N402—1300型農(nóng)用拖拉機(jī)履帶底盤的設(shè)計(jì)【履帶式行走底盤】【說(shuō)明書+CAD】
N402—1300型農(nóng)用拖拉機(jī)履帶底盤的設(shè)計(jì)【履帶式行走底盤】【說(shuō)明書+CAD】,履帶式行走底盤,說(shuō)明書+CAD,N402—1300型農(nóng)用拖拉機(jī)履帶底盤的設(shè)計(jì)【履帶式行走底盤】【說(shuō)明書+CAD】,n402,農(nóng)用,拖拉機(jī),履帶,底盤,設(shè)計(jì),履帶式,行走,說(shuō)明書,仿單,cad
目 錄
1 引言 1
1.1目的、意義 1
1.2 履帶式行走底盤設(shè)計(jì)的國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r 2
1.2.1 國(guó)外的研究與發(fā)展 2
1.2.2 國(guó)內(nèi)的研究與發(fā)展 4
1.3主要設(shè)計(jì)內(nèi)容與關(guān)鍵技術(shù) 4
2 技術(shù)任務(wù)書(JR) 5
2.1 總體設(shè)計(jì)依據(jù) 5
2.1.1 設(shè)計(jì)要求 5
2.2 產(chǎn)品的用途 5
2.3 產(chǎn)品的主要技術(shù)指標(biāo)與主要技術(shù)參數(shù) 5
2.3.1 主要技術(shù)指標(biāo) 5
2.4 考慮到的若干方案的比較 6
2.5 設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問(wèn)題及其解決方法 7
3 設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(SS) 7
3.1 結(jié)構(gòu)方案分析與確定 7
3.1.1 履帶式與輪式底盤的比較 7
3.1.2 結(jié)構(gòu)方案的確定 8
3.2 履帶式行走底盤總體的設(shè)計(jì) 8
3.2.1 結(jié)構(gòu)組成及其工作原理 8
3.2.2 主要技術(shù)參數(shù) 9
3.3 履帶車輛性能計(jì)算 10
3.3.1牽引性能計(jì)算 10
3.3.2 轉(zhuǎn)向最大驅(qū)動(dòng)力矩的分析與計(jì)算 13
3.3.3 傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)與計(jì)算 19
3.4 張緊裝置的設(shè)計(jì)與計(jì)算 23
3.4.1 張緊裝置結(jié)構(gòu)及其工作原理 23
3.4.2 彈簧類別的設(shè)計(jì)與計(jì)算 23
3.5 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 25
3.5.1 液壓系統(tǒng)及其動(dòng)力計(jì)算 26
3.5.2 主要液壓元件選型 29
4 使用說(shuō)明書(SM) 32
4.1 產(chǎn)品適用范圍及特點(diǎn) 33
4.2 型號(hào)說(shuō)明 33
5 試驗(yàn)研究大綱（SG） 33
6 總結(jié) 40
參 考 文 獻(xiàn) 42
致 謝 44
山西農(nóng)業(yè)大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書
N402—1300型農(nóng)用拖拉機(jī)履帶底盤的設(shè)計(jì)
1 引言
1.1目的、意義
履帶式拖拉機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和性能決定了它在農(nóng)田機(jī)耕作業(yè)中具有明顯優(yōu)勢(shì)。
首先，履帶式拖拉機(jī)的接地比壓相對(duì)較低,從51.8kW到118.4 kW的各型拖拉機(jī)的接地比壓為30～50kPa,而同級(jí)別的輪式拖拉機(jī)接地比壓要大的多。以96.2 kW拖拉機(jī)為例: 東方紅1302 履帶機(jī)接地比壓(裝推土鏟)為47.7kPa;東方紅1304 輪式機(jī)的接地比壓約為104 kPa, 相當(dāng)于履帶拖拉機(jī)的二倍多。(1)整地作業(yè)。無(wú)論是糧作區(qū)還是棉作區(qū)的播前整地和耙地作業(yè),農(nóng)民普遍選擇使用履帶式拖拉機(jī)。原因是履帶式拖拉機(jī)的接地壓力小,不會(huì)對(duì)翻耕過(guò)的土壤造成多次反復(fù)的碾壓。而輪式拖拉機(jī)在整地和耙地作業(yè)時(shí)輪胎在翻耕過(guò)的土壤上反復(fù)碾壓造成對(duì)土壤的多次壓實(shí),不利于播種后種子生長(zhǎng)發(fā)育。還有輪式拖拉機(jī)犁地作業(yè)時(shí),一只后輪始終行走在犁溝中,輪胎對(duì)已耕地的反復(fù)碾壓形成堅(jiān)實(shí)的犁底層,不利于作物生長(zhǎng),影響產(chǎn)量。因此,據(jù)我們?cè)谀媳苯霓r(nóng)戶調(diào)查中,農(nóng)民在整地、耙地作業(yè)時(shí)都愿意使用履帶式拖拉機(jī)。在當(dāng)?shù)芈膸酵侠瓩C(jī)完成的作業(yè)量可達(dá)到總作業(yè)量的60％～70％。(2)播種作業(yè)。北疆的一些地域輪式拖拉機(jī)播種作業(yè)時(shí)后輪碾壓的深溝造成種籽播種深度和覆土不一致,給播種質(zhì)量帶來(lái)極不利的影響,而且給后續(xù)的澆水作業(yè)也帶來(lái)困難。因此,普遍選擇履帶式拖拉機(jī)播種。(3)幾乎所有近山區(qū)種植糧油作物的農(nóng)戶毫無(wú)例外的選擇履帶式拖拉機(jī)。由于近山區(qū)的大部分耕地坡度較大,而輪式拖拉機(jī)在坡地作業(yè)時(shí)穩(wěn)定性差、不安全、作業(yè)質(zhì)量也差。農(nóng)戶普遍選擇履帶式拖拉機(jī)進(jìn)行犁地、耕地、耙地作業(yè)。棉花及其他經(jīng)濟(jì)作物種植區(qū)域的農(nóng)戶耙地作業(yè)仍然普遍選擇履帶式拖拉機(jī)。主要原因仍然是輪式拖拉機(jī)碾壓土壤嚴(yán)重。
因此，綜合考慮本設(shè)計(jì)圍繞履帶式行走底盤的相關(guān)資料對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)計(jì)及創(chuàng)新。
本設(shè)計(jì)主要以參考農(nóng)業(yè)機(jī)械為主，并且相應(yīng)的履帶為橡膠履帶結(jié)合現(xiàn)有的底盤進(jìn)行的設(shè)計(jì)。適用與我國(guó)北方旱地，特別是平原地區(qū)。在坡度不大的山區(qū)也可使用。
1.2 履帶式行走底盤設(shè)計(jì)的國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r
1.2.1 國(guó)外的研究與發(fā)展
1986 年W. C. Evans 和D. S. Gove 公布了在硬地面和已耕地上,1種橡膠履帶與1 種四輪驅(qū)動(dòng)拖拉機(jī)牽引性能的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。在相同的底盤結(jié)構(gòu)情況下，橡膠履帶牽引效率與動(dòng)態(tài)牽引比高,在已耕地和硬地面上其最大牽引效率是85%～90%,四輪驅(qū)動(dòng)拖拉機(jī)是70%～85%。1988年D.Culshaw試驗(yàn)對(duì)比了摩擦驅(qū)動(dòng)橡膠履帶車輛和子午線輪胎驅(qū)動(dòng)拖拉機(jī),橡膠履帶的拉力比輪式多25 %。同時(shí)對(duì)比了裝橡膠履帶的小型自卸車和類似重量的傳統(tǒng)拖拉機(jī),試驗(yàn)表明履帶自卸車是輪式拖拉機(jī)拉力的2倍并且在軟土上車轍小得多。在支撐良好的情況下,橡膠履帶與鋼履帶性能相似。
1990 年J . H. Esch ,L. L. Bashford ,K. Von Bar2gen ,R. E. Ekstrom 在Nebraska 大學(xué)1986年與1987年實(shí)驗(yàn)結(jié)果基礎(chǔ)上,評(píng)價(jià)和對(duì)比了橡膠履帶拖拉機(jī)與四輪驅(qū)動(dòng)拖拉機(jī)在4 種地面(未耕、已耙過(guò)、已犁過(guò)燕麥茬地和玉米茬地)的牽引性能(動(dòng)力牽引比、牽引系數(shù)與打滑率的關(guān)系)。對(duì)比的橡膠履帶拖拉機(jī)質(zhì)量為13 970 kg,履帶寬635 mm ,10 個(gè)前進(jìn)擋。四輪驅(qū)動(dòng)拖拉機(jī)質(zhì)量與之近似,為13 010 kg ,12 個(gè)前進(jìn)擋。兩者均為動(dòng)力換擋,實(shí)驗(yàn)時(shí)的最高限速均為10. 5 km/ h。1993 年日本學(xué)者T. Muro , R. Fukagawa , S.Kawahara 在質(zhì)量為4t的橡膠履帶拖拉機(jī)上,為找到最合適的抓地爪形狀,以獲得最大的有效驅(qū)動(dòng)力與破斷力,分析了各種斜坡柏油路面的牽引與破斷性能。結(jié)果表明橡膠抓地爪最合適的形狀是高5 cm的等邊梯形。斜角增加,有效的牽引與破斷效果降低。同時(shí)在驅(qū)動(dòng)狀態(tài)斜角越大,法向(normal)接觸壓強(qiáng)趨向于朝著橡膠履帶后部增加,對(duì)破斷力的影響則相反。
