履带式水稻联合收割机差速转向机构仿真研究

履带车辆

广西大学

硕士学位论文

履带式水稻联合收割机差速转向机构仿真研究

姓名：蔡龙

申请学位级别：硕士

专业：农业机械化工程

指导教师：梁兆新;杨坚

20090930

履带车辆

履带式水稻联合收割机差速转向机构仿真研究

摘要

履带式水稻联合收割机在农业机械化工程领域发挥着重要作用。转向机构作为履带式水稻联合收割机的重要组成部分，其性能直接影响联合收割机整车性能。随着履带式水稻联合收割机功率的增大、车速的提高，对转向机构的性能要求也越来越高。因此，履带转向行走机构的仿真研究及其关键部件结构的合理改进，对提高履带式水稻联合收割机的转向性能、减少其运行故障具有重要意义。

运用ＰｒｏｋＥ、ＡＤＡＭＳ软件建立履带式水稻联合收割机简化的整机模型和地面模型，通过实测特定车速下物理样机驱动轴扭矩，验证虚拟仿真模型的正确性。采用拉压弹簧阻尼器模拟履带车辆转向过程中的壅土，并联合整车模型在ＡＤＡＭＳ中进行动力学仿真，分析转向机构关键部件一转向轴的受力状态。根据转向轴受力状态，在ＡＮＳＹＳ中建立转向轴有限元模型进行仿真，分析转向轴承载情况，结果表明：转向轴刚度满足工作要求，强度不满足工作要求。因此，对转向轴进行改进，将承载部位直径增大至３０ｍｍ，应力集中部位倒圆角。仿真分析结果显示改进后转向轴刚度与强度均满足要求，解决了转向机构工作过程中的结构安全问题。关键词：转向机构履带联合收割机仿真分析强度刚度

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ＴＨＥＳＩＭＵＬＡＴＩＯＮＳＴＵＤＹＯＮＴＨＥＳＴＥＥＩＵＮＧ

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广西大学学位论文原创性声明和学位论文使用授权说明

学位论文原创性声明

本人声明：所呈交的学位论文是在导师指导下完成的，研究工作所取得的成果和相关知识产权属广西大学所有。除己注明部分外，论文中不包含其他人已经发表过的研究成果，也不包含本人为获得其它学位而使用过的内容。对本文的研究工作提供过重要帮助的个人和集体，均已在论文中明确说明并致谢。

论文作者签名：蒸痉卅年》具ｚｊ日

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履带 式水稻联合收割机差追转向机构仿真研究

第一章绪论

１．１课题来源、选题依据和国内外研究现状

１．１．１课题的来源

课题来源于２００７年广西农业机械研究院科技攻关与新产品试制项目——机械主导产品先进制造技术研究及开发，原课题名称为水稻联合收割机新型履带行走底盘研制与开发，本课题为其中一个子课题。

１．１．２选题依据

履带式车辆在现代军事、建筑业和农业等各领域里发挥着重要的作用ｆ¨。履带作为车辆的行走机构既加强了车辆离开道路的越野能力，也增大了车辆的负重能力。在农业应用领域，特别是在收获机械方面，大部分用于收获作业的农用车辆均使用白走式履带底盘。履带底盘作为联合收割机的重要组成部分，其性能直接影响到联合收割机的作业能否顺利有效完成。水稻联合收割机通常情况下是在水田作业，泥脚较深，负荷较大，特别是在转向作业过程中，传统转向系统的转向形式造成履带滑移较大、履带壅土严重等情况，增大了水稻联合机的故障率。因此，对采用履带底盘的水稻收割机的转向系统经行研究是很有必要的。

转向机构是转向系统的核心部件之一，其性能直接影响到转向系统甚至整个底盘的工作状况。同时由于履带车辆的转向原理与轮式车辆根本不同，使履带车辆很难在任意速度下按驾驶员意愿使车辆按一定半径转向。随着农用履带车辆功率的增大和车速的提高，对其转向机动性的要求也越来越高，对新型转向机构的研究也越加迫切。

