履帶式微耕機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)

哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文--哈爾濱理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)題目：履帶式微耕機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（多配件）院、系：榮成學(xué)院機(jī)械工程系姓名：劉頔指導(dǎo)教師：劉新娜系主任：2020年6月21日

履帶式微耕機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（多配件）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(dòng)下，我國(guó)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)呈現(xiàn)出良好發(fā)展勢(shì)頭，社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平不斷提升的同時(shí)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(dòng)力逐漸轉(zhuǎn)移至城市地區(qū)，導(dǎo)致農(nóng)村勞動(dòng)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(jī)應(yīng)運(yùn)而生并表現(xiàn)出良好的發(fā)展勢(shì)頭?，F(xiàn)有微耕機(jī)多為柴油或汽油機(jī)提供動(dòng)力，在工作的同時(shí)會(huì)產(chǎn)生震動(dòng)、噪聲，環(huán)境污染等一系列問(wèn)題，因此本文設(shè)計(jì)將以電力作為動(dòng)力，克服以上缺點(diǎn)，并采取履帶行進(jìn)的運(yùn)動(dòng)方式，提高微耕機(jī)的環(huán)境適應(yīng)能力。本文采用模塊化的方法，將行進(jìn)運(yùn)動(dòng)和作業(yè)運(yùn)動(dòng)分解，在結(jié)合現(xiàn)有微耕機(jī)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(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并對(duì)驅(qū)動(dòng)輪，旋耕刀等零部件進(jìn)行了校核與干涉分析，保證了作業(yè)部件的強(qiáng)度與可靠性，最后對(duì)微耕機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)做了簡(jiǎn)單闡述。本文設(shè)計(jì)的履帶式微耕機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單清晰，易于操作，但同時(shí)，作為農(nóng)用機(jī)械，沒(méi)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(jì)；微耕機(jī)；載荷分析；發(fā)展趨勢(shì)Structuredesignofcrawlermicrotiller(multi-accessories)AbstractDrivenbytheinnovationanddevelopmentofagriculturalscienceandtechnologyandtherapiddevelopmentofurbanization,China'sruraleconomyhasshownagoodmomentumofdevelopment.Withtheconstantimprovementofthelevelofsocialandeconomicdevelopment,theagriculturalindustrialstructurehasalsoundergonegreatchanges.Undertheinfluenceofurbanization,alargenumberofrurallaborforceisgraduallytransferredtourbanareas,resultinginthecontinuousdecreaseofrurallaborresources,whichmakesitdifficulttomeettheneedsofmodernagriculturalproductiondevelopmentandensurethelevelofproduction.Therefore,thereisanurgentneedforanewandminiaturizedagriculturalequipmenttoprovideflexibleandconvenientproductionassistance.Therefore,themicro-cultivatoremergesattherightmomentandshowsagoodmomentumofdevelopment.Mostoftheexistingmicrocultivatorsprovidepowerfordieselorgasolineengines,whichwillproduceaseriesofproblemssuchasvibration,noiseandenvironmentalpollutionwhileworking.Therefore,thedesignofthispaperwilltakeelectricityaspowertoovercometheabovedisadvantages,andadoptthetrackmovementmodetoimprovetheenvironmentaladaptabilityofmicrocultivators.Thisarticleadoptsthemethodofmodularization,willmarchmovementandmovementdecomposition,incombinationwiththeexistingonthebasisofthestructureandprincipleofmicrotillagemachine,usingPro/EandCADsoftware,completedacaterpillardecaytillagemachinestructuredesign,andthedrivewheels,rotarytillagebladeparts,suchascheckandinterferenceanalysis,toensurethestrengthandreliabilityoftheoperatingparts,finallythedevelopmenttrendofmicrotillagemachinebriefly.Thecrawlermicrocultivatordesignedinthispaperhassimpleandclearstructureandiseasytooperate.However,asanagriculturalmachine,itdoesnothavehighprecisionofcomponentparameters.KeywordsStructuraldesign,microtiller,loadanalysis,developmenttrend目錄摘要 =1\*ROMANIAbstract =2\*ROMANII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(jī)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析 21.2.1國(guó)外研究現(xiàn)狀 21.2.2國(guó)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(jì)參數(shù) 41.5本章小結(jié) 5第2章履帶式微耕機(jī)總體方案設(shè)計(jì) 62.1履帶式微耕機(jī)的工作原理 62.2履帶式微耕機(jī)的工作場(chǎng)景 72.3微耕機(jī)成型機(jī)類型比較及選擇 72.3.1柴油、汽油微耕機(jī) 72.3.2新能源微耕機(jī) 82.3.3成型機(jī)類型的確定 82.4本章小結(jié) 8第3章履帶式微耕機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 93.1履帶底盤(pán)的設(shè)計(jì) 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(zhǎng)度計(jì)算 103.1.4電機(jī)選取與驅(qū)動(dòng)輪動(dòng)力半徑的計(jì)算 113.1.5支撐輪的設(shè)計(jì) 123.1.6履帶預(yù)緊力計(jì)算 133.2旋耕結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 133.2.1旋耕刀的選取及安裝法 143.2.2旋耕刀軸設(shè)計(jì) 153.2.3基于微耕機(jī)功耗的計(jì)算減速機(jī)選取 163.3接地比壓計(jì)算 173.4旋耕模塊組合設(shè)計(jì) 173.5虛擬裝配 183.5.1虛擬樣機(jī)技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用 183.5.2履帶式微耕機(jī)的虛擬裝配設(shè)計(jì) 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旋耕彎刀的載荷分析 224.3履帶驅(qū)動(dòng)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(shì)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(shì) 255.4本章小結(jié) 26結(jié)論 27致謝 28參考文獻(xiàn) 29附錄A 31附錄B 47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(duì)于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)而言，土壤是最重要的資源，在當(dāng)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(zhǎng)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(zhǎng)環(huán)境，能夠滿足農(nóng)作物生長(zhǎng)所需的各類營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，確保農(nóng)作物的良性生長(zhǎng)。土壤耕作則表現(xiàn)為以各類農(nóng)業(yè)機(jī)械、生產(chǎn)設(shè)備為工具，通過(guò)物理手段對(duì)土壤結(jié)構(gòu)進(jìn)行處理和調(diào)整，及時(shí)有效的去除不利于農(nóng)作物生長(zhǎng)的因素并為其創(chuàng)造更好的生長(zhǎng)環(huán)境，從而保證農(nóng)作物的良好生長(zhǎng)狀況，實(shí)現(xiàn)更高的產(chǎn)出和更好的生產(chǎn)效益?？茖W(xué)合理的耕作方法將顯著改善土壤結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)更好的生長(zhǎng)環(huán)境，能夠?yàn)樽魑锝】瞪L(zhǎng)奠定良好基礎(chǔ)[1]。從生產(chǎn)環(huán)節(jié)來(lái)看，基于播種前后的時(shí)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(dòng)，分別針對(duì)播種前與播種后。