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本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說(shuō)明書 山地果園自走式履帶運(yùn)輸車的抗側(cè)翻設(shè)計(jì) 學(xué) 院 學(xué)院 專業(yè)班級(jí) 學(xué)生姓名 學(xué)生學(xué)號(hào) 指導(dǎo)教師 提交日期 年 5 月 7 日 學(xué)院 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：所呈交的學(xué)位論文，是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研究工作所取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文不含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過(guò)的作品成果。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識(shí)到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。 學(xué)位論文作者簽名： 日期： 年 月 日 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本人完全了解華南理工大學(xué)廣州學(xué)院關(guān)于收集、保存、使用學(xué)位論文的規(guī)定，即：按照有關(guān)要求提交學(xué)位論文的印刷本和電子版本；華南理工大學(xué)廣州學(xué)院圖書館有權(quán)保存學(xué)位論文的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；可以采用復(fù)印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏利為目的的前提下，可以公布論文的部分或全部?jī)?nèi)容。 學(xué)位論文作者簽名： 日期： 年 月 日 指導(dǎo)教師簽名： 日期： 年 月 日 作者聯(lián)系電話： 電子郵箱： 摘要 為適應(yīng)山地果園路況環(huán)境的運(yùn)輸特點(diǎn)，根據(jù)履帶式運(yùn)輸車的行走特性，提出了基于提高抗側(cè)翻性能的山地果園履帶式運(yùn)輸車總體設(shè)計(jì)要求。在完成各總成設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，以提高運(yùn)輸車抗側(cè)翻性能為目標(biāo)，完成了山地果園履帶式運(yùn)輸車總體布局的抗側(cè)翻設(shè)計(jì)。建立整車的三維實(shí)體模型并對(duì)其進(jìn)行了仿真，結(jié)果滿足設(shè)計(jì)要求，縮短了設(shè)計(jì)周期。 本設(shè)計(jì)的主要特點(diǎn)是：方案設(shè)計(jì)中提出多種方案，從可靠性、可實(shí)現(xiàn)性、綜合性能等進(jìn)行方案比較，選擇方案。技術(shù)設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮總體配置合理、安全；選材、加工方法和技術(shù)條件可行；制圖正確、標(biāo)注齊全符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。充分注意整機(jī)各子系統(tǒng)之間的相關(guān)性，力求整機(jī)性能的一致性和最優(yōu)化性。 關(guān)鍵詞：山地果園；自走式履帶運(yùn)輸車；總體設(shè)計(jì)；抗側(cè)翻；仿真。 。 Abstract To adapt to the environment of mountain orchard road transport characteristics ,according to the tracked vehicle running characteristics, its general layout requirements were put forward based on the improvement of side rollover resistant capability of the tracked vehicle for mountain orchard . After the completion of all assembly designs, in order to improve side rollover resistant capability