广西农业机械研究院梁兆新高工等人发明了一种行走转向机构１２Ｊ，并于２００３年７月３０日向国家专利局申请了专利，０７年开始与桂林市桂联农业装备有限责任公司合作开发，将该型转向装置应用到该公司的橡胶履带式水稻联合收割机上。目前，履带式行走机构特别是农用履带式行走机构的转向一般是采用单边离合和制动的方式实现转向，这种转向方式存在转向半径过大、功率消耗过高、不动边履带容易壅土和阻力大等缺点，而此种新型转向机构结构简单、紧凑，在转向时，由于左右两侧履带或轮胎能分别朝相反方

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向转动，故转向快捷，转弯半径小，能很好的解决履带壅土的问题。

通过对该型转向机构的仿真研究及优化，既能使其更好的实现良好的转向性能，又能满足实际工作条件下的强度和刚度要求。由于在计算机中进行虚拟样机的仿真优化，能够加快实验样机的研制和改良，节约大量的人力、物力及时间。不但能带来良好的经济效益和社会效益，而且对广西区及国内农业机械化的进一步发展具有重要意义。１．１．３国内外研究现状

早在１７７０年，英国理查德 洛弗尔 埃奇沃思发明了履带车辆并获得了专利【３】【４】，自此，履带车辆正式登上了历史舞台。但此直至１９世纪末，履带车辆都没有得到较大的发展，技术还很落后，许多重要问题都没有得到解决。进入２０世纪，汽车工业开始蓬勃发展，履带车辆仅作为汽车的衍生品，依赖汽车工业而发展【５Ｊ。随着汽车工业的发展和履带车辆技术的不断提高，履带式车辆开始广泛引用于农业领域。２０世纪８０年代以来，美国卡特彼勒和迪尔公司，英国的马歇尔公司，日本洋马、小松公司和久保田公司都研制出了自己独特的橡胶履带产品，并应用于农业领域。如日本久保田公司和洋马公司生产的半喂入履带自走式水稻联合收割机，技术成熟，可靠性高，取得了良好的社会价值和经济价值。

在与履带式水稻联合收割机相关的履带车辆行走机构和转向机构方面，国外众多学者也对其进行了许多卓有成效的研究。１９８７年，美国约翰笛尔公司的Ｋａｒ，ＭａｌａｙＫ，对履带车辆的履带受力和转向半径之间的关系进行了深入的研究１６Ｊ，通过对运动车辆进行运动分析得出履带的受力，同时将转向时外侧履带的滑移而引起的牵引系数（摩擦系数）的变化纳入考虑范围。得到由速度和转向半径引起的滑动变化得出的履带受力和转向半径之间的关系。２００６年５月，日本国防大学Ｔａｋｉｔａ，ｙｏｓｈｉｈｉｒｏ，提出了轨道式侧向引导车辆的感应转向机构（ＳＳＭ）１７Ｊ，ＳＳＭ在直线方向可以实现高速移动，但是侧偏的稳定性受车辆速度和轮胎的滑移角所影响。对于普通的感应转向机构传，转向比（传感器臂转角和转向角的比值）设定为２比１，在实验过程中，携带１千赫兹灵敏摄像机的后置电机后驱动型车辆的转向比从１Ｎ１．５进行改变，得出的在测试轨道上的实验和仿真结果符合目的，并显示出了该方法的优越性。

我国农用履带车辆及其转向机构的研究起步较晚，主要发展是在建国以后。１９７１年，湖州农机修造厂研制出了国内第一台履带式半喂入联合收割机，１９９５年，该公司研

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制出来了国内首台履带式全喂入稻麦联合收割机。虽然目前国内履带式水稻联合收割机的发展与国外先进国家和地区有一定的差距，但国内的科研、工程人员对相关的履带行走机构、转向机构进行了大量的有益研究。

西安理工大学的曹付义和一拖公司技术研究中心的贾鸿社等人【８】【９】，基于双功率流传动原理，利用液压元件的无级调速特性，在２００６年９月对适合履带车辆的液压机械双功率流差速转向机构的转向原理进行了分析，建立了转向机构的运动方程和转矩方程，提出了转向机构行星排特性参数的确定原则。根据液压转向调速系统主要参数的计算公式，并结合东方红１３０２Ｒ型橡胶履带拖拉机进行了参数设计和转向运动性能分析，所选参数满足整机性能要求。