具體通過(guò)耕地、深松、開(kāi)工、鎮(zhèn)壓、起壟等方式對(duì)土壤進(jìn)行處理，更好的滿足農(nóng)作物生長(zhǎng)對(duì)土壤環(huán)境的需求。而用于不同耕作作業(yè)的農(nóng)業(yè)機(jī)械也可按照以上具體的作業(yè)形式進(jìn)行分類，具體分為基本耕耘、表土耕耘、深松保護(hù)耕耘等不同類型的機(jī)械設(shè)備?；谏a(chǎn)工具的結(jié)構(gòu)特征、作業(yè)項(xiàng)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(jī)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(jī)械的研發(fā)設(shè)計(jì)成為農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)關(guān)注的重點(diǎn)。近年來(lái)，隨著城鎮(zhèn)化建設(shè)的穩(wěn)定快速推進(jìn)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(dāng)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(jī)無(wú)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(dòng)者加速向城市轉(zhuǎn)移，剩余的中老年勞動(dòng)者無(wú)法承受繁重的耕作勞動(dòng)和難以適應(yīng)復(fù)雜的機(jī)具操作，因此，亟需研究新型的小型化耕作機(jī)來(lái)填補(bǔ)大型耕作機(jī)在上述作業(yè)項(xiàng)目中存在的缺陷。由于市場(chǎng)需要日益迫切，微耕機(jī)被發(fā)明。1.1.2研究目的與意義二十世紀(jì)九十年代末，大型、中型拖拉機(jī)呈現(xiàn)出快速發(fā)展勢(shì)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(shí)也引發(fā)了不同程度的農(nóng)村勞動(dòng)力過(guò)剩、農(nóng)業(yè)生態(tài)失衡等問(wèn)題，不利于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。上述大型、大功率農(nóng)業(yè)機(jī)械的頻繁使用，對(duì)土壤結(jié)構(gòu)造成了巨大影響，出現(xiàn)了土壤壓實(shí)、松軟度失衡等問(wèn)題，即不利于農(nóng)作物的正常生長(zhǎng)，也加大了后續(xù)耕整作業(yè)的難度。而固定機(jī)耕道的設(shè)計(jì)和保留，也引發(fā)了嚴(yán)重的可用耕地面積浪費(fèi)的問(wèn)題，加劇了耕地資源短缺問(wèn)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(jī)械也表現(xiàn)出更高的購(gòu)置成本與使用成本，呈現(xiàn)出生產(chǎn)密集與資源閑置并存的問(wèn)題，導(dǎo)致生產(chǎn)機(jī)械的利用率較低，折舊速度也相對(duì)較高，影響了資源的合理配置。而大中型農(nóng)業(yè)機(jī)械的適用范圍也相對(duì)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(guó)耕作土地存在細(xì)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(jī)械的綜合利用率相愛(ài)對(duì)較低，難以實(shí)現(xiàn)規(guī)?；鳂I(yè)。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，目前全國(guó)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(duì)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(guò)了1.2微耕機(jī)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析1.2.1國(guó)外研究現(xiàn)狀上世紀(jì)九十年代末，benassi公司（意大利）重點(diǎn)提出了小型耕作機(jī)的設(shè)計(jì)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(jī)械的動(dòng)力核心為汽油機(jī)或小型柴油機(jī)。相較于傳統(tǒng)大中型機(jī)械，其優(yōu)勢(shì)表現(xiàn)為體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量小、應(yīng)用靈活等?；诩夹g(shù)發(fā)展水平的差異，歐美、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家的現(xiàn)代化水平相對(duì)較高，先進(jìn)的工業(yè)也為耕作機(jī)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(jī)設(shè)備的技術(shù)水平和生產(chǎn)效率，形成了相對(duì)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(lái)看，歐洲的農(nóng)業(yè)機(jī)械更多側(cè)重于園藝作業(yè)；而日本的農(nóng)業(yè)機(jī)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(guó)、日本、法國(guó)等國(guó)家的農(nóng)業(yè)機(jī)械技術(shù)水平相對(duì)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(guó)家的農(nóng)業(yè)機(jī)械主要滿足園藝作業(yè)需求，以各類微耕機(jī)產(chǎn)品為典型代表，能夠保證旋耕、粉碎、清理、除草、短途運(yùn)輸?shù)茸鳂I(yè)的效率和質(zhì)量水平；而日本、韓國(guó)等國(guó)家的農(nóng)業(yè)機(jī)械則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(jī)械在研發(fā)設(shè)計(jì)時(shí)更多考慮水田、旱田的生產(chǎn)需求，使得機(jī)械設(shè)備表現(xiàn)出良好的適用性；而韓國(guó)的農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備則主要以旱田為生產(chǎn)對(duì)象，其功能相對(duì)豐富，能夠有效實(shí)現(xiàn)不同的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)功能。以亞細(xì)亞多功能管理機(jī)為例，該機(jī)械設(shè)備具備數(shù)十項(xiàng)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(guó)現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)的典型代表。在發(fā)動(dòng)機(jī)輸出軸設(shè)計(jì)方面，歐洲國(guó)家在研發(fā)設(shè)計(jì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)機(jī)械設(shè)備時(shí)多選擇向后輸出的動(dòng)力軸設(shè)計(jì)方案，實(shí)現(xiàn)傘齒輪和輪軸齒輪箱的直接聯(lián)接，驅(qū)動(dòng)力經(jīng)傳動(dòng)軸向作業(yè)裝置傳遞，從而實(shí)現(xiàn)清雪、粉碎、除草等生產(chǎn)功能，同時(shí)將扶手機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)在發(fā)動(dòng)機(jī)前方。這種設(shè)計(jì)理念的優(yōu)勢(shì)在于實(shí)現(xiàn)了相對(duì)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(dòng)效率較低、工件安裝難度較大等缺陷。而日本、韓國(guó)等亞洲國(guó)家則一般選擇輸出軸向一側(cè)布置的設(shè)計(jì)方案，基于膠帶與輪軸齒輪箱的聯(lián)接結(jié)構(gòu)，通過(guò)膠帶、鏈條等實(shí)現(xiàn)動(dòng)力傳遞滿足作業(yè)機(jī)具的運(yùn)行需求；臺(tái)灣地區(qū)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)設(shè)備表現(xiàn)出相對(duì)簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，同時(shí)也表現(xiàn)出獨(dú)特的外觀設(shè)計(jì)特征。在亞洲地區(qū)，功率超過(guò)3.7kW的機(jī)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(duì)較好的松土效果，作業(yè)深度也相對(duì)較大，可在作業(yè)過(guò)程中自動(dòng)避讓巖石等硬物，從而有效降低了刀具的損壞風(fēng)險(xiǎn)提高了其利用效率。但是也存在碎土性能差、功耗大等缺點(diǎn)，因此不適用于小型化、小動(dòng)力的生產(chǎn)機(jī)械設(shè)備。如今，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)設(shè)備的研發(fā)設(shè)計(jì)逐漸側(cè)重于環(huán)境保護(hù)、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(xué)水平。整體來(lái)看，國(guó)外在研發(fā)設(shè)計(jì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)機(jī)械設(shè)備時(shí)在動(dòng)力系統(tǒng)方面多選擇汽油機(jī)、小型柴油機(jī)等排放水平相對(duì)較低的發(fā)動(dòng)機(jī)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(diǎn)，同時(shí)也便于各類機(jī)構(gòu)、部件的更換，從而表現(xiàn)出更好的適用性能夠經(jīng)簡(jiǎn)單調(diào)整即可滿足不同的生產(chǎn)需求。1.2.2國(guó)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(jī)的研發(fā)生產(chǎn)工作，此后該產(chǎn)品被我國(guó)引進(jìn)極大提升了我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率水平。上世紀(jì)九十年代以來(lái)，我國(guó)積極推動(dòng)微耕機(jī)技術(shù)產(chǎn)品的研發(fā)、生產(chǎn)和應(yīng)用工作，誕生了許多以小微型農(nóng)業(yè)機(jī)械為核心內(nèi)容的研發(fā)、生產(chǎn)機(jī)構(gòu)，逐漸形成了我國(guó)獨(dú)特的微耕機(jī)產(chǎn)業(yè)。截至2010年底，我國(guó)微耕機(jī)生產(chǎn)企業(yè)的數(shù)量超過(guò)了40家，整體表現(xiàn)出良好的發(fā)展勢(shì)頭。姚若松于上世紀(jì)九十年代初完成了單履帶微耕機(jī)的研發(fā)設(shè)計(jì)工作。