業(yè), 并可大大提高作業(yè)速度, 改善道路轉(zhuǎn)移適應(yīng)性。橡膠履帶壽命可達(dá)到6000 小時, 三輪壽命延長一倍, 每臺可節(jié)約維修保養(yǎng)費(fèi)用和轉(zhuǎn)移運(yùn)輸費(fèi)用7000～10000 元, 僅此一項(xiàng)每年社會效益就有560～800 萬元。在開荒、改造中低產(chǎn)田、沙壤土質(zhì)地區(qū), 顯示出極強(qiáng)的優(yōu)越性。其缺點(diǎn)是初置成本高。大功率輪式拖拉機(jī)具有輪距調(diào)整方便、軸距長、質(zhì)量分配均勻、充氣輪胎有減振性, 行駛中地面仿形性好, 振動小、運(yùn)輸速度快,綜合利用率高等優(yōu)點(diǎn)。不足之處是不適于低濕地作業(yè)。而且, 引進(jìn)國外的具有世界先進(jìn)技術(shù)水平的大功率輪式拖拉機(jī), 價格和維修費(fèi)用都太高, 1臺發(fā)動機(jī)約12 萬元、1 根曲軸3 萬余元、1 個變速箱總成需10余萬元。大功率輪式拖拉機(jī)接地壓力大, 易形成土壤硬底層, 大功率輪式拖拉機(jī)機(jī)重一般在5500~8500kg, 接地面積比履帶拖拉機(jī)小, 因此接地壓力較大。經(jīng)數(shù)年耕作后, 在土壤的耕層下面將生成硬底層, 不利于土壤的蓄水保墑和作物的生長。即使經(jīng)過深度翻耙, 依然會保持碎小的板結(jié)硬塊, 土壤的顯微結(jié)構(gòu)遭到了破壞。附著性能差, 滑轉(zhuǎn)率高。經(jīng)試驗(yàn), 大功率輪式拖拉機(jī)與五鏵犁配套作業(yè)時, 在土壤平均含水率30%、堅實(shí)度0.3MPa、機(jī)組前進(jìn)速度7.2km/ h 左右的情況下, 滑轉(zhuǎn)率一般在10~20%, 有的達(dá)25%, 輪胎對土壤的剪切作用, 使耕層土壤結(jié)構(gòu)遭到破壞。
3.1.2 結(jié)構(gòu)方案的確定
依據(jù)輪式與履帶機(jī)械的特點(diǎn)，以其以上所敘述的比較分析，綜合考慮后得出了履帶的結(jié)構(gòu)和所采取的安裝方法和連接方案。
3.2 履帶式行走底盤總體的設(shè)計
根據(jù)農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)、拖拉機(jī)汽車學(xué)、機(jī)械設(shè)計、機(jī)械原理等理論，對履帶式行走底盤的驅(qū)動行走系統(tǒng)進(jìn)行了理論分析與研究，完成了履帶底盤主要工作參數(shù)的確定和力學(xué)的計算。
3.2.1 結(jié)構(gòu)組成及其工作原理
履帶行走裝置有“四輪一帶”（驅(qū)動輪，支重輪，導(dǎo)向輪，拖帶輪或張緊輪，以及履帶），張緊裝置和緩沖彈簧，行走機(jī)構(gòu)組成。
機(jī)械行走時,驅(qū)動輪在履帶緊邊產(chǎn)生一個拉力，力圖把履帶從支重輪下拉出。出于支重輪下的履帶與地面有足夠的附著力，阻止履帶的拉出，迫使驅(qū)動輪卷繞履帶向前滾動，導(dǎo)向輪把履帶鋪設(shè)到地面，從而使機(jī)體借支重輪沿履帶軌道向前運(yùn)行。
“四輪一帶”在我國已經(jīng)基本標(biāo)準(zhǔn)化，尤其是在大型、重型機(jī)械方面，見圖1
1-履帶；2-驅(qū)動輪；3-機(jī)架；4-拖帶輪；5-導(dǎo)向輪；6-支重輪
圖1 履帶底盤結(jié)構(gòu)圖
履帶與地面接觸, 驅(qū)動輪不與地面接觸。驅(qū)動輪在減速器驅(qū)動轉(zhuǎn)矩的作用下, 通過驅(qū)動輪上的輪齒和履帶鏈之間的嚙合, 連續(xù)不斷地把履帶從后方卷起。接地那部分履帶給地面一個向后的作用力, 而地面相應(yīng)地給履帶一個向前的反作用力, 這個反作用是推動機(jī)器向前行駛的驅(qū)動力。當(dāng)驅(qū)動力足以克服行走阻力時, 支重輪就在履帶上表面向前滾動, 從而使機(jī)器向前行駛。
3.2.2 主要技術(shù)參數(shù)
表2 N402-1300型主要技術(shù)參數(shù)表
序 號
項(xiàng) 目
單 位
參 數(shù)
1
整機(jī)重量
kg
3000
2
型號
N402農(nóng)用機(jī)械地盤
3
行走速度
km/h
2-5
4
爬坡能力
<左右
5
接地比壓
kpa
0.3148
6
驅(qū)動輪動力半徑
mm
約228
7
發(fā)動機(jī)的功率
馬力
40左右
8
履帶高度
mm
468
9