东北农业大学的李文哲和张鸿琼等人１１０】１１１】，在２００５年５月提出了履带车辆液压双功率流机械差动传动装置转向期间车辆实现自动无级降速的方法，通过转向期间自动无级降低直线行驶分路的速度，得到无穷多个转向半径，从而提高车辆转向灵活性及降低转向功率增长系数。阐述了实现转向期间自动无级降速的控制原理及由仿真得到的理论数据。结果认为通过该装置可以在同一转向角速度的条件下减小转向半径，降低消耗的总功率。并且在任意车速下都可以实现原地转向，且操作方式与轮式车辆相同，转向时不切断动力，可充分利用整机附着重量，行走系统仍可输出发动机的全功率，提高作业机动性。

装甲兵工程学院的汤久望等人【１２】［１３】，在２００６年９月，从转向运动的特点和内侧履带制动力作用的机理出发，分析了履带车辆内侧履带为制动力情况下的非精确转向与其内侧履带制动力之间的内在联系；建立了履带车辆转向动态仿真模型和转向轨迹计算模型，并对内侧履带在不同制动力作用下车辆的动态转向过程和转向轨迹进行仿真分析，其仿真分析结果对履带车辆特别是电传动履带车辆转向系统及其控制规律的研究与设计具有指导意义。

此外，东北农业大学的李荣丽在２００６年１１月，采用Ｐｒｏ／Ｅｎｇｉｎｅｅｒ仿真软件中的ｍｅｃｈａｎｉｓｍ模块对履带联合收割机转向机构进行仿真分析，得出了联合收割机在转向时随着转向半径的变化左右履带所需的转向阻力矩、左右两侧履带速度、整车速度的变化曲线【１４１。装甲兵工程学院的陈军伟等人在２００７年１月对计履带滑动及履带宽是转向负荷问题进行了研究【１５】，得出了了履带接地压力均匀分布及集中载荷两种条件下的转向牵引力、制动力及转向阻力矩的计算式，通过用数值法求解，表明：军用履带车辆计履带宽时的牵引力、制动力及转向阻力矩可用计履带滑动不计履带宽的简化条件计算，牵引

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力及制动力将向车体纵向几何中心线偏移，其偏移量相对履带宽可以忽略。

１．２研究内容、研究方法和技术路线

１．２．１研究内容

１）建立转向机构模型、履带行走机构模型和地面模型；

２）研究确定履带式水稻联合收割机和地面在转向时的约束关系和载荷；

３）模型的验证；

４）建立土壤的壅土模型；

５）整车动力学仿真分析；

６）转向轴的有限元分析：

７）转向轴强度、刚度校核及改进。

１．２．２研究方法

１）根据专利图纸和实验样机的参数，用软件ＰＲＯ／Ｅ画出转向机构的三维实体模型，并进行装配。

２）根据实验样机数据，简化履带行走机构的模型，并用三维实体建模软件ＰＲ０／Ｅ建立履带行走机构的模型。

３）根据工作环境，建立地面模型，并选择合理参数。

４）对实验样机进行测试，根据实验结果对所建模型进行验证，并通过成组的弹簧模拟履带式水稻联合收割机转弯过程中所受的土壤的侧向阻力，从而确定转向过程中转向机构关键轴所受力最大的情况。达到要求后，在仿真软件ＡＤＡＭＳ中进行整机转向的仿真分析。

５）根据ＡＤＡＭＳ中仿真分析的结果，在仿真软件ＡＮＳＹＳ中对转向机构的关键部位如传动轴等进行有限元仿真分析。

６）根据仿真结果，分析转向轴在转向过程中的受力及变形情况。

７）根据转向轴在有限元分析软件ＡＮＳＹＳ中的仿真分析结果，提出转向机构的优化方案并仿真，直至转向轴达到要求的强度和刚度要求，得出结论。

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１．２．３技术路线履带式水稻联合收割机差速转向机构仿真研究

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广西大掌硕士掌位论文履带式水稻联合收割机差速转向机构仿真研究１．３虚拟样机技术简介

１．３．１虚拟样机技术的概念、特点及应用

虚拟样机技术原名为ＶｉｒｔｕａｌＰｒｏｔｏｔｙｐｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ＂（ＶＰＴ）０６］［１７１【１８】，也即虚拟模型技术，是以ＤＦＸ（如ＤＦＡ，ＤＦＭ等）和ＣＡＸ（如ＣＡＤ，ＣＡＭ，ＣＡＥ等）为基础而发展起来的一种基于产品的计算机仿真模型的数字化设计方法。