of the tracked vehicle for mountain orchards, the general layout of the system design was completed. The vehicle’s 3-D model was established and carried on the simulation. The simulation results showed that the design met the design requirements, and shortened the period of design. The design of the main features are: design in a variety of programmes, from the reliability, can be realized, such as comprehensive performance programme, the options. Technical design should be considered in the overall allocation of reasonable safety; selection, processing methods and technical conditions feasible; correct mapping, tagging complete with national standards.full attention to the relationship between the various subsystems, to the consistency and performance optimization of. Key words: Mountain orchard；Self-propelled tracked vehicle；General layout design；Side rollover resistant；Simulation 36 設(shè)計(jì)說(shuō)明書 目錄 摘要 - I - ABSTRACT -Ⅱ - 第一章 緒論 - 4 - 1.1設(shè)計(jì)背景 - 4 - 1.2山地運(yùn)輸車的工作特點(diǎn)和基本類型 - 5 - 1.3課題設(shè)計(jì)的目的和意義 - 6 - 1.4本設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)要求以及任務(wù) - 6 - 第二章 總體方案設(shè)計(jì) - 8 - 2.1履帶式山地運(yùn)輸車的組成 - 8 - 2.2設(shè)計(jì)依據(jù) - 9 - 2.3總體設(shè)計(jì)原則 - 10 - 2.4動(dòng)力裝置的比較與選型 - 11 - 2.5動(dòng)力裝置的比較與選型 - 12 - 2.6動(dòng)力裝置的比較與選型 - 14 - 第三章 主要參數(shù)的確定 - 16 - 3.1總體幾何尺寸的設(shè)計(jì) - 16 - 3.2驅(qū)動(dòng)輪主要參數(shù)的確定及強(qiáng)度校核 - 19 - 3.3行走裝置的牽引力計(jì)算 - 21 - 第四章 抗側(cè)翻穩(wěn)定性分析 - 25 - 4.1抗側(cè)翻設(shè)計(jì)的意義 - 25 - 4.2抗側(cè)翻設(shè)計(jì)的方法分析 - 25 - 4.3轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性分析 - 28 - 總結(jié) - 36 - 參考文獻(xiàn) - 37 - 致謝 - 38 -  第一章 緒論 1.1設(shè)計(jì)背景 我國(guó)山區(qū)面積占全國(guó)總面積的三分之二以上，廣大山區(qū)有著豐富的森林和礦產(chǎn)資源，水果在我國(guó)農(nóng)業(yè)產(chǎn)值中的比重不斷增加，為發(fā)展經(jīng)濟(jì)提供雄厚的物質(zhì)基礎(chǔ)。山區(qū)由于地形崎嶇，交通閉塞，經(jīng)濟(jì)文化常常相對(duì)落后。水果生產(chǎn)機(jī)械化顯得明顯滯后，其中果園運(yùn)輸尤為突出。例如我國(guó)水果中的柑橘有90％ 種植在地形復(fù)雜的丘陵和山地區(qū)域，但是在種植和采收過(guò)程中果品和農(nóng)資物料運(yùn)輸仍然以人力運(yùn)輸為主，生產(chǎn)效率低、勞動(dòng)強(qiáng)度大。而傳統(tǒng)的輪式農(nóng)用運(yùn)輸車缺乏地形的針對(duì)性。改革開放以來(lái)，我國(guó)的科學(xué)技術(shù)、信息技術(shù)迅猛發(fā)展，各行各業(yè)都發(fā)生了翻天覆地的變化，工程機(jī)械行業(yè)同樣得到了相應(yīng)的快速發(fā)展。