1993 年M. J . Dwyer ,J . A. Okello ,A. J . Scarlett等介紹了西爾索伊研究所(Silsoe Research Institute)在橡膠履帶上所作的工作,建立預(yù)測(cè)橡膠履帶性能的兩種數(shù)學(xué)模型。一種假設(shè)履帶是無(wú)限剛性,一種假設(shè)是無(wú)限柔性。用兩種模型預(yù)測(cè)的性能和從一專用實(shí)驗(yàn)車輛的試驗(yàn)履帶裝置上得到的田間數(shù)據(jù)相比,實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)在兩種模型預(yù)測(cè)值之間。試驗(yàn)車數(shù)據(jù)顯示,接地長(zhǎng)是影響牽引性能的最重要的因素,在接地長(zhǎng)上的壓力分布也是重要的。但履帶的張緊在一定的范圍與所試驗(yàn)的田間條件下是不重要的。圖7是橡膠履帶車輛和四輪驅(qū)動(dòng)拖拉機(jī)的牽引效率,在不同滑轉(zhuǎn)率下的計(jì)算值與試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比,結(jié)果顯示橡膠履帶最高效率比輪式高10%～20%。1994 年加拿大Alberta 農(nóng)業(yè)機(jī)械研究中心(Al2berta FarmMachinery Research Centre) Reed Turner 研究了在四輪驅(qū)動(dòng)Case2IH 9250 拖拉機(jī)上裝4 個(gè)Gilbert和Riplo“GripTrac”橡膠履帶驅(qū)動(dòng)裝置。
1996 年K. Watanabe 、M. Kitano 、K. Takano 、H.Kato 對(duì)橡膠履帶用于高速越野車輛進(jìn)行了研究。橡膠履帶裝置的滾動(dòng)阻力比輪胎大得多,文中描述了不同運(yùn)行條件下,如初始張緊、履帶速度、橡膠履帶的溫度對(duì)滾動(dòng)阻力的影響。1995 年卡特彼勒公司正式向世人揭示了它10年前推出的Challenger 65 橡膠履帶拖拉機(jī),是在其4項(xiàng)結(jié)構(gòu)研究成果基礎(chǔ)上誕生的:(1)橡膠履帶得益于無(wú)輪輞輪胎項(xiàng)目的研究。(2)獨(dú)特的行走系參考CAT SA 型提高速度的研究與L 系列高置驅(qū)動(dòng)輪、平衡臺(tái)車項(xiàng)目的研究。(3)全動(dòng)力換擋傳動(dòng)系、現(xiàn)代駕駛室與操縱借鑒于鉸接四輪驅(qū)動(dòng)拖拉機(jī)的研制項(xiàng)目。(4)液壓差速轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)來(lái)源于CAT 推土機(jī)的液壓差速轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)。卡特彼勒的研究證明橡膠履帶拖拉機(jī)在未耕土壤與已耕土壤上的牽引性能都比四輪驅(qū)動(dòng)拖拉機(jī)有明顯的提高(見圖13) 。1997 年美國(guó)迪爾公司也發(fā)表了它對(duì)這一問(wèn)題的研究,對(duì)比了橡膠履帶拖拉機(jī)與四輪驅(qū)動(dòng)拖拉機(jī)在不同地面的牽引性能與對(duì)地面的壓強(qiáng)等。數(shù)據(jù)表明(見圖14) ,兩者的差距比圖13 顯示的要小一些。1998 年J . A. Okello 、M. Watany、D. A. Crolla 建立了預(yù)測(cè)橡膠履帶在農(nóng)業(yè)軟地面上的牽引性能與支重輪下接地壓力的模型,此模型考慮到各支重輪對(duì)土壤連續(xù)作用的影響。實(shí)驗(yàn)用土壤剪切與下沉實(shí)驗(yàn)得到的土壤強(qiáng)度參數(shù),成功地模仿了單條橡膠履帶裝置在各支重輪連續(xù)作用下彈塑性土壤變形的效果。在一系列土壤條件下,理論計(jì)算與實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較吻合。
1999 年日本學(xué)者Shigeo Awazu、Yoshiaki Kimura 、Shunichi Shibasaki 、Kunihiko Uchida 發(fā)表了對(duì)5條履帶轉(zhuǎn)向車輛的研究。研究對(duì)象是用于雪地和泥濘地的車輛,用4 個(gè)獨(dú)立的橡膠履帶裝置代替四輪驅(qū)動(dòng)的4 個(gè)輪胎,接地面積比輪胎增加15 倍。其在類似滑雪場(chǎng)的深雪地與壓實(shí)的雪地以及在泥濘地面上,操作自如。和雪地車與工程機(jī)械等普通履帶車輛不同,它在硬路面上能象汽車一樣轉(zhuǎn)向。為了提高附著能力與自潔能力,橡膠履帶的接地齒通常為與行駛方向垂直或傾斜的直線齒。1999年Desrial 和Nobutaka Ito 研究并確定了圓形接地齒橡膠履帶的原理。圓形接地齒與鉸接式轉(zhuǎn)向并用被證明能減少轉(zhuǎn)向阻力和提高牽引性能。論文討論了在鉸接式車輛上,考慮附著性能及下陷量,確定帶圓形接地齒的橡膠履帶參數(shù)的方法。
此外，履帶拖拉機(jī)國(guó)際上的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手是卡特匹勒公司的橡膠履帶拖拉機(jī)系列產(chǎn)品。一拖公司的產(chǎn)品無(wú)論是技術(shù)水平、還是生產(chǎn)能力與其相比都不具備競(jìng)爭(zhēng)能力，只有價(jià)格有吸引力，但從性能價(jià)格比分析，一拖產(chǎn)品還是處于劣勢(shì)。因此，公司的新一代大功率橡膠履帶拖拉機(jī)將盡快投放市場(chǎng)，借以鞏固傳統(tǒng)市場(chǎng)，發(fā)揮競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。
1.2.2 國(guó)內(nèi)的研究與發(fā)展
20多年來(lái),國(guó)內(nèi)部分院校、研究院所和企業(yè)對(duì)橡膠履帶車輛做了一定的研究,如:天津工程機(jī)械研究所對(duì)橡膠履帶兩棲車輛的研究,中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究院及南京農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所對(duì)水稻收割機(jī)橡膠履帶的研究,吉林大學(xué)對(duì)差速轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的研究,江蘇大學(xué)對(duì)橡膠履帶嚙合的研究,青島建筑工程學(xué)院對(duì)橡膠履帶接地齒接地壓力的試驗(yàn)研究,中國(guó)一拖集團(tuán)有限公司對(duì)橡膠履帶拖拉機(jī)的研究和杭州永固橡膠廠對(duì)橡膠履帶的研究等。下面主要介紹在橡膠履帶拖拉機(jī)方面的研究:中國(guó)一拖集團(tuán)有限公司對(duì)橡膠履帶在拖拉機(jī)、推土機(jī)、自行電站上的應(yīng)用進(jìn)行了研究。重點(diǎn)是金屬履帶與橡膠履帶在動(dòng)力與使用性能的比較。1994 年中國(guó)一拖集團(tuán)有限公司在牽引力等級(jí)為3 t 級(jí)的履帶拖拉機(jī)上,對(duì)采用金屬履帶或橡膠履帶進(jìn)行了比較試驗(yàn),試驗(yàn)在硬黃土地面上進(jìn)行。與此同時(shí)，相關(guān)的底盤也有了一定的發(fā)展。
此后,一拖公司還對(duì)采用橡膠履帶的拖拉機(jī)、推土機(jī)進(jìn)行了使用試驗(yàn)。主要是橡膠履帶的耐磨性試驗(yàn),橡膠履帶的脫軌試驗(yàn),橡膠履帶的壽命試驗(yàn),不同結(jié)構(gòu)橡膠履帶的可靠性試驗(yàn),橡膠履帶的伸長(zhǎng)試驗(yàn)以及通常性的作業(yè)查定。
國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上的履帶拖拉機(jī)及變形產(chǎn)品，目前仍然是一拖的產(chǎn)品為主導(dǎo)。這類產(chǎn)品的銷售由于受國(guó)家宏觀經(jīng)濟(jì)政策的影響，處于波動(dòng)狀態(tài)。無(wú)論是作為工程機(jī)械變型、農(nóng)田作業(yè)牽引或驅(qū)動(dòng)動(dòng)力，還是作為農(nóng)業(yè)機(jī)械行走底盤，其功能并非輪式拖拉機(jī)可以完全替代的。但受國(guó)家政策和大功率輪式拖拉機(jī)發(fā)展的影響，長(zhǎng)遠(yuǎn)看會(huì)在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中處于被動(dòng)局面。