底盤軸距
mm
1500
10
底盤軌距
mm
1300
11
履帶板寬
mm
353
12
底盤高度
mm
638
3.3 履帶車輛性能計算
3.3.1牽引性能計算
履帶機(jī)械整機(jī)參數(shù)初步確定以后，一般應(yīng)進(jìn)行下列計算，以估計該履帶機(jī)械的基本性能是否滿足預(yù)期要求，整機(jī)參數(shù)選擇是否合理。這里主要是關(guān)于牽引性能的計算。
計算工況：
計算時所用的工況一般為：在使用重量狀態(tài)自愛，與水平區(qū)段的茬地上（對旱地是適耕適度的茬地，對水田是中等泥腳深度的茬地），帶牽引負(fù)荷（牽引線與地面平行）全油門等速行駛。以下為表示的示意圖。
圖2 拖拉機(jī)受力示意圖
(1) 履帶式機(jī)械的驅(qū)動力
履帶機(jī)械= kgf （3—1）
式中: ——發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩 kgf；
——各檔總傳動比；
——各檔總傳動效率；
——驅(qū)動輪動力半徑 m；
——履帶驅(qū)動段半徑效率，計算時一般去取=0.95。
( =2b; =1.5; =（1.1-1.2）。
式中：——最大使用重量；
——履帶接地長度；
b——履帶板寬度；
——一般為0.35～0.5 kgf/；
——額定牽引力；
——牽引力。
根據(jù)(2)中的活動阻力，經(jīng)計算即可得)
經(jīng)計算后得結(jié)果=24.45KN.
(2) 履帶式機(jī)械的活動阻力
=f kgf （3—2）
式中: ——使用重量 (kgf)；
f ——履帶式一般取0.1。
經(jīng)計算后得結(jié)果=3.45KN
(3) 行駛速度
理論速度 =0.377 km/h （3—3）
實(shí)際速度 =(1-) km/h （3—4）
式中：——發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速；
——驅(qū)動輪動力半徑；
——驅(qū)動輪輪滑轉(zhuǎn)率（履帶式一般取0.07）。
經(jīng)計算后得結(jié)果=（2.5~5）km/h
（4）履帶式機(jī)械的牽引效率
= （3—4）
式中: ——各檔的總傳動效率；
——滾動效率；
——滑轉(zhuǎn)效率；
——履帶驅(qū)動帶效率（一般取0.95）。
經(jīng)計算后得結(jié)果=0.65
(5) 履帶機(jī)械的附著力（要求：附著力應(yīng)大于或等于履帶行走機(jī)構(gòu)的牽引力且大于等于各阻力之和。）
= （3—5）
式中: ——一般取0.75；
——取3000千克。
經(jīng)計算后得結(jié)果=25.875KN (符合要求)
3.3.2 轉(zhuǎn)向最大驅(qū)動力矩的分析與計算
(1) 履帶轉(zhuǎn)向時驅(qū)動力說明:
履帶行走裝置在轉(zhuǎn)向時, 需要切斷一邊履帶的動力并對該履帶進(jìn)行制動, 使其靜止不動, 靠另一邊履帶的推動來進(jìn)行轉(zhuǎn)向, 或者將兩條履帶同時一前一后運(yùn)動, 實(shí)現(xiàn)原地轉(zhuǎn)向, 但兩種轉(zhuǎn)向方式所需最大驅(qū)動力一樣。因此以機(jī)器單條履帶制動左轉(zhuǎn)為例, 見圖（示意圖）。
圖3 履帶轉(zhuǎn)左向示意圖
左邊的履帶處于制動狀態(tài), 在右邊履帶的推動下, 整臺機(jī)器繞左邊履帶的中心C1 點(diǎn)旋轉(zhuǎn), 產(chǎn)生轉(zhuǎn)向阻力矩Mr, 右邊履帶的行走阻力Fr/ 2 。一般情況, 履帶接地長度L 和履帶軌距B 的比值L/ B≤1.6,。同時, L/ B 值也直接影響轉(zhuǎn)向阻力的大小,在不影響機(jī)器行走的穩(wěn)定性及接地比壓的要求下, 應(yīng)盡量取小值, 也就是盡量縮短履帶的長度,可以降低行走機(jī)構(gòu)所需驅(qū)動力。
(2) 轉(zhuǎn)向驅(qū)動力矩的計算
轉(zhuǎn)向阻力矩是履帶繞其本身轉(zhuǎn)動中心O1（或O2）作相對轉(zhuǎn)動時，地面對履帶產(chǎn)生的阻力矩，如圖所示，O1、O2 分別為兩條履帶的瞬時轉(zhuǎn)向中心。
為便于計算轉(zhuǎn)向阻力矩的數(shù)值，作如下兩點(diǎn)假設(shè)：(1)機(jī)體質(zhì)量平均分配在兩條履帶上，且單位履帶長度上的負(fù)荷為：
（3—6）
式中: 車身總質(zhì)量（kg）；
履帶接地長度(m)。
經(jīng)過計算：.