各行各業(yè)都在奮力拼搏、大膽創(chuàng)新，使得工程機(jī)械品種不斷增加、產(chǎn)量不斷提高、性能不斷完善，發(fā)展勢(shì)頭強(qiáng)勁。農(nóng)業(yè)機(jī)械的發(fā)展，與國(guó)家和農(nóng)村的經(jīng)濟(jì)條件有直接的聯(lián)系。在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國(guó)家，特別是在農(nóng)業(yè)勞動(dòng)力很少的美國(guó)，農(nóng)業(yè)機(jī)械繼續(xù)向大型、寬幅、高速和高生產(chǎn)率的方向發(fā)展，并在實(shí)現(xiàn)機(jī)械化的基礎(chǔ)上逐步向生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化過(guò)渡。電子技術(shù)、微型電子計(jì)算機(jī)技術(shù)等各種先進(jìn)科學(xué)技術(shù)，在農(nóng)業(yè)機(jī)械產(chǎn)品及其設(shè)計(jì)制造中得到日益廣泛的應(yīng)用。 促進(jìn)農(nóng)業(yè)機(jī)械化裝備及技術(shù)的推廣應(yīng)用，加快農(nóng)業(yè)機(jī)械化更快更好地發(fā)展，是全面實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)協(xié)調(diào)發(fā)展，深入貫徹落實(shí)科學(xué)發(fā)展觀的必要要求，是轉(zhuǎn)變農(nóng)業(yè)發(fā)展方式，促進(jìn)結(jié)構(gòu)升級(jí)優(yōu)化的重要任務(wù)，是增強(qiáng)可持續(xù)發(fā)展能力，加快生態(tài)環(huán)境建設(shè)的有力保證；是促進(jìn)建設(shè)社會(huì)主義新農(nóng)村的重要手段，科學(xué)，高效加強(qiáng)農(nóng)業(yè)機(jī)械技術(shù)的推廣工作，對(duì)于推進(jìn)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)建設(shè)，加快發(fā)展農(nóng)機(jī)化，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化、全面實(shí)現(xiàn)小康社會(huì)具有非常關(guān)鍵的戰(zhàn)略意義。 然而我國(guó)的農(nóng)業(yè)機(jī)械化還相對(duì)落后，由于我國(guó)地域遼闊，各地域間氣候環(huán)境等相差極大，要建立適合我國(guó)的農(nóng)業(yè)機(jī)械任重而道遠(yuǎn)。農(nóng)業(yè)機(jī)械化能夠降低農(nóng)業(yè)成本，節(jié)約資源，保護(hù)環(huán)境，節(jié)約勞動(dòng)力，提高農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量，有助于實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)，在我國(guó)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化中占據(jù)核心地位，具有極其重要的作用，具有廣闊的發(fā)展前景和巨大的發(fā)展前途。但是由于農(nóng)業(yè)機(jī)械工作于惡劣的環(huán)境中，因此在某種程度上其所需要的技術(shù)要求甚至高于工業(yè)機(jī)械，因此需要加大對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械方面的研究以及投入，需要更多的農(nóng)業(yè)機(jī)械方面的人才。 山地運(yùn)輸車是工程機(jī)械的一個(gè)重要品種，是一種廣泛用于建筑、鐵路、公路、水利、采礦等建設(shè)工程的運(yùn)輸機(jī)械。山地運(yùn)輸車由發(fā)動(dòng)機(jī)、液壓系統(tǒng)、傳動(dòng)裝置、底盤幾部分組成。發(fā)動(dòng)機(jī)的作用是提供動(dòng)力；液壓系統(tǒng)功能是把發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械能以油液為介質(zhì)，利用油泵轉(zhuǎn)變?yōu)橐簤耗軅魉徒o油缸、馬達(dá)等，再傳動(dòng)各個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)各種運(yùn)動(dòng)；底盤的作用是承重、傳力并保證滿足對(duì)車速、牽引力和行駛方向的要求。