該設(shè)備的傳動(dòng)形式為齒輪變速箱式，具有靈活小巧，使用便利等優(yōu)勢(shì)，但也存在功能相對(duì)單一的問(wèn)題，僅適用于水田、旱山等農(nóng)業(yè)生產(chǎn)場(chǎng)合；李慶東等于1999年對(duì)姚若松的設(shè)計(jì)成果進(jìn)行了研究分析，明確了該產(chǎn)品設(shè)計(jì)存在穩(wěn)定性差、勞動(dòng)強(qiáng)度大等問(wèn)題，并針對(duì)性的提出了一些優(yōu)化和改進(jìn)的方案；劉劍君（2008）從煙草種植的實(shí)際需要出發(fā)，完成了小型煙草多功能管理機(jī)的設(shè)計(jì)工作。該設(shè)備基于單軸傳動(dòng)模式，行走運(yùn)輸形式選擇對(duì)稱分布的空套充氣輪胎，在生產(chǎn)耕作過(guò)程中則可將充氣輪胎進(jìn)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(shì)在于相對(duì)簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)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(duì)顯著的土壤反作用力，導(dǎo)致操縱的難度相對(duì)較大，對(duì)操作者的技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)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(jī)的研發(fā)設(shè)計(jì)工作。該設(shè)備通過(guò)拱橋式的車架設(shè)計(jì)方案提升設(shè)備出間能力，并借助液壓系統(tǒng)提升動(dòng)力效果，能夠有效滿足中耕作業(yè)的需求。但是缺點(diǎn)也比較明顯，主要存在成本大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積大等問(wèn)題。在技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展的推動(dòng)下，我國(guó)微耕機(jī)技術(shù)產(chǎn)品得到了快速發(fā)展，逐漸形成了許多新的產(chǎn)品類型。以雙履帶式動(dòng)力底盤(pán)為主的新型技術(shù)在微耕機(jī)設(shè)計(jì)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(jī)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(shí)現(xiàn)了更加穩(wěn)定的作業(yè)過(guò)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(dá)國(guó)家相比，我國(guó)微耕機(jī)技術(shù)的研發(fā)工作發(fā)展時(shí)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(wèn)題，難以滿足我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的實(shí)際需求。尤其是在微型動(dòng)力底盤(pán)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(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的實(shí)際特征，研發(fā)小型動(dòng)力底盤(pán)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(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備創(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(jī)的工作原理和基本結(jié)構(gòu)。2、完成履帶式微耕機(jī)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。選擇電機(jī)，履帶底盤(pán)，耕作機(jī)構(gòu)等關(guān)鍵零部件。3、采用Pro/E和CAD完成三維設(shè)計(jì)和部分二維設(shè)計(jì)。4、使用ANSYS對(duì)部分零件進(jìn)行載荷分析。5、整理資料和相關(guān)文件的撰寫(xiě)。1.4基本設(shè)計(jì)參數(shù)1、微耕機(jī)耕作深度：100mm2、微耕機(jī)耕作幅度：800mm3、微耕機(jī)耕作面積：15畝/日-20畝/日4、接地比壓要求≤0.14mpa1.5本章小結(jié)本章對(duì)現(xiàn)有的發(fā)展成果進(jìn)行梳理和總結(jié)，在明確國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上提出研究目標(biāo)，明確研究?jī)r(jià)值和方向，確定了下一步工作的主要內(nèi)容和方法。第2章履帶式微耕機(jī)總體方案設(shè)計(jì)在當(dāng)今國(guó)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(jì)三十年代，雖然其在行駛過(guò)程中表現(xiàn)出相對(duì)較低的機(jī)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(guò)性與越障能力[3]。本章對(duì)履帶式微耕機(jī)的工作原理進(jìn)行了闡述，對(duì)其工作環(huán)境進(jìn)行了合理的定位，并確定了履帶式微耕機(jī)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(jī)的工作原理對(duì)于履帶式微耕機(jī)技術(shù)產(chǎn)品而言，履帶式底盤(pán)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(duì)應(yīng)不同的工作場(chǎng)景。履帶式行進(jìn)底盤(pán)的主要功能有：1、滿足機(jī)械設(shè)備行駛作業(yè)的支承需求。2、實(shí)現(xiàn)動(dòng)力由發(fā)動(dòng)機(jī)向履帶的傳遞，確保良好的驅(qū)動(dòng)性能；3、實(shí)現(xiàn)機(jī)械設(shè)備各種不同的運(yùn)動(dòng)操作。履帶式底盤(pán)的基本結(jié)構(gòu)詳見(jiàn)下圖所示：圖2-11.托帶輪2.支撐輪3.導(dǎo)向輪4.驅(qū)動(dòng)輪5.履帶耕作模塊由旋耕彎刀，旋耕刀軸，減速機(jī)和鏈條組成。其中減速機(jī)包涵了蝸輪蝸桿減速器和電機(jī)，擴(kuò)大力矩使旋耕刀旋轉(zhuǎn)，達(dá)到破碎，松土效果[4]?；谛遁S旋轉(zhuǎn)方向與機(jī)組行進(jìn)方向的關(guān)系，可將微耕機(jī)具體細(xì)分為正旋、逆旋兩種不同的運(yùn)行模式。其中，正旋模式是指機(jī)械設(shè)備使用過(guò)程中刀軸的旋轉(zhuǎn)方向同履帶驅(qū)動(dòng)輪的旋轉(zhuǎn)方向相同，具備相對(duì)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(dòng)沖擊等缺陷，是目前相對(duì)主流的一種設(shè)計(jì)方案；逆旋模式具體是指機(jī)械設(shè)備使用過(guò)程中刀軸的旋轉(zhuǎn)方向與履帶驅(qū)動(dòng)輪旋轉(zhuǎn)方向相反的情形。在作業(yè)過(guò)程中，旋耕刀具、刀軸能夠表現(xiàn)出相對(duì)穩(wěn)定、均衡的受力情況，整體功耗相對(duì)較低，但是存在相對(duì)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(jī)的工作場(chǎng)景山地、丘陵等地形相對(duì)不平整的環(huán)境是履帶式微耕機(jī)的主要適用場(chǎng)合。模塊化的設(shè)計(jì)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(jī)通過(guò)更換模塊完成履帶式微耕機(jī)對(duì)不同工作的要求，提高微耕機(jī)的泛用性，并且在功能完備的情況下對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化和簡(jiǎn)化，降低維修成本和損壞風(fēng)險(xiǎn)[5]。2.3微耕機(jī)成型機(jī)類型比較及選擇微耕機(jī)的機(jī)型按動(dòng)力源可劃分為以下幾種不同類型：2.3.1柴油、汽油微耕機(jī)在我國(guó)現(xiàn)有的微耕機(jī)產(chǎn)品中，比較主流的產(chǎn)品主要有基于風(fēng)冷汽油機(jī)或水冷柴油機(jī)的機(jī)械設(shè)備。其優(yōu)勢(shì)在于成本低、經(jīng)濟(jì)效益好；但是缺點(diǎn)在于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、適用性差，僅能滿足部分地區(qū)的簡(jiǎn)單功能需求。另一類比較主流的產(chǎn)品是基于風(fēng)冷柴油機(jī)或大功率風(fēng)冷汽油機(jī)的農(nóng)業(yè)機(jī)械。此類機(jī)械的傳動(dòng)效果相對(duì)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(kuò)展性強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)比較顯著，能實(shí)現(xiàn)較長(zhǎng)時(shí)間的持續(xù)作業(yè)。但是也存在成本大的問(wèn)題[6]。簡(jiǎn)圖如下。圖2-3常見(jiàn)方案簡(jiǎn)圖2.3.2新能源微耕機(jī)目前微耕機(jī)技術(shù)產(chǎn)品大多選擇內(nèi)燃機(jī)的動(dòng)力系統(tǒng)，在使用過(guò)程中存在振動(dòng)顯著、污染大等問(wèn)題，大量的CO、NOx和PM10等有害廢氣。為解決上述問(wèn)題，電動(dòng)微耕機(jī)已經(jīng)漸漸出現(xiàn)在人們的視野之中。采用電力作為動(dòng)力源，并取消了把手，改用遙控操作，提高效率的同時(shí)，解決了污染，噪音等問(wèn)題，又為防止直接接觸微耕機(jī)，對(duì)勞動(dòng)者的手臂產(chǎn)生機(jī)械損傷。圖2-4履帶底盤(pán)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖圖2-5微耕模塊機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖2.3.3成型機(jī)類型的確定基于本次履帶式微耕機(jī)的設(shè)計(jì)要求，比較不同成型機(jī)類型間的功能和條件，發(fā)現(xiàn)電動(dòng)微耕機(jī)既有傳統(tǒng)微耕機(jī)靈活、輕便，多功能的特點(diǎn)，又對(duì)環(huán)境友好，還可以優(yōu)化人的工作條件，因此我選擇電動(dòng)微耕機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)功能。2.4本章小結(jié)本章主要從模塊化的角度，闡述了履帶式微耕機(jī)的工作原理，介紹了履帶式微耕機(jī)各主要的工作場(chǎng)景。分析了目前主要成型機(jī)的種類，及各個(gè)種類的特點(diǎn)，和優(yōu)勢(shì)，最終確定了電動(dòng)履帶式微耕機(jī)的設(shè)計(jì)方案。第3章履帶式微耕機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)本文應(yīng)用虛擬樣機(jī)技術(shù)，使用Pro/E三維設(shè)計(jì)軟件對(duì)履帶式微耕機(jī)的履帶行進(jìn)模塊和旋耕模塊分別進(jìn)行了零件部設(shè)計(jì)、仿真裝配及性能分析，在公式計(jì)算的基礎(chǔ)上，根據(jù)仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化和調(diào)整進(jìn)一步提升設(shè)計(jì)質(zhì)量。