形成轉(zhuǎn)向阻力矩 的反力都是橫向力且是均勻分布的。履帶拖拉機(jī)牽引負(fù)荷在轉(zhuǎn)向時存在橫向分力，在橫向分力的影響下，車輛的轉(zhuǎn)向軸線將由原來通過履帶接地幾何中心移至，移動距離為。
圖4 履帶轉(zhuǎn)向受力圖
根據(jù)上述假設(shè)，轉(zhuǎn)向時地面對履帶支承段的反作用力的分布為矩形分布。在履帶支承面上任何一點(diǎn)到轉(zhuǎn)動中心的距離為x，則微小單元長度為dx，分配在其上的車體重力為qdx，總轉(zhuǎn)向阻力矩可按下式：
（3—7）
式中: 轉(zhuǎn)向阻力系數(shù)。
（經(jīng)查表計算：
式中: 車輛作急轉(zhuǎn)彎時轉(zhuǎn)彎的轉(zhuǎn)向阻力系數(shù)； B—履帶軌距。）
將式（3—6）代入上式積分得并簡化得：（3—8）
即：N.m
（3） 轉(zhuǎn)向驅(qū)動力矩(假設(shè)機(jī)器重心與履帶行走裝置幾何中心相重合)把轉(zhuǎn)向半徑分別考慮。
1)當(dāng)轉(zhuǎn)向半徑如下圖所示，兩側(cè)履帶都向前運(yùn)動，此時兩側(cè)履帶受地面摩擦阻力朝同一方向（即行駛的反方向），外側(cè)、內(nèi)側(cè)履帶受力分別為：
（3—9）
圖5 此時轉(zhuǎn)向示意圖
2)當(dāng)轉(zhuǎn)向半徑，如下圖所示，此時兩側(cè)履帶受地面摩擦阻力朝反方向，外側(cè)、內(nèi)側(cè)履帶受力分別為：
（3—10）
圖6 此時轉(zhuǎn)向示意圖
式中: 分別為內(nèi)側(cè)前進(jìn)阻力和驅(qū)動力；
分別為外側(cè)前進(jìn)阻力和驅(qū)動力。
考慮機(jī)體的重心在中心位置，所以履帶的前進(jìn)阻力
為：
（3—11）
式中: — 履帶滾動阻力系數(shù)
（ 即）
轉(zhuǎn)向時的最大驅(qū)動力矩為：
式中：r—驅(qū)動輪節(jié)圓直徑。
3）大半徑區(qū)轉(zhuǎn)向行駛時主動輪上的力：
（3—12）
小半徑區(qū)轉(zhuǎn)向行駛時主動輪上的力：
（3—13）
式中：—轉(zhuǎn)向比，。
轉(zhuǎn)向時的最大驅(qū)動力矩為：
經(jīng)過以上介紹及公式計算得： =506.25N.m；
分別計算轉(zhuǎn)向半徑的情況：
得到：.
與根據(jù)文獻(xiàn)“履帶車輛行駛力學(xué)”，得主動輪上的最大的驅(qū)動力及力矩為： 所得結(jié)果相同。
3.3.3 傳動裝置的設(shè)計與計算
（1）履帶的選擇
履帶支承長度L，軌距B和履帶板掛寬度b應(yīng)合理匹配，使接地比壓，附著性能和轉(zhuǎn)彎性能符合要求。根據(jù)本機(jī)的設(shè)計參數(shù)，確定履帶的主要參數(shù)為整機(jī)的重量。本機(jī)的初定整機(jī)重量為：3t.
令表示為接地長度，單位m，表示履帶的高度，單位m，G表示機(jī)器整機(jī)重量，單位為t。則有經(jīng)驗(yàn)公式知：
即
即
履帶節(jié)距和驅(qū)動輪齒數(shù)z應(yīng)該滿足強(qiáng)度、剛度要求。在此情況下，盡量選擇小的數(shù)值，以降低履帶高度。
根據(jù)節(jié)距與整機(jī)重量的關(guān)系：其中的單位為mm,G的單位為kg.
