履带式行走底盘设计 (2)

2.1 总体设计依据

履带式底盘是机器的重要部件，它对整个装置起着支撑作用。所以根据现有工业的履带机械（挖掘机）再结合农用的履带（拖拉机）对整个装置进行较完整的配合与加工等一系列的设计。 2.1.1 设计要求

在现有的机械资料的基础上，充分考虑到实际的要求，应满足结构的紧凑及其配合的合理。同时，要对应该计算的部分进行必要的计算，但是实际的情况有所不同，应该根据实际作为标准结合计算的数据进行综合考虑，争取找到比较好的方案和结构。

本设计采用现在相关工业机械上的一些底盘设计与实物作为参考，综合考虑底盘结构，使其可以在不同的地域都可较好的支撑机体使其可以正常的工作。本设计对驱动轮、支重轮、导向轮的特殊结构设计，使整个底盘结构较好的适应多山的环境。 2.1.2 设计内容

（1）产品的用途估计；

（2）主要技术参数、性能参数的确定； （3）履带底盘结构分析及其确定； （4）行走装置的设计；

（5）履带车辆相关性能的计算和确定； （6）重要零部件的设计及校核。

2.2 产品的用途

本次设计的履带底盘是对相应小功率农用机械使用的。目前这个设计主要是考虑在半干旱及干旱条件下使用，比如用在烟草、油菜等作物的种植和收获机械平台上。一些地区，如山区，丘陵等难以行走的复杂地面有着较好的普及潜力。同时，它可以提高相关作业的效率，有效的提高农民的经济收入。

2.3 产品的主要技术指标与主要技术参数

这里参照小型农用拖拉机履带底盘设计的指标及参数，见表1。

2.4 设计的关键问题及其解决方法

设计的关键问题是在保证正常工作条件下，其结构尽可能的简单方便。同时，要注意结构的合理性与正确性。

本次设计采用六角螺母的定位方法，使其在结构上基本一致，同时结构也紧凑的连接，初步达到设计的目的。还有，对于履带转向的控制，主要是通过设置主动轮的运动，采用单边离合的方式，以某一边为中心进行转向。

表1 履带式行走底盘设计主要技术指标与技术参数

Table 1 Crawler type walking chassis design main technical indicators and parameters

序 号 项 目 单 位 参 数

1 整机重量 kg 600 2 行走速度 m/s 0.5~1.5

3 驱动轮半径 mm 约108 4 发动机的功率 kw 8左右 5 履带高度 mm 360 6 底盘轴距 mm 860 7 底盘轨距 mm 450 8 履带板宽 mm 200 9 底盘高度 mm 400

3 设计方案的比较分析与选择

3.1 行走底盘方 案

3.1.1 履带式底盘与轮式底盘的比较

底盘可以分为履带式与轮式，轮式底盘运用较广，但是它的牵引附着性能差，在坡地、粘重、潮湿地及沙土地的使用受到一定的限制。虽然大功率轮式拖拉机具有轮

距调整方便、轴距长、质量分配均匀、充气轮胎有减振性,行驶中地面仿形性好, 振动小、运输速度快,综合利用率高等优点，但是不适于低湿地作业。而且,引进国外的具有世界先进技术水平的大功率轮式拖拉机,价格和维修费用都较高。大功率轮式拖拉机机重一般在5500~8500kg, 接地面积比履带拖拉机小,因此接地压力较大，土壤易板结，不利于土壤的蓄水保墒和作物的生长，即使经过深度翻耙,依然会保持碎小的板结硬块, 土壤的显微结构遭到了破坏。履带式底盘牵引附着性能好，单位机宽牵引力大、接地比压低、越远性能强、稳定性好，结构紧凑，容易操纵，在坡地、粘重、潮湿地及沙土地使用时性能显著。两者比较采用履带式底盘更加适应多山的地貌特征。

履带底盘又分为金属履带底盘和橡胶履带底盘。金属履带拖拉机牵引力大，适合重负荷作业(如耕、耙等)，接地比压小,对农田压实、破坏程度轻,特别适合在低、湿地作业, 而且除田间作业外, 还在农田基本建设和小型水利工程中用作推土机, 综合利用程度较高。但其主要缺点是在潮湿和砂性土壤上行走装置,如支重轮、导向轮、托带轮及履带板(俗称三轮一板)磨损较快, 维修费用高,作业速度较慢,随着公路网发展,金属履带拖拉机转移越发困难,使用不便。

