畢業(yè)設(shè)計（論文）-履帶式微耕機的結(jié)構(gòu)設(shè)計

1、畢 業(yè) 設(shè) 計 題 目：履帶式微耕機的結(jié)構(gòu)設(shè)計（多配件） 院、 系： 姓 名： 指導(dǎo)教師： 系 主 任： 履帶式微耕機的結(jié)構(gòu)設(shè)計（多配件）全套圖紙加扣 3346389411或3012250582摘 要在農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新發(fā)展與城鎮(zhèn)化快速發(fā)展的共同推動下，我國農(nóng)村經(jīng)濟呈現(xiàn)出良好發(fā)展勢頭，社會經(jīng)濟發(fā)展水平不斷提升的同時農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)也出現(xiàn)了巨大變化。受城鎮(zhèn)化的影響，大量農(nóng)村勞動力逐漸轉(zhuǎn)移至城市地區(qū)，導(dǎo)致農(nóng)村勞動力資源不斷減少，難以滿足現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的需求，難以保證生產(chǎn)水平。因此，迫切需要一種全新的、小型化的農(nóng)業(yè)設(shè)備提供靈活的、便捷的生產(chǎn)輔助，微耕機應(yīng)運而生并表現(xiàn)出良好的發(fā)展勢頭?，F(xiàn)有微耕機多為柴油或汽油

2、機提供動力，在工作的同時會產(chǎn)生震動、噪聲，環(huán)境污染等一系列問題，因此本文設(shè)計將以電力作為動力，克服以上缺點，并采取履帶行進的運動方式，提高微耕機的環(huán)境適應(yīng)能力。本文采用模塊化的方法，將行進運動和作業(yè)運動分解，在結(jié)合現(xiàn)有微耕機的結(jié)構(gòu)與原理的基礎(chǔ)上，使用Pro/E和CAD等軟件，完成了一種履帶式微耕機的結(jié)構(gòu)設(shè)計，并對驅(qū)動輪，旋耕刀等零部件進行了校核與干涉分析，保證了作業(yè)部件的強度與可靠性，最后對微耕機的發(fā)展趨勢做了簡單闡述。本文設(shè)計的履帶式微耕機結(jié)構(gòu)簡單清晰，易于操作，但同時，作為農(nóng)用機械，沒有設(shè)置很高的部件參數(shù)精度。關(guān)鍵詞 結(jié)構(gòu)設(shè)計；微耕機；載荷分析；發(fā)展趨勢 -33-Structure des

3、ign of crawler micro tiller (multi-accessories)AbstractDriven by the innovation and development of agricultural science and technology and the rapid development of urbanization, China's rural economy has shown a good momentum of development. With the constant improvement of the level of social a

4、nd economic development, the agricultural industrial structure has also undergone great changes. Under the influence of urbanization, a large number of rural labor force is gradually transferred to urban areas, resulting in the continuous decrease of rural labor resources, which makes it difficult t

5、o meet the needs of modern agricultural production development and ensure the level of production. Therefore, there is an urgent need for a new and miniaturized agricultural equipment to provide flexible and convenient production assistance. Therefore, the micro-cultivator emerges at the right momen

6、t and shows a good momentum of development.Most of the existing micro cultivators provide power for diesel or gasoline engines, which will produce a series of problems such as vibration, noise and environmental pollution while working. Therefore, the design of this paper will take electricity as pow

7、er to overcome the above disadvantages, and adopt the track movement mode to improve the environmental adaptability of micro cultivators.This article adopts the method of modularization, will march movement and movement decomposition, in combination with the existing on the basis of the structure an

8、d principle of micro tillage machine, using Pro/E and CAD software, completed a caterpillar decay tillage machine structure design, and the drive wheels, rotary tillage blade parts, such as check and interference analysis, to ensure the strength and reliability of the operating parts, finally the de

9、velopment trend of micro tillage machine briefly.The crawler micro cultivator designed in this paper has simple and clear structure and is easy to operate. However, as an agricultural machine, it does not have high precision of component parameters.Keywords Structural design, micro tiller, load anal

10、ysis, development trend目 錄摘要IAbstractII第1章 緒論11.1 課題研究背景及研究的目的與意義11.1.1研究背景11.1.2 研究目的與意義11.2 微耕機國內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析21.2.1 國外研究現(xiàn)狀21.2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀31.3 研究的主要內(nèi)容和方法41.4 基本設(shè)計參數(shù)41.5 本章小結(jié)5第2章 履帶式微耕機總體方案設(shè)計62.1 履帶式微耕機的工作原理62.2 履帶式微耕機的工作場景72.3 微耕機成型機類型比較及選擇72.3.1 柴油、汽油微耕機72.3.2新能源微耕機82.3.3 成型機類型的確定82.4 本章小結(jié)8第3章 履帶式微耕機的結(jié)構(gòu)設(shè)

11、計93.1履帶底盤的設(shè)計93.1.1 履帶受力情況93.1.2 履帶速度分析103.1.3 履帶環(huán)接地長度計算103.1.4 電機選取與驅(qū)動輪動力半徑的計算113.1.5 支撐輪的設(shè)計123.1.6 履帶預(yù)緊力計算133.2 旋耕結(jié)構(gòu)的設(shè)計133.2.1 旋耕刀的選取及安裝法143.2.2 旋耕刀軸設(shè)計153.2.3 基于微耕機功耗的計算減速機選取163.3 接地比壓計算173.4 旋耕模塊組合設(shè)計173.5 虛擬裝配183.5.1 虛擬樣機技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用183.5.2 履帶式微耕機的虛擬裝配設(shè)計193.6 本章小結(jié)20第4章 關(guān)鍵零部件的載荷分析214.1 有限元分析法214.2 旋耕彎刀

12、的載荷分析224.3 履帶驅(qū)動輪的載荷分析234.4 本章小結(jié)24第5章 產(chǎn)品發(fā)展趨勢分析255.1 研究背景255.2 農(nóng)業(yè)需求的轉(zhuǎn)變255.3 產(chǎn)品發(fā)展趨勢255.4 本章小結(jié)26結(jié)論27致謝28參考文獻29附錄A31附錄B47第1章 緒論1.1 課題研究背景及研究的目的與意義1.1.1研究背景對于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)而言，土壤是最重要的資源，在當前農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)占據(jù)了很重要的部分。土壤狀況將直接影響農(nóng)作物的生長情況，從而直接影響農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)的整體效益。土壤是農(nóng)作物最基本的生長環(huán)境，能夠滿足農(nóng)作物生長所需的各類營養(yǎng)物質(zhì)，確保農(nóng)作物的良性生長。土壤耕作則表現(xiàn)為以各類農(nóng)業(yè)機械、生產(chǎn)設(shè)備為工具，通過物理手段對土