總之，與履帶相對(duì)應(yīng)的底盤作為相關(guān)機(jī)械的行走機(jī)構(gòu)，其發(fā)展方向始終圍繞著安全可靠性、操作舒適性、環(huán)保節(jié)能等方面發(fā)展。在這方面國(guó)內(nèi)外一直在不斷的努力改進(jìn)中。目前，還沒有較大發(fā)展，但是采用電噴發(fā)動(dòng)機(jī)、自動(dòng)變速箱的自動(dòng)換檔系統(tǒng)，采用多傳感技術(shù)實(shí)時(shí)顯示車輛的運(yùn)行狀況，同時(shí)，汽車領(lǐng)域使用的ａｂｓ技術(shù)、自動(dòng)巡航技術(shù)等也將移植到工程機(jī)械領(lǐng)域。
1.3主要設(shè)計(jì)內(nèi)容與關(guān)鍵技術(shù)
（1）設(shè)計(jì)任務(wù)
a. 履帶底盤結(jié)構(gòu)分析及其確定；
b. 產(chǎn)品的用途估計(jì)；
c．主要技術(shù)參數(shù)、性能參數(shù)的確定；
d．履帶車輛相關(guān)性能的計(jì)算和確定；
e. 張緊裝置的設(shè)計(jì)與計(jì)算；
f. 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算。
（2）關(guān)鍵技術(shù)
首先，本設(shè)計(jì)采用現(xiàn)在相關(guān)工業(yè)機(jī)械上的一些底盤設(shè)計(jì)與實(shí)物作為參考，綜合考慮底盤結(jié)構(gòu)，使其可以在不同的地域都可較好的支撐機(jī)體使其可以正常的工作。本設(shè)計(jì)對(duì)驅(qū)動(dòng)輪、支重輪、導(dǎo)向輪的特殊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，是整個(gè)底盤結(jié)構(gòu)較好的適應(yīng)山西多山的環(huán)境。
2 技術(shù)任務(wù)書(JR)
2.1 總體設(shè)計(jì)依據(jù)
履帶式底盤是機(jī)器的重要部件，它對(duì)整個(gè)裝置起著支撐作用。所以根據(jù)，現(xiàn)有工業(yè)的履帶機(jī)械（挖掘機(jī)）再結(jié)合農(nóng)用的履帶（拖拉機(jī)）對(duì)整個(gè)裝置進(jìn)行較完整的配合與加工等一系列的設(shè)計(jì)。
2.1.1 設(shè)計(jì)要求
在現(xiàn)有的機(jī)械資料的基礎(chǔ)上，充分考慮到實(shí)際的要求，應(yīng)滿足結(jié)構(gòu)的緊湊及其配合的合理。同時(shí)，要對(duì)應(yīng)該計(jì)算的部分進(jìn)行必要的計(jì)算，但是實(shí)際的情況有所不同，應(yīng)該根據(jù)實(shí)際作為標(biāo)準(zhǔn)結(jié)合計(jì)算的數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合考慮，爭(zhēng)取找到比較好的方案和結(jié)構(gòu)。
2.2 產(chǎn)品的用途
本次設(shè)計(jì)的履帶底盤是對(duì)相應(yīng)小型功率農(nóng)用機(jī)械使用的。
2.3 產(chǎn)品的主要技術(shù)指標(biāo)與主要技術(shù)參數(shù)
2.3.1 主要技術(shù)指標(biāo)
表1 N402-1300型主要技術(shù)指標(biāo)表
序 號(hào)
項(xiàng) 目
單 位
參 數(shù)
1
整機(jī)重量
kg
3000
2
型號(hào)
N402農(nóng)用機(jī)械地盤
3
行走速度
km/h
2-5
4
爬坡能力
<左右
5
接地比壓
kpa
0.3148
6
驅(qū)動(dòng)輪動(dòng)力半徑
mm
約228
7
發(fā)動(dòng)機(jī)的功率
馬力
40左右
8
履帶高度
mm
468
9
底盤軸距
mm
1500
10
底盤軌距
mm
1300
11
履帶板寬
mm
353
12
底盤高度
mm
638
2.4 考慮到的若干方案的比較
底盤可以分為履帶式與輪式，輪式底盤運(yùn)用較廣，但是它的牽引附著性能較差，在坡地、粘重、潮濕地及沙土地的使用受到一定的限制；履帶式底盤牽引附著性能好，單位機(jī)寬、牽引力大、接地比壓低、越遠(yuǎn)性能強(qiáng)、穩(wěn)定性好，在坡地、粘重、潮濕地及沙土地的使用具有更好的性能。
兩者比較采用履帶式底盤可更加適應(yīng)山西多山的地貌特征。
2.5 設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問(wèn)題及其解決方法
設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問(wèn)題是在保證正常工作下，其結(jié)構(gòu)盡可能的簡(jiǎn)單方便。同時(shí)，要注意結(jié)構(gòu)的合理性與正確性。
本次設(shè)計(jì)采用圓螺母的定位方法，使其在結(jié)構(gòu)上基本一致，同時(shí)結(jié)構(gòu)也緊湊的連接，初步達(dá)到設(shè)計(jì)的目的。還有，采用的支重輪與導(dǎo)向輪的軸承放入輪里的方案。
3 設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(SS)
3.1 結(jié)構(gòu)方案分析與確定
履帶行走裝置有“四輪一帶”（驅(qū)動(dòng)輪，支重輪，導(dǎo)向輪，拖帶輪或張緊輪，以及履帶），張緊裝置和緩沖彈簧，行走機(jī)構(gòu)組成。
機(jī)械行走時(shí),驅(qū)動(dòng)輪在履帶緊邊產(chǎn)生一個(gè)拉力，力圖把履帶從支重輪下拉出。出于支重輪下的履帶與地面有足夠的附著力，阻止履帶的拉出，迫使驅(qū)動(dòng)輪卷繞履帶向前滾動(dòng)，導(dǎo)向輪把履帶鋪設(shè)到地面，從而使機(jī)體借支重輪沿履帶軌道向前運(yùn)行。
“四輪一帶”在我國(guó)已經(jīng)基本標(biāo)準(zhǔn)化，尤其是在大型、重型機(jī)械方面。
因此，本設(shè)計(jì)還是采用傳統(tǒng)模式的設(shè)計(jì)方法。
3.1.1 履帶式與輪式底盤的比較
金屬履帶拖拉機(jī)牽引力大, 適合重負(fù)荷作業(yè)( 如耕、耙等) , 接地比壓小, 對(duì)農(nóng)田壓實(shí)、破壞程度輕, 特別適合在低、濕地作業(yè), 而且除田間作業(yè)外, 還在農(nóng)田基本建設(shè)和小型水利工程中用作推土機(jī), 綜合利用程度較高。但其主要缺點(diǎn)是在潮濕和砂性土壤上行走裝置, 如支重輪、導(dǎo)向輪、托帶輪及履帶板( 俗稱三輪一板) 磨損較快, 維修費(fèi)用高, 作業(yè)速度較慢, 隨著公路網(wǎng)發(fā)展, 金屬履帶拖拉機(jī)轉(zhuǎn)移越發(fā)困難, 使用不便。
橡膠履帶拖拉機(jī)采用方向盤操縱的差速轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu), 可控性強(qiáng), 機(jī)動(dòng)靈活, 轉(zhuǎn)彎更省力, 履帶接地面積大, 并有減振效果, 乘坐舒適, 由于比壓低, 對(duì)地面破壞程度輕, 尤其適于低濕地作業(yè), 并可大大提高作業(yè)速度, 改善道路轉(zhuǎn)移適應(yīng)性。橡膠履帶壽命可達(dá)到6000 小時(shí), 三輪壽命延長(zhǎng)一倍, 每臺(tái)可節(jié)約維修保養(yǎng)費(fèi)用和轉(zhuǎn)移運(yùn)輸費(fèi)用7000～10000 元, 僅此一項(xiàng)每年社會(huì)效益就有560～800 萬(wàn)元。在開荒、改造中低產(chǎn)田、沙壤土質(zhì)地區(qū), 顯示出極強(qiáng)的優(yōu)越性。其缺點(diǎn)是初置成本高。大功率輪式拖拉機(jī)具有輪距調(diào)整方便、軸距長(zhǎng)、質(zhì)量分配均勻、充氣輪胎有減振性, 行駛中地面仿形性好, 振動(dòng)小、運(yùn)輸速度快,綜合利用率高等優(yōu)點(diǎn)。不足之處是不適于低濕地作業(yè)。而且, 引進(jìn)國(guó)外的具有世界先進(jìn)技術(shù)水平的大功率輪式拖拉機(jī), 價(jià)格和維修費(fèi)用都太高, 1臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)約12 萬(wàn)元、1 根曲軸3 萬(wàn)余元、1 個(gè)變速箱總成需10余萬(wàn)元。大功率輪式拖拉機(jī)接地壓力大, 易形成土壤硬底層, 大功率輪式拖拉機(jī)機(jī)重一般在5500~8500kg, 接地面積比履帶拖拉機(jī)小, 因此接地壓力較大。經(jīng)數(shù)年耕作后, 在土壤的耕層下面將生成硬底層, 不利于土壤的蓄水保墑和作物的生長(zhǎng)。即使經(jīng)過(guò)深度翻耙, 依然會(huì)保持碎小的板結(jié)硬塊, 土壤的顯微結(jié)構(gòu)遭到了破壞。附著性能差, 滑轉(zhuǎn)率高。經(jīng)試驗(yàn), 大功率輪式拖拉機(jī)與五鏵犁配套作業(yè)時(shí), 在土壤平均含水率30%、堅(jiān)實(shí)度0.3MPa、機(jī)組前進(jìn)速度7.2km/ h 左右的情況下, 滑轉(zhuǎn)率一般在10~20%, 有的達(dá)25%, 輪胎對(duì)土壤的剪切作用, 使耕層土壤結(jié)構(gòu)遭到破壞。
