作者:王琼
  【摘要】第一代农用微型山地履带车是一种能够适应山地作业环境的山地微耕机,但其道路运输行驶速度过慢,低速旋耕工作速度过快,变速箱尺寸过大,因此现需要设计一款档位较多,档速合理,结构紧凑的第二代农用微型山地履带车变速箱。本文主要对其变速箱的改进方案进行对比选择并确定设计档位。
  【关键词】农用  微型山地履带车  变速箱  档位设计
  【Abstract】The first generation of agricultural miniature mountain caterpillar vehicles is a kind of can adapt to the mountain mountain micro tillage machine, the working environment but the road transport speed too slow, low speed rotary tillage work too fast, transmission size is too big, so we need to design a gear, gear speed is reasonable, compact structure of the second generation of agricultural miniature mountain tracked vehicle transmission. In this paper, the improvement scheme of its gearbox is compared and selected and the design gear is determined.
  【Keywords】agricultural; miniature mountain crawler; gearbox; gear design
  【基金项目】学院资助项目:2019年度甘肃机电职业技术学院科研项目,项目编号:GSJD2019ZR04。
  【中图分类号】G64  【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089(2019)51-0255-02
  1.引言
  我国是一个多山国家,丘陵和山地面积占到了国土面积的2/3。根据有关数据显示,山区粮食产量约占全国的51.4%,油料作物产量约占53.7%[1]。由此看来,山区农业的生产好坏,将会直接影响我国农业生产的发展。山地微型履带车是农业生产中较为重要的农业生产工具,变速箱为微型车重要组成部分,故山地微型履带车变速箱的设计具有重大意义。
  2.第一代微型山地履带车简介
  近几年,国家对推动丘陵山区农业机械化发展给予较大力度的扶持。农业、农机科研单位与企业一道针对南方丘陵山区农业生产需要,开展了微型多功能作业机的机具研发、试验、推广工作[2]。西北农林科技大学杨福增教授科研团队在2011年就自行设计研发了第一代微型山地履带车。
  该山地微耕机能够适应山地作业环境,采用液压调平装置、基于平行四边形机构的双向平衡铲等装置,解决了之前山地微型耕地机普遍存在的山地作业稳定性不足、安全性得不到保障和操作复杂等问题。这样一款集成机械、液压技术的适于山地作业的山地微耕机,能够有效地把丘陵山区农民从传统的农业生产方式和繁重的体力劳动中解放出来,彻底改变山区农业生产长期以来以人工、蓄力进行劳作的落后、低效的原始生产方式,大幅度提高劳动生产率和作业质量,受到当地农业、农机技术推广部门和农民的认可[3]。
  第一代微型山地履带车变速器有四个档位,三個前进档,一个后退档。其中一档为低速作业档,能实现的驱动转速为n1=110r/min,直线速度为V1=1.65km/h,不能满足旋耕时的速度要求0.6km/h。二档为标准作业档,能实现的驱动转速为n2=126.98r/min,直线速度为V2=1.91km/h;三档为道路行驶档,能实现的驱动转速为n3=217.86r/min,直线速度为V3=3.28km/h,不能满足空载运行时正常行驶速度6km/h。后退档进行倒车,能实现的驱动转速为n=149.26r/min,直线速度V=2.25km/h。每档可通过操纵换挡杆来实现。整机的转向通过转向离合器实现。这种档位设计不满足现阶段的农业生产需求,所以需要对变速箱进行更大传动比范围的改进设计。同时,第一代微型山地履带车变速箱的箱体尺寸偏大,对机架造成负担,同时对整机稳定性造成影响。
  3.微型山地履带车变速箱的改进
  原方案存在的主要问题一是开沟速度过快,二是空载运行速度过低。本次研究任务是设计一套传动方案使开沟速度由原来的1.65km/h下降到0.5km/h,使空载运行速度由原来的3.28km/h上升最大达到6km/h,并且尽量缩小变速箱尺寸,以便于安装。为此主要考虑以下三种改进方案。
  本次改进设计的主要目的是对变速箱进行重新设计,以扩大传动比范围,同时获得更加合理的档位配置,并要求箱体结构更加紧凑。
  3.1项目研究的重要性
  变速箱的传统设计效率低而且容易出错,变速箱参数化设计是提高效率及设计精度的有效途径。在讨论研究国内外农用机具上变速箱的发展现状及参数化设计的基础上,制定了变速箱参数化设计及运动仿真测试的总体方案和技术路线,利用机械设计、机械原理等专业知识完成变速箱中齿轮、轴、箱体等结构的设计同时,利用Pro/E的参数化建模功能,建立变速箱零部件的三维参数化模型,利用Pro/E的运动仿真功能,对微型履带式山地拖拉机变速箱进行虚拟的装配和运动仿真。
  3.2 项目研究的内容
  第一代微型山地履带车平地行驶速度过慢,工作速度过快。现根据小型山地履带车整车爬坡速度、最高行驶速度、转向速度、最低工作速度等车辆性能指标,对发动机、变速箱进行匹配改进设计。使低速更低,高速更高,档位更合理。通过动力性能分析,得到最大爬坡速度、最大平地行驶速度、低档加速度、最低工作速度等速度指标及变速箱整体尺寸,以满足设计要求。

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