借助虛擬樣機(jī)技術(shù)完成設(shè)計(jì)方案的三維建模工作，并以此為工具開(kāi)展仿真裝配與性能分析，明確設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的缺陷和錯(cuò)誤，并針對(duì)性的進(jìn)行優(yōu)化和改正，進(jìn)一步提升機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的科學(xué)水平，表現(xiàn)出良好的技術(shù)先進(jìn)性，能夠顯著提升產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計(jì)效率，以更低的成本實(shí)現(xiàn)更好的設(shè)計(jì)效果。這一技術(shù)在工業(yè)設(shè)計(jì)的各個(gè)領(lǐng)域都得到了良好應(yīng)用，是目前最受歡迎、最受認(rèn)可的一種信息技術(shù)。3.1履帶底盤(pán)的設(shè)計(jì)3.1.1履帶受力情況參數(shù)M代表履帶驅(qū)動(dòng)力矩，內(nèi)部張緊力為Md履帶不同段張力可分解為豎直方向和水平方向：p'=Pcos?（3-1p'1=P-Pcos?（3-2則履帶裝置驅(qū)動(dòng)力為：Fd=p'+p'1=P=MdR履帶任選一點(diǎn)，其絕對(duì)運(yùn)動(dòng)速凍VA的計(jì)算公式：VA=V2+V則當(dāng)aa=180oVA=V2也就是說(shuō)，假設(shè)不發(fā)生滑移，履帶上任意點(diǎn)絕對(duì)速度為0，履帶不與地面發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)[7]。但是實(shí)際情況中，履帶上任意點(diǎn)的相對(duì)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：σ=Va-VV3.1.2履帶速度分析將絕對(duì)速度分別向X，Y軸投影可得：VAr=V+VacosααVAy=Vasinαα對(duì)時(shí)間進(jìn)行微分之后：Jx=-VasinadadJa=Vacosaada因?yàn)镴a=Jx2+ω=dadtJa=Va2ρ其中ρ為曲率半徑，由此可知，對(duì)于接地段，Ja=0，對(duì)于彎曲段，Ja=Va3.1.3履帶環(huán)接地長(zhǎng)度計(jì)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(wèn)題，有效降低了噪聲污染和振動(dòng)危害；2、整體式設(shè)計(jì)方案有效降低了產(chǎn)品重量并實(shí)現(xiàn)了更好的拉伸性能和韌性，實(shí)現(xiàn)了更長(zhǎng)的使用時(shí)間；3、有效克服了作業(yè)過(guò)程中結(jié)構(gòu)間隙的夾草、塞泥等問(wèn)題，免除了清理工作；4、受限于自身基準(zhǔn)長(zhǎng)度，使得橡膠履帶在齒輪設(shè)計(jì)方面存在較大難度；5、相對(duì)簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)與較低的成本費(fèi)用；6、相對(duì)較高的使用和維修成本。根據(jù)上述優(yōu)缺點(diǎn)的考量，因?yàn)槁膸轿⒏麢C(jī)尺寸小巧、結(jié)構(gòu)緊湊簡(jiǎn)單、作業(yè)速度低，有針對(duì)性等特點(diǎn)，本課題選用WG-148型號(hào)矩形橡膠履帶環(huán)作為動(dòng)力底盤(pán)的核心構(gòu)件[8]。基于明確的接地段長(zhǎng)度L的取值，能夠針對(duì)性的確定履帶板的設(shè)計(jì)寬度（用b表示），以此實(shí)現(xiàn)相對(duì)合理的長(zhǎng)寬比，從而充分保證履帶底盤(pán)的良好牽引性能。避免長(zhǎng)寬比不合理導(dǎo)致的功耗大、牽引力差、運(yùn)行阻力大等問(wèn)題。其長(zhǎng)寬比可按照以下方式進(jìn)行計(jì)算確定:bL=0.2-0.3時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)相對(duì)較好的綜合動(dòng)力性能。故若其寬度b的取值為b=148mmb計(jì)算結(jié)果為：493mm<L<740mm則初始設(shè)計(jì)參數(shù)可選擇L=740mm。3.1.4電機(jī)選取與驅(qū)動(dòng)輪動(dòng)力半徑的計(jì)算根據(jù)履帶式微耕機(jī)尺寸微小、結(jié)構(gòu)緊湊、作業(yè)速度低等特點(diǎn)，結(jié)合經(jīng)濟(jì)實(shí)用性考慮，綜合選擇86BYG250H電機(jī)，兩個(gè)。表3-1電機(jī)基本參數(shù)型號(hào)參數(shù)轉(zhuǎn)速r/min出軸方式軸徑mm輸出力矩N·m電機(jī)電流，A電機(jī)耐溫?cái)z，℃86BYG250H200單出軸14155.885驅(qū)動(dòng)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(dòng)輪圖3-2輪孔式驅(qū)動(dòng)輪在使用過(guò)程中，輪孔式驅(qū)動(dòng)力往往會(huì)出現(xiàn)輪孔被異物堵塞的情況，從而影響良好的驅(qū)動(dòng)性能并導(dǎo)致跳齒的問(wèn)題，因此能夠在小型設(shè)備、雪地機(jī)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(jì)以雙肩式驅(qū)動(dòng)輪為方案。如下圖。圖3-3雙肩式驅(qū)動(dòng)輪由履帶行進(jìn)底盤(pán)驅(qū)動(dòng)力公式Fd=MdRr驅(qū)動(dòng)輪動(dòng)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由公式可知，參數(shù)Rr與Z之間呈現(xiàn)出顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系，與t本設(shè)計(jì)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(3.1.5支撐輪的設(shè)計(jì)支撐輪是履帶行進(jìn)底盤(pán)的主要支承部件，動(dòng)力底盤(pán)通過(guò)支撐輪將機(jī)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(yùn)動(dòng)來(lái)牽引機(jī)器運(yùn)動(dòng)，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(jìn)底盤(pán)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(jī)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(dú)立式，強(qiáng)調(diào)獨(dú)立支撐輪，直接連接機(jī)架結(jié)構(gòu)，能實(shí)現(xiàn)履帶式車輛高速運(yùn)行基本要求；2、聯(lián)鎖式，這種支撐輪形式即常說(shuō)的平衡式結(jié)構(gòu)，其平衡支架主要是利用兩個(gè)及以上支撐輪來(lái)構(gòu)成，扭簧作為輔助連接部件與機(jī)架對(duì)接，地面起伏是推動(dòng)每組支撐輪處于小范圍轉(zhuǎn)動(dòng)的原因，支撐輪作為旋轉(zhuǎn)核心，這是實(shí)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(jī)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(jī)，一般是作用到農(nóng)耕土地上，土質(zhì)松軟，要實(shí)現(xiàn)底盤(pán)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3.1.6履帶預(yù)緊力計(jì)算本文研究要確保設(shè)計(jì)系統(tǒng)最科學(xué)，強(qiáng)調(diào)連接結(jié)構(gòu)可靠性、緊密度等，要實(shí)現(xiàn)履帶、驅(qū)動(dòng)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(guò)大過(guò)小都會(huì)導(dǎo)致履帶結(jié)構(gòu)不暢，過(guò)大時(shí)，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(shí)長(zhǎng)被縮短；過(guò)小時(shí)，履帶松弛，不能做到合理運(yùn)轉(zhuǎn)，脫軌、跳齒等現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生[12]。由此可見(jiàn)，本次課題研究中采用旋轉(zhuǎn)支架來(lái)設(shè)計(jì)張緊裝置，目的就是實(shí)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(jì)算公式：Fst=Lc2G式中：Fst靜態(tài)預(yù)緊力（NLc導(dǎo)向輪輪到驅(qū)動(dòng)輪之間距離（mmGo單節(jié)履帶組件重量（Nt履帶節(jié)距（mm）h履帶中心自然下垂量（mm）導(dǎo)向輪-驅(qū)動(dòng)輪間距離Lc是計(jì)算hh=（0.015-0.03）Lc（3-15所以LcGo8×0.03t<Fst<Lc=l+2Rr（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(jìn)底盤(pán)內(nèi)履帶接地長(zhǎng)度，Rr=96mm綜上可得，履帶裝置預(yù)緊力892N<Fst<1784N3.2旋耕結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)微耕機(jī)旋耕模塊，主要設(shè)計(jì)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(jì)、傳動(dòng)形式等。3.2.1旋耕刀的選取及安裝法旋耕刀作為微耕機(jī)核心器件，其尺寸、參數(shù)、形狀等，都會(huì)影響微耕機(jī)運(yùn)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(lái)，對(duì)歐洲直角刀型進(jìn)行優(yōu)化，對(duì)亞洲農(nóng)耕適用性很強(qiáng)，作用就在于破土、碎土，且能很好地解決設(shè)備纏草問(wèn)題[13]。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果來(lái)說(shuō)，相比于其他刀型，旋耕彎刀應(yīng)用于耕地過(guò)程中，對(duì)土壤反力扭矩作用影響反應(yīng)不明顯，會(huì)比其他兩種更靈活地處置作用。實(shí)際對(duì)土壤切削時(shí)，刀具能直接在土塊中深度推進(jìn)，對(duì)綠肥深入土壤效果很好，可以將堅(jiān)硬未耕地形成支點(diǎn)作用，實(shí)施支承切割操作，正是因?yàn)榈缎腿锌诰哂歇?dú)特曲線結(jié)構(gòu)，具體操作步驟有：1、側(cè)切刃啟動(dòng)時(shí)，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(jìn)到未耕地的工具；2、側(cè)切刃轉(zhuǎn)為啟用與轉(zhuǎn)軸相對(duì)距離遠(yuǎn)的工具，以滑切形式來(lái)切削土地：3、正切刃完成切斷、拋出等步驟。