（說明：此處的驅(qū)動輪方面在驅(qū)動輪計算部分再詳細(xì)說明。）
則
根據(jù)計算的與實(shí)際的資料：
選型號為23048 的履帶。
同時，目前橡膠履帶損壞的一些具體表現(xiàn)，主要集中在3 個方面：整體斷裂、鐵齒脫落、鐵齒斷裂。由于橡膠履帶的使用還受到道路、作業(yè)環(huán)境和機(jī)手操作水平的影響，且橡膠履帶又是整體結(jié)構(gòu)，一旦出現(xiàn)斷裂、脫齒等現(xiàn)象，往往就需要更換整條履帶（每條履帶的價格一般在2 0 0 0 元左右），這是一筆不小的開支。橡膠履帶機(jī)械行走機(jī)構(gòu)主要由驅(qū)動輪、支重輪、張緊輪、前導(dǎo)軌、后導(dǎo)軌和橡膠履帶等組成。橡膠履帶不僅要承受整機(jī)的壓力，同時還要傳遞從變速箱驅(qū)動輪傳來的驅(qū)動力，承受履帶張緊后的拉力和大量的泥、草等造成的巨大阻力等。針對這一實(shí)際，一些公司也做了相當(dāng)多的改進(jìn)。（浙江省湖州聯(lián)合收割機(jī)廠經(jīng)過多年的試驗(yàn)和跟蹤調(diào)查，總結(jié)出了若干經(jīng)驗(yàn)，并對橡膠履帶進(jìn)行了以下3 個方面改進(jìn)：（1） 更新鋼絲簾線；（2） 鐵齒脫落 該現(xiàn)象一般表現(xiàn)為鐵齒與橡膠分離。改進(jìn)時主要從增大粘合面積著手，在不增加鐵齒質(zhì)量的前提下，改進(jìn)鐵齒的截面形狀，從而增大與橡膠的粘合面積，與此同時還適當(dāng)加大鐵齒表面的粗糙度（比如用工具在鐵齒表面某些部位人為地加工出干小淺槽），以增加鐵齒對橡膠的粘接力；（3） 鐵齒斷裂 斷裂部位一般是發(fā)生在驅(qū)動輪與鐵齒的結(jié)合處。由于在泥腳較深轉(zhuǎn)彎困難或通過較高的田埂時機(jī)子負(fù)荷較大，此時最容易造成鐵齒斷裂現(xiàn)象。對鐵齒結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固改進(jìn)，可大大增加鐵齒的強(qiáng)度，提高鐵齒的耐用度。）
至此可看到，橡膠履帶的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢。故此，這里選擇橡膠履帶230*48系列。
（2）驅(qū)動輪的計算
目前, 履帶嚙合副的設(shè)計還停留在經(jīng)驗(yàn)設(shè)計階段, 沒有相關(guān)的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn), 各種齒形的設(shè)計方法很多, 極不統(tǒng)一, 主要有等節(jié)距嚙合方式、亞節(jié)距嚙合方式和超節(jié)距嚙合方式。等節(jié)距嚙合主要指履帶節(jié)距與鏈輪節(jié)矩相等。在等節(jié)距嚙合時, 履帶嚙合副是多齒傳動, 履帶牽引力由嚙合各齒分擔(dān), 各個齒所受的負(fù)荷較小, 此時嚙合平穩(wěn)、沖擊振動小, 使用壽命較長。但在實(shí)際中, 等節(jié)距嚙合只是一個理論概念, 因?yàn)榧词乖谠O(shè)計上使履帶與鏈輪節(jié)距相等, 履帶在使用過程中將產(chǎn)生節(jié)距變化(如彈性伸長, 履帶銷和銷孔磨損伸長等), 嚙合實(shí)際上為超節(jié)距嚙合。且因圖紙標(biāo)注公差、制造誤差等使履帶在一定范圍內(nèi)波動, 履帶與鏈輪的嚙合要么是超節(jié)距, 要么是亞節(jié)距, 等節(jié)距嚙合實(shí)際上很難存在于嚙合過程中。在亞節(jié)距嚙合過程中, 鏈輪與履帶銷之間力的傳遞僅由即將退出嚙合的一個鏈輪齒來完成, 但對于頻繁改變方向的機(jī)器, 在減輕啟動沖擊方面很有利, 而且隨著亞節(jié)距量的增加,作用更加明顯。但在退出嚙合時, 履帶銷處于遲滯狀態(tài), 嚴(yán)重時甚至由于運(yùn)動干涉而不能退出嚙合。因此, 在設(shè)計過程中應(yīng)根據(jù)工作工況, 靈活采取相適應(yīng)的設(shè)計方法, 使履帶銷順利進(jìn)入和退出嚙合, 減少接觸面的沖擊; 使齒面接觸應(yīng)力滿足要求, 減小磨損; 使履帶節(jié)距因磨損而增大時仍能保持工作而不掉鏈等。因此，綜上考慮驅(qū)動輪選用鏈輪的設(shè)計方案。
a. 確定驅(qū)動輪主要尺寸（則根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)得）：
分度圓直徑
齒頂圓直徑
齒根圓直徑
分度圓弦高
最大齒根距離
齒側(cè)凸緣 。
b. 確定驅(qū)動輪齒槽形狀
試驗(yàn)和使用表明，齒槽形狀在一定范圍內(nèi)變動，在一般工況下對鏈傳動的性能不會有很大影響。這樣安排不僅為不同使用要求情況時選擇齒形參數(shù)留有了很大余地。同時，各種標(biāo)準(zhǔn)齒形的鏈輪之間也可以進(jìn)行互換。
圖7 驅(qū)動輪圖
齒面圓弧半徑
齒溝圓弧半徑
齒溝角
則根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)得：
齒面圓弧半徑
齒溝圓弧半徑
齒溝角
。
3.4 張緊裝置的設(shè)計與計算
張緊裝置主要是對導(dǎo)向輪部件的張緊。
3.4.1 張緊裝置結(jié)構(gòu)及其工作原理
張緊裝置示意圖：
圖8張緊裝置示意圖
張緊彈簧由于裝置的反沖作用，使其在右方頂著導(dǎo)向輪使其在工作過程中，始終保持一定的張緊狀態(tài)，從而使履帶張緊導(dǎo)向輪導(dǎo)向。
3.4.2 彈簧類別的設(shè)計與計算
(1) 彈簧類別的選定
因張緊裝置的作用，是通過彈簧對導(dǎo)向輪的推動從而達(dá)到張緊的作用。因此，選用壓縮、拉伸彈簧即可。對于選材采用通用的材料（）即可。
運(yùn)用公式求得隔振彈簧的剛度：
（3—14）
式中：——隔振系統(tǒng)頻率比；
——振動質(zhì)體總重量（kg）；?。?