13、壤結(jié)構(gòu)進行處理和調(diào)整，及時有效的去除不利于農(nóng)作物生長的因素并為其創(chuàng)造更好的生長環(huán)境，從而保證農(nóng)作物的良好生長狀況，實現(xiàn)更高的產(chǎn)出和更好的生產(chǎn)效益?？茖W合理的耕作方法將顯著改善土壤結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)更好的生長環(huán)境，能夠為作物健康生長奠定良好基礎(chǔ)1。從生產(chǎn)環(huán)節(jié)來看，基于播種前后的時間差異，土壤耕作具體包含土地耕整、中耕管理等不同的生產(chǎn)活動，分別針對播種前與播種后。具體通過耕地、深松、開工、鎮(zhèn)壓、起壟等方式對土壤進行處理，更好的滿足農(nóng)作物生長對土壤環(huán)境的需求。而用于不同耕作作業(yè)的農(nóng)業(yè)機械也可按照以上具體的作業(yè)形式進行分類，具體分為基本耕耘、表土耕耘、深松保護耕耘等不同類型的機械設(shè)備?；谏a(chǎn)工具的結(jié)構(gòu)特征、

14、作業(yè)項目的差異，也可將其具體劃分為不同的類型，分別滿足不同的耕作需求。各類生產(chǎn)用機械設(shè)備的出現(xiàn)在提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率、綜合效益方面發(fā)揮了積極有效的作用，因此使得農(nóng)業(yè)機械的研發(fā)設(shè)計成為農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)關(guān)注的重點。近年來，隨著城鎮(zhèn)化建設(shè)的穩(wěn)定快速推進和農(nóng)業(yè)科技的快速發(fā)展，農(nóng)村、農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)也隨之發(fā)生了翻天覆地的變化，相當一部分的耕地由種植傳統(tǒng)的農(nóng)作物向農(nóng)業(yè)基地方向轉(zhuǎn)變，這導(dǎo)致傳統(tǒng)的大型耕作機無法滿足現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的需求。另外，城鎮(zhèn)化的快速發(fā)展導(dǎo)致農(nóng)村青壯年勞動者加速向城市轉(zhuǎn)移，剩余的中老年勞動者無法承受繁重的耕作勞動和難以適應(yīng)復(fù)雜的機具操作，因此，亟需研究新型的小型化耕作機來填補大型耕作機在上述作業(yè)項目中存在的缺陷

15、。由于市場需要日益迫切，微耕機被發(fā)明。1.1.2 研究目的與意義二十世紀九十年代末，大型、中型拖拉機呈現(xiàn)出快速發(fā)展勢頭，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用水平不斷提升。在顯著提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率的同時也引發(fā)了不同程度的農(nóng)村勞動力過剩、農(nóng)業(yè)生態(tài)失衡等問題，不利于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、農(nóng)村經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。上述大型、大功率農(nóng)業(yè)機械的頻繁使用，對土壤結(jié)構(gòu)造成了巨大影響，出現(xiàn)了土壤壓實、松軟度失衡等問題，即不利于農(nóng)作物的正常生長，也加大了后續(xù)耕整作業(yè)的難度。而固定機耕道的設(shè)計和保留，也引發(fā)了嚴重的可用耕地面積浪費的問題，加劇了耕地資源短缺問題，不利于農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)的良性發(fā)展。相較而言，大中型農(nóng)業(yè)機械也表現(xiàn)出更高的購置成本與使用成本，呈現(xiàn)出

16、生產(chǎn)密集與資源閑置并存的問題，導(dǎo)致生產(chǎn)機械的利用率較低，折舊速度也相對較高，影響了資源的合理配置。而大中型農(nóng)業(yè)機械的適用范圍也相對有限，難以滿足煙草、玉米、棉花、大蔥等作物的耕作需求。加之我國耕作土地存在細碎分散、作業(yè)層較薄等特征，也不利于大中型生產(chǎn)設(shè)備的使用，導(dǎo)致大中型農(nóng)業(yè)機械的綜合利用率相愛對較低，難以實現(xiàn)規(guī)?；鳂I(yè)。統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，目前全國農(nóng)村地區(qū)人均耕地面積僅為0.1hm2 左右，戶均水平小于0.5hm2,且每戶耕地面積呈現(xiàn)出比較突出的分散特征。對于河北平原這一傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)基地而言，耕地地塊面積介于0.12-0.4hm2 之間的小型地塊成為現(xiàn)有耕地的主要形式，在耕地總面積中的比重超過了6

17、0%，而大中型農(nóng)業(yè)機械的合理生產(chǎn)面積在需要保持在0.8-1.3hm2 左右，這一結(jié)果也表明了大中型機械設(shè)備的應(yīng)用水平相對較低，與耕地地塊結(jié)構(gòu)、分布特征并不一致。在充分表明大中型機械不適用的同時，也肯定了小微型農(nóng)業(yè)機械的發(fā)展前景，因此就為小微型農(nóng)業(yè)機械的研發(fā)、制造創(chuàng)造了良好的外部環(huán)境。1.2 微耕機國內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析1.2.1 國外研究現(xiàn)狀上世紀九十年代末，benassi公司（意大利）重點提出了小型耕作機的設(shè)計理念并完成了首批設(shè)備的研發(fā)制造工作。此類農(nóng)業(yè)機械的動力核心為汽油機或小型柴油機。相較于傳統(tǒng)大中型機械，其優(yōu)勢表現(xiàn)為體積小、結(jié)構(gòu)簡單、重量小、應(yīng)用靈活等?；诩夹g(shù)發(fā)展水平的差異，歐美、日本等

18、發(fā)達國家的現(xiàn)代化水平相對較高，先進的工業(yè)也為耕作機等生產(chǎn)設(shè)備的研發(fā)奠定了良好基礎(chǔ)，充分保證了其耕作機設(shè)備的技術(shù)水平和生產(chǎn)效率，形成了相對完善的產(chǎn)品體系能夠充分滿足不同環(huán)境的應(yīng)用需求。整體來看，歐洲的農(nóng)業(yè)機械更多側(cè)重于園藝作業(yè)；而日本的農(nóng)業(yè)機械則綜合考慮了水地、旱地的使用需求，能夠有效滿足不同環(huán)境的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需求2。發(fā)展至今，美國、日本、法國等國家的農(nóng)業(yè)機械技術(shù)水平相對較高，產(chǎn)品類型呈現(xiàn)出多元化的發(fā)展特征，能夠滿足不同生產(chǎn)環(huán)境的應(yīng)用需求。歐洲國家的農(nóng)業(yè)機械主要滿足園藝作業(yè)需求，以各類微耕機產(chǎn)品為典型代表，能夠保證旋耕、粉碎、清理、除草、短途運輸?shù)茸鳂I(yè)的效率和質(zhì)量水平；而日本、韓國等國家的農(nóng)業(yè)機械則