利用虚拟样机技术，工程设计人员通过在计算机上创建产品系统模型，并进行三维可视化处理，模拟实际环境中系统的工作过程，然后根据仿真的结果对产品系统进行细化和优化，从而可以使产品的设计和制造者能在产品研制的早期及时发现和解决产品问题，优化产品。传统设计流程和虚拟样机开发流程比较图如图卜１和图卜２所剥１９】【２们，与传统的设计方法相比较，虚拟样机技术有以下特点：

１、降低研发成本、缩短研发周期、提高产品质量；

２、实现研发与生产企业之间的动态联盟，提高产品生产与研发的信息化程度。

图１－１传统的产品开发流程

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图１－２基于虚拟样机技术的产品开发流程

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在国外许多发达地区，虚拟样机技术已经得到了广泛的应用，其应用领域涵盖工程、制造业等各个领域【２ｌ】［２２】１２３１。在国内，虚拟样机技术的应用研究已经起步，相信随着社会、制造业的发展以及相关研究的不断深入和相关技术的进一步发展，虚拟样机技术在

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我国将会得到更加广泛的发展与应用。履带式水稻联合收割机差速转向机构仿真研究

１．３．２ＡＤＡｌ４Ｓ软件简介

ＭｅｃｈａｎｉｃａｌＡＤＡＭＳ（ＡｕｔｏｍａｔｉｃＤｙｎａｍｉｃＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＳｙｓｔｅｍ）软件是美国

ＭＤＩ（ＭｅｃｈａｎｉｃａｌＤｙｎａｍｉｃｓＩｎｃ．）开发的机械系统动力学仿真分析软件，它是以计算多体系统动力学（ＣｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌＤｙｎａｍｉｃｓｏｆＭｕｌｔｉｂｏｄｙＳｙｓｔｅｍ）为基础，包含多个专业模块和专业领域的虚拟样机开发系统软件［２４１。其使用交互式图形环境和零件库、约束库，创建完全参数化的机械系统几何模型，能够对虚拟的机械系统进行静力学、运动学和动力学分析，能够输出位移、速度、加速度和反作用力曲线等【２５１。ＡＤＡＭＳ由基本模块、专业模块和嵌入模块组成，基本模块是指Ｖｉｅｗ模块和Ｐｏｓｔｐｒｏｃｅｓｓ模块，一般的机械系统都可以通过这两个基本模块来完成【２６１；

在本课题研究中，主要使用ＡＤＡＭＳ进行仿真优化设计，现简单介绍ＡＤＡＭＳ的设计流程，如图卜３为ＡＤＡＭＳ软件设计流程图。

１．４本章小结

本章主要阐述了课题的来源及研究的目的和意义，分析了国内外转向机构的研究及发展状况，说明了本课题的研究目标和内容，确定了研究方案并给出了技术路线图。并介绍了虚拟样机技术的概念、特点、应用及本课题需要使用的相关虚拟样机技术的软件。

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第二章履带式水稻联合收割机虚拟模型的建立

１履带式水稻联合收割机转向原理及分析２

２１１转向机构的结构

课题所研究转向机构由广西农业机械研究院设计并试制，并于２００３年申请了国家专利。此转向机构为差速转向机构，主要由中央齿轮、左右职联齿轮、小锥齿轮、转向轴、齿轮轴、套筒和销组成。两个小锥齿轮通过销安装于中央齿轮内部且中心旋转轴熏台，小锥齿轮的旋转中心轴与中央齿轮的旋转中心轴在二轴所确定的平面内相互垂直；左右取联齿轮和中央齿轮通过套筒定位安装与转向轴上组成行星轮系；齿轮轴定位于转向器外壳并与中央齿轮外齿啮合，主要起制动作用。转向机构左右双联齿轮支持部分分别与履带行走机构的左右离合器齿轮啮合．通过与制动器和车辆离合器之间的配合实现车辆左右驱动轮的正、反转，并驱动左右两侧履带行走机构朝相反方向运动，从而实现转向目的。与传统农用履带车辆转向机构相比，转弯过程迅速、转向阻力较小、转向灵活且转弯半径小，此装置结构简单、紧凑，且便于生产制造．可广泛应用于农用履带车辆和工程履带车辆［２１。如图２—１，２．２转向机构结构图。