底盤是組成整體的主要部分，行走機(jī)構(gòu)的性能優(yōu)劣直接影響整機(jī)的使用性能、經(jīng)濟(jì)性能。 目前國(guó)外農(nóng)用運(yùn)輸車產(chǎn)品基本可分為日韓型、意德型、英法型和美加型。日本、韓國(guó)兩國(guó)的地理環(huán)境主要以山區(qū)為主，耕種規(guī)模不大，使得自走式履帶、輪式小型運(yùn)輸車得以盛行。意大利與德國(guó)的地形特點(diǎn)是丘陵和山區(qū)占多數(shù)，但以農(nóng)場(chǎng)經(jīng)營(yíng)管理為主，主要使用獨(dú)立式農(nóng)用運(yùn)輸車和農(nóng)用拖拉機(jī)變形運(yùn)輸車。英國(guó)、法國(guó)等眾多歐洲國(guó)家的地理環(huán)境與農(nóng)場(chǎng)經(jīng)營(yíng)規(guī)模與以上兩種模式有較大差異，主要以中型農(nóng)場(chǎng)為主，使用農(nóng)用客貨兩用車和大型廂式農(nóng)用貨車作運(yùn)輸之用的同時(shí)又可滿足日常生活的需要。以美國(guó)、加拿大和澳大利亞為代表的大農(nóng)業(yè)國(guó)家，更多的是使用重型載貨汽車和半掛牽引汽車作為農(nóng)業(yè)運(yùn)輸用途的工具。 近年來(lái)我國(guó)山地果園田間運(yùn)輸技術(shù)已有所突破，主要技術(shù)有架空運(yùn)輸索道和軌道形式。這兩種運(yùn)輸技術(shù)，為山地陡坡果園的農(nóng)資和果品運(yùn)輸提供了解決方案，但存在機(jī)動(dòng)性較差的缺點(diǎn)。為更好地提高山地緩坡地果園的運(yùn)輸效率，設(shè)計(jì)一種操作輕便而且適應(yīng)性好的運(yùn)輸車很有必要。針對(duì)以山地為主的果園地理環(huán)境，在無(wú)路的粘性土壤路面，輪式車輛的附著力明顯小于接地面積較大的履帶式車輛，后者對(duì)復(fù)雜地形的適應(yīng)性也明顯優(yōu)于前者。 1.2山地運(yùn)輸車的工作特點(diǎn)和基本類型 1.2.1山地運(yùn)輸車的主要優(yōu)缺點(diǎn) （1）能無(wú)極調(diào)速且調(diào)速范圍大，例如液壓馬達(dá)的最高轉(zhuǎn)速與最低轉(zhuǎn)速之比可達(dá)到1000:1。 （2）能得到較低的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速，例如柱塞式液壓馬達(dá)的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速可低達(dá)1r/min。 （3）傳動(dòng)平穩(wěn)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可吸收沖擊和振動(dòng)，操作省力，易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制。 （4）易于實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化。 但是由于工作環(huán)境的惡劣，對(duì)機(jī)體的損害較大，磨損嚴(yán)重。 1.2.2山地運(yùn)輸車的基本類型及主要特點(diǎn) 運(yùn)輸車的種類繁多，可以從不同角度對(duì)其來(lái)寫進(jìn)行劃分： （1）根據(jù)主要機(jī)構(gòu)傳動(dòng)來(lái)寫劃分 根據(jù)主要機(jī)構(gòu)是否全部采用液壓傳動(dòng)，山地運(yùn)輸車分為機(jī)械傳動(dòng)、全液壓傳動(dòng)和非全液壓（或稱半液壓）傳動(dòng)兩種； （2）根據(jù)行走機(jī)構(gòu)的類型劃分 根據(jù)行走機(jī)構(gòu)的不同，山地運(yùn)輸車可分為履帶式、輪胎式、汽車式、懸掛式和拖式。 1.3課題設(shè)計(jì)的目的和意義 研究目的和意義：改善山地運(yùn)輸車的結(jié)構(gòu)，提高運(yùn)輸車的性能，對(duì)該運(yùn)輸車進(jìn)行整體穩(wěn)定性分析，論證其強(qiáng)度和穩(wěn)定性是否滿足設(shè)計(jì)要求，由此判斷車體抵抗破壞和變形的能力，對(duì)不滿足條件的區(qū)域提出修改措施，并提出減重方案，節(jié)省材料，降低成本，提高設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性和合理性。 