19、主要用于滿足不同的農(nóng)業(yè)作業(yè)需求。日本的農(nóng)業(yè)機械在研發(fā)設(shè)計時更多考慮水田、旱田的生產(chǎn)需求，使得機械設(shè)備表現(xiàn)出良好的適用性；而韓國的農(nóng)業(yè)機械設(shè)備則主要以旱田為生產(chǎn)對象，其功能相對豐富，能夠有效實現(xiàn)不同的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)功能。以亞細亞多功能管理機為例，該機械設(shè)備具備數(shù)十項生產(chǎn)作業(yè)功能，能夠充分滿足不同農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的需求，并且充分保證了相關(guān)生產(chǎn)作業(yè)的效率和質(zhì)量水平，成為韓國現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)的典型代表。在發(fā)動機輸出軸設(shè)計方面，歐洲國家在研發(fā)設(shè)計農(nóng)業(yè)生產(chǎn)機械設(shè)備時多選擇向后輸出的動力軸設(shè)計方案，實現(xiàn)傘齒輪和輪軸齒輪箱的直接聯(lián)接，驅(qū)動力經(jīng)傳動軸向作業(yè)裝置傳遞，從而實現(xiàn)清雪、粉碎、除草等生產(chǎn)功能，同時將扶手機構(gòu)設(shè)計在發(fā)動機前方

20、。這種設(shè)計理念的優(yōu)勢在于實現(xiàn)了相對緊湊的設(shè)備結(jié)構(gòu)，能夠有效縮小設(shè)備的體積。但是也存在傳動效率較低、工件安裝難度較大等缺陷。而日本、韓國等亞洲國家則一般選擇輸出軸向一側(cè)布置的設(shè)計方案，基于膠帶與輪軸齒輪箱的聯(lián)接結(jié)構(gòu)，通過膠帶、鏈條等實現(xiàn)動力傳遞滿足作業(yè)機具的運行需求；臺灣地區(qū)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)設(shè)備表現(xiàn)出相對簡單的設(shè)計結(jié)構(gòu)，同時也表現(xiàn)出獨特的外觀設(shè)計特征。在亞洲地區(qū)，功率超過3.7kW的機械設(shè)備大多選擇攪刀方案滿足很低深旋作業(yè)需求，能夠?qū)崿F(xiàn)相對較好的松土效果，作業(yè)深度也相對較大，可在作業(yè)過程中自動避讓巖石等硬物，從而有效降低了刀具的損壞風險提高了其利用效率。但是也存在碎土性能差、功耗大等缺點，因此不適用于

21、小型化、小動力的生產(chǎn)機械設(shè)備。如今，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)設(shè)備的研發(fā)設(shè)計逐漸側(cè)重于環(huán)境保護、基材研究、人工改善等領(lǐng)域，以此提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的科學水平。整體來看，國外在研發(fā)設(shè)計農(nóng)業(yè)生產(chǎn)機械設(shè)備時在動力系統(tǒng)方面多選擇汽油機、小型柴油機等排放水平相對較低的發(fā)動機產(chǎn)品，其產(chǎn)品表現(xiàn)出操作便利、外觀漂亮、靈活小巧等特點，同時也便于各類機構(gòu)、部件的更換，從而表現(xiàn)出更好的適用性能夠經(jīng)簡單調(diào)整即可滿足不同的生產(chǎn)需求。1.2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀Benassi公司（意大利）于1988年完成了全齒輪微耕機的研發(fā)生產(chǎn)工作，此后該產(chǎn)品被我國引進極大提升了我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率水平。上世紀九十年代以來，我國積極推動微耕機技術(shù)產(chǎn)品的研發(fā)、生產(chǎn)和應(yīng)用工

22、作，誕生了許多以小微型農(nóng)業(yè)機械為核心內(nèi)容的研發(fā)、生產(chǎn)機構(gòu)，逐漸形成了我國獨特的微耕機產(chǎn)業(yè)。截至2010年底，我國微耕機生產(chǎn)企業(yè)的數(shù)量超過了40家，整體表現(xiàn)出良好的發(fā)展勢頭。姚若松于上世紀九十年代初完成了單履帶微耕機的研發(fā)設(shè)計工作。該設(shè)備的傳動形式為齒輪變速箱式，具有靈活小巧，使用便利等優(yōu)勢，但也存在功能相對單一的問題，僅適用于水田、旱山等農(nóng)業(yè)生產(chǎn)場合；李慶東等于1999年對姚若松的設(shè)計成果進行了研究分析，明確了該產(chǎn)品設(shè)計存在穩(wěn)定性差、勞動強度大等問題，并針對性的提出了一些優(yōu)化和改進的方案；劉劍君（2008）從煙草種植的實際需要出發(fā)，完成了小型煙草多功能管理機的設(shè)計工作。該設(shè)備基于單軸傳動模式，

23、行走運輸形式選擇對稱分布的空套充氣輪胎，在生產(chǎn)耕作過程中則可將充氣輪胎進行拆卸，并根據(jù)需要換上所需的旋耕刀組，滿足旋耕作業(yè)的需求。這一技術(shù)產(chǎn)品的優(yōu)勢在于相對簡單的設(shè)計結(jié)構(gòu)與靈活的使用方法，但是設(shè)備自重將成為刀具入土效果的決定性因素，也面臨相對顯著的土壤反作用力，導(dǎo)致操縱的難度相對較大，對操作者的技術(shù)和經(jīng)驗表現(xiàn)出較高要求；張傳斌等（2011）完成了自走式四輪作業(yè)機的研發(fā)設(shè)計工作。該設(shè)備通過拱橋式的車架設(shè)計方案提升設(shè)備出間能力，并借助液壓系統(tǒng)提升動力效果，能夠有效滿足中耕作業(yè)的需求。但是缺點也比較明顯，主要存在成本大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積大等問題。在技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展的推動下，我國微耕機技術(shù)產(chǎn)品得到了快速發(fā)展

