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履带车辆
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
履带车辆
履带式水稻联合收割机差遗转向机构仿真研究
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
履带车辆
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。