3.1.2 結(jié)構(gòu)方案的確定
依據(jù)輪式與履帶機(jī)械的特點(diǎn)，以其以上所敘述的比較分析，綜合考慮后得出了履帶的結(jié)構(gòu)和所采取的安裝方法和連接方案。
3.2 履帶式行走底盤總體的設(shè)計(jì)
根據(jù)農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)、拖拉機(jī)汽車學(xué)、機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械原理等理論，對(duì)履帶式行走底盤的驅(qū)動(dòng)行走系統(tǒng)進(jìn)行了理論分析與研究，完成了履帶底盤主要工作參數(shù)的確定和力學(xué)的計(jì)算。
3.2.1 結(jié)構(gòu)組成及其工作原理
履帶行走裝置有“四輪一帶”（驅(qū)動(dòng)輪，支重輪，導(dǎo)向輪，拖帶輪或張緊輪，以及履帶），張緊裝置和緩沖彈簧，行走機(jī)構(gòu)組成。
機(jī)械行走時(shí),驅(qū)動(dòng)輪在履帶緊邊產(chǎn)生一個(gè)拉力，力圖把履帶從支重輪下拉出。出于支重輪下的履帶與地面有足夠的附著力，阻止履帶的拉出，迫使驅(qū)動(dòng)輪卷繞履帶向前滾動(dòng)，導(dǎo)向輪把履帶鋪設(shè)到地面，從而使機(jī)體借支重輪沿履帶軌道向前運(yùn)行。
“四輪一帶”在我國(guó)已經(jīng)基本標(biāo)準(zhǔn)化，尤其是在大型、重型機(jī)械方面，見圖1
1-履帶；2-驅(qū)動(dòng)輪；3-機(jī)架；4-拖帶輪；5-導(dǎo)向輪；6-支重輪
圖1 履帶底盤結(jié)構(gòu)圖
履帶與地面接觸, 驅(qū)動(dòng)輪不與地面接觸。驅(qū)動(dòng)輪在減速器驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩的作用下, 通過(guò)驅(qū)動(dòng)輪上的輪齒和履帶鏈之間的嚙合, 連續(xù)不斷地把履帶從后方卷起。接地那部分履帶給地面一個(gè)向后的作用力, 而地面相應(yīng)地給履帶一個(gè)向前的反作用力, 這個(gè)反作用是推動(dòng)機(jī)器向前行駛的驅(qū)動(dòng)力。當(dāng)驅(qū)動(dòng)力足以克服行走阻力時(shí), 支重輪就在履帶上表面向前滾動(dòng), 從而使機(jī)器向前行駛。
3.2.2 主要技術(shù)參數(shù)
表2 N402-1300型主要技術(shù)參數(shù)表
序 號(hào)
項(xiàng) 目
單 位
參 數(shù)
1
整機(jī)重量
kg
3000
2
型號(hào)
N402農(nóng)用機(jī)械地盤
3
行走速度
km/h
2-5
4
爬坡能力
<左右
5
接地比壓
kpa
0.3148
6
驅(qū)動(dòng)輪動(dòng)力半徑
mm
約228
7
發(fā)動(dòng)機(jī)的功率
馬力
40左右
8
履帶高度
mm
468
9
底盤軸距
mm
1500
10
底盤軌距
mm
1300
11
履帶板寬
mm
353
12
底盤高度
mm
638
3.3 履帶車輛性能計(jì)算
3.3.1牽引性能計(jì)算
履帶機(jī)械整機(jī)參數(shù)初步確定以后，一般應(yīng)進(jìn)行下列計(jì)算，以估計(jì)該履帶機(jī)械的基本性能是否滿足預(yù)期要求，整機(jī)參數(shù)選擇是否合理。這里主要是關(guān)于牽引性能的計(jì)算。
計(jì)算工況：
計(jì)算時(shí)所用的工況一般為：在使用重量狀態(tài)自愛，與水平區(qū)段的茬地上（對(duì)旱地是適耕適度的茬地，對(duì)水田是中等泥腳深度的茬地），帶牽引負(fù)荷（牽引線與地面平行）全油門等速行駛。以下為表示的示意圖。
圖2 拖拉機(jī)受力示意圖
(1) 履帶式機(jī)械的驅(qū)動(dòng)力
履帶機(jī)械= kgf （3—1）
式中: ——發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩 kgf；
——各檔總傳動(dòng)比；
——各檔總傳動(dòng)效率；
——驅(qū)動(dòng)輪動(dòng)力半徑 m；
——履帶驅(qū)動(dòng)段半徑效率，計(jì)算時(shí)一般去取=0.95。
( =2b; =1.5; =（1.1-1.2）。
式中：——最大使用重量；
——履帶接地長(zhǎng)度；
b——履帶板寬度；
——一般為0.35～0.5 kgf/；
——額定牽引力；
——牽引力。
根據(jù)(2)中的活動(dòng)阻力，經(jīng)計(jì)算即可得)
經(jīng)計(jì)算后得結(jié)果=24.45KN.
(2) 履帶式機(jī)械的活動(dòng)阻力
=f kgf （3—2）
式中: ——使用重量 (kgf)；
f ——履帶式一般取0.1。
經(jīng)計(jì)算后得結(jié)果=3.45KN
(3) 行駛速度
理論速度 =0.377 km/h （3—3）
實(shí)際速度 =(1-) km/h （3—4）
式中：——發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速；
——驅(qū)動(dòng)輪動(dòng)力半徑；
——驅(qū)動(dòng)輪輪滑轉(zhuǎn)率（履帶式一般取0.07）。
經(jīng)計(jì)算后得結(jié)果=（2.5~5）km/h
（4）履帶式機(jī)械的牽引效率
= （3—4）
式中: ——各檔的總傳動(dòng)效率；
——滾動(dòng)效率；
——滑轉(zhuǎn)效率；
——履帶驅(qū)動(dòng)帶效率（一般取0.95）。
經(jīng)計(jì)算后得結(jié)果=0.65
(5) 履帶機(jī)械的附著力（要求：附著力應(yīng)大于或等于履帶行走機(jī)構(gòu)的牽引力且大于等于各阻力之和。）
= （3—5）
式中: ——一般取0.75；
——取3000千克。
經(jīng)計(jì)算后得結(jié)果=25.875KN (符合要求)
3.3.2 轉(zhuǎn)向最大驅(qū)動(dòng)力矩的分析與計(jì)算
(1) 履帶轉(zhuǎn)向時(shí)驅(qū)動(dòng)力說(shuō)明:
履帶行走裝置在轉(zhuǎn)向時(shí), 需要切斷一邊履帶的動(dòng)力并對(duì)該履帶進(jìn)行制動(dòng), 使其靜止不動(dòng), 靠另一邊履帶的推動(dòng)來(lái)進(jìn)行轉(zhuǎn)向, 或者將兩條履帶同時(shí)一前一后運(yùn)動(dòng), 實(shí)現(xiàn)原地轉(zhuǎn)向, 但兩種轉(zhuǎn)向方式所需最大驅(qū)動(dòng)力一樣。因此以機(jī)器單條履帶制動(dòng)左轉(zhuǎn)為例, 見圖（示意圖）。
圖3 履帶轉(zhuǎn)左向示意圖
左邊的履帶處于制動(dòng)狀態(tài), 在右邊履帶的推動(dòng)下, 整臺(tái)機(jī)器繞左邊履帶的中心C1 點(diǎn)旋轉(zhuǎn), 產(chǎn)生轉(zhuǎn)向阻力矩Mr, 右邊履帶的行走阻力Fr/ 2 。一般情況, 履帶接地長(zhǎng)度L 和履帶軌距B 的比值L/ B≤1.6,。同時(shí), L/ B 值也直接影響轉(zhuǎn)向阻力的大小,在不影響機(jī)器行走的穩(wěn)定性及接地比壓的要求下, 應(yīng)盡量取小值, 也就是盡量縮短履帶的長(zhǎng)度,可以降低行走機(jī)構(gòu)所需驅(qū)動(dòng)力。
(2) 轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)力矩的計(jì)算
轉(zhuǎn)向阻力矩是履帶繞其本身轉(zhuǎn)動(dòng)中心O1（或O2）作相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，地面對(duì)履帶產(chǎn)生的阻力矩，如圖所示，O1、O2 分別為兩條履帶的瞬時(shí)轉(zhuǎn)向中心。
為便于計(jì)算轉(zhuǎn)向阻力矩的數(shù)值，作如下兩點(diǎn)假設(shè)：(1)機(jī)體質(zhì)量平均分配在兩條履帶上，且單位履帶長(zhǎng)度上的負(fù)荷為：
（3—6）
式中: 車身總質(zhì)量（kg）；
履帶接地長(zhǎng)度(m)。
經(jīng)過(guò)計(jì)算：.