24、，逐漸形成了許多新的產(chǎn)品類型。以雙履帶式動力底盤為主的新型技術(shù)在微耕機設(shè)計中得到了一定的應(yīng)用。這一技術(shù)的應(yīng)用不僅顯著提升了農(nóng)業(yè)機械的爬坡能力，還能夠顯著提升其結(jié)構(gòu)的緊湊型并降低整體高度，實現(xiàn)了更加穩(wěn)定的作業(yè)過程，能夠充分呢滿足坡地、果園等農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境的需求，極大提升了中耕管理的效率水平。與發(fā)達國家相比，我國微耕機技術(shù)的研發(fā)工作發(fā)展時間尚短，存在技術(shù)水平落后、產(chǎn)品性能較差、適用性不足等問題，難以滿足我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的實際需求。尤其是在微型動力底盤領(lǐng)域缺乏創(chuàng)新，相關(guān)技術(shù)也不夠成熟完善。因此，很有必要結(jié)合我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的實際特征，研發(fā)小型動力底盤提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)設(shè)備的技術(shù)水平和適用水平。這也是我國農(nóng)業(yè)機械設(shè)備

25、創(chuàng)新發(fā)展的主要方向。1.3 研究的主要內(nèi)容和方法1、查閱資料，了解履帶式微耕機的工作原理和基本結(jié)構(gòu)。2、完成履帶式微耕機的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計方案。選擇電機，履帶底盤，耕作機構(gòu)等關(guān)鍵零部件。3、采用Pro/E和CAD完成三維設(shè)計和部分二維設(shè)計。4、使用ANSYS對部分零件進行載荷分析。5、整理資料和相關(guān)文件的撰寫。1.4 基本設(shè)計參數(shù)1、微耕機耕作深度：100 mm2、微耕機耕作幅度：800 mm3、微耕機耕作面積：15畝/日-20畝/日4、接地比壓要求 0.14 mpa1.5 本章小結(jié)本章對現(xiàn)有的發(fā)展成果進行梳理和總結(jié)，在明確國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上提出研究目標，明確研究價值和方向，確定了下一步工作的

26、主要內(nèi)容和方法。第2章 履帶式微耕機總體方案設(shè)計在當今國防軍事、工業(yè)生產(chǎn)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等不同領(lǐng)域，履帶式行駛裝置均得到了良好應(yīng)用，是相關(guān)領(lǐng)域最為重要的一種設(shè)備。這一行駛裝置誕生于十九世紀三十年代，雖然其在行駛過程中表現(xiàn)出相對較低的機械效率，但是在復(fù)雜的地形結(jié)構(gòu)中擁有優(yōu)越的通過性與越障能力3。本章對履帶式微耕機的工作原理進行了闡述，對其工作環(huán)境進行了合理的定位，并確定了履帶式微耕機的模塊劃分以及不同模塊的應(yīng)擁有的功能。2.1 履帶式微耕機的工作原理對于履帶式微耕機技術(shù)產(chǎn)品而言，履帶式底盤與耕作模塊是其最基本的構(gòu)成4。其中耕作模塊可更換，對應(yīng)不同的工作場景。履帶式行進底盤的主要功能有：1、滿足機械設(shè)備

27、行駛作業(yè)的支承需求。2、實現(xiàn)動力由發(fā)動機向履帶的傳遞，確保良好的驅(qū)動性能；3、實現(xiàn)機械設(shè)備各種不同的運動操作。履帶式底盤的基本結(jié)構(gòu)詳見下圖所示：圖2-1 1.托帶輪2.支撐輪3.導(dǎo)向輪4.驅(qū)動輪5.履帶耕作模塊由旋耕彎刀，旋耕刀軸，減速機和鏈條組成。其中減速機包涵了蝸輪蝸桿減速器和電機，擴大力矩使旋耕刀旋轉(zhuǎn)，達到破碎，松土效果4?；谛遁S旋轉(zhuǎn)方向與機組行進方向的關(guān)系，可將微耕機具體細分為正旋、逆旋兩種不同的運行模式。其中，正旋模式是指機械設(shè)備使用過程中刀軸的旋轉(zhuǎn)方向同履帶驅(qū)動輪的旋轉(zhuǎn)方向相同，具備相對較好的土壤松碎能力，但是也存在旋耕刀具、刀軸受到顯著振動沖擊等缺陷，是目前相對主流的一種設(shè)

28、計方案；逆旋模式具體是指機械設(shè)備使用過程中刀軸的旋轉(zhuǎn)方向與履帶驅(qū)動輪旋轉(zhuǎn)方向相反的情形。在作業(yè)過程中，旋耕刀具、刀軸能夠表現(xiàn)出相對穩(wěn)定、均衡的受力情況，整體功耗相對較低，但是存在相對較差的松土、碎土能力，能滿足硬質(zhì)土壤、初耕土壤的作業(yè)需求。其基本結(jié)構(gòu)如下圖2-2所示。 圖2-2 旋耕彎刀基本結(jié)構(gòu)2.2 履帶式微耕機的工作場景山地、丘陵等地形相對不平整的環(huán)境是履帶式微耕機的主要適用場合。模塊化的設(shè)計理念充分保證了此類生產(chǎn)設(shè)備的良好性能和適用能力。此類微耕機通過更換模塊完成履帶式微耕機對不同工作的要求，提高微耕機的泛用性，并且在功能完備的情況下對結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化和簡化，降低維修成本和損壞風險5。2.3

29、 微耕機成型機類型比較及選擇微耕機的機型按動力源可劃分為以下幾種不同類型：2.3.1 柴油、汽油微耕機在我國現(xiàn)有的微耕機產(chǎn)品中，比較主流的產(chǎn)品主要有基于風冷汽油機或水冷柴油機的機械設(shè)備。其優(yōu)勢在于成本低、經(jīng)濟效益好；但是缺點在于結(jié)構(gòu)簡單、適用性差，僅能滿足部分地區(qū)的簡單功能需求。另一類比較主流的產(chǎn)品是基于風冷柴油機或大功率風冷汽油機的農(nóng)業(yè)機械。此類機械的傳動效果相對較好，能夠滿足不同環(huán)境的生產(chǎn)作業(yè)需求，性能穩(wěn)定可靠，擴展性強等優(yōu)勢比較顯著，能實現(xiàn)較長時間的持續(xù)作業(yè)。但是也存在成本大的問題6。簡圖如下。圖2-3 常見方案簡圖2.3.2新能源微耕機目前微耕機技術(shù)產(chǎn)品大多選擇內(nèi)燃機的動力系統(tǒng)，在使用

30、過程中存在振動顯著、污染大等問題，大量的CO、NOx和PM10等有害廢氣。為解決上述問題，電動微耕機已經(jīng)漸漸出現(xiàn)在人們的視野之中。采用電力作為動力源，并取消了把手，改用遙控操作，提高效率的同時，解決了污染，噪音等問題，又為防止直接接觸微耕機，對勞動者的手臂產(chǎn)生機械損傷。簡圖如下。圖2-4 履帶底盤機構(gòu)簡圖 圖2-5微耕模塊機構(gòu)簡圖2.3.3 成型機類型的確定基于本次履帶式微耕機的設(shè)計要求，比較不同成型機類型間的功能和條件，發(fā)現(xiàn)電動微耕機既有傳統(tǒng)微耕機靈活、輕便，多功能的特點，又對環(huán)境友好，還可以優(yōu)化人的工作條件，因此我選擇電動微耕機來實現(xiàn)設(shè)計功能。2.4 本章小結(jié)本章主要從模塊化的角度，闡述了