1.4本設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)要求以及任務(wù) 1.4.1設(shè)計(jì)要求 （1）履帶式底盤結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)應(yīng)有利于提高運(yùn)輸機(jī)在山地果園運(yùn)行的通過(guò)性，即具有較好的轉(zhuǎn)向性能、較強(qiáng)的爬坡能力和抗側(cè)翻能力。 （2）設(shè)計(jì)履帶式運(yùn)輸車的轉(zhuǎn)向及行走控制系統(tǒng)應(yīng)有利于提高操縱輕便性，適應(yīng)山地果園運(yùn)輸作業(yè)。 （3）運(yùn)輸車的動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)有利于提高運(yùn)輸機(jī)的牽引力、承載能力、運(yùn)輸效率及燃油經(jīng)濟(jì)性。 （4）車廂結(jié)構(gòu)及整機(jī)布局應(yīng)優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高運(yùn)輸機(jī)的通用性、適應(yīng)性和降低使用成本。 1.4.2設(shè)計(jì)任務(wù) （1）整車的總體結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)，總體幾何尺寸的設(shè)計(jì)，繪制草圖和總裝配圖； （2）行走裝置的選型及設(shè)計(jì)，驅(qū)動(dòng)輪主要參數(shù)的確定及強(qiáng)度校核； （3）三維模型建立，分析質(zhì)量分布狀態(tài)； （4）整車抗側(cè)翻穩(wěn)定性分析； （5）所有零、部件設(shè)計(jì)計(jì)算、繪制零、部件圖。 第二章 總體方案設(shè)計(jì) 2.1履帶式山地運(yùn)輸車的組成 山地果園自走式履帶運(yùn)輸車除了要具有山地行駛能力外還需要在高載重情況下工作，因此對(duì)其總體設(shè)計(jì)應(yīng)要求具有合理的布局和結(jié)構(gòu)緊湊。在動(dòng)力性方面應(yīng)保證其有足夠的驅(qū)動(dòng)力以獲得較好的加速、爬坡與越障性能，同時(shí)提高履帶式運(yùn)輸車的安全性和穩(wěn)定性也極為重要。由于整車尺寸相對(duì)較小，履帶底盤的尺寸也有限，因此在山區(qū)丘陵地帶凹凸不平的路面行駛時(shí)比大中型履帶車輛易側(cè)翻，提高其各種負(fù)荷下的抗側(cè)翻性能顯得尤其重要。 山地運(yùn)輸車主要由發(fā)動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)系統(tǒng)、行走裝置和電氣控制等部分組成。傳動(dòng)系統(tǒng)由液壓泵、控制閥、液壓馬達(dá)、制動(dòng)器、行星齒輪減速器、管路、油箱等組成；行走裝置由四輪一帶組成；電氣控制系統(tǒng)包括監(jiān)控盤、發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)、泵控制系統(tǒng)、各類傳感器、電磁閥等。 圖2-1 山地運(yùn)輸車 圖2-2 自走式履帶運(yùn)輸車的總體結(jié)構(gòu)示意圖 1.運(yùn)輸車扶手　2.轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu) 　3.發(fā)動(dòng)機(jī)　4.變速器操縱機(jī)構(gòu) 　5.車廂　6.主減速器　7.車架　8.行走機(jī)構(gòu) 2.2設(shè)計(jì)依據(jù) 2.2.1履帶式行走裝置的主要特點(diǎn) 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。 （1）牽引力大（通常每條履帶的牽引力達(dá)機(jī)重的3540%），接地比小(一般為),轉(zhuǎn)彎半徑小，機(jī)動(dòng)靈活； （2）采用液壓傳動(dòng)，能實(shí)現(xiàn)無(wú)極調(diào)速； （3）每條履帶各自有驅(qū)動(dòng)的液壓馬達(dá)及減速裝置。 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。 2.2.2 設(shè)計(jì)參數(shù) 車長(zhǎng)小于2000； 車寬小于1500； 平地最大載量250kg；坡地最大載量150kg； 最大爬坡度：20°； 前進(jìn)擋2個(gè)，速度14-35km/h，倒擋1個(gè)，要求在各種載荷工況下均具有較好的抗側(cè)翻性能。 2.3總體設(shè)計(jì)原則 山地果園自走式履帶運(yùn)輸車除了要具有山地行駛能力外還需要在高載重情況下工作，因此對(duì)其總體設(shè)計(jì)應(yīng)要求具有合理的布局和結(jié)構(gòu)緊湊。