旋耕彎刀，實(shí)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(dòng)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(jì)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(duì)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(cuò)對(duì)稱、多螺旋線等。其中，人字形對(duì)大功率設(shè)備應(yīng)用效果很好，會(huì)在切削面上排列旋耕彎刀4-6把。但這種履帶式設(shè)備耕幅不高、功率低，本課題將會(huì)使用交錯(cuò)對(duì)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(shí)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(shí)現(xiàn)對(duì)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(jìn)，造成耕作以后土地面上能有土壟堆積的效果，相鄰兩行程之間也會(huì)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(jī)的除草等作業(yè)時(shí)，充當(dāng)保護(hù)苗根、作物莖干等的角色。外裝法，左右半軸對(duì)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(huì)有漏耕現(xiàn)象。實(shí)際旋耕時(shí)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(duì)經(jīng)濟(jì)作物耕地進(jìn)行中耕培土?；旌戏?，處于同刀盤(pán)位置設(shè)備裝置，是一種旋向交替安裝模式，經(jīng)過(guò)處理以后，地面平整度更高，且經(jīng)過(guò)處理土塊碎塊相對(duì)更細(xì)密，土壤松軟，相比前兩種方法，可實(shí)現(xiàn)效果更好，對(duì)淺耕、中耕、除草等操作都有很好的實(shí)施效果。本次設(shè)計(jì)最終確定旋耕刀排列法為雙線交錯(cuò)對(duì)稱模式，采用混合安裝設(shè)備。3.2.2旋耕刀軸設(shè)計(jì)暫定經(jīng)驗(yàn)參數(shù)刀軸直徑35mm實(shí)心軸，長(zhǎng)度896mm。根據(jù)原始參數(shù)可知，機(jī)組前進(jìn)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(dāng)微耕機(jī)工作時(shí)，刀輥功率消耗公式為：N=100ks×a×vm×B75=1.33×kx式中：kx耕深比阻，N?cm-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=0.66ps取安全系數(shù)2.5，則實(shí)際消耗功率為N=2.5×0.66=1.65ps=1212.7W土壤對(duì)刀軸的阻力扭矩T1=F×R，而同時(shí)入土的刀最都有8把，假設(shè)軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，所受阻力矩48.15N?m。刀軸材料為結(jié)構(gòu)鋼，泊松比0.269，彈性模量209Gpa,密度7890kg?m-3。所受最大應(yīng)力60.835Mpa許用剪切應(yīng)力公式為：[τ]=p[2k(1+b)]=93Mpa（3-18式中：P鋼的屈服強(qiáng)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(yàn)數(shù)據(jù)可取[14]。3.2.3基于微耕機(jī)功耗的計(jì)算減速機(jī)選取由于微耕機(jī)設(shè)計(jì)為自走電動(dòng)微耕機(jī)械的特點(diǎn)，根據(jù)每日耕地15-18畝的要求，得到工作時(shí)正常前進(jìn)速度約為0.8-1.3m/s的實(shí)際情況，取前進(jìn)速度vm約等于1.25m/s(4.5km/h),刀軸最大設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速200r/min設(shè)備旋耕功耗計(jì)算公式如下：N1=0.1Krdv式中：N1旋耕功耗，Kr旋耕比阻，N/cm2d旋耕深度，cm；vm機(jī)組前進(jìn)速度，B耕幅，m。考慮到土質(zhì)特征、作業(yè)模式時(shí)，修正旋耕比阻Kr主要方式就是增加系數(shù)，公式如下：Kr=KgK1K2式中：Kg修正前旋耕比阻，該數(shù)值對(duì)切土節(jié)距非常敏感，如果是粘質(zhì)土?xí)r，可采用耕深一般是d=10cm、土壤含水率20%取Kg=7.5（N/cmK1耕深修正系數(shù)，隨著耕深推進(jìn)能看到數(shù)值增加，比如，耕深12m時(shí)，K1=0.8-1.0,耕深18m時(shí)，K1=l.0K2土壤含水率修正系數(shù)，其會(huì)隨著土壤含水率增加而降低，比如，土壤含水率20%對(duì)應(yīng)K2=1；30%時(shí)對(duì)應(yīng)K2=0.95；40%對(duì)應(yīng)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=0.8K4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綜合來(lái)說(shuō)，功率余量應(yīng)該增加到考慮范圍內(nèi)，如果每個(gè)修正系數(shù)取值均較大時(shí)，旋耕比阻修正系數(shù)計(jì)算公式如下：Kr=7.5×0.7×l×l×于是，可得旋耕功耗：N1=0.1×3.7×l0×l.25×因此根據(jù)NMRV減速機(jī)選型手冊(cè)，選擇NMRV090減速機(jī)。3.3接地比壓計(jì)算履帶行進(jìn)底盤(pán)質(zhì)量≈100kg，當(dāng)旋耕部件安裝后履帶式微耕機(jī)整體質(zhì)量≈140kg，則有：pc=Gcklb=100×9.8/2×720×l48=0.004MPapc=Gcklb=140×9.8/2×720式中：pc雙履帶式動(dòng)力底盤(pán)平均接地比壓，MPa；pr旋耕模塊裝載時(shí)履帶式微耕機(jī)整機(jī)平均接地比壓，MPGc履帶式微耕機(jī)行進(jìn)模塊重力，NGr履帶式微耕機(jī)整機(jī)重力，Nb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(zhǎng)度，mm；根據(jù)本文研究設(shè)計(jì)設(shè)備接地比壓值不高，不會(huì)過(guò)分導(dǎo)致松軟耕地被壓實(shí)現(xiàn)象，特別是在沉限量上破壞更小，所以履帶式微耕機(jī)的設(shè)計(jì)，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(jī)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(jiàn)，本次計(jì)算所得數(shù)值符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)[15]3.4旋耕模塊組合設(shè)計(jì)履帶式微耕機(jī)實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)所處環(huán)境要求，擬定刀軸轉(zhuǎn)速130r/mm。秉承結(jié)構(gòu)清晰明了，操作簡(jiǎn)單易行的原則，微耕傳動(dòng)采用1:1鏈傳動(dòng)，以滿足機(jī)械結(jié)構(gòu)的安裝需要。同時(shí)搭載電動(dòng)缸直接支撐旋耕模塊，并連接履帶式行進(jìn)底盤(pán)，達(dá)到下刀退刀的動(dòng)作。經(jīng)排布后后，安裝上文計(jì)算所選的NMRV090減速機(jī)。設(shè)計(jì)圖如下。圖3-8旋耕模塊3.5虛擬裝配虛擬樣機(jī)技術(shù)本質(zhì)是利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，將機(jī)械領(lǐng)域進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用，這有利于設(shè)計(jì)流程可視化處理，能對(duì)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(jì)理念來(lái)說(shuō)，3D建模、虛擬裝配、運(yùn)動(dòng)干涉分析等，都是能有利于對(duì)設(shè)計(jì)構(gòu)件實(shí)際問(wèn)題檢索效果提升的，通過(guò)對(duì)零部件設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)各類問(wèn)題的修正，將強(qiáng)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(shí)現(xiàn)樣品機(jī)返工率大大降低，對(duì)新產(chǎn)品研發(fā)周期縮短、成本控制效果很好。虛擬樣機(jī)技術(shù)早已在發(fā)達(dá)國(guó)家實(shí)現(xiàn)普及應(yīng)用，在汽車工藝、航空航天、機(jī)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(jì)軟件為主，通過(guò)履帶式行進(jìn)底盤(pán)、配套旋耕模塊等的模擬，完成零件部設(shè)計(jì)、虛擬裝配與干涉分析[16]。3.5.1虛擬樣機(jī)技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用目前，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD,ComputerAidedDesign)技術(shù)市場(chǎng)普及度很高，而虛擬樣機(jī)技術(shù)就是計(jì)算機(jī)輔助工程技術(shù)(CAE,ComputerAidedEngineering)重要應(yīng)用分支，最早誕生時(shí)間是1980s，自從應(yīng)用到行業(yè)操作中，便對(duì)傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)方法與樣品機(jī)試驗(yàn)流程造成了巨大的沖擊。對(duì)于動(dòng)力機(jī)械及復(fù)余多體機(jī)械系統(tǒng)而言，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法經(jīng)常需要依靠大量專業(yè)知識(shí)的積累以確保經(jīng)驗(yàn)布局與總裝設(shè)計(jì)的合理性與可行性，高概率會(huì)出現(xiàn)“樣品機(jī)加工一試驗(yàn)調(diào)試一錯(cuò)誤修正一樣品機(jī)在加工”的不良循環(huán)，造成了設(shè)計(jì)人才與資源的過(guò)度耗費(fèi)；虛擬樣機(jī)技術(shù)合理借助了3D模型全方位可視化的特點(diǎn)，進(jìn)一步降低了設(shè)計(jì)門(mén)檻，優(yōu)化了設(shè)計(jì)效率，并在多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)理論與動(dòng)力學(xué)數(shù)值算法的支撐下，將樣品機(jī)試驗(yàn)結(jié)果在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行了數(shù)字還原，其至可替代真實(shí)樣機(jī)來(lái)直接做破壞性測(cè)試，規(guī)避了真實(shí)樣機(jī)的反復(fù)生產(chǎn)再造，大幅度縮短了設(shè)計(jì)周期、降低設(shè)計(jì)費(fèi)用。