31、履帶式微耕機的工作原理，介紹了履帶式微耕機各主要的工作場景。分析了目前主要成型機的種類，及各個種類的特點，和優(yōu)勢，最終確定了電動履帶式微耕機的設(shè)計方案。第3章 履帶式微耕機的結(jié)構(gòu)設(shè)計本文應(yīng)用虛擬樣機技術(shù)，使用Pro/E三維設(shè)計軟件對履帶式微耕機的履帶行進模塊和旋耕模塊分別進行了零件部設(shè)計、仿真裝配及性能分析，在公式計算的基礎(chǔ)上，根據(jù)仿真實驗結(jié)果對設(shè)計方案進行優(yōu)化和調(diào)整進一步提升設(shè)計質(zhì)量。借助虛擬樣機技術(shù)完成設(shè)計方案的三維建模工作，并以此為工具開展仿真裝配與性能分析，明確設(shè)計結(jié)構(gòu)的缺陷和錯誤，并針對性的進行優(yōu)化和改正，進一步提升機構(gòu)設(shè)計的科學水平，表現(xiàn)出良好的技術(shù)先進性，能夠顯著提升產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計

32、效率，以更低的成本實現(xiàn)更好的設(shè)計效果。這一技術(shù)在工業(yè)設(shè)計的各個領(lǐng)域都得到了良好應(yīng)用，是目前最受歡迎、最受認可的一種信息技術(shù)。3.1履帶底盤的設(shè)計3.1.1 履帶受力情況參數(shù)M代表履帶驅(qū)動力矩，內(nèi)部張緊力為MdRr。履帶不同段張力可分解為豎直方向和水平方向：p'= Pcos （3-1）p'1= P-Pcos （3-2）則履帶裝置驅(qū)動力為：Fd = p'+ p'1=P=MdRr （3-3）履帶任選一點，其絕對運動速凍VA的計算公式：VA=V2+Va2+2VVacosaa （3-4）則當aa=180o時，絕對速度為：VA=V2+Va2+2VVa=V-Va也就是說，假設(shè)

33、不發(fā)生滑移，履帶上任意點絕對速度為0，履帶不與地面發(fā)生相對運動7。但是實際情況中，履帶上任意點的相對速度大于其牽連速度，并且兩種速度方向相同，這種情況叫做滑轉(zhuǎn)。在這種情況下，滑轉(zhuǎn)系數(shù)表示式為：=Va-VVa （3-5）3.1.2 履帶速度分析將絕對速度分別向X，Y軸投影可得：VAr=V+Vacos （3-6）VAy=Vasin （3-7）對時間進行微分之后：Jx=-Va sinadadt （3-8）Ja= Va cosaadadt （3-9）因為Ja=Jx2+Jy2=Vadadt （3-10）=dadt （3-11）Ja=Va2 （3-12）其中為曲率半徑，由此可知，對于接地段，Ja=0，對于

34、彎曲段，Ja=Va2R。3.1.3 履帶環(huán)接地長度計算相較于金屬履帶，橡膠履帶的性能特征具體表現(xiàn)在：1、有效克服了金屬履帶各構(gòu)件之間的剛性碰撞問題，有效降低了噪聲污染和振動危害；2、整體式設(shè)計方案有效降低了產(chǎn)品重量并實現(xiàn)了更好的拉伸性能和韌性，實現(xiàn)了更長的使用時間；3、有效克服了作業(yè)過程中結(jié)構(gòu)間隙的夾草、塞泥等問題，免除了清理工作；4、受限于自身基準長度，使得橡膠履帶在齒輪設(shè)計方面存在較大難度；5、相對簡單的結(jié)構(gòu)與較低的成本費用；6、相對較高的使用和維修成本。根據(jù)上述優(yōu)缺點的考量，因為履帶式微耕機尺寸小巧、結(jié)構(gòu)緊湊簡單、作業(yè)速度低，有針對性等特點，本課題選用WG-148型號矩形橡膠履帶環(huán)作為動

35、力底盤的核心構(gòu)件8?；诿鞔_的接地段長度L的取值，能夠針對性的確定履帶板的設(shè)計寬度（用b表示），以此實現(xiàn)相對合理的長寬比，從而充分保證履帶底盤的良好牽引性能。避免長寬比不合理導(dǎo)致的功耗大、牽引力差、運行阻力大等問題。其長寬比可按照以下方式進行計算確定: bL = 0.2-0.3時，能夠?qū)崿F(xiàn)相對較好的綜合動力性能。故若其寬度b的取值為b=148mm，則可根據(jù)以下公式計算其合理的長度范圍：b0.3<L<b0.2計算結(jié)果為：493mm<L<740mm則初始設(shè)計參數(shù)可選擇L=740mm。3.1.4 電機選取與驅(qū)動輪動力半徑的計算根據(jù)履帶式微耕機尺寸微小、結(jié)構(gòu)緊湊、作業(yè)速度低等特

36、點，結(jié)合經(jīng)濟實用性考慮，綜合選擇86BYG250H電機，兩個。表3-1 電機基本參數(shù)型號參數(shù)轉(zhuǎn)速r/min出軸 方式軸徑mm輸出力矩N·m電機電流，A電機耐溫攝，86BYG250H200單出軸14155.885 驅(qū)動輪按結(jié)構(gòu)形式的不同基本上分為輪齒式與輪孔式兩種，如下圖： 圖3-1齒輪式驅(qū)動輪 圖3-2輪孔式驅(qū)動輪在使用過程中，輪孔式驅(qū)動力往往會出現(xiàn)輪孔被異物堵塞的情況，從而影響良好的驅(qū)動性能并導(dǎo)致跳齒的問題，因此能夠在小型設(shè)備、雪地機械等領(lǐng)域得到了良好應(yīng)用。在綜合考慮作業(yè)需求、作業(yè)環(huán)境等因素的基礎(chǔ)上，本設(shè)計以雙肩式驅(qū)動輪為方案。如下圖。圖3-3雙肩式驅(qū)動輪由履帶行進底盤驅(qū)動力公式F