在動(dòng)力性方面應(yīng)保證其有足夠的驅(qū)動(dòng)力以獲得較好的加速、爬坡與越障性能，同時(shí)提高履帶式運(yùn)輸車的安全性和穩(wěn)定性也極為重要。由于整車尺寸相對(duì)較小，履帶底盤的尺寸也有限，因此在山區(qū)丘陵地帶凹凸不平的路面行駛時(shí)比大中型履帶車輛易側(cè)翻，提高其各種負(fù)荷下的抗側(cè)翻性能顯得尤其重要。 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，為提高自走式履帶運(yùn)輸車的抗側(cè)翻性能，對(duì)整車的總體布置采取如下設(shè)計(jì)原則： （1） 采用精簡(jiǎn)化的行走系設(shè)計(jì)，行走系由整體式橡膠履帶、驅(qū)動(dòng)輪、支重輪、張緊輪和張緊機(jī)構(gòu)組成。橡膠履帶自重輕，行駛時(shí)履帶上方下垂量較小，可不配托帶輪。因設(shè)計(jì)速度低，僅運(yùn)載貨物，設(shè)計(jì)時(shí)可省去大中型履帶車輛所必須的懸架裝置，以減輕整車質(zhì)量，利于抗側(cè)滑和側(cè)翻。 （2） 采用超低速齒輪式傳動(dòng)系設(shè)計(jì)，由兩軸式變速器配合中央齒輪主減速器，使履帶式運(yùn)輸車具有足夠大的驅(qū)動(dòng)力和超低轉(zhuǎn)速輸出性能，有利于提高通過(guò)性，也有利于提高抗側(cè)翻能力。 （3） 為使整車質(zhì)量分布均勻合理，適于在山地起伏不平的復(fù)雜路面上行駛、提高抗側(cè)翻性能，必須兼顧運(yùn)輸車的離地高度和整車重心位置。底盤車架采用 Ｈ 型結(jié)構(gòu)，將發(fā)動(dòng)機(jī)和變速器置于近驅(qū)動(dòng)輪方位，即車架后方的同一平臺(tái)。主減速器殼體固定在車架上并置于發(fā)動(dòng)機(jī)和變速器的下方。發(fā)動(dòng)機(jī)通過(guò)帶傳動(dòng)將動(dòng)力傳遞給變速器，變速器輸出軸通過(guò)齒輪傳動(dòng)將動(dòng)力傳遞給主減速器中央齒輪，再通過(guò)常嚙合轉(zhuǎn)向離合器，將動(dòng)力傳到半軸和履帶驅(qū)動(dòng)輪，實(shí)現(xiàn)履帶式運(yùn)輸車的行駛。運(yùn)輸物品的車廂位于車架中前位，使?jié)M載時(shí)運(yùn)輸車的前、后配重更為均勻，有利于提高抗側(cè)翻性能。 （4） 運(yùn)輸車扶手、換擋手柄、離合器和油門等則根據(jù)人體工程學(xué)布置設(shè)計(jì)使操縱更為舒適方便。車廂尺寸根據(jù)裝運(yùn)水果的標(biāo)準(zhǔn)籮筐尺寸進(jìn)行設(shè)計(jì)，以提高果品的裝載量，同時(shí)在不同裝載載荷下其質(zhì)心位置均有利于提高抗側(cè)翻性能。 2.4動(dòng)力裝置的比較與選型 履帶式運(yùn)輸車常用的動(dòng)力源主要有三種：電動(dòng)機(jī)、柴油機(jī)以及蒸汽機(jī)。 （1）交流與直流電機(jī) 電動(dòng)機(jī)是把電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的設(shè)備，按使用電源不同分為直流電動(dòng)機(jī)和交流電動(dòng)機(jī)。交流異步電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)較低，調(diào)速也較困難。大容量低轉(zhuǎn)速的動(dòng)力機(jī)常用同步電動(dòng)機(jī)，它有換向器，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格昂貴，維護(hù)困難，不適于惡劣環(huán)境。 直流電機(jī)其缺點(diǎn)是與異步電動(dòng)機(jī)比較，直流電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，使用維護(hù)部方便，而且要用直流電源。 （2）柴油機(jī) 柴油機(jī)是用柴油作燃料的內(nèi)燃機(jī)，屬于壓縮點(diǎn)火式發(fā)動(dòng)機(jī)。柴油機(jī)具有熱效率高的顯著優(yōu)點(diǎn)，經(jīng)濟(jì)性優(yōu)于汽油機(jī)，功率大，符合工程機(jī)械向大型化發(fā)展的趨勢(shì)。其應(yīng)用范圍越來(lái)越廣。柴油機(jī)具有較好的燃油經(jīng)濟(jì)性，使用成本低，在相同的續(xù)駛里程內(nèi)，可以設(shè)置容積小些的油箱。柴油機(jī)壓縮比可以達(dá)到1 5～23，而汽油機(jī)一般控制在8～10；柴油機(jī)熱效率高達(dá)38％，而汽油機(jī)為30％；柴油機(jī)工作可靠，壽命長(zhǎng)，排污量少。 