——振動頻率。
由
則代入公式
則通過計算知彈簧的剛度為。按工作的載荷進(jìn)行計算時，許用應(yīng)力應(yīng)適當(dāng)取低，取，彈簧的工作載荷約為400N.
（2） 彈簧的計算
運(yùn)用公式求得螺旋彈簧曲度系數(shù):
（3—15）
式中：C——旋繞比（當(dāng)材料直徑時，C一般取）
試取旋繞比C=6，則
根據(jù)公式求得材料的直徑:
（3—16）
式中: K——曲度系數(shù)；（）
C——旋繞比；（）
F——彈簧的工作載荷(N)；（）
——許用切應(yīng)力（Pa）。（）
計算得彈簧絲直徑：
根據(jù)公式：
（3—17）
式中：G——切變模量（Mp）；()
D——彈簧中徑（mm）。()
計算得彈簧有效圈數(shù)
根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)取 n=7
選擇冷卷壓縮彈簧YⅡ，兩端圈并緊并磨平，取
則總?cè)?shù)
根據(jù)公式:
（3—18）
式中：d——彈簧材料直徑(mm)。
計算得節(jié)距 ，
選擇 P=0.012m=12mm
間距
根據(jù)公式：
計算得自由高度
根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)選取
壓縮彈簧高徑比
壓縮彈簧工作高度
壓縮彈簧壓并高度
螺旋角
彈簧材料的展開長度
經(jīng)計算可知：b<5.3,滿足穩(wěn)定性的要求。
3.5 液壓系統(tǒng)的設(shè)計
履帶機(jī)械全液壓式行走系統(tǒng)的設(shè)計要滿足如下要求：
(1) 正常行走速度在0.83～1.4m/s范圍內(nèi)，空載最大速度達(dá)到3m/s 左右，轉(zhuǎn)向速度在0.5～1.0m/s范圍內(nèi)。
(2) 轉(zhuǎn)速比要適當(dāng)、操作靈活方便、成本低。
3.5.1 液壓系統(tǒng)及其動力計算
(1) 液壓系統(tǒng)的選擇
以馬達(dá)為執(zhí)行元件，采用變量泵+變量馬達(dá)系統(tǒng)，其液壓系統(tǒng)如圖1 所示。2.2 工作過程分析停車時，油泵斜盤傾角為0°，不輸出壓力油；在伺服油缸彈簧力作用下，馬達(dá)斜盤傾角達(dá)到最大值。前進(jìn)(增速)時，速度控制桿前推、換向閥H1 的P 與B 相通，補(bǔ)油泵輸出的壓力油經(jīng)換向閥進(jìn)入伺服油缸。在伺服油缸的作用下，油泵斜盤開始傾斜，變量泵P1 輸出壓力油。壓力油在a 點(diǎn)分流、經(jīng)換向閥H4 和H5 到達(dá)馬達(dá)M1 和M2，兩個馬達(dá)的回油在b 點(diǎn)匯合后流回油泵的低壓腔。隨著油泵斜盤傾角的增加，行進(jìn)速度增加。當(dāng)速度控制桿停止向前移動時，由于反饋?zhàn)饔茫瑩Q向閥H1 回到中位，泵斜盤停止移動，固定在某一傾角位置，馬達(dá)保持在某一固定轉(zhuǎn)速。此階段為變量泵+定量馬達(dá)階段。當(dāng)變量泵P1傾角達(dá)到最大值時，泵的輸出流量最大。此時，如果繼續(xù)向前推移速度控制桿，則其對油泵換向閥的控制轉(zhuǎn)移到對馬達(dá)換向閥H2 和H3 的控制。在馬達(dá)伺服油缸的作用下，馬達(dá)的傾角開始減小，馬達(dá)排量減小、轉(zhuǎn)速增高、行進(jìn)速度增大。此階段為定量泵+變量馬達(dá)階段。向前運(yùn)動時，減速過程和上述相反。先是定量泵+變量馬達(dá)階段，后為變量泵+定量泵階段。后退時，只需把速度控制桿從中位向后拉動，換向閥H1 的P 與A 相通，使變量泵P1 反向供油即可。
圖9 液壓系統(tǒng)示意圖
(2) 主要參數(shù)的確定
液壓馬達(dá)載荷力矩和工作載荷力矩：采用后輪驅(qū)動方式，取被驅(qū)動輪阻力矩為工作載荷力矩。
a．工作載荷力矩的確定
起動階段的工作載荷力矩為
（3—19）
式中：——滑動摩擦系數(shù)；（=0.5）
W——機(jī)具質(zhì)量??；(W =14700N)，
R——驅(qū)動輪節(jié)圓半徑.(r =0.174m)
則經(jīng)計算：=1277.8N.m
b. 正常行駛階段的工作載荷力矩為
=×W ×r （3—20）
式中：——滾動阻力系數(shù)，取=0.11。
則經(jīng)計算：=281.1N.m
c. 轉(zhuǎn)向階段的工作載荷力矩由粘性轉(zhuǎn)向阻力矩確定:
（3—21）
式中：——為轉(zhuǎn)向阻力系數(shù)；（m =0.67）
——履帶接地長度。（=1.6m）
則=7879.2N.m
軸頸摩擦力矩f M 和慣性力矩Mi 很難實(shí)測，按工作負(fù)載的1%計算。