37、d=MdRr可得，驅(qū)動輪動力半徑越小，履帶行進底盤所能發(fā)揮出的驅(qū)動力就會越大，因此從動力性能的角度考慮，應(yīng)該盡量選擇設(shè)計動力半徑較小的驅(qū)動輪9。驅(qū)動輪動力半徑Rr由節(jié)距t及輪齒齒數(shù)Z共同決定Rr =(0.54 + cot(180°Z)t2 （3-13）由公式可知，參數(shù)Rr與Z之間呈現(xiàn)出顯著的負相關(guān)關(guān)系，與t之間則呈正相關(guān)關(guān)系，即動力半徑越大，齒數(shù)越少、節(jié)距也越大?；谕冉拥囟伍L度，履帶節(jié)距減小時能夠?qū)崿F(xiàn)更好的抓地性能，故要去較小的驅(qū)動輪動力半徑，同時使得輪齒的數(shù)量相對較多，從而加大了輪齒同履帶的碰撞水平，加快了輪齒的磨損程度，導(dǎo)致輪齒疲勞損壞的風險加大。因此，在具體設(shè)計中，需要綜合

38、考慮上述彼此沖突的因素，實現(xiàn)一種最佳均衡的設(shè)計結(jié)果。本設(shè)計最終確定齒數(shù)、節(jié)距的取值分別為Z=12，t=85mm，代入以上公式可得：Rr =(0.54 + cot(180°12)852= 96.5mm3.1.5 支撐輪的設(shè)計支撐輪是履帶行進底盤的主要支承部件，動力底盤通過支撐輪將機器的重量傳至地面，并且也是由支撐輪在履帶環(huán)上的滑滾運動來牽引機器運動，另外，支撐輪的設(shè)置形式直接決定了履帶接地段接地比壓的具體散布狀態(tài)，影響履帶行進底盤的附著性能與牽引性能的表現(xiàn)效果10。由此可知，支撐輪間、支撐輪與懸架/機架間，都有著各自特殊連接方式，排布結(jié)構(gòu)由此形成三種，分別是：1、獨立式，強調(diào)獨立支撐輪

39、，直接連接機架結(jié)構(gòu)，能實現(xiàn)履帶式車輛高速運行基本要求；2、聯(lián)鎖式，這種支撐輪形式即常說的平衡式結(jié)構(gòu)，其平衡支架主要是利用兩個及以上支撐輪來構(gòu)成，扭簧作為輔助連接部件與機架對接，地面起伏是推動每組支撐輪處于小范圍轉(zhuǎn)動的原因，支撐輪作為旋轉(zhuǎn)核心，這是實現(xiàn)支架結(jié)構(gòu)能適應(yīng)地面的重要能力，具有良好仿形效果，行駛平順性很好，應(yīng)用普及度很高；3、復(fù)合式，支撐輪的結(jié)構(gòu)為，其中一部分支撐輪與機架直接聯(lián)接，再有平衡支架連鎖連接到車架上，工藝技術(shù)難度比較大。履帶式微耕機，一般是作用到農(nóng)耕土地上，土質(zhì)松軟，要實現(xiàn)底盤抓地力提升，本文課題研究最終確定排布形式為聯(lián)鎖式支撐輪。聯(lián)鎖式支撐輪如下圖所示。圖3-4聯(lián)鎖式支撐輪3

40、.1.6 履帶預(yù)緊力計算本文研究要確保設(shè)計系統(tǒng)最科學，強調(diào)連接結(jié)構(gòu)可靠性、緊密度等，要實現(xiàn)履帶、驅(qū)動輪間有較高嚙合效率，這是要求履帶行駛裝置預(yù)緊力的設(shè)定11。然而，預(yù)緊力過大過小都會導(dǎo)致履帶結(jié)構(gòu)不暢，過大時，橡膠履帶磨損明顯，導(dǎo)致履帶節(jié)距離增加，容易出現(xiàn)脫層、龜裂等現(xiàn)象，履帶使用時長被縮短；過小時，履帶松弛，不能做到合理運轉(zhuǎn)，脫軌、跳齒等現(xiàn)象時有發(fā)生12。由此可見，本次課題研究中采用旋轉(zhuǎn)支架來設(shè)計張緊裝置，目的就是實現(xiàn)履帶能處于某種合理常緊狀態(tài)下。靜態(tài)預(yù)緊力計算公式：Fst=Lc2G08th （3-14）式中：Fst-靜態(tài)預(yù)緊力（N）Lc-導(dǎo)向輪輪到驅(qū)動輪之間距離（mm）Go-單節(jié)履帶組件重量

41、（N）t-履帶節(jié)距（mm）h-履帶中心自然下垂量（mm）導(dǎo)向輪-驅(qū)動輪間距離Lc是計算h實際數(shù)值的基礎(chǔ)參數(shù)：h=（0.015-0.03）Lc （3-15）所以LcGo8×0.03t<Fst< LcGo8×0.015tLc=l+2Rr （3-16）公式中：l=720mm，這一數(shù)值為履帶自由段數(shù)據(jù)，指的是低位接地式履帶行進底盤內(nèi)履帶接地長度，Rr=96mm數(shù)據(jù)為履帶驅(qū)動輪動力半徑。綜上可得，履帶裝置預(yù)緊力892N<Fst<1784N。3.2 旋耕結(jié)構(gòu)的設(shè)計微耕機旋耕模塊，主要設(shè)計涉及到內(nèi)容有：刀軸轉(zhuǎn)向分析、旋耕刀刀型選取、刀軸上刀具布置型式、旋耕刀軸設(shè)計

42、、傳動形式等。3.2.1 旋耕刀的選取及安裝法旋耕刀作為微耕機核心器件，其尺寸、參數(shù)、形狀等，都會影響微耕機運行質(zhì)量、功率消耗等。而且，這類器件刀型很多，基本日常使用的類型有：直角L型刀、鑿型刀、旋耕彎刀。這些刀型均為日本C型刀，由吉田富穗研制出來，對歐洲直角刀型進行優(yōu)化，對亞洲農(nóng)耕適用性很強，作用就在于破土、碎土，且能很好地解決設(shè)備纏草問題13。根據(jù)試驗結(jié)果來說，相比于其他刀型，旋耕彎刀應(yīng)用于耕地過程中，對土壤反力扭矩作用影響反應(yīng)不明顯，會比其他兩種更靈活地處置作用。實際對土壤切削時，刀具能直接在土塊中深度推進，對綠肥深入土壤效果很好，可以將堅硬未耕地形成支點作用，實施支承切割操作，正是因為