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图２－ｌ置于减速箱内的转向机构图２－２转向机构内部结构

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２．１．２转向机构转向原理履带式水稻联合收割栅Ｌｊ皇速转向机构仿真研究

如图２．３所示为履带式水稻联合收割机传动结构示意图，ｌ为主传动齿轮，２为主传动轴，３为齿轮轴，４为中央齿轮，５和２５为小锥齿轮，６为左双联齿轮，７为转向轴，８为左离合器齿轮，９为左离合器，１０为离合器的主动齿轮，１１、１２、１４分别为左侧中间传动齿轮，１３为左中间传动轴，１５为左驱动轴，１６为左侧履带行走装置，１７、１８、１９为右侧中间传动齿轮，２０为右驱动轴，２１为右侧履带行走机构，２２为右中间传递轴，２３为右离合器齿轮，２４为右离合器，２６为右双联齿轮，２７为刹车装置。

１４１５１６

图２－３转向机构传动结构示意图

Ｆｉ醇－３Ｔｈｅｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｓｔｅｅｒｉｎｇｍｅｃｈａｎｉｓｍ

转向机构作为变速箱的一部分，安装于变速箱中。正常工作时，变速后的动力源从主动齿轮１传递至离合器主动齿轮１０，离合器主动齿轮通过左、右离合器９和２４将动力分别传至左离合器齿轮８和有离合器齿轮２３，左离合器齿轮通过左中间传动齿轮１ｌ、１２、１４将动力传递至左驱动轴并驱动左侧履带行走机构，同时左离合器齿轮８与转向机构左双联齿轮７直齿部分啮合，左双联齿轮７锥齿部分通过小锥齿轮５、２５带动中央齿轮４转动，中央齿轮４与齿轮轴３相啮合，右侧部分的动力传递与左侧类似，此时，车辆直线行驶，当向刹车装置２７施加制动力时，可实现车辆制动。转向过程以向右转为例说明，当车辆需要右转时，断开右离合器２４，动力无法传递至右侧履带行走机构，而

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Ｊ．’西大掌硕士掌位。沦文履带式水稻联合收割机差速转向机构仿真研究此时左侧履带行走机构仍正常运转，从而实现右转。此时若对刹车装置施２７加制动，使齿轮轴３停止转动，从而使中央齿轮４停止转动，左侧双联齿轮７将通过小锥齿轮５、２５带动右侧双联齿轮２６反向转动，右侧双联齿轮２６通过右离合器齿轮２３和右侧中间传动齿轮１７、１８、１９将动力传递至右驱动轴并驱动右侧履带行走机构朝与左侧相反方向运动，此时将实现快速右转。车辆左转时，与右转原理一样。

２．２转向机构模型建立

２．２．１ＰＲＯ／Ｅ软件简介

．ＡＤ．ＭｄＳ软件的动力学和运动学分析功能强大，但是其几何建模功能相对比较弱，鉴于本课题所需要创建的虚拟模型比较复杂，故选择采用ＰＲＯ／Ｅ野火版２．０建立整机模型并装配，然后通过ＰＲＯ／Ｅ野火版２．０和ＭＳＣ．ＡＤＡＭＳ２００５之间的接口ＭｅｃｈａｎｉｓｍＰｒ０２００５将模型导入到ＡＤＡＭＳ软件中进行仿真。

Ｐｒｏ／ＥＮＧＩＮＥＥＲ（简称Ｐｒｏ／Ｅ）是美国ＰＴＣ公司于１９８８年推出的参数化建模软件１２７１［２ｓ】，经过２０多年的发展，其功能不断强大与完善，已成为全世界普及的３Ｄ、ＣＡＤ／ＣＡＭ软件。它广泛应用于机械、电子、航天航空、产品设计、模具设计等各行各业。Ｐｒｏ／ＥＮＧＩＮＥＥＲ的功能强大，融合了零件设计、大型组建装配、模具开发、加工、钣金件设计、铸造件设计、造型设计、自动测量、机构仿真设计、有限元分析、数据库管理、电缆布线以及印刷线路设计等功能于一体，其最为擅长的就是实体造型、加工及大型组件装配。