（3） 載荷力矩
a. 液壓馬達(dá)載荷轉(zhuǎn)矩：考慮馬達(dá)機(jī)械效率(取0.99)和轉(zhuǎn)速比i時，液壓馬達(dá)載轉(zhuǎn)矩
（3—22）
起動階段液壓馬達(dá)載荷力矩；包含工作負(fù)載力矩；軸頸摩擦力矩和慣性力矩。
=1.02 =1303.356N.m
b. 起動階段液壓馬達(dá)載荷轉(zhuǎn)矩：
=1316.52N.m
c. 正常行駛階段馬達(dá)載荷力矩：包含工作負(fù)載、軸頸摩擦力矩。
= 1.01N.m =283.91N.m
d. 正常行駛階段液壓馬達(dá)載荷轉(zhuǎn)矩：
=286.8N.m
e. 減速制動階段馬達(dá)載荷力矩：包含工作負(fù)載、軸頸摩擦力矩和慣性力矩。= =281 N.m
f. 減速制動階段馬達(dá)載荷轉(zhuǎn)矩為
=283.94N.m
g. 轉(zhuǎn)向階段馬達(dá)載荷力矩：包含粘性轉(zhuǎn)向阻力矩、軸頸摩擦力矩和慣性力矩。
=1.02=8050.4N.m
h. 轉(zhuǎn)向過程馬達(dá)載荷轉(zhuǎn)矩：假設(shè)左、右履帶土壤水平推力均等于牽引力，轉(zhuǎn)向受力如圖2所示。對O 點(diǎn)取矩求得牽引力F 為
（3—23）
式中：——為滾動摩擦力。
即N.m
i. 轉(zhuǎn)向階段驅(qū)動力矩為
=N.m
3.5.2 主要液壓元件選型
(1) 選擇系統(tǒng)持續(xù)工作壓力p 為24MPa，最高壓力p 為33MPa。液壓馬達(dá)的排量q 和最低轉(zhuǎn)速n 以及流量Q 分別為
（3—24）
（3—25）
（3—26）
根據(jù)載荷轉(zhuǎn)矩和系統(tǒng)工作壓力，確定液壓馬達(dá)的排量；根據(jù)設(shè)計要求確定液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)速；根據(jù)轉(zhuǎn)速和排量確定液壓馬達(dá)所需流量，其計算結(jié)果見表1 所示。根據(jù)以上計算，選擇Sundstrand 公司seriers40 產(chǎn)品M25MV 馬達(dá)為本系統(tǒng)的執(zhí)行元件，其理論排量為25，額定壓力33MPa，最高轉(zhuǎn)速為5000r/min。
選擇液壓泵出口到液壓馬達(dá)入口之間總的管路損失為0.5，液壓泵的最大工作壓力為系統(tǒng)泄漏系數(shù)取1.2、液壓馬達(dá)的最大總流量為2×13013 (/min)時液壓泵的流量為
選擇Sundstrand 公司seriers40M25PV 變量泵，
具體參數(shù)如下：排量24.6、最高壓力為34MPa、轉(zhuǎn)速變化范圍為500～4000r/min。
補(bǔ)油泵的流量
補(bǔ)油泵選CB-B10，其流量為10L/min；壓力=2.5MPa；轉(zhuǎn)速為1450r/min；容積效率0.85；
驅(qū)動功率為0.51kW。
源動機(jī)驅(qū)動功率W 為
W =25kW
根據(jù)以上計算，選擇閥類元件如表2 ：
表4 選擇閥類元件表
名稱
工作壓力
額定流量
型號
最大壓力損失
連接方式
數(shù)目
節(jié)流閥
14
25
LF-B1OB
流量為48時取(0.6-0.15)
板式
3
溢流閥
14-35
0-50
YF-B1OC
流量為48時取(0.6-0.15)
板式
3
換向閥
6.3
40
34D-25Y
流量為48時取(0.6-0.15)
板式
2
單向閥
6.3
25
I-25B
流量為48時取(0.6-0.15)
板式
2
(2) 選擇液壓輔助元件
a. 管道的選擇。取吸油管流速為1m/s、有壓管的流速為3m/s。根據(jù)計算選擇吸油管和有壓管，
其結(jié)果見表3 所示。
表5 管道的選擇
管材
公稱直徑（mm）
外徑（mm）
內(nèi)徑（mm）
壁厚（mm）
管長（mm）
主泵吸油管
低壓流體輸送用焊接鋼管
50
42.3
35.8
3.25
2000
補(bǔ)油泵吸油管
低壓流體輸送用焊接鋼管
25
21.3
15.8
2.75
2000
馬達(dá)油壓管
20號冷拔無縫鋼管
13.0
9.8
1.60
6000
主泵油壓管
20號冷拔無縫鋼管
22.0
16.4
2.80
3000
b. 油箱容量的確定。油箱的容量可選為
（24）
c. 吸油管路濾油器的選擇。主泵吸油管采用WU-250×180，補(bǔ)油泵吸油管采用WU-63×180。
4 使用說明書(SM)
產(chǎn)品型號和名稱：
4.1 產(chǎn)品適用范圍及特點(diǎn)
