水田履带轮式液压驱动底盘设计及试验

摘要

水稻是我国主要粮食作物之一，种植区域分布广泛，粮食产量一直占据前三。植保是水稻生产中不可或缺的环节，每年因病虫害造成的产量损失高达1500万吨。长期以来，水稻施药机具以手动或机动背负式喷雾机为主，近年来，自走式水田施药机市场需求快速增长，国内出现了以日本水田施药机为原型机进行仿制或将旱田施药机安装水田轮等机型，但我国水田土壤特性，特别是耕作方式，与日本差异较大，作业3～5次后，此类机具会出现打滑、下陷现象，严重的甚至破坏耕底层。 履带轮式底盘，软地面通过能力强，机动性好，比较适合水田湿软环境作业，本文基于双履带式底盘技术，结合前人研究，设计一款可以搭载施药机具的四履带轮式底盘，但目前对其在水田环境下的行驶，特别是转向性能研究较少，因此，本文在双履带式底盘转向性能分析基础上，建立履带轮式底盘稳态转向驱动力模型，同时分析行走装置参数对转向性能影响，并进行样机试验，为水田环境下履带轮式底盘设计提供参考。 具体工作内容如下： （1）分析我国水田植保机械存在的问题，根据水稻种植农艺，明确履带轮式底盘设计需求。 （2）完成履带轮式底盘车架结构设计、履带轮关键参数选取、零部件三维建模及虚拟装配；设计履带轮式底盘液压驱动系统，确定闭式回路、容积调速、变量泵-定量马达的系统方案，对主要液压元件进行选型计算。 （3）利用有限元分析软件ANSYS Workbench对车架进行水平弯曲与极限扭转两种典型工况下应力、应变分析，保证车架满足强度要求；进行预应力下有限元模态分析，得到车架前四阶固有频率和振型，防止与发动机产生共振；利用振动测试仪采集车架在发动机激励下的时域与频谱信息，印证有限元模型正确性。 （4）将土壤参数、履带滑转、滑移及转向侧面推土等因素考虑在内，建立履带轮式底盘稳态转向驱动力模型，对底盘在不同转向半径下的驱动力进行预测，模拟结果和试验表明，驱动力随转向半径减小而增大，进一步的计算也表明，履 带宽长比在0.1～0.5之间时，驱动力随宽长比增大而减小，为相关履带轮式底盘动力匹配优化与行走装置结构设计提供参考。 （5）在样机上安装压力变送器和涡轮流量计，搭建转向功率测试系统，对不同转向半径下底盘转向功率进行测试，与转向驱动力模型对比，验证理论计算的正确性。

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