因此，上世紀(jì)九十年代初期，虛擬樣機(jī)技術(shù)獲得設(shè)計(jì)工業(yè)的廣泛認(rèn)可，21世紀(jì)各個(gè)發(fā)達(dá)國(guó)家快速應(yīng)用這項(xiàng)技術(shù)，取得很好效果。與真實(shí)樣品機(jī)相比，實(shí)際操作方面有比較明顯的不同，由此可將虛擬樣機(jī)技術(shù)形成兩個(gè)方面：1、結(jié)構(gòu)虛擬樣機(jī)技術(shù)，對(duì)零部件尺寸設(shè)計(jì)非常重視，在探索裝配可行性、配合度上對(duì)設(shè)計(jì)要求的滿足功能更明顯；2、功能虛擬樣機(jī)技術(shù)，對(duì)產(chǎn)品運(yùn)動(dòng)學(xué)有重點(diǎn)關(guān)注，結(jié)合報(bào)告動(dòng)力學(xué)來(lái)分析配件性能、運(yùn)行原理，通過(guò)實(shí)際測(cè)試結(jié)果來(lái)檢驗(yàn)其適配效果，并對(duì)產(chǎn)品加工載荷條件進(jìn)行計(jì)算，能判斷各項(xiàng)數(shù)據(jù)對(duì)剛度、強(qiáng)度等是否有滿足作用。有限元分析技術(shù)（FEA,FiniteElementAnalysis）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(guó)Boeing（波音）公司Boeing777雙引擎廣體客機(jī)（1990），采用的就是虛擬樣機(jī)技術(shù)，這是以航空航天為應(yīng)用行業(yè)的重要標(biāo)志，實(shí)現(xiàn)全球首次無(wú)紙化飛機(jī)設(shè)計(jì)研發(fā)，“WorkTogetherPlaiT（協(xié)同工作計(jì)劃）”，直接利用計(jì)算機(jī)為全制造方法，采用三維建模并在此基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)了虛擬樣機(jī)的三維設(shè)計(jì)軟件（CATIA，Computer-AidedThreeDimensionalInteractiveApplication）。本次設(shè)計(jì)制造使用計(jì)算機(jī)超過(guò)2200臺(tái)，任何設(shè)計(jì)師、工程師都能對(duì)操作問(wèn)題及時(shí)修改，具體誤差、性能評(píng)估、設(shè)計(jì)裝配等，都實(shí)現(xiàn)合理的高效率處置，原本預(yù)期至少是8年研發(fā)時(shí)間，只經(jīng)過(guò)4年就取得初步成果。不僅實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)成本極大節(jié)約，更是將產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)有效提升。美國(guó)JohnDeere公司以農(nóng)林機(jī)械為基本供應(yīng)項(xiàng)目，其設(shè)計(jì)優(yōu)勢(shì)遍及建筑機(jī)械等重工業(yè)，對(duì)重載車架自激振蕩問(wèn)題處置效果很好，JohnDeere公司虛擬樣機(jī)技術(shù)主要應(yīng)用于分析底盤(pán)懸架，能計(jì)算出高階振蕩頻率，是實(shí)現(xiàn)車輛共振問(wèn)題得以解決的重要理論，對(duì)機(jī)械使用時(shí)長(zhǎng)有很好的提高效果。美國(guó)PellerinMilnor作為洗衣機(jī)生產(chǎn)商，它利用虛擬樣機(jī)技術(shù)建立了產(chǎn)品的數(shù)據(jù)模型，并且改變洗衣機(jī)滾筒彈簧的剛度與襯套尺寸做了仿真試驗(yàn)，升級(jí)了結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)。實(shí)際產(chǎn)品作業(yè)過(guò)程顯示，虛擬樣機(jī)仿真試驗(yàn)作為洗衣機(jī)生產(chǎn)理論基礎(chǔ)，優(yōu)勢(shì)在于振動(dòng)低、工作穩(wěn)定。日本Nissan作為汽車制造業(yè)的代表，虛擬樣機(jī)技術(shù)在車身覆蓋件、涂裝機(jī)械手位置布局等都有很好的處置辦法，將生產(chǎn)成本有很好的降低效果。目前，中國(guó)研究虛擬樣機(jī)技術(shù)主要是以優(yōu)化算法理論基礎(chǔ)、三維軟件應(yīng)用為主，相比于國(guó)際水平一直在力爭(zhēng)追趕，重大科研立項(xiàng)中，比如，863項(xiàng)目“月球表面探測(cè)機(jī)器人方案研究”，具體應(yīng)用該技術(shù)是對(duì)月球表面仿真環(huán)境進(jìn)行搭建；1996年，航天部上海航天局執(zhí)行國(guó)防科工委項(xiàng)目“空間站外翻式對(duì)接機(jī)構(gòu)”動(dòng)力學(xué)仿真時(shí)，同樣采用這一技術(shù)[17]。3.5.2履帶式微耕機(jī)的虛擬裝配設(shè)計(jì)虛擬裝配，指的是將各個(gè)零部件裝配體進(jìn)行功能性組合操作，能將零部件實(shí)體模型建立起來(lái)，并將其空間關(guān)系、配合位置等進(jìn)行說(shuō)明。原本虛擬裝配設(shè)計(jì)基本以底層構(gòu)建設(shè)計(jì)為主，可對(duì)各個(gè)零部件模型數(shù)據(jù)進(jìn)行說(shuō)明，將各個(gè)硬件完成一系列配合命令，實(shí)際裝配過(guò)程還需要利用約束條件，可實(shí)現(xiàn)不同級(jí)別零部件向同一裝配體裝載。具體操作問(wèn)題就在于零部件經(jīng)過(guò)建模裝配完畢，如果有結(jié)構(gòu)錯(cuò)誤是必須重新對(duì)零部件參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，導(dǎo)致裝配反復(fù)操作，設(shè)計(jì)效率很低。本研究項(xiàng)目設(shè)計(jì)以上層傾瀉的原理為主，利用三維設(shè)計(jì)模型Pro/E，通過(guò)功能邏輯設(shè)計(jì)（ConceptualDesign），需要在結(jié)構(gòu)、傳動(dòng)等方案設(shè)計(jì)完成后，可實(shí)現(xiàn)各個(gè)零部件結(jié)構(gòu)更詳細(xì)，形成虛擬裝配體以后，對(duì)各個(gè)零部件模型數(shù)據(jù)都有明確計(jì)算效果。干涉檢查分析項(xiàng)目，主要作用就是對(duì)虛擬裝配體進(jìn)行結(jié)構(gòu)干涉關(guān)系的論證，對(duì)其可裝配性有很好評(píng)估作用，設(shè)計(jì)層次得到升級(jí)優(yōu)化，裝配情況如下圖所示：圖3-8虛擬裝配圖3.6本章小結(jié)本章內(nèi)容主要包括對(duì)整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，履帶行進(jìn)底盤(pán)結(jié)構(gòu)和旋耕結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，必要零部件的選擇，整體裝配。首先，履帶式行進(jìn)底盤(pán)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，完成了履帶接地長(zhǎng)度的確定，計(jì)算了驅(qū)動(dòng)輪動(dòng)力半徑，完成了支撐輪排列方式的設(shè)計(jì)，并計(jì)算了整體履帶系統(tǒng)的預(yù)緊力。然后在旋耕結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)過(guò)程中，完成了旋耕刀種類的確定，和安裝法選擇，設(shè)計(jì)了旋耕刀軸，并在計(jì)算功耗的基礎(chǔ)上選擇了NMRV090減速機(jī)和其配套的電機(jī)，并計(jì)算了整體履帶微耕機(jī)的接地比壓是否符合要求。最后使用Pro/E軟件完成了虛擬裝配的設(shè)計(jì)。第4章關(guān)鍵零部件的載荷分析4.1有限元分析法有限元分析（FEA，F(xiàn)initeElementAnalysis），根據(jù)數(shù)學(xué)近似法來(lái)完成物理系統(tǒng)仿真模擬。通過(guò)對(duì)各類元素作用關(guān)系的分析，可實(shí)現(xiàn)有限個(gè)數(shù)未知量向著無(wú)限未知量真實(shí)模擬情境接近。通過(guò)對(duì)這一分析法基本思想，指的是利用簡(jiǎn)單模型將復(fù)雜題目進(jìn)行替代，并完成最后的數(shù)值求解，其求解域組成以有限元相通子域?yàn)橹?，每個(gè)單元都有對(duì)應(yīng)相對(duì)簡(jiǎn)單近似解，并對(duì)該域總滿足條件進(jìn)行求解，這就是問(wèn)題解得出的方式。以仿真物理環(huán)境來(lái)說(shuō)，其替代工具為模型數(shù)據(jù)，但所得解并非精確結(jié)果，得到的只有近似解。這對(duì)于實(shí)際問(wèn)題解決來(lái)說(shuō)，采用有限元分析法能提高數(shù)據(jù)精度，且對(duì)各類外型復(fù)雜模型都有很好的適用性，想現(xiàn)代工程分析重要方式。有限元思維早在幾個(gè)世紀(jì)前就已有人提出，并且得到了發(fā)展。例子有，隔園逼近法能將圓形周長(zhǎng)求出，但應(yīng)用時(shí)間并不長(zhǎng)。最早這種方法被命名為矩陣近似法，適用于航空器結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算需求，技術(shù)便捷性、適用性、有效性都比較高，對(duì)力學(xué)研究有很好的推進(jìn)效果。經(jīng)過(guò)幾十年發(fā)展，計(jì)算機(jī)技術(shù)結(jié)合有限元法，對(duì)工程強(qiáng)度分析計(jì)算能力持續(xù)升級(jí)，基本將全部技術(shù)領(lǐng)域覆蓋住，是各個(gè)行業(yè)應(yīng)用非常廣泛的數(shù)據(jù)模型分析法。本文以ANSYS軟件來(lái)實(shí)施載荷分析。美國(guó)ANSYS公司推廣到市場(chǎng)大型通用有限元分析（FEA）軟件，在全球各個(gè)行業(yè)領(lǐng)域都有非常良好的應(yīng)用效果，且成長(zhǎng)性很強(qiáng)，可通過(guò)各類計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）軟件接口的應(yīng)用，由此研發(fā)生成軟件包括：Creo,NASTRAN、Algor、I－DEAS、AutoCAD等。ANSYS軟件本身具有極強(qiáng)的功能，不僅操作方式非常精簡(jiǎn)，在國(guó)際有限元分析方面認(rèn)可度很高，基本上常年把持FEA評(píng)分首位。根據(jù)中國(guó)當(dāng)前各個(gè)理工院校的實(shí)際應(yīng)用情況來(lái)說(shuō)，ANSYS軟件是實(shí)施有限元分析的重要工具。圖4-1為實(shí)際應(yīng)用流程分析結(jié)果：圖4-1有限元分析步驟4.2旋耕彎刀的載荷分析旋耕彎刀本身處于曲線結(jié)構(gòu)復(fù)雜狀態(tài)，特別是側(cè)切刃結(jié)構(gòu)是外側(cè)曲形式。這種設(shè)計(jì)模式能確?；薪翘幱谶m當(dāng)模式，由遠(yuǎn)到近完成對(duì)土塊的切削，刀軸核心位置較近的刀刃先到土中切入，進(jìn)入土壤深層以后再向前、更深地實(shí)施切入。ANSYS三維模型在組建方面欠缺優(yōu)質(zhì)功能，好在ANSYS配套設(shè)置了數(shù)據(jù)接口程序，方便其在第三方3D軟件中建立的三維模型還是能很便捷的輸入ANSYS中。