該產(chǎn)品配套的N402型履帶底盤的拖拉機(jī)目前還不是太多，但其在一些地區(qū)，如山區(qū)，丘陵等有著較好的普及潛力。同時，它可以提高相關(guān)作業(yè)的效率，有效的提高農(nóng)民的經(jīng)濟(jì)現(xiàn)收入。
4.2 型號說明
N402-1300型農(nóng)用拖拉機(jī)底盤
該產(chǎn)品的型號為N402—1300型農(nóng)用履帶式底盤，配套動力40馬力左右，軌距1300mm,工作速度大約為2—5km/h，履帶相對機(jī)架來說較易損壞。機(jī)架整體是焊接而成。機(jī)構(gòu)較普遍。
5 試驗(yàn)研究大綱（SG）
（1）范圍
GB /丁 3 871的本部分規(guī)定了測定農(nóng)業(yè)輪式拖拉機(jī)、履帶式或半履帶式拖拉機(jī)牽引功率的試驗(yàn)規(guī)程。
本部分適用于農(nóng)業(yè)輪式和履帶拖拉機(jī)。
（2）規(guī)范性引用文件
下 列文件中的條款通過GB/T 3871本部分的引用而成為本部分的條款口凡是注日期的引用文件，其隨后所有的修改單(不包括勘誤的內(nèi)容)或修訂版均不適用于本部分，然而，鼓勵根據(jù)本部分達(dá)成協(xié)議的各方研究是否叮使用這些文件的最新版本。
GB/T 3 871.3 -2006 農(nóng)業(yè)拖拉機(jī)試驗(yàn)規(guī)程 第3部分:動力輸出軸功率試驗(yàn)(ISO 789-1；1990, MOD)
JB/T 7282 拖拉機(jī)用油品種、規(guī)格的選用
（3）術(shù)語和定義
下列術(shù)語和定義適用于GB/T 3871的本部分。
軸距 wheelbas：
分別通過拖拉機(jī)同側(cè)前、后車輪接地中心點(diǎn)并垂直于縱向中心面和支承面的兩平面間的距離。
拖拉機(jī)質(zhì)量 tractor mass：
拖拉機(jī)基本質(zhì)(無負(fù)載拖拉機(jī))basict ractorm ass(onladent ractor):拖拉機(jī)按規(guī)定加注各種油、冷卻液，在工作狀態(tài)下的拖拉機(jī)質(zhì)量。不包括選裝的前、后配重、輪胎配重、拖拉機(jī)駕駛員、懸掛的農(nóng)具、掛結(jié)的設(shè)備或任何專用部件的質(zhì)量.
帶配重拖拉機(jī)質(zhì)量(帶負(fù)載拖拉機(jī)) ballastedt ractorm ass(laden tractor):
按 5.7的要求進(jìn)行6規(guī)定的性能試驗(yàn)的帶配重的拖拉機(jī)質(zhì)量.
發(fā)動機(jī)標(biāo)定轉(zhuǎn)速 ratede ngines peed:
拖拉機(jī)制造廠規(guī)定的發(fā)動機(jī)持續(xù)滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時的轉(zhuǎn)速。
牽引功率 drawbarp ower:
在牽引桿上測得并至少維持205或可持續(xù)行駛20m距離的時間(取兩者中時間較長者)的功率。
最大牽引力 maximum drawbar pull：
由制造廠推薦的牽引掛結(jié)點(diǎn)上，拖拉機(jī)在其縱軸方向上所能保持的最大水平牽引力。
比油耗 specificf uelc onsumption：
單位功所消耗的燃油量。
動力半徑指數(shù) dynamicr adiusin dex：
拖拉機(jī)無牽引負(fù)載，以大約3.5 k m/h的速度行駛時，與驅(qū)動輪轉(zhuǎn)一圈所駛過的距離對應(yīng)的有效半徑(即該距離除以2r)。
（4）測量單位和允許誤差
本部分使用下列測量單位和允許誤差
（5）通用要求
技術(shù)要求：
被試驗(yàn)拖拉機(jī)應(yīng)與試驗(yàn)報告(見附錄A)中的技術(shù)規(guī)格一致，并應(yīng)按制造廠推薦的操作方法試驗(yàn)。
預(yù)熱和初調(diào)：
拖拉機(jī)試驗(yàn)前應(yīng)進(jìn)行預(yù)熱。對于可調(diào)節(jié)油氣混合比的火花點(diǎn)燃式發(fā)動機(jī)，試驗(yàn)時發(fā)動機(jī)化油器的油氣混合比應(yīng)調(diào)整到正常使用條件下與動力輸出軸試驗(yàn)時(見GB/T 3871.3 -2006)相同的調(diào)整位置發(fā)動機(jī)應(yīng)在標(biāo)定轉(zhuǎn)速、油門全開的狀態(tài)下進(jìn)行預(yù)熱。
當(dāng)用同一臺拖拉機(jī)進(jìn)行牽引試驗(yàn)和動力輸出軸試驗(yàn)(見GB/T 3871.3 -2006)時，供燃油裝置的位置應(yīng)保持不變