２．２．２转向机构模型建立

转向机构模型主要包括运动部件和壳体，运动部件主要包括中央齿轮、双联齿轮、小锥齿轮、转向轴、销和承套，壳体在虚拟模型中的作用主要是用来定位和安装转向机构，而其结构又比较复杂，为了节省建模时间和仿真时间，省去壳体的建模，在接下来的行走机构建模过程中，在机架的相应位置设计出定位孔来替代壳体的作用。转向机构建模所用的尺寸及参数均是通过测绘获得，其零件图及装配图如图２－４所示。

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（曲齿轮轴（ｈ）转向器总成

图２４转向机构零件及装配图

Ｆｉ９２４Ｔｈｅｐｉｅｔ町ｅｏｆｐａｒｔｓａｎｄａｓｓｅｍｂｌａｇｅｏｆｓｔｅｅｒｉｎｇｍｅｃｈａｎｊｓｍ

建模过程中．齿轮的建模，特别是涉及到锥齿轮的建模相对要复杂。直齿圆柱齿轮的建模主要用到的ＰＲＯ／ＥＮＧＩＮＩＥＥＲ命令及步骤为例：首先，用“工具廖数”命令创建出齿轮的设计参数，主要有模数、分度圆压力角、分度圆直径、齿根圆直径、齿顶圆直径、基圆直径、齿数等：然后根据实际数据定义齿轮主要参数…．模数、齿数和分度圆压力角，其他参数则通过添加关系来确定，主要参数和其他参数的关系式见附录；第三步则是用“草绘曲线”命令为齿轮各圆创建基准曲线，基准曲线的尺寸由所定义的参

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厂’西大掌硕士掌位截譬《履带式水稻联合收ＩＰＪ机差逮转向机构仿真研究数来控制；第四步，用“基准曲线＂命令创建渐开线齿廓曲线，并用拉伸曲面的方法通过创建好的渐开线曲线来创建齿槽曲面；第五步，用“插入／旋转＂的命令创建齿轮幅，并通过前一步所创建的齿槽曲面切出第一个齿形；第六步，用“编辑／特征操作”和“阵列”命令阵列出其他齿槽面，并切出其他齿槽；第七步，用“倒圆角’’和“倒斜角＂等命令完成齿轮的其他修饰特征。

锥齿轮的建模和直齿圆柱齿轮的建模步骤大致相同，但较直齿圆柱齿轮建模要复杂，其最大差别在于锥齿轮齿槽曲面的建立。直齿圆柱齿轮的齿槽面可通过轮齿渐开线运用“拉伸＂或“切除’’得到，而锥齿轮的齿槽须通过“混合扫描＂命令将齿槽切出。２．３行走机构模型及中间传动机构建立

２．３．１简化行走机构的目的及方法

在建立行走机构模型过程中，需要建立履带一土壤模型来模拟履带车辆在行走和转向过程中与地面等外部环境的相互作用。国内外的许多学者对此做过许多的研究，１９９４年，ＤｈｉｒＡ，ＳａｎｋａｒＳ建立了一个二维履带车辆模型【３０ｌ，但此模型是基于地面不变形的假设而建立的；１９９８年ＣｈｏｉＪＨ于建立了三维履带车模型【３ｌ】【３２】，此模型对履带和驱动轮的啮合模拟较精确，但计算量大。履带一土壤模型与车轮一土壤相互作用的实验研究所不同，履带一土壤相互作用的实验研究要困难的多【３３１，能完全代表所有履带和土壤相互作用的履带一土壤模型至今尚未问世。因此建立行走机构模型时必须对其进行简化，主要原因有二：第一，课题主要目的在于研究履带式水稻联合收割机的转向机构，而不在于履带部分与土壤部分的具体力学关系；第二，如若考虑履带一地面具体的相互作用、动力一传动系和悬挂系统的影响等因素，则模型过于复杂，时间和实验研究条件均不能满足要求。