43、刀型刃口具有獨特曲線結(jié)構(gòu)，具體操作步驟有：1、側(cè)切刃啟動時，選擇與轉(zhuǎn)軸距離最近的一部分，這是綠肥、土塊直接被推進到未耕地的工具；2、側(cè)切刃轉(zhuǎn)為啟用與轉(zhuǎn)軸相對距離遠的工具，以滑切形式來切削土地：3、正切刃完成切斷、拋出等步驟。旋耕彎刀，實際支承切割處于低轉(zhuǎn)速狀態(tài)，能將草莖有效切斷，這種刃口曲線造型曲率波動情況得以發(fā)揮，直接推到刀尖位置，不管是水路還是旱田，都能有很好的適用性。本次設(shè)計采用刀具類型就是旋耕彎刀，焊合刀座。旋耕彎刀，本身刀軸排布對其承受力、旋耕效果、耕地質(zhì)量等，都有非常重要的影響。一般分為：人字形、交錯對稱、多螺旋線等。其中，人字形對大功率設(shè)備應(yīng)用效果很好，會在切削面上排列旋耕彎刀4

44、-6把。但這種履帶式設(shè)備耕幅不高、功率低，本課題將會使用交錯對稱排布?？臻g走向是影響彎刀處于左旋、右旋功能的基礎(chǔ)，刀輥裝配結(jié)構(gòu)差異，是影響其安裝實際模式的主要參數(shù)，有內(nèi)裝法、外裝法、混合法等。如下圖所示。圖3-5旋耕彎刀內(nèi)裝法 圖3-6旋耕彎刀外裝法 1、左旋刀 2、刀軸 3、右旋刀 1、左旋刀 2、刀軸 3、右旋刀圖3-7旋耕彎刀混合安裝法1、左旋刀 2、刀軸 3、右旋刀內(nèi)裝法，主要就是以右旋刀放到左半軸位置，左旋刀位置在右半軸，所有彎刀都是刀軸方向的刀尖排列方式。這類排列結(jié)構(gòu)主要是由于刀尖空間曲線導(dǎo)向，可實現(xiàn)對綠肥、土塊、土堡等的有效切碎，且碎塊能直接向刀軸中心甩進，造成耕作以后土地面上能

45、有土壟堆積的效果，相鄰兩行程之間也會有漏耕帶出現(xiàn)，地面平整度不足以直接滿足播種插苗需要，多數(shù)應(yīng)用在中耕管理機的除草等作業(yè)時，充當保護苗根、作物莖干等的角色。 外裝法，左右半軸對稱安裝左右旋刀，這種安裝模式可確保所有刀尖以刀軸兩端為方向分列。雖然在前半部行程能有很好的效果，但后半部行程會有漏耕現(xiàn)象。實際旋耕時能看到土塊向兩側(cè)甩射現(xiàn)象，如果增加一部分罩殼，是能對經(jīng)濟作物耕地進行中耕培土?；旌戏?，處于同刀盤位置設(shè)備裝置，是一種旋向交替安裝模式，經(jīng)過處理以后，地面平整度更高，且經(jīng)過處理土塊碎塊相對更細密，土壤松軟，相比前兩種方法，可實現(xiàn)效果更好，對淺耕、中耕、除草等操作都有很好的實施效果。 本次設(shè)計最

46、終確定旋耕刀排列法為雙線交錯對稱模式，采用混合安裝設(shè)備。3.2.2 旋耕刀軸設(shè)計暫定經(jīng)驗參數(shù)刀軸直徑35mm實心軸，長度896mm。根據(jù)原始參數(shù)可知，機組前進速度0.95m/s，耕深100mm，耕幅800mm。刀片形式旋耕彎刀，暫定刀軸轉(zhuǎn)速130r/min。當微耕機工作時，刀輥功率消耗公式為：N=100ks×a×vm×B75=1.33×kx×a×vm×B （3-17）式中：kx-耕深比阻，Ncm-2a-耕深，m帶入相關(guān)數(shù)據(jù)可得N1=1.33×0.65×10×0.95×0.8=0.66p

47、s取安全系數(shù)2.5，則實際消耗功率為N=2.5×0.66=1.65ps=1212.7W土壤對刀軸的阻力扭矩T1 = F×R，而同時入土的刀最都有8把，假設(shè)軸勻速轉(zhuǎn)動，所受阻力矩48.15Nm。刀軸材料為結(jié)構(gòu)鋼，泊松比0.269，彈性模量209Gpa,密度7890kgm-3。所受最大應(yīng)力60.835Mpa許用剪切應(yīng)力公式為：=p2k(1+b)=93Mpa （3-18）式中：P-鋼的屈服強度k-安全系數(shù)b-泊松比由于剪切應(yīng)力在允許范圍內(nèi)，所以刀軸經(jīng)驗數(shù)據(jù)可取14。3.2.3 基于微耕機功耗的計算減速機選取由于微耕機設(shè)計為自走電動微耕機械的特點，根據(jù)每日耕地15-18畝的要求，得

48、到工作時正常前進速度約為0.8-1.3m/s的實際情況，取前進速度vm約等于1.25m/s(4.5km/h), 刀軸最大設(shè)計轉(zhuǎn)速200r/min設(shè)備旋耕功耗計算公式如下： N1=0.1KrdvmB （3-19）式中：N1-旋耕功耗，kW;Kr-旋耕比阻，N/cm2；d-旋耕深度，cm；vm-機組前進速度，m/s:B-耕幅，m?？紤]到土質(zhì)特征、作業(yè)模式時，修正旋耕比阻Kr主要方式就是增加系數(shù)，公式如下： Kr=KgK1K2K3K4 （3-20）式中：Kg-修正前旋耕比阻，該數(shù)值對切土節(jié)距非常敏感，如果是粘質(zhì)土時，可采用耕深一般是d = 10cm、土壤含水率20%取Kg=7.5（N/cm2）；K1

49、-耕深修正系數(shù)，隨著耕深推進能看到數(shù)值增加，比如，耕深12m時，K1=0.8-1.0, 耕深18m時，K1=l.0-1.2；K2-土壤含水率修正系數(shù)，其會隨著土壤含水率增加而降低，比如，土壤含水率20%對應(yīng)K2=1；30%時對應(yīng)K2=0.95；40%對應(yīng)K2=0.92；K3-殘茬植被修正系數(shù)，如果是茬地， K3=1.0-1.2，普通綠肥地，K3=0.8-1.0；K4-作業(yè)方式修正系數(shù)，水田耕地中有K4=0.3-0.5，旱地旋耕取K4=0.66-0.71 。綜合來說，功率余量應(yīng)該增加到考慮范圍內(nèi)，如果每個修正系數(shù)取值均較大時，旋耕比阻修正系數(shù)計算公式如下：Kr=7.5×0.7×

50、;l×l×0.7 = 3.7于是，可得旋耕功耗：N1=0.1×3.7×l0×l.25×0.8 = 3.7kW因此根據(jù)NMRV減速機選型手冊，選擇NMRV090減速機。3.3 接地比壓計算履帶行進底盤質(zhì)量100kg，當旋耕部件安裝后履帶式微耕機整體質(zhì)量140kg，則有：pc= Gcklb =100×9.8/2×720×l48=0.004MPa （3-21）pc= Gcklb =140×9.8/2×720×148=0.0056MPa式中：pc-雙履帶式動力底盤平均接地比壓，MPa