所以，本課題先使用Pro/E軟件來(lái)完成三維建模操作，再利用Pro/E、ANSYS等軟件完成數(shù)據(jù)傳輸，將原本建模困境完全解決。具體操作步驟有：1、開(kāi)啟數(shù)據(jù)接口以后，由菜單來(lái)選擇各個(gè)程序項(xiàng)目，ANSYS、Utili2ties、ANS2ADMIN、RelinkANSYS。2、Pro/E開(kāi)啟以后，其主界面內(nèi)菜單啟動(dòng)并開(kāi)始執(zhí)行程序。3、ANSYS軟件內(nèi)將File、Import、Pro/E等打開(kāi)以后，確定導(dǎo)入Pro/E三維模型圖，再由此完成向ANSYS軟件的導(dǎo)入，所得結(jié)果為旋耕彎刀模型圖。通過(guò)單元?jiǎng)澐址椒ǖ膽?yīng)用，采用ANSYS軟件智能網(wǎng)格劃分法。根據(jù)模型幾何關(guān)系可知，這種網(wǎng)格劃分疏密關(guān)系能得到合理推進(jìn)，研究課題中采用4節(jié)點(diǎn)四面體單元，網(wǎng)格數(shù)據(jù)最優(yōu)化的工具為實(shí)體模型線段長(zhǎng)度，施加載荷500N后后進(jìn)行求解。分析圖如下：圖4-2刀的載荷添加圖4-3刀的載荷分析通過(guò)對(duì)R225型旋耕彎刀有限元模型論證后，這是靜應(yīng)力分析法啟用的前提，根據(jù)仿真結(jié)果來(lái)說(shuō)，最大應(yīng)力分析結(jié)果顯示，R195型旋耕彎刀如果進(jìn)行實(shí)際工作，在旋轉(zhuǎn)入土過(guò)程中承受最大應(yīng)力位置，以螺栓連接孔位置為主，369MPa這一數(shù)值非常明顯地低于620Mpa極限值，安全系數(shù)比較低，刀座聯(lián)接刀柄雙側(cè)應(yīng)力值區(qū)間以150MPa4.3履帶驅(qū)動(dòng)輪的載荷分析這部分裝置安裝孔應(yīng)該以固定約束為形式，根據(jù)驅(qū)動(dòng)輪選用結(jié)果來(lái)說(shuō)，驅(qū)動(dòng)輪齒數(shù)Z=12，節(jié)距t=85mm，根據(jù)實(shí)際圖示關(guān)系可知，如果履帶處于正常行駛狀態(tài)，可以看到驅(qū)動(dòng)輪齒輪、履帶間關(guān)系為嚙合，能實(shí)現(xiàn)有效扭矩的得出。如下圖所示：圖4-4驅(qū)動(dòng)輪履帶式行進(jìn)底盤(pán)行駛功耗實(shí)際結(jié)果中，功耗N2=1.4kW。因此，履帶驅(qū)動(dòng)輪軸扭矩Td計(jì)算公式如下：Td=9549N2n式中：Td驅(qū)動(dòng)輪扭矩，（N?mN2行駛功耗，(kw)；nd驅(qū)動(dòng)輪軸轉(zhuǎn)速，（r/min取ndTd=9549×1.4Fd=Td2R式中：Fd驅(qū)動(dòng)輪輪齒受力，（NTd驅(qū)動(dòng)輪輪軸扭矩，（N?m2驅(qū)動(dòng)輪個(gè)數(shù)；驅(qū)動(dòng)輪選用一節(jié)Rr=96.5mmFd=110分析圖如下：圖4-5驅(qū)動(dòng)輪載荷分析根據(jù)上述結(jié)果來(lái)看，履帶驅(qū)動(dòng)輪輪軸平鍵安裝位置最大應(yīng)力值約為9.6Mpa，相比于尼龍制驅(qū)動(dòng)輪屈服強(qiáng)度極限60MPa低出很多，是驅(qū)動(dòng)輪日常工作強(qiáng)度能滿足的重要標(biāo)志。實(shí)際安裝孔處基本以二三對(duì)嚙合齒輪為主，其齒根部應(yīng)力值4MPa-6MPa，能實(shí)現(xiàn)工具具有很好的運(yùn)行穩(wěn)定性，特別是應(yīng)力狀態(tài)很好，具有備選價(jià)值4.4本章小結(jié)本章主要內(nèi)容包括利用有限元分析法，對(duì)主要零部件所受載荷進(jìn)行分析，對(duì)比零件的屈服極限來(lái)判斷零件是否可靠。內(nèi)容包括有，對(duì)有限元分析法的定義的說(shuō)明，發(fā)展進(jìn)程的簡(jiǎn)要介紹，羅列有限元分析法的工作步驟和具體的操作軟件。然后利用ANSYS有限元分析軟件，對(duì)主要零件進(jìn)行載荷分析，并得出結(jié)論[19]。

第5章產(chǎn)品發(fā)展趨勢(shì)分析5.1研究背景1988年，意大利benassi公司研發(fā)并推廣微耕機(jī)，專門(mén)針對(duì)小型農(nóng)機(jī)應(yīng)用，優(yōu)勢(shì)是占地面積少、機(jī)動(dòng)靈活、結(jié)構(gòu)精簡(jiǎn)。1997年中國(guó)正式引進(jìn)這項(xiàng)技術(shù)工具，通過(guò)優(yōu)化與改良以后，為中國(guó)耕作環(huán)境提供很好的工具效果?，F(xiàn)如今，微耕機(jī)研究以材料、環(huán)境等為主要方向，這固然是因?yàn)槭剂蠎?yīng)用過(guò)于頻繁，CO、PM等都是對(duì)各方面影響很大的有害氣體，這樣做不僅會(huì)造成嚴(yán)重的溫室效應(yīng)，同時(shí)也會(huì)加劇空氣污染，降低空氣質(zhì)量?，F(xiàn)在國(guó)外大都開(kāi)始致力于以可再生能源為基礎(chǔ)的對(duì)混合動(dòng)力的研究，同時(shí)預(yù)示著微耕機(jī)也將迎來(lái)其新能源的時(shí)代[20]。我國(guó)微耕機(jī)研制于1997年開(kāi)始。同時(shí)期研究以成熟機(jī)械仿制為主，但因?yàn)楣I(yè)發(fā)展水平不足，很難做到將機(jī)械項(xiàng)目的升級(jí)研發(fā)，導(dǎo)致長(zhǎng)期只能應(yīng)用進(jìn)口設(shè)備，這對(duì)于行業(yè)發(fā)展來(lái)說(shuō)，成本無(wú)法降低，工藝難以與國(guó)內(nèi)實(shí)際情況適配[19]。隨著工業(yè)技術(shù)水平持續(xù)升級(jí)，人們開(kāi)始向著新能源動(dòng)力方案的最新研究，我國(guó)也開(kāi)始逐漸的向這方面發(fā)展，而電力驅(qū)動(dòng)則是其中比較可行的方案之一。5.2農(nóng)業(yè)需求的轉(zhuǎn)變以現(xiàn)代微耕機(jī)應(yīng)用范圍環(huán)境來(lái)看，多功能化、智能化是其基本發(fā)展方向。越來(lái)越多的科研人員針對(duì)微耕機(jī)工作過(guò)程、新功用部件等，展開(kāi)更復(fù)雜定向作業(yè)環(huán)境分析[21]。近年來(lái)，隨著城鎮(zhèn)化建設(shè)的穩(wěn)定快速推進(jìn)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(dāng)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，中國(guó)棚室技術(shù)逐漸發(fā)展，各個(gè)種植領(lǐng)域?qū)厥掖笈锛夹g(shù)應(yīng)用效果很好。但與國(guó)際水平相比還是處于低水平狀態(tài)。這也是導(dǎo)致很多設(shè)備應(yīng)用造成環(huán)境破壞甚至于污染的現(xiàn)象。在這樣的背景和趨勢(shì)下，人們對(duì)電動(dòng)微耕機(jī)的研發(fā)和生產(chǎn)，已經(jīng)轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N市場(chǎng)需求和流行趨勢(shì)[22]。5.3產(chǎn)品發(fā)展趨勢(shì)經(jīng)過(guò)本次論文的撰寫(xiě)，前期資料的查找，我總結(jié)，電動(dòng)微耕機(jī)的發(fā)展已經(jīng)處在了正常的道路上，許多國(guó)家和此方面的人才都已經(jīng)對(duì)微耕機(jī)的能源做出了更新，但是只有電動(dòng)還是不夠的，除了無(wú)污染和遙控以外，人們更期望能獲得全方位的體驗(yàn)，更希望微耕機(jī)朝著智能化，數(shù)字化的方向發(fā)展，當(dāng)電動(dòng)微耕機(jī)可以自行測(cè)算突然數(shù)據(jù)，自行在不同環(huán)境中更換所需零件，甚至自行的周期式對(duì)田地進(jìn)行管理，那么農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力將更進(jìn)一步，我認(rèn)為新能源微耕機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)必將朝著智能化前進(jìn)。5.4本章小結(jié)本章在查閱論文資料，并篩選后，結(jié)合農(nóng)業(yè)需求的轉(zhuǎn)變，整個(gè)微耕機(jī)行業(yè)的背景進(jìn)行分析，指出了微耕機(jī)未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。結(jié)論本文主要對(duì)履帶式微耕機(jī)進(jìn)行了結(jié)構(gòu)上的設(shè)計(jì)，提出了總體的設(shè)計(jì)方案，并對(duì)應(yīng)設(shè)計(jì)出具體的零部件，利用Pro/E建立了零件和裝配體的3D模型，理論上可以實(shí)現(xiàn)翻地，松土等基本功能。本課題所完成的主要內(nèi)容可分為以下幾點(diǎn)：1.本文在檢索和查閱大量中外文獻(xiàn)基礎(chǔ)上，針對(duì)產(chǎn)品定位和設(shè)計(jì)要求，確定了電力驅(qū)動(dòng)，旋耕刀耕作的整體成型方案。2.本文給出了履帶式微耕機(jī)詳細(xì)的設(shè)計(jì)過(guò)程，確定了具體的結(jié)構(gòu)組成，選擇了86BYG250H電機(jī)提供動(dòng)力，NMRV090減速機(jī)配合傳動(dòng)的系統(tǒng)，確定了旋耕刀，鏈條，電動(dòng)缸組成的微耕模塊。3.對(duì)本文設(shè)計(jì)的履帶式微耕機(jī)涉及到的關(guān)鍵零部件進(jìn)行了校核，驗(yàn)證了各零部件的可靠性，對(duì)本文所設(shè)計(jì)的履帶式微耕機(jī)進(jìn)行了發(fā)展趨勢(shì)的分析。致謝本論文是在劉新娜老師的親切關(guān)懷和悉心指導(dǎo)下完成的。感謝劉新娜老師在我畢業(yè)設(shè)計(jì)選題、并在論文撰寫(xiě)的整個(gè)過(guò)程中的悉心指導(dǎo)，在畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程中對(duì)我相關(guān)設(shè)計(jì)問(wèn)題提出的寶貴的意見(jiàn)和建議，對(duì)我畢業(yè)論文的指點(diǎn)，劉新娜老師時(shí)刻以實(shí)事求是的科學(xué)研究精神影響我、指引我，讓我以嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度進(jìn)行工作和學(xué)習(xí)。感謝父母，父母對(duì)我的呵護(hù)與關(guān)愛(ài)是多方位的，是無(wú)私的，是讓我感動(dòng)與敬佩的，有了父母的支持，我才能安心學(xué)習(xí)，認(rèn)真鉆研。感畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程中共同努力的各位同學(xué)、朋友，是你們的堅(jiān)持與鼓勵(lì)，給了我堅(jiān)定不移的信心，感謝同學(xué)的幫助與陪伴，感謝各位師兄師姐的幫助與支持。感謝學(xué)校與實(shí)驗(yàn)室這個(gè)大家庭對(duì)我的愛(ài)護(hù)、關(guān)心與影響，從每位成員身上我都感受到了陽(yáng)光一樣的溫暖。感謝大家對(duì)我一直以來(lái)的信任與培養(yǎng)，鍛煉了我各方面的能力，造就了我認(rèn)真的性格，正因如此，我才能不負(fù)大家的期望，順利完成論文。最后，再次感謝所有指導(dǎo)我、關(guān)心我、鼓勵(lì)我、支持我的可親可敬的老師、親人、朋友們！