履带可以看做是车辆自携的可以移动的道路，它可以连续地在车辆前面铺开，车辆在其上通过，然后再由车辆收回【３３１，它分为刚性履带和柔性履带两种。课题所研究的转向机构应用于橡胶履带车辆上，它的履带属柔性履带。但不论是轮式车辆还是安装不同形式履带的履带车辆，它在行驶过程中主要是受到两部分的阻力，即内阻力和外阻力。动力一传动一行走系统内部的摩擦、振动、滞后等形成的阻力称为内阻力，行走机构在运动中与土壤相互作用主要消耗于土壤变形导致的阻力（如土壤压实阻力、推土阻力和土壤的粘着阻力等）称为外阻力。在履带式水稻联合收割机行驶过程中，因内阻力消耗的

履带车辆

履带式水稻联合收割机差速转向机构仿真研究

功率相对于因外阻力消耗的功率要小得多，在研究过称中将内阻力忽略，因此，简化行走机构的目的就是在基本满足行走过程外部阻力的前提下，通过改变行走机构的传动形式、简化行走机构结构等方法，使建立的模型便于仿真分析。

名义接地压力是履带车辆总体性能力的重要评价标准之一，又称为平均单位压力，其值等于整车质量除以履带接地面积。此指标沿用多年用来粗略的估计履带车辆对地面的作用，它主要适应于小轮距、小负重轮和长节距的履带，将与履带接触的土壤所受的压力近似的看做是均布的。旭莱纳（Ｂ．Ｇ．Ｓｃｈｒｅｉｎｅｒ）【３４１、罗兰德（Ｄ．Ｒｏｗｌａｎｄ）［３５１以及小暮（Ｋ．Ｋｏｇｕｒｅ）１３６］等进行试验研究表明在履带接地长度范围内负重轮位置出现压力峰值，其值可以达到名义接地压力的２＂－－３倍。履带车辆在松软路面上行驶时，履带能对负重轮的集中载荷自行平衡，而在坚硬路面行驶时，负重轮的集中载荷不能自行平矧硼。履带车辆行驶过程中，塑性和坚硬路面上压力的分布情况分别如图２—５、图２—６所示。

图２－５塑性路面压力分布示意图

Ｆｉｇ．２－５Ｐｒｅｓｓｕｒｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｎｐｌａｓｔｉｃｓｕｒｆａｃｅ图２－６坚硬路面压力分布示意图Ｆｉｇ．２－６Ｐｒｅｓｓｕｒｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｎｈａｒｄｐａｖｅｍｅｎｔ图２－６表明，在硬路面上，履带车辆对地面的压力分布与轮式车辆类似。因此，将履带行走机构简化为多轮式行走机构，每侧设置的轮子个数与履带式水稻联合收割机的负重轮个数相同，根据履带式水稻联合收割机行走地盘的尺寸增大轮子直径及间距，通过调整轮子与地面的接触参数来模拟车辆行驶过程中土壤对车辆的阻力。

２．３．２行走机构和中间传动机构模型的建立

（１）行走机构的建模

行走机构的建模主要包括运动部件和非运动部件，运动部件主要包括驱动轮、驱动轴、辅助轴；非运动部件主要包括车架和车体，其中车体的主要作用是调整整车质量

履带车辆

和重心位置。在通过Ｐｒｏ／ＥＮＧＩＮＥＥＲ三维软件建模过程中，因为车架涉及到转向机构、中间传动机构及行走轮轴的装配与定位，其结构比较复杂，为了便于后续部件的装配定位，应多设置便于装配定位的特征和结构。行走机构的零件图如图２—７所示。

，矿◆簟’

（曲车架ｍ）车体

．专’

“１驱动轴０）辅助轴１

图２．７行走机构零件图

Ｆｉ９２－７Ｐａｒｔｓｏｆｗａｌｋｉｎｇｍｅｃｈａｎｉｓｍ、（０辅助轴２

（２）传动机构的建模

传动机构的建模主要包括四对齿轮和一中间传动轴。齿轮为标准直齿圆柱齿轮，建模时的尺寸与图纸一致．其中１４号齿轮安装在机架定位轴上，１５和１６号齿轮安装于中『日Ｊ传递轴上，１７号齿轮安装于驱动轴上。中间传递轴的建模依据履带式水稻联合收割机传动示意图设计简化而成。传动机构的零件图如图２－８所示。

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