51、；pr-旋耕模塊裝載時履帶式微耕機整機平均接地比壓，MPa；Gc-履帶式微耕機行進模塊重力，N；Gr-履帶式微耕機整機重力，N；b-履帶板寬度，mm；k-橡膠履帶條數(shù)；l-橡膠履帶行駛裝置接地段長度，mm；根據(jù)本文研究設(shè)計設(shè)備接地比壓值不高，不會過分導(dǎo)致松軟耕地被壓實現(xiàn)象，特別是在沉限量上破壞更小，所以履帶式微耕機的設(shè)計，應(yīng)在結(jié)構(gòu)允許的情況下，平均接地比壓應(yīng)盡量取小值。由于本課題履帶式微耕機接地比壓在原始數(shù)據(jù)要求范圍內(nèi)，比推薦均值小很多，只有0.14MPa，由此可見，本次計算所得數(shù)值符合設(shè)計標準15。3.4 旋耕模塊組合設(shè)計履帶式微耕機實際運轉(zhuǎn)時所處環(huán)境要求，擬定刀軸轉(zhuǎn)速130r/mm。秉承結(jié)

52、構(gòu)清晰明了，操作簡單易行的原則，微耕傳動采用1:1鏈傳動，以滿足機械結(jié)構(gòu)的安裝需要。同時搭載電動缸直接支撐旋耕模塊，并連接履帶式行進底盤，達到下刀退刀的動作。經(jīng)排布后后，安裝上文計算所選的NMRV090減速機。設(shè)計圖如下。圖3-8 旋耕模塊3.5 虛擬裝配虛擬樣機技術(shù)本質(zhì)是利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，將機械領(lǐng)域進行實際應(yīng)用，這有利于設(shè)計流程可視化處理，能對產(chǎn)品裝配性能產(chǎn)生很好的優(yōu)化效果。以交互式設(shè)計理念來說，3D建模、虛擬裝配、運動干涉分析等，都是能有利于對設(shè)計構(gòu)件實際問題檢索效果提升的，通過對零部件設(shè)計結(jié)構(gòu)各類問題的修正，將強度低、零部件互相干涉等合理處置，這是確保產(chǎn)品裝配具有合理化結(jié)構(gòu)的前提，能實現(xiàn)

53、樣品機返工率大大降低，對新產(chǎn)品研發(fā)周期縮短、成本控制效果很好。虛擬樣機技術(shù)早已在發(fā)達國家實現(xiàn)普及應(yīng)用，在汽車工藝、航空航天、機械電子、醫(yī)藥工程等方面，都有很好的應(yīng)用效果。本次課題研究以Pro/E三維設(shè)計軟件為主，通過履帶式行進底盤、配套旋耕模塊等的模擬，完成零件部設(shè)計、虛擬裝配與干涉分析16。3.5.1 虛擬樣機技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用目前，計算機輔助設(shè)計(CAD, Computer Aided Design)技術(shù)市場普及度很高，而虛擬樣機技術(shù)就是計算機輔助工程技術(shù)(CAE, Computer Aided Engineering)重要應(yīng)用分支，最早誕生時間是1980s，自從應(yīng)用到行業(yè)操作中，便對傳統(tǒng)的

54、機械設(shè)計方法與樣品機試驗流程造成了巨大的沖擊。對于動力機械及復(fù)余多體機械系統(tǒng)而言，傳統(tǒng)設(shè)計方法經(jīng)常需要依靠大量專業(yè)知識的積累以確保經(jīng)驗布局與總裝設(shè)計的合理性與可行性，高概率會出現(xiàn)“樣品機加工一試驗調(diào)試一錯誤修正一樣品機在加工”的不良循環(huán)，造成了設(shè)計人才與資源的過度耗費；虛擬樣機技術(shù)合理借助了3D模型全方位可視化的特點，進一步降低了設(shè)計門檻，優(yōu)化了設(shè)計效率，并在多體系統(tǒng)動力學理論與動力學數(shù)值算法的支撐下，將樣品機試驗結(jié)果在計算機上進行了數(shù)字還原，其至可替代真實樣機來直接做破壞性測試，規(guī)避了真實樣機的反復(fù)生產(chǎn)再造，大幅度縮短了設(shè)計周期、降低設(shè)計費用。因此，上世紀九十年代初期，虛擬樣機技術(shù)獲得設(shè)計工

55、業(yè)的廣泛認可，21世紀各個發(fā)達國家快速應(yīng)用這項技術(shù)，取得很好效果。與真實樣品機相比，實際操作方面有比較明顯的不同，由此可將虛擬樣機技術(shù)形成兩個方面：1、結(jié)構(gòu)虛擬樣機技術(shù)，對零部件尺寸設(shè)計非常重視，在探索裝配可行性、配合度上對設(shè)計要求的滿足功能更明顯；2、功能虛擬樣機技術(shù)，對產(chǎn)品運動學有重點關(guān)注，結(jié)合報告動力學來分析配件性能、運行原理，通過實際測試結(jié)果來檢驗其適配效果，并對產(chǎn)品加工載荷條件進行計算，能判斷各項數(shù)據(jù)對剛度、強度等是否有滿足作用。有限元分析技術(shù)（FEA, Finite Element Analysis）是主要應(yīng)用基礎(chǔ)，能判斷出模型文件約束條件、邊界條件等。美國Boeing（波音）公司

56、Boeing777雙引擎廣體客機（1990），采用的就是虛擬樣機技術(shù)，這是以航空航天為應(yīng)用行業(yè)的重要標志，實現(xiàn)全球首次無紙化飛機設(shè)計研發(fā)，“Work Together PlaiT（協(xié)同工作計劃）”，直接利用計算機為全制造方法，采用三維建模并在此基礎(chǔ)上開發(fā)了虛擬樣機的三維設(shè)計軟件（CATIA，Computer-Aided Three Dimensional Interactive Application）。本次設(shè)計制造使用計算機超過2200臺，任何設(shè)計師、工程師都能對操作問題及時修改，具體誤差、性能評估、設(shè)計裝配等，都實現(xiàn)合理的高效率處置，原本預(yù)期至少是8年研發(fā)時間，只經(jīng)過4年就取得初步成果。不僅實現(xiàn)設(shè)計成本極大節(jié)約，更是將產(chǎn)品競爭優(yōu)勢有效提升。美國John Deere公司以農(nóng)林機械為基本供應(yīng)項目，其設(shè)計優(yōu)