橡胶履带拖拉机采用方向盘操纵的差速转向机构,可控性强,机动灵活,转弯更省力,履带接地面积大,并有减振效果,乘坐舒适,由于接地比压低,对地面破坏程度轻,尤其适于低湿地作业,并可大大提高作业速度,改善道路转移适应性。橡胶履带寿命长，维修保养费用和转移运输费用低。在开荒、改造中低产田、沙壤土质地区,显示出极强的优越性。其缺点是初置成本高。 3.1.2 方案的确定及总体设计

依据轮式与履带机械的特点，及其以上所叙述的比较分析，综合考虑后得出本设计采用橡胶履带进行底盘设计，并且采用传统模式的设计方法。

根据农业机械学、汽车拖拉机学、机械设计、机械原理等理论，对履带式行走底盘的驱动行走系统进行了理论分析与研究，完成了履带底盘主要工作参数的确定和力学的计算。（相关计算见后面第4部分）

3.2 履带行走装置的设计

3.2.1 履带行走装置的结构组成及其工作原理

履带行走装置有“四轮一带”（驱动轮、支重轮、导向轮、拖带轮及履带），张紧装置和缓冲弹簧，行走机构组成。如图1所示。

1-履带；2-驱动轮；3-托带轮；4-张紧装置；5-缓冲弹簧；6-导向轮；7-支重轮；8-行走机构；

1 - Track; 2 - Driving wheel; 3 -Towing wheel ; 4 -Tensioning device ; 5 - Buffer spring; 6 - Guide wheel; 7 - Roller; 8 -Walking mechanism;

图1 履带底盘结构图 Figure 1 Crawler chassis structure

履带行走机构广泛应用于工程机械、拖拉机等野外作业车辆。行走条件恶劣，要求该行走机构具有足够的强度和刚度，并具有良好的行进和转向能力。

履带与地面接触，驱动轮不与地面接触。当马达带动驱动轮转动时，驱动轮在减速器驱动转矩的作用下, 通过驱动轮上的轮齿和履带链之间的啮合, 连续不断地把履带从后方卷起。接地那部分履带给地面一个向后的作用力, 而地面相应地给履带一个向前的反作用力, 这个反作用是推动机器向前行驶的驱动力。当驱动力足以克服行走阻力时, 支重轮就在履带上表面向前滚动, 从而使机器向前行驶。整机履带行走机构的前后履带均可单独转向，从而使其转弯半径更小。 3.2.2 履带

履带工作条件恶劣，必须具备足够的强度和刚度，耐磨性能要求良好，质量较轻以减少金属的消耗量，并减轻履带运转时的动载荷，履带和地面要有良好的附着性能，保证能发出足够的牵引力，还要考虑减少行驶及转向的阻力。根据设计方案，本机初定整机质量为600kg，选择橡胶履带总条数为2条。

履带支承长度L，轨距B和履带板挂宽度b应合理匹配，使接地比压，附着性能和转弯性能符合要求。令L0表示为接地长度，单位m，h0表示履带的高度，单位m，G表示机器整机重量，单位为kg。则有经验公式知：

L0?1.073G?1.07?3600?0.832m 取L0?830mm

L?L0?0.67h0?830?0.67?360?1070mm L0?1.2~1.4 取B?450mm Bb?0.18~0.22 取b?200mm L0 履带节距t0和驱动轮齿数z应该满足强度、刚度要求。在此情况下，尽量选择小的数值，以降低履带高度。

根据节距与整机重量的关系：t0?(15~17.5)4G,

其中t0的单位为mm,G的单位为kg。则t0?(15~17.5)4G?108mm

令L'表示履带全长

则L'?2L0?zt0?12?6?108??~?t0?2??2?830??0.67?108?40?2272.52mm 2?23?2根据计算的与实际的资料,选择履带宽为200mm,总长2300mm。 3.2.3 驱动轮

在履带作业机械上，多数都是把驱动轮布置在后方，这样布置的优点是可以缩短履带驱动区段的长度，减少因驱动力造成履带销处的磨擦损失，延长了履带的使用寿命，且不易造成履带下部拱起，避免了转向时履带脱落的危险，有利于提高行走系统效率。驱动轮中心高度应有利于降低重心（或车身）高度和增加履带接地长度，改善附着性能，因此驱动轮高度应尽量小。本设计选择驱动轮后置，齿数为z?6，如下图所示

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