形成轉(zhuǎn)向阻力矩 的反力都是橫向力且是均勻分布的。履帶拖拉機(jī)牽引負(fù)荷在轉(zhuǎn)向時(shí)存在橫向分力，在橫向分力的影響下，車輛的轉(zhuǎn)向軸線將由原來(lái)通過(guò)履帶接地幾何中心移至，移動(dòng)距離為。
圖4 履帶轉(zhuǎn)向受力圖
根據(jù)上述假設(shè)，轉(zhuǎn)向時(shí)地面對(duì)履帶支承段的反作用力的分布為矩形分布。在履帶支承面上任何一點(diǎn)到轉(zhuǎn)動(dòng)中心的距離為x，則微小單元長(zhǎng)度為dx，分配在其上的車體重力為qdx，總轉(zhuǎn)向阻力矩可按下式：
（3—7）
式中: 轉(zhuǎn)向阻力系數(shù)。
（經(jīng)查表計(jì)算：
式中: 車輛作急轉(zhuǎn)彎時(shí)轉(zhuǎn)彎的轉(zhuǎn)向阻力系數(shù)； B—履帶軌距。）
將式（3—6）代入上式積分得并簡(jiǎn)化得：（3—8）
即：N.m
（3） 轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)力矩(假設(shè)機(jī)器重心與履帶行走裝置幾何中心相重合)把轉(zhuǎn)向半徑分別考慮。
1)當(dāng)轉(zhuǎn)向半徑如下圖所示，兩側(cè)履帶都向前運(yùn)動(dòng)，此時(shí)兩側(cè)履帶受地面摩擦阻力朝同一方向（即行駛的反方向），外側(cè)、內(nèi)側(cè)履帶受力分別為：
（3—9）
圖5 此時(shí)轉(zhuǎn)向示意圖
2)當(dāng)轉(zhuǎn)向半徑，如下圖所示，此時(shí)兩側(cè)履帶受地面摩擦阻力朝反方向，外側(cè)、內(nèi)側(cè)履帶受力分別為：
（3—10）
圖6 此時(shí)轉(zhuǎn)向示意圖
式中: 分別為內(nèi)側(cè)前進(jìn)阻力和驅(qū)動(dòng)力；
分別為外側(cè)前進(jìn)阻力和驅(qū)動(dòng)力。
考慮機(jī)體的重心在中心位置，所以履帶的前進(jìn)阻力
為：
（3—11）
式中: — 履帶滾動(dòng)阻力系數(shù)
（ 即）
轉(zhuǎn)向時(shí)的最大驅(qū)動(dòng)力矩為：
式中：r—驅(qū)動(dòng)輪節(jié)圓直徑。
3）大半徑區(qū)轉(zhuǎn)向行駛時(shí)主動(dòng)輪上的力：
（3—12）
小半徑區(qū)轉(zhuǎn)向行駛時(shí)主動(dòng)輪上的力：
（3—13）
式中：—轉(zhuǎn)向比，。
轉(zhuǎn)向時(shí)的最大驅(qū)動(dòng)力矩為：
經(jīng)過(guò)以上介紹及公式計(jì)算得： =506.25N.m；
分別計(jì)算轉(zhuǎn)向半徑的情況：
得到：.
與根據(jù)文獻(xiàn)“履帶車輛行駛力學(xué)”，得主動(dòng)輪上的最大的驅(qū)動(dòng)力及力矩為： 所得結(jié)果相同。
3.3.3 傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)與計(jì)算
（1）履帶的選擇
履帶支承長(zhǎng)度L，軌距B和履帶板掛寬度b應(yīng)合理匹配，使接地比壓，附著性能和轉(zhuǎn)彎性能符合要求。根據(jù)本機(jī)的設(shè)計(jì)參數(shù)，確定履帶的主要參數(shù)為整機(jī)的重量。本機(jī)的初定整機(jī)重量為：3t.
令表示為接地長(zhǎng)度，單位m，表示履帶的高度，單位m，G表示機(jī)器整機(jī)重量，單位為t。則有經(jīng)驗(yàn)公式知：
即
即
履帶節(jié)距和驅(qū)動(dòng)輪齒數(shù)z應(yīng)該滿足強(qiáng)度、剛度要求。在此情況下，盡量選擇小的數(shù)值，以降低履帶高度。
根據(jù)節(jié)距與整機(jī)重量的關(guān)系：其中的單位為mm,G的單位為kg.
（說(shuō)明：此處的驅(qū)動(dòng)輪方面在驅(qū)動(dòng)輪計(jì)算部分再詳細(xì)說(shuō)明。）
則
根據(jù)計(jì)算的與實(shí)際的資料：
選型號(hào)為23048 的履帶。
同時(shí)，目前橡膠履帶損壞的一些具體表現(xiàn)，主要集中在3 個(gè)方面：整體斷裂、鐵齒脫落、鐵齒斷裂。由于橡膠履帶的使用還受到道路、作業(yè)環(huán)境和機(jī)手操作水平的影響，且橡膠履帶又是整體結(jié)構(gòu)，一旦出現(xiàn)斷裂、脫齒等現(xiàn)象，往往就需要更換整條履帶（每條履帶的價(jià)格一般在2 0 0 0 元左右），這是一筆不小的開支。橡膠履帶機(jī)械行走機(jī)構(gòu)主要由驅(qū)動(dòng)輪、支重輪、張緊輪、前導(dǎo)軌、后導(dǎo)軌和橡膠履帶等組成。橡膠履帶不僅要承受整機(jī)的壓力，同時(shí)還要傳遞從變速箱驅(qū)動(dòng)輪傳來(lái)的驅(qū)動(dòng)力，承受履帶張緊后的拉力和大量的泥、草等造成的巨大阻力等。針對(duì)這一實(shí)際，一些公司也做了相當(dāng)多的改進(jìn)。（浙江省湖州聯(lián)合收割機(jī)廠經(jīng)過(guò)多年的試驗(yàn)和跟蹤調(diào)查，總結(jié)出了若干經(jīng)驗(yàn)，并對(duì)橡膠履帶進(jìn)行了以下3 個(gè)方面改進(jìn)：（1） 更新鋼絲簾線；（2） 鐵齒脫落 該現(xiàn)象一般表現(xiàn)為鐵齒與橡膠分離。改進(jìn)時(shí)主要從增大粘合面積著手，在不增加鐵齒質(zhì)量的前提下，改進(jìn)鐵齒的截面形狀，從而增大與橡膠的粘合面積，與此同時(shí)還適當(dāng)加大鐵齒表面的粗糙度（比如用工具在鐵齒表面某些部位人為地加工出干小淺槽），以增加鐵齒對(duì)橡膠的粘接力；（3） 鐵齒斷裂 斷裂部位一般是發(fā)生在驅(qū)動(dòng)輪與鐵齒的結(jié)合處。由于在泥腳較深轉(zhuǎn)彎困難或通過(guò)較高的田埂時(shí)機(jī)子負(fù)荷較大，此時(shí)最容易造成鐵齒斷裂現(xiàn)象。對(duì)鐵齒結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固改進(jìn)，可大大增加鐵齒的強(qiáng)度，提高鐵齒的耐用度。）
至此可看到，橡膠履帶的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)。故此，這里選擇橡膠履帶230*48系列。
（2）驅(qū)動(dòng)輪的計(jì)算
目前, 履帶嚙合副的設(shè)計(jì)還停留在經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)階段, 沒有相關(guān)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn), 各種齒形的設(shè)計(jì)方法很多, 極不統(tǒng)一, 主要有等節(jié)距嚙合方式、亞節(jié)距嚙合方式和超節(jié)距嚙合方式。等節(jié)距嚙合主要指履帶節(jié)距與鏈輪節(jié)矩相等。在等節(jié)距嚙合時(shí), 履帶嚙合副是多齒傳動(dòng), 履帶牽引力由嚙合各齒分擔(dān), 各個(gè)齒所受的負(fù)荷較小, 此時(shí)嚙合平穩(wěn)、沖擊振動(dòng)小, 使用壽命較長(zhǎng)。但在實(shí)際中, 等節(jié)距嚙合只是一個(gè)理論概念, 因?yàn)榧词乖谠O(shè)計(jì)上使履帶與鏈輪節(jié)距相等, 履帶在使用過(guò)程中將產(chǎn)生節(jié)距變化(如彈性伸長(zhǎng), 履帶銷和銷孔磨損伸長(zhǎng)等), 嚙合實(shí)際上為超節(jié)距嚙合。