祝你們身體安康、生活美滿、工作順利，萬(wàn)事勝意！參考文獻(xiàn)[1]時(shí)玲，張海東，翟兆等．我國(guó)微耕機(jī)技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展方向[J]．農(nóng)機(jī)化研究，2004：1-3．[2]王帥，曹磊，劉欣等．微耕機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)探討[J]．農(nóng)業(yè)科技與裝備，2010：63-64+68．[3]閆國(guó)琦，張鐵民，徐相華等．我國(guó)微耕機(jī)技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)[J]．安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2008：11137-11139+11148．[4]杜蒙蒙．履帶式微耕機(jī)及其主要工作部件的性能研究[D]．河南科技大學(xué)，2014．[5]郭晨星．電動(dòng)微耕機(jī)的分析與設(shè)計(jì)研究[D]．太原理工大學(xué)，2018．[6]姜國(guó)成．微耕機(jī)在農(nóng)田中的使用與推廣[J]．農(nóng)機(jī)使用與維修，2019：42．[7]賀衛(wèi)珍．蔬菜行間微型旋耕除草機(jī)的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)[D]．西北農(nóng)林科技大學(xué)，2016．[8]陳亞潔．自走式微耕機(jī)隨機(jī)振動(dòng)特性分析與試驗(yàn)研究[D]．重慶理工大學(xué)，2017．[9]黃艷．基于微耕機(jī)的正確使用及維護(hù)保養(yǎng)[J]．現(xiàn)代農(nóng)業(yè)，2019：106-107．[10]衛(wèi)韋．小型鏈?zhǔn)缴罡麢C(jī)具設(shè)計(jì)及研究[D]．貴州大學(xué)，2017．[11]王佳琪．無(wú)人微耕機(jī)的控制技術(shù)研究[D]．長(zhǎng)春理工大學(xué)，2018．[12]王卓．電動(dòng)微耕機(jī)電池組散熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究[D]．西南大學(xué)，2018．[13]柏云．試論微耕機(jī)的操作及故障排除方法[J]．農(nóng)民致富之友，2019：111．[14]張量．淺析微耕機(jī)事故隱患與防范措施[J]．農(nóng)民致富之友，2019：116．[15]賀衛(wèi)珍，劉莉茹，楊有剛等．基于強(qiáng)度比較的微耕機(jī)刀軸的優(yōu)化設(shè)計(jì)[J]．干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究，2017，35：289-295+300．[16]付雅軍，王有軍．一種履帶式微耕機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置[J]．汽車實(shí)用技術(shù)，2019：174-175．[17]劉永智，石晶，李仁鵬等．新能源微耕機(jī)驅(qū)動(dòng)輪設(shè)計(jì)[J]．汽車實(shí)用技術(shù)，2020：45-47．[18]YoshinobuNishiike，MikioUmedaandMasayukiFujii．CollectionofExtentAbstractsof2004CIGRInternationalConference[C]．2004：68-77[19]ChuanmiZhuandGuangyouYang．Proceedingsof20179thIEEEInternationalConferenceonCommunicationSoftwareandNetworks[C]．2017：50-52[20]ChuanmiZhu．Developmentoftinyremotelycontrolledelectriccrawlercultivatorforgreenhouses[C]．2017：24-44[21]VNNaumov，KYMashkovandKEByakov．Autonomoustrackedvehicleseffectivenessestimation[J]．2019：1-2[22]RYuDobretsovandGPPorshnev．Thedrivetrainandthesteeringmechanismforthetwinenginestrackedvehicle[J]．2019：16-26[23]B.JanarthemanandChandramouliPadmanabhan．DynamicsofaTrackedVehicleSimulationandExperiment[J]．JournalofTerramechanics，2012，49：26-2附錄ATheoreticalModelforPredictionofTurningResistanceofTrackedVehicleonSoftTerrainZhaoDing，YaomingLi，ZhongTang．HindawiMathematicalProblemsinEngineeringVolume2020，2020：9．Skid-steeredtrackedvehiclesarecommonlyusedinsoftagriculturalterrainduetoitslowgroundpressurebetweenvehicletracksandtheground.However,theslidingandsinkageofthetrackduringaturningmaneuvercausesconsiderableturningresistance,whichreducesthevehicle’sturningability.Therefore,weconstructedatheoreticalmodelthatpredictstheturningresistanceoftrackedvehicles—understeady-stateconditionsonsoftterrain—accountingfortracksinkageeffectsandtrackslipandskid.-eresultsdemonstratethatthemomentofturningresistancedecreaseswithincreasedtrackslipandskidratiobutincreaseswithtracksinkagedepth.Themodel-predictedmomentsofturningresistancefortheouterandinnertracks—atagiventracksinkagedepthandtrackslipandskidratio—areinreasonablycloseagreementwithavailableexperimentaldata.Thistheoreticalmodelcanbeemployedasapredictorfortestingtheturningresistanceoftrackedvehiclesoperatingonawiderangeofsoils.1.IntroductionBecausetheyarecapableoftraversingawidevarietyofsoftterrainduetothelowcontactpressurebetweentheirtrackandground,skid-steeredtrackedvehiclesarewidelyusedinagriculture[1–4].However,inweakagriculturalterrain,suchasapaddyfield,thesoilistoosoftbecauseoftheinordinatelyhighwatercontent.Becauseofsuchsoftsoil,thetrackssinkdeeplyintotheground,causingthetrackstoshearandbulldozetheterrainbeneaththem,whichinturncausestracksinkageandasubsequentlargeturningresistance[5–9].Furthermore,vehiclesturningonsoftterrainusuallyhaveareducedtuningabilityfromthelargedegreeoftracksliding,whichisevidentintheslipandskidoftheouterandinnertracks,respectively[10,11].Thesefactorsincombinationoftencausetrackedvehiclestobeimmobilizedwhenturningonsoftterrain.Ifdesignersconsidertracksinkageeffectsandtrackslipandskid,thosedesignerscanpredicttheturningresistanceoftrackedvehiclesundersoftterrainconditions,andtheycanoptimizetheirselectionofdesignparametersandvehicleturningmodes2.BackgroundTheory2.1.EstimationofTurningResistanceofTrackedVehiclefromCoulomb’sLawofFrictionThetrack-groundinteractionisimportantforpredictingtheturningresistanceoftrackedvehicles.Inmostpreviousstudies,theshearforceonthetrack-groundinterfacehasbeenassumedtoobeyCoulomb’slawoffriction,wherethecoefficientoffrictionhasbeeneitherisotropicoranisotropic.Steeds[12]conductedasystematicstudyofthesteeringbehavioroftrackedvehiclesonfirmground.Inhispioneeringanalysis,thecoefficientoffrictionwasisotropic,andthefrictionalforcewasactingoppositetotherelativemotionofthetrackwithrespecttotheground.InSteeds’study,theturningresistancecouldbepredictedbycalculatingtheequilibriumequationsthatwereestablishedundertheassumptionofsteady-stateturning.Subsequently,basedonSteeds’study,KitanoandJyozaki[13]constructedapredictionmodelthatconsideredthefrictiontobeanisotropic,andthefrictioncoefficientsalongthelongitudinalandlateraldirections,μyandμx,respectively,werederivedfromthepull-sliprelationforatrackincontactwiththeground:μμWhereEl0.44andE?20.0forarepresentativehardground,andiyistrackslipratioalongthelongitudinaldirection.Theirestimationresultswerelatersubstantiatedfrom?eldmeasurementsbyEhlertetal[14].SimilartoKitanoandJyozaki’smodel,Crosheck[15]providedasteady-state