隨著強(qiáng)化程度的提高，柴油機(jī)單位功率的重量也顯著降低。為了節(jié)能，各國(guó)都在注重改善燃燒過(guò)程，研究燃用低質(zhì)燃油和非石油制品燃料。此外，降低摩擦損失、廣泛采用廢氣渦輪增壓并提高增壓度、進(jìn)一步輕量化、高速化、低油耗、低噪聲和低污染，都是柴油機(jī)的重要發(fā)展方向。 （3）蒸汽機(jī) 蒸汽機(jī)是將蒸汽的能量轉(zhuǎn)換為機(jī)械功的往復(fù)式動(dòng)力機(jī)械。蒸汽機(jī)離不開鍋爐，整個(gè)裝置既笨重又龐大；新蒸汽的壓力和溫度不能過(guò)高，排氣壓力不能過(guò)低，熱效率難以提高；它是一種往復(fù)式機(jī)器，慣性力限制了轉(zhuǎn)速的提高；工作過(guò)程是不連續(xù)的，蒸汽的流量受到限制，也就限制了功率的提高。逐漸為其他動(dòng)力裝置所代替。 綜上所述，運(yùn)輸車常作業(yè)于野外，需要經(jīng)常行走移動(dòng)。由于柴油機(jī)作為動(dòng)力裝置不受電源、電纜的限制，使得運(yùn)輸車移動(dòng)、行駛方便，故本設(shè)計(jì)采用了柴油機(jī)作為動(dòng)力源。 2.5傳動(dòng)方式的選擇 傳動(dòng)系統(tǒng)是從發(fā)動(dòng)機(jī)到驅(qū)動(dòng)輪之間所有的動(dòng)力傳遞裝置的總稱。傳動(dòng)系統(tǒng)的功用是把動(dòng)力裝置輸出的功率傳遞給驅(qū)動(dòng)輪，并改變動(dòng)力裝置的輸出特性，以滿足對(duì)自行式工程機(jī)械車速和牽引力的要求。目前，工程機(jī)械的傳動(dòng)系統(tǒng)有以下四種類型：機(jī)械傳動(dòng)、液力機(jī)械傳動(dòng)、電力傳動(dòng)以及液壓傳動(dòng)。 2.5.1機(jī)械傳動(dòng) 機(jī)械傳動(dòng)是指?jìng)鲃?dòng)系統(tǒng)中采用剛性零部件傳遞動(dòng)力的方式。它是通過(guò)齒輪、齒條、帶、鏈等機(jī)件傳遞動(dòng)力和進(jìn)行控制。工程機(jī)械中使用機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)由來(lái)已久。機(jī)械傳動(dòng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造容易、工作可靠、重量輕、操作簡(jiǎn)單、維護(hù)方便、價(jià)格低廉、傳動(dòng)效率高、可以利用傳動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)零件的慣性進(jìn)行作業(yè)等優(yōu)點(diǎn)。但是機(jī)械傳動(dòng)存在許多缺點(diǎn)： ⑴在行駛阻力急劇變化的工況下，柴油機(jī)容易過(guò)載熄火，因此要求司機(jī)有熟練的操作技巧。 ⑵采用機(jī)械式變速箱，換擋時(shí)動(dòng)力中斷時(shí)間長(zhǎng)。 ⑶柴油機(jī)振動(dòng)直接傳遞到傳動(dòng)系個(gè)零件，而行駛阻力的變動(dòng)又直接影響柴油機(jī)的工作，降低了柴油機(jī)和零部件的使用壽命。 ⑷工作阻力的變化將直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)的工作，為了充分利用發(fā)動(dòng)機(jī)的功率，需要增加變速器的檔位數(shù)，因而變速器結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜，并且增加了司機(jī)的換檔次數(shù)。 ⑸機(jī)械傳動(dòng)不能進(jìn)行無(wú)極調(diào)速，遠(yuǎn)距離傳動(dòng)比較困難。 上述缺點(diǎn)在行駛阻力變化劇烈及經(jīng)常改變行駛方向的工況下影響特別顯著。因此，機(jī)械傳動(dòng)適用于行駛阻力比較穩(wěn)定的連續(xù)作業(yè)機(jī)械。 2.5.2液力機(jī)械傳動(dòng) 液力機(jī)械傳動(dòng)是在普通機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)中串聯(lián)或并聯(lián)加入液力變矩器（或液力偶合器）后，使發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的動(dòng)力通過(guò)液力變矩器（或液力偶合器）及機(jī)械傳動(dòng)部件傳到驅(qū)動(dòng)輪，這個(gè)系統(tǒng)稱為液力機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)。