且因圖紙標(biāo)注公差、制造誤差等使履帶在一定范圍內(nèi)波動(dòng), 履帶與鏈輪的嚙合要么是超節(jié)距, 要么是亞節(jié)距, 等節(jié)距嚙合實(shí)際上很難存在于嚙合過(guò)程中。在亞節(jié)距嚙合過(guò)程中, 鏈輪與履帶銷之間力的傳遞僅由即將退出嚙合的一個(gè)鏈輪齒來(lái)完成, 但對(duì)于頻繁改變方向的機(jī)器, 在減輕啟動(dòng)沖擊方面很有利, 而且隨著亞節(jié)距量的增加,作用更加明顯。但在退出嚙合時(shí), 履帶銷處于遲滯狀態(tài), 嚴(yán)重時(shí)甚至由于運(yùn)動(dòng)干涉而不能退出嚙合。因此, 在設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)根據(jù)工作工況, 靈活采取相適應(yīng)的設(shè)計(jì)方法, 使履帶銷順利進(jìn)入和退出嚙合, 減少接觸面的沖擊; 使齒面接觸應(yīng)力滿足要求, 減小磨損; 使履帶節(jié)距因磨損而增大時(shí)仍能保持工作而不掉鏈等。因此，綜上考慮驅(qū)動(dòng)輪選用鏈輪的設(shè)計(jì)方案。
a. 確定驅(qū)動(dòng)輪主要尺寸（則根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)得）：
分度圓直徑
齒頂圓直徑
齒根圓直徑
分度圓弦高
最大齒根距離
齒側(cè)凸緣 。
b. 確定驅(qū)動(dòng)輪齒槽形狀
試驗(yàn)和使用表明，齒槽形狀在一定范圍內(nèi)變動(dòng)，在一般工況下對(duì)鏈傳動(dòng)的性能不會(huì)有很大影響。這樣安排不僅為不同使用要求情況時(shí)選擇齒形參數(shù)留有了很大余地。同時(shí)，各種標(biāo)準(zhǔn)齒形的鏈輪之間也可以進(jìn)行互換。
圖7 驅(qū)動(dòng)輪圖
齒面圓弧半徑
齒溝圓弧半徑
齒溝角
則根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)得：
齒面圓弧半徑
齒溝圓弧半徑
齒溝角
。
3.4 張緊裝置的設(shè)計(jì)與計(jì)算
張緊裝置主要是對(duì)導(dǎo)向輪部件的張緊。
3.4.1 張緊裝置結(jié)構(gòu)及其工作原理
張緊裝置示意圖：
圖8張緊裝置示意圖
張緊彈簧由于裝置的反沖作用，使其在右方頂著導(dǎo)向輪使其在工作過(guò)程中，始終保持一定的張緊狀態(tài)，從而使履帶張緊導(dǎo)向輪導(dǎo)向。
3.4.2 彈簧類別的設(shè)計(jì)與計(jì)算
(1) 彈簧類別的選定
因張緊裝置的作用，是通過(guò)彈簧對(duì)導(dǎo)向輪的推動(dòng)從而達(dá)到張緊的作用。因此，選用壓縮、拉伸彈簧即可。對(duì)于選材采用通用的材料（）即可。
運(yùn)用公式求得隔振彈簧的剛度：
（3—14）
式中：——隔振系統(tǒng)頻率比；
——振動(dòng)質(zhì)體總重量（kg）；??；
——振動(dòng)頻率。
由
則代入公式
則通過(guò)計(jì)算知彈簧的剛度為。按工作的載荷進(jìn)行計(jì)算時(shí)，許用應(yīng)力應(yīng)適當(dāng)取低，取，彈簧的工作載荷約為400N.
（2） 彈簧的計(jì)算
運(yùn)用公式求得螺旋彈簧曲度系數(shù):
（3—15）
式中：C——旋繞比（當(dāng)材料直徑時(shí)，C一般?。?
試取旋繞比C=6，則
根據(jù)公式求得材料的直徑:
（3—16）
式中: K——曲度系數(shù)；（）
C——旋繞比；（）
F——彈簧的工作載荷(N)；（）
——許用切應(yīng)力（Pa）。（）
計(jì)算得彈簧絲直徑：
根據(jù)公式：
（3—17）
式中：G——切變模量（Mp）；()
D——彈簧中徑（mm）。()
計(jì)算得彈簧有效圈數(shù)
根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)取 n=7
選擇冷卷壓縮彈簧YⅡ，兩端圈并緊并磨平，取
則總?cè)?shù)
根據(jù)公式:
（3—18）
式中：d——彈簧材料直徑(mm)。
計(jì)算得節(jié)距 ，
選擇 P=0.012m=12mm
間距
根據(jù)公式：
計(jì)算得自由高度
根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)選取
壓縮彈簧高徑比
壓縮彈簧工作高度
壓縮彈簧壓并高度
螺旋角
彈簧材料的展開長(zhǎng)度
經(jīng)計(jì)算可知：b<5.3,滿足穩(wěn)定性的要求。
3.5 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
履帶機(jī)械全液壓式行走系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要滿足如下要求：
(1) 正常行走速度在0.83～1.4m/s范圍內(nèi)，空載最大速度達(dá)到3m/s 左右，轉(zhuǎn)向速度在0.5～1.0m/s范圍內(nèi)。
(2) 轉(zhuǎn)速比要適當(dāng)、操作靈活方便、成本低。
3.5.1 液壓系統(tǒng)及其動(dòng)力計(jì)算
(1) 液壓系統(tǒng)的選擇
以馬達(dá)為執(zhí)行元件，采用變量泵+變量馬達(dá)系統(tǒng)，其液壓系統(tǒng)如圖1 所示。2.2 工作過(guò)程分析停車時(shí)，油泵斜盤傾角為0°，不輸出壓力油；在伺服油缸彈簧力作用下，馬達(dá)斜盤傾角達(dá)到最大值。前進(jìn)(增速)時(shí)，速度控制桿前推、換向閥H1 的P 與B 相通，補(bǔ)油泵輸出的壓力油經(jīng)換向閥進(jìn)入伺服油缸。在伺服油缸的作用下，油泵斜盤開始傾斜，變量泵P1 輸出壓力油。壓力油在a 點(diǎn)分流、經(jīng)換向閥H4 和H5 到達(dá)馬達(dá)M1 和M2，兩個(gè)馬達(dá)的回油在b 點(diǎn)匯合后流回油泵的低壓腔。隨著油泵斜盤傾角的增加，行進(jìn)速度增加。當(dāng)速度控制桿停止向前移動(dòng)時(shí)，由于反饋?zhàn)饔?，換向閥H1 回到中位，泵斜盤停止移動(dòng)，固定在某一傾角位置，馬達(dá)保持在某一固定轉(zhuǎn)速。此階段為變量泵+定量馬達(dá)階段。當(dāng)變量泵P1傾角達(dá)到最大值時(shí)，泵的輸出流量最大。此時(shí)，如果繼續(xù)向前推移速度控制桿，則其對(duì)油泵換向閥的控制轉(zhuǎn)移到對(duì)馬達(dá)換向閥H2 和H3 的控制。在馬達(dá)伺服油缸的作用下，馬達(dá)的傾角開始減小，馬達(dá)排量減小、轉(zhuǎn)速增高、行進(jìn)速度增大。此階段為定量泵+變量馬達(dá)階段。向前運(yùn)動(dòng)時(shí)，減速過(guò)程和上述相反。先是定量泵+變量馬達(dá)階段，后為變量泵+定量泵階段。后退時(shí)，只需把速度控制桿從中位向后拉動(dòng)，換向閥H1 的P 與A 相通，使變量泵P1 反向供油即可。
圖9 液壓系統(tǒng)示意圖
(2) 主要參數(shù)的確定
液壓馬達(dá)載荷力矩和工作載荷力矩：采用后輪驅(qū)動(dòng)方式，取被驅(qū)動(dòng)輪阻力矩為工作載荷力矩。
a．工作載荷力矩的確定
起動(dòng)階段的工作載荷力矩為
（3—19）
式中：——滑動(dòng)摩擦系數(shù)；（=0.5）
W——機(jī)具質(zhì)量?。?W =14700N)，
R——驅(qū)動(dòng)輪節(jié)圓半徑.(r =0.174m)
則經(jīng)計(jì)算：=1277.8N.m
b. 正常行駛階段的工作載荷力矩為
=×W ×r （3—20）
