履带式联合收获机械行走系统变速箱研究

摘要

全喂入式履带联合收割机解决了稻麦兼收问题，激发了水稻收获机械市场，近年来销量快速增长，2012年达到4.6万台，约占收获机械总销量34％，相比2011年，增幅超过70％。
　　 目前，国产履带联合收割机均为一侧履带制动，另一侧驱动的单侧制动式转向。这种转向方式，易造成泥土堆积，增加转向阻力，导致转向困难。机具转向精度低，操作复杂，影响收割机的平顺性、舒适性和安全性。
　　 随着纵向轴流技术的成熟，联合收割机有加大、加重的趋势，其履带也会相应地加长，转向阻力也随之增大，如果继续采用现有结构的变速箱，转向将会变得愈发困难。
　　 为了改善现有机型的转向性能，本文以奇瑞重工4L2-2.0型履带联合收割机为原型机进行研究，该机所采用的单侧制动式变速箱为国产机型中使用最广泛的结构。从传动方案、安装空间、生产成本等方面考虑，设计了一种惰轴式变速箱，可以减小收割机转向阻力。
　　 传统的设计方法成本高、耗时长，经验依赖度大，已不能适应现代产品设计的要求。本文运用虚拟样机技术，通过对单侧制动式变速箱的分析以及与试验数据的对比，验证了分析过程的正确性，并运用相同的分析方法对惰轴式变速箱进行设计。简化了变速箱的设计过程，缩短了开发周期,减少了开发成本。
　　 本文具体研究工作如下:
　　 (1)针对动力传递参数，对惰轴式变速箱进行结构设计，并以第三轴齿轮为例，列出了详细的设计计算过程。运用Solidworks软件对变速箱进行三维建模，为仿真分析做模型准备，虚拟装配后，检查各零件的尺寸以及装配后运动干涉，检验变速箱功能的可行性与结构设计的合理性。
　　 (2)采集原型机田间工作时变速箱载荷数据，同时建立ADAMS仿真模型，将仿真值和试验数据进行对比、修正，确立正确的仿真模型。通过ANSYSWorkbench与Designlife软件搭建应力．寿命分析协同仿真平台。根据动力学仿真输出结果，对原型机变速箱进行静力学与寿命的仿真分析。通过与经验值的对比，验证应力-寿命仿真方法的正确性。
　　 (3)运用相同的分析方法，对新设计的惰轴式变速箱进行仿真分析。对比两变速箱的仿真结果，验证惰轴式变速箱的优越性，并进一步检验惰轴式变速箱的疲劳寿命。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究目的与意义

1．2 国外履带式机型传动发展现状

1．2．1 卡特彼勒差动式转向系

1．2．2 小松差动式转向系

1．2．3 洋马差动式转向系

1．3 国内履带式机型传动发展现状

1．3．1 广西农机院转向行走装置

1．3．2 东北农大双流传动系统

1．3．3 一拖差速转向系

1．4 转向机构发展趋势

1．4．1 纯液压无级转向

1．4．2 机械液压连续无级转向机构

1．5 本文研究的主要内容

第二章 变速箱设计方案选择及结构设计

2．1 变速箱设计要求

2．2 总体布置方案

2．2．1 方案一：惰轴式变速箱

2．2．2 方案二：汇流式变速箱

2．2．3 方案三：双离合式变速箱

2．3 传动方案的确定

2．3．1 转向性能的评价指标

2．3．2 转向性能对比

2．3．3 安装空间

2．3．4 制造成本

2．3．5 方案确定

2．4 惰轴式变速箱结构设计

2．4．1 HST的输出特性

2．4．2 各档位速比的分配及齿数选择

2．5 典型零件的设计计算

2．5．1 传动效率分析

2．5．2 主要零件结构参数设计

2．5．3 变速箱三维建模

2．6 本章小结

第三章 变速箱载荷数据测试

3．1 测试方法

3．1．1 试验器材

3．1．2 测量原理

3．1．3 试验方法

3．1．4 软件设置

3．2 试验结果及分析

3．3 本章小结

第四章 动力学仿真

4．1 单侧制动式变速箱

4．1．1 仿真模型的建立

4．1．2 角速度仿真分析

4．1．3 各对齿轮啮合力分析

4．1．4 仿真与试验结果对比

4．2 惰轴式变速箱

4．2．1 仿真模型的建立

4．2．2 角速度分析

4．2．3 各对齿轮啮合力分析

4．3 动力学仿真对比

4．4 本章小结

第五章 静力学与寿命仿真

5．1 基于ANSYS WorkBench仿真平台的建立

5．2 单侧制动式变速箱分析

5．2．1 静力学分析模型建立

5．2．2 网格划分

5．2．3 设定边界条件

5．2．4 静力学结果分析

5．2．5 寿命分析流程建立

5．2．6 寿命计算结果分析

5．3 惰轴式变速箱分析

5．3．1 模型准备

5．3．2 静力学结果分析

5．3．3 寿命计算结果分析

5．4 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 工作总结

6．2 展望

参考文献

致谢

读研期间参加的科研工作与发表的论文