試驗(yàn)用燃油和潤滑油：
試驗(yàn)時，發(fā)動機(jī)所用燃油應(yīng)符合JB/T 7282的視定試 驗(yàn) 用 潤滑油應(yīng)符合制造廠或JB/T 7282規(guī)定的潤滑油的類型和豁度級別。如果使用其他種的潤滑油應(yīng)明確給出它們用在何處的詳細(xì)信息(如使用在發(fā)動機(jī)、傳動系等)。
如果潤滑油符合其他國家標(biāo)準(zhǔn)或國際標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)給出具體的參考標(biāo)準(zhǔn)。
輔助裝置：
對于全部試驗(yàn)，如果駕駛員在常規(guī)操作中.按照使用說明書、不使用工具(除特殊試驗(yàn)的規(guī)定外)就能脫開的輔助裝置(如液壓提升泵或空氣壓縮機(jī))應(yīng)置于脫開位置。否則，應(yīng)使之在最小負(fù)荷下運(yùn)轉(zhuǎn)
如果拖拉機(jī)裝有產(chǎn)生易變寄生功率損失的裝置，如變速冷卻風(fēng)扇、間歇性液壓或電子裝置等，則該裝置試驗(yàn)時不應(yīng)置于脫開狀態(tài)或改變其狀態(tài)。如果使用說明書中允許駕駛員脫開該裝置，試驗(yàn)時將該裝置處于脫開狀態(tài)，但應(yīng)記人試驗(yàn)報告中。
試驗(yàn)期間，這些裝置引起的牽引功率變化超過士5%時，應(yīng)在試驗(yàn)報告中記錄功率偏離平均值的百分?jǐn)?shù)。
試驗(yàn)條件：
扭矩或功率等測值無需進(jìn)行環(huán)境狀態(tài)或其他因素方面的任何修正。大氣壓力應(yīng)不低于96.6 kPa.如受海拔條件限制不能達(dá)到要求的大氣壓，允許調(diào)整化油器或燃油泵，詳情應(yīng)記人試驗(yàn)報告中。
在每種工況開始測量前，拖拉機(jī)都應(yīng)達(dá)到穩(wěn)定的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。
燃油消耗：
調(diào)整燃油測量裝置，使在化油器或噴油泵處的油壓相當(dāng)于拖拉機(jī)油箱一半燃油時所具有的油壓。燃油溫度應(yīng)相當(dāng)于拖拉機(jī)滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)2h后抽箱出口的燃油溫度，試驗(yàn)過程中應(yīng)盡量限制油溫的變化。測量燃油消耗率時，拖拉機(jī)應(yīng)直線持續(xù)行駛至少20 m的距離或維持20 s的距離(取兩者中時間較長者)。
用容積法測量燃油耗時，應(yīng)按某一燃油溫度的比重計算單位功的油耗質(zhì)量。通常按15℃時的燃油比重計算容積值。
用質(zhì)量法測量燃油耗時，用15℃時的燃油比重計算容積值
配童和輪胎氣壓：
市場上購得的拖拉機(jī)配重需經(jīng)制造廠確認(rèn)用于農(nóng)業(yè)用途。對輪式拖拉機(jī)，也可以在輪胎內(nèi)加液體配重。
每個輪胎承受的靜載荷(包括輪胎內(nèi)的液體配重和代替駕駛員的75k g的重物)和輪胎氣壓均應(yīng)在輪胎制造廠規(guī)定的限值內(nèi)。測量氣壓時輪胎氣門嘴應(yīng)位于最低位置(輪胎內(nèi)加液體配重的除外)。
（6）試驗(yàn)規(guī)程
一般要求：
拖拉機(jī)牽引性能應(yīng)在下列路面之一的路面上進(jìn)行:
a) 對輪式或橡膠履帶拖拉機(jī)，清潔、水平、干燥，接縫應(yīng)盡可能少的棍凝土路面或柏油碎石路面;
b) 對于鋼履帶拖拉機(jī):平坦、干燥、水平的茬地或草地，或具有相同附著性能的水平路面;
c) 移動路面(轉(zhuǎn)鼓或轉(zhuǎn)鼓試驗(yàn)臺)上的試驗(yàn)結(jié)果應(yīng)和上述路面上得到的結(jié)果具有可比性。
試驗(yàn)報告中應(yīng)記錄試驗(yàn)路面的類型。如果使用轉(zhuǎn)鼓，則應(yīng)記錄轉(zhuǎn)鼓直徑。
拖拉機(jī)的前進(jìn)速度超過試驗(yàn)設(shè)備的安全極限的擋次不進(jìn)行試驗(yàn)。
牽引力應(yīng)沿水平方向。牽引桿的高度相對于拖拉機(jī)應(yīng)保持不變并應(yīng)使拖拉機(jī)在整個試驗(yàn)期間不失去控制。對于輪式拖拉機(jī)，使用公式(5—1)計算牽引力的高度:
(5—1)
式中： — 前輪作用于地面的靜載荷，單位為牛頓(N)；
— 軸 距 ，單位為毫米(mm)；
— 牽 引力，單位為牛頓(N)；
—牽引力距離地面的靜態(tài)高度，單位為毫米(mm)。
牽引試驗(yàn)開始時，在輪胎和履帶