式中：——滾動(dòng)阻力系數(shù)，取=0.11。
則經(jīng)計(jì)算：=281.1N.m
c. 轉(zhuǎn)向階段的工作載荷力矩由粘性轉(zhuǎn)向阻力矩確定:
（3—21）
式中：——為轉(zhuǎn)向阻力系數(shù)；（m =0.67）
——履帶接地長(zhǎng)度。（=1.6m）
則=7879.2N.m
軸頸摩擦力矩f M 和慣性力矩Mi 很難實(shí)測(cè)，按工作負(fù)載的1%計(jì)算。
（3） 載荷力矩
a. 液壓馬達(dá)載荷轉(zhuǎn)矩：考慮馬達(dá)機(jī)械效率(取0.99)和轉(zhuǎn)速比i時(shí)，液壓馬達(dá)載轉(zhuǎn)矩
（3—22）
起動(dòng)階段液壓馬達(dá)載荷力矩；包含工作負(fù)載力矩；軸頸摩擦力矩和慣性力矩。
=1.02 =1303.356N.m
b. 起動(dòng)階段液壓馬達(dá)載荷轉(zhuǎn)矩：
=1316.52N.m
c. 正常行駛階段馬達(dá)載荷力矩：包含工作負(fù)載、軸頸摩擦力矩。
= 1.01N.m =283.91N.m
d. 正常行駛階段液壓馬達(dá)載荷轉(zhuǎn)矩：
=286.8N.m
e. 減速制動(dòng)階段馬達(dá)載荷力矩：包含工作負(fù)載、軸頸摩擦力矩和慣性力矩。= =281 N.m
f. 減速制動(dòng)階段馬達(dá)載荷轉(zhuǎn)矩為
=283.94N.m
g. 轉(zhuǎn)向階段馬達(dá)載荷力矩：包含粘性轉(zhuǎn)向阻力矩、軸頸摩擦力矩和慣性力矩。
=1.02=8050.4N.m
h. 轉(zhuǎn)向過(guò)程馬達(dá)載荷轉(zhuǎn)矩：假設(shè)左、右履帶土壤水平推力均等于牽引力，轉(zhuǎn)向受力如圖2所示。對(duì)O 點(diǎn)取矩求得牽引力F 為
（3—23）
式中：——為滾動(dòng)摩擦力。
即N.m
i. 轉(zhuǎn)向階段驅(qū)動(dòng)力矩為
=N.m
3.5.2 主要液壓元件選型
(1) 選擇系統(tǒng)持續(xù)工作壓力p 為24MPa，最高壓力p 為33MPa。液壓馬達(dá)的排量q 和最低轉(zhuǎn)速n 以及流量Q 分別為
（3—24）
（3—25）
（3—26）
根據(jù)載荷轉(zhuǎn)矩和系統(tǒng)工作壓力，確定液壓馬達(dá)的排量；根據(jù)設(shè)計(jì)要求確定液壓馬達(dá)的轉(zhuǎn)速；根據(jù)轉(zhuǎn)速和排量確定液壓馬達(dá)所需流量，其計(jì)算結(jié)果見表1 所示。根據(jù)以上計(jì)算，選擇Sundstrand 公司seriers40 產(chǎn)品M25MV 馬達(dá)為本系統(tǒng)的執(zhí)行元件，其理論排量為25，額定壓力33MPa，最高轉(zhuǎn)速為5000r/min。
選擇液壓泵出口到液壓馬達(dá)入口之間總的管路損失為0.5，液壓泵的最大工作壓力為系統(tǒng)泄漏系數(shù)取1.2、液壓馬達(dá)的最大總流量為2×13013 (/min)時(shí)液壓泵的流量為
選擇Sundstrand 公司seriers40M25PV 變量泵，
具體參數(shù)如下：排量24.6、最高壓力為34MPa、轉(zhuǎn)速變化范圍為500～4000r/min。
補(bǔ)油泵的流量
補(bǔ)油泵選CB-B10，其流量為10L/min；壓力=2.5MPa；轉(zhuǎn)速為1450r/min；容積效率0.85；
驅(qū)動(dòng)功率為0.51kW。
源動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)功率W 為
W =25kW
根據(jù)以上計(jì)算，選擇閥類元件如表2 ：
表4 選擇閥類元件表
名稱
工作壓力
額定流量
型號(hào)
最大壓力損失
連接方式
數(shù)目
節(jié)流閥
14
25
LF-B1OB
流量為48時(shí)取(0.6-0.15)
板式
3
溢流閥
14-35
0-50
YF-B1OC
流量為48時(shí)取(0.6-0.15)
板式
3
換向閥
6.3
40
34D-25Y
流量為48時(shí)取(0.6-0.15)
板式
2
單向閥
6.3
25
I-25B
流量為48時(shí)取(0.6-0.15)
板式
2
(2) 選擇液壓輔助元件
a. 管道的選擇。取吸油管流速為1m/s、有壓管的流速為3m/s。根據(jù)計(jì)算選擇吸油管和有壓管，
其結(jié)果見表3 所示。
表5 管道的選擇
管材
公稱直徑（mm）
外徑（mm）
內(nèi)徑（mm）
壁厚（mm）
管長(zhǎng)（mm）
主泵吸油管
低壓流體輸送用焊接鋼管
50
42.3
35.8
3.25
2000
補(bǔ)油泵吸油管
低壓流體輸送用焊接鋼管
25
21.3
15.8
2.75
2000
馬達(dá)油壓管
20號(hào)冷拔無(wú)縫鋼管
13.0
9.8
1.60
6000
主泵油壓管
20號(hào)冷拔無(wú)縫鋼管
22.0
16.4
2.80
3000
b. 油箱容量的確定。油箱的容量可選為
（24）
c. 吸油管路濾油器的選擇。主泵吸油管采用WU-250×180，補(bǔ)油泵吸油管采用WU-63×180。
4 使用說(shuō)明書(SM)
產(chǎn)品型號(hào)和名稱：
4.1 產(chǎn)品適用范圍及特點(diǎn)
該產(chǎn)品配套的N402型履帶底盤的拖拉機(jī)目前還不是太多，但其在一些地區(qū)，如山區(qū)，丘陵等有著較好的普及潛力。同時(shí)，它可以提高相關(guān)作業(yè)的效率，有效的提高農(nóng)民的經(jīng)濟(jì)現(xiàn)收入。
4.2 型號(hào)說(shuō)明
N402-1300型農(nóng)用拖拉機(jī)底盤
該產(chǎn)品的型號(hào)為N402—1300型農(nóng)用履帶式底盤，配套動(dòng)力40馬力左右，軌距1300mm,工作速度大約為2—5km/h，履帶相對(duì)機(jī)架來(lái)說(shuō)較易損壞。機(jī)架整體是焊接而成。機(jī)構(gòu)較普遍。
5 試驗(yàn)研究大綱（SG）
（1）范圍
GB /丁 3 871的本部分規(guī)定了測(cè)定農(nóng)業(yè)輪式拖拉機(jī)、履帶式或半履帶式拖拉機(jī)牽引功率的試驗(yàn)規(guī)程。
本部分適用于農(nóng)業(yè)輪式和履帶拖拉機(jī)。
（2）規(guī)范性引用文件
下 列文件中的條款通過(guò)GB/T 3871本部分的引用而成為本部分的條款口凡是注日期的引用文件，其隨后所有的修改單(不包括勘誤的內(nèi)容)或修訂版均不適用于本部分，然而，鼓勵(lì)根據(jù)本部分達(dá)成協(xié)議的各方研究是否叮使用這些文件的最新版本。
GB/T 3 871.3 -2006 農(nóng)業(yè)拖拉機(jī)試驗(yàn)規(guī)程 第3部分:動(dòng)力輸出軸功率試驗(yàn)(ISO 789-1；1990, MOD)
JB/T 7282 拖拉機(jī)用油品種、規(guī)格的選用
（3）術(shù)語(yǔ)和定義
下列術(shù)語(yǔ)和定義適用于GB/T 3871的本部分。
軸距 wheelbas：
分別通過(guò)拖拉機(jī)同側(cè)前、后車輪接地中心點(diǎn)并垂直于縱向中心面和支承面的兩平面間的距離。
拖拉機(jī)質(zhì)量 tractor mass：
拖拉機(jī)基本質(zhì)(無(wú)負(fù)載拖拉機(jī))basict ractorm ass(onladent ractor):拖拉機(jī)按規(guī)定加注各種油、冷卻液，在工作狀態(tài)下的拖拉機(jī)質(zhì)量。不包括選裝的前、后配重、輪胎配重、拖拉機(jī)駕駛員、懸掛的農(nóng)具、掛結(jié)的設(shè)備或任何專用部件的質(zhì)量.
帶配重拖拉機(jī)質(zhì)量(帶負(fù)載拖拉機(jī)) ballastedt ractorm ass(laden tractor):
按 5.7的要求進(jìn)行6規(guī)定的性能試驗(yàn)的帶配重的拖拉機(jī)質(zhì)量.
發(fā)動(dòng)機(jī)標(biāo)定轉(zhuǎn)速 ratede ngines peed:
拖拉機(jī)制造廠規(guī)定的發(fā)動(dòng)機(jī)持續(xù)滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的轉(zhuǎn)速。
牽引功率 drawbarp ower:
在牽引桿上測(cè)得并至少維持205或可持續(xù)行駛20m距離的時(shí)間(取兩者中時(shí)間較長(zhǎng)者)的功率。
最大牽引力 maximum drawbar pull：
由制造廠推薦的牽引掛結(jié)點(diǎn)上，拖拉機(jī)在其縱軸方向上所能保持的最大水平牽引力。
比油耗 specificf uelc onsumption：
單位功所消耗的燃油量。
動(dòng)力半徑指數(shù) dynamicr adiusin dex：
拖拉機(jī)無(wú)牽引負(fù)載，以大約3.5 k m/h的速度行駛時(shí)，與驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)一圈所駛過(guò)的距離對(duì)應(yīng)的有效半徑(即該距離除以2r)。
（4）測(cè)量單位和允許誤差
本部分使用下列測(cè)量單位和允許誤差
（5）通用要求
技術(shù)要求：
被試驗(yàn)拖拉機(jī)應(yīng)與試驗(yàn)報(bào)告(見附錄A)中的技術(shù)規(guī)格一致，并應(yīng)按制造廠推薦的操作方法試驗(yàn)。
預(yù)熱和初調(diào)：
拖拉機(jī)試驗(yàn)前應(yīng)進(jìn)行預(yù)熱。對(duì)于可調(diào)節(jié)油氣混合比的火花點(diǎn)燃式發(fā)動(dòng)機(jī)，試驗(yàn)時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)化油器的油氣混合比應(yīng)調(diào)整到正常使用條件下與動(dòng)力輸出軸試驗(yàn)時(shí)(見GB/T 3871.3 -2006)相同的調(diào)整位置發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)在標(biāo)定轉(zhuǎn)速、油門全開的狀態(tài)下進(jìn)行預(yù)熱。
當(dāng)用同一臺(tái)拖拉機(jī)進(jìn)行牽引試驗(yàn)和動(dòng)力輸出軸試驗(yàn)(見GB/T 3871.3 -2006)時(shí)，供燃油裝置的位置應(yīng)保持不變
試驗(yàn)用燃油和潤(rùn)滑油：
試驗(yàn)時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)所用燃油應(yīng)符合JB/T 7282的視定試 驗(yàn) 用 潤(rùn)滑油應(yīng)符合制造廠或JB/T 7282規(guī)定的潤(rùn)滑油的類型和豁度級(jí)別。如果使用其他種的潤(rùn)滑油應(yīng)明確給出它們用在何處的詳細(xì)信息(如使用在發(fā)動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)系等)。
如果潤(rùn)滑油符合其他國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)或國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)給出具體的參考標(biāo)準(zhǔn)。
輔助裝置：
對(duì)于全部試驗(yàn)，如果駕駛員在常規(guī)操作中.按照使用說(shuō)明書、不使用工具(除特殊試驗(yàn)的規(guī)定外)就能脫開的輔助裝置(如液壓提升泵或空氣壓縮機(jī))應(yīng)置于脫開位置。否則，應(yīng)使之在最小負(fù)荷下運(yùn)轉(zhuǎn)
如果拖拉機(jī)裝有產(chǎn)生易變寄生功率損失的裝置，如變速冷卻風(fēng)扇、間歇性液壓或電子裝置等，則該裝置試驗(yàn)時(shí)不應(yīng)置于脫開狀態(tài)或改變其狀態(tài)。如果使用說(shuō)明書中允許駕駛員脫開該裝置，試驗(yàn)時(shí)將該裝置處于脫開狀態(tài)，但應(yīng)記人試驗(yàn)報(bào)告中。
試驗(yàn)期間，這些裝置引起的牽引功率變化超過(guò)士5%時(shí)，應(yīng)在試驗(yàn)報(bào)告中記錄功率偏離平均值的百分?jǐn)?shù)。
試驗(yàn)條件：
扭矩或功率等測(cè)值無(wú)需進(jìn)行環(huán)境狀態(tài)或其他因素方面的任何修正。大氣壓力應(yīng)不低于96.6 kPa.如受海拔條件限制不能達(dá)到要求的大氣壓，允許調(diào)整化油器或燃油泵，詳情應(yīng)記人試驗(yàn)報(bào)告中。
在每種工況開始測(cè)量前，拖拉機(jī)都應(yīng)達(dá)到穩(wěn)定的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。
燃油消耗：
調(diào)整燃油測(cè)量裝置，使在化油器或噴油泵處的油壓相當(dāng)于拖拉機(jī)油箱一半燃油時(shí)所具有的油壓。燃油溫度應(yīng)相當(dāng)于拖拉機(jī)滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)2h后抽箱出口的燃油溫度，試驗(yàn)過(guò)程中應(yīng)盡量限制油溫的變化。測(cè)量燃油消耗率時(shí)，拖拉機(jī)應(yīng)直線持續(xù)行駛至少20 m的距離或維持20 s的距離(取兩者中時(shí)間較長(zhǎng)者)。
用容積法測(cè)量燃油耗時(shí)，應(yīng)按某一燃油溫度的比重計(jì)算單位功的油耗質(zhì)量。通常按15℃時(shí)的燃油比重計(jì)算容積值。
用質(zhì)量法測(cè)量燃油耗時(shí)，用15℃時(shí)的燃油比重計(jì)算容積值
配童和輪胎氣壓：
市場(chǎng)上購(gòu)得的拖拉機(jī)配重需經(jīng)制造廠確認(rèn)用于農(nóng)業(yè)用途。對(duì)輪式拖拉機(jī)，也可以在輪胎內(nèi)加液體配重。
每個(gè)輪胎承受的靜載荷(包括輪胎內(nèi)的液體配重和代替駕駛員的75k g的重物)和輪胎氣壓均應(yīng)在輪胎制造廠規(guī)定的限值內(nèi)。測(cè)量氣壓時(shí)輪胎氣門嘴應(yīng)位于最低位置(輪胎內(nèi)加液體配重的除外)。
（6）試驗(yàn)規(guī)程
一般要求：
拖拉機(jī)牽引性能應(yīng)在下列路面之一的路面上進(jìn)行:
a) 對(duì)輪式或橡膠履帶拖拉機(jī)，清潔、水平、干燥，接縫應(yīng)盡可能少的棍凝土路面或柏油碎石路面;
b) 對(duì)于鋼履帶拖拉機(jī):平坦、干燥、水平的茬地或草地，或具有相同附著性能的水平路面;
c) 移動(dòng)路面(轉(zhuǎn)鼓或轉(zhuǎn)鼓試驗(yàn)臺(tái))上的試驗(yàn)結(jié)果應(yīng)和上述路面上得到的結(jié)果具有可比性。
試驗(yàn)報(bào)告中應(yīng)記錄試驗(yàn)路面的類型。如果使用轉(zhuǎn)鼓，則應(yīng)記錄轉(zhuǎn)鼓直徑。
拖拉機(jī)的前進(jìn)速度超過(guò)試驗(yàn)設(shè)備的安全極限的擋次不進(jìn)行試驗(yàn)。
牽引力應(yīng)沿水平方向。牽引桿的高度相對(duì)于拖拉機(jī)應(yīng)保持不變并應(yīng)使拖拉機(jī)在整個(gè)試驗(yàn)期間不失去控制。對(duì)于輪式拖拉機(jī)，使用公式(5—1)計(jì)算牽引力的高度:
(5—1)
式中： — 前輪作用于地面的靜載荷，單位為牛頓(N)；
— 軸 距 ，單位為毫米(mm)；
— 牽 引力，單位為牛頓(N)；
—牽引力距離地面的靜態(tài)高度，單位為毫米(mm)。
牽引試驗(yàn)開始時(shí)，在輪胎和履帶
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