它具有的主要優(yōu)點(diǎn)是：使工程機(jī)械具有自動(dòng)適應(yīng)載荷變化的特性；簡(jiǎn)化了機(jī)械的操縱，延遲了機(jī)械的使用壽命；提高了機(jī)械的起步性能和通過(guò)性能同時(shí)簡(jiǎn)化了維修工作。 與機(jī)械傳動(dòng)相比，液力機(jī)械傳動(dòng)的主要缺點(diǎn)是成本高，在行駛阻力變化小而進(jìn)行連續(xù)作業(yè)時(shí)，上述優(yōu)點(diǎn)并不明顯，而由于變矩器的傳動(dòng)損失，增加的燃油消耗量。 2.5.3電力傳動(dòng) 電力傳動(dòng)是利用電力設(shè)備并調(diào)節(jié)電參數(shù)來(lái)傳遞動(dòng)力和進(jìn)行控制。采用發(fā)電機(jī)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，通過(guò)電力驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)行走機(jī)構(gòu)與工作機(jī)構(gòu)。電力傳動(dòng)的主要優(yōu)點(diǎn)是： ⑴動(dòng)力裝置和車輪之間無(wú)剛性聯(lián)系，便于總體布置和維修。 ⑵變速箱操縱輕便，可實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速，同時(shí)容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)操作。 ⑶電動(dòng)輪通用性強(qiáng)，可簡(jiǎn)單的實(shí)現(xiàn)任意多驅(qū)動(dòng)輪的方式以滿足不同機(jī)械對(duì)牽引性能和通過(guò)性能的要求。 電力傳動(dòng)存在的缺點(diǎn)是：運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性差，易受外界負(fù)載的影響，慣性大，起動(dòng)及轉(zhuǎn)向慢，受溫度、濕度、振動(dòng)、腐蝕等環(huán)境因素影響較大。而且成本高，據(jù)統(tǒng)計(jì)比液力機(jī)械傳動(dòng)成本約貴20%左右。目前僅用于大功率的自卸載重汽車、鏟運(yùn)機(jī)及礦用輪式裝載機(jī)等機(jī)械中。 2.5.4液壓傳動(dòng) 采用發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)隨機(jī)的油泵站，再由液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)行走機(jī)構(gòu)。該傳動(dòng)方式取消了主離合器、變速箱、后橋等傳動(dòng)部件，使工作裝置的操縱和整機(jī)驅(qū)動(dòng)方式統(tǒng)一，可減輕機(jī)重、結(jié)構(gòu)緊湊、總體布置簡(jiǎn)單，原地轉(zhuǎn)向性能好，可實(shí)現(xiàn)牽引力和速度的無(wú)極調(diào)整，大大提高了牽引性能。與其它傳動(dòng)方式相比，液壓傳動(dòng)具有的有點(diǎn)有： ⑴能實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速且變速范圍大，并能實(shí)現(xiàn)微動(dòng)。 ⑵變速操縱簡(jiǎn)單。 ⑶可利用液壓系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)制動(dòng)。 ⑷采用左右輪分別驅(qū)動(dòng)的系統(tǒng)，能方便地實(shí)現(xiàn)彎道行駛和轉(zhuǎn)向。 ⑸便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)和遠(yuǎn)距離操作。 液壓傳動(dòng)具有其獨(dú)特的優(yōu)越性，但也不能忽視其存在的缺點(diǎn)：對(duì)液壓元件制造精度要求高，工藝復(fù)雜，成本較高；液壓元件維修較復(fù)雜，且需有較高的技術(shù)水平；液壓傳動(dòng)對(duì)油溫變化較敏感，這會(huì)影響它的工作穩(wěn)定性。因此液壓傳動(dòng)不宜在很高或很低的溫度下工作，使用液壓傳動(dòng)對(duì)維護(hù)的要求高，工作油要始終保持清潔。液壓傳動(dòng)在能量轉(zhuǎn)化的過(guò)程中，壓力大，流量損失大，系統(tǒng)傳動(dòng)效率較低。 經(jīng)過(guò)對(duì)機(jī)械傳動(dòng)、液力機(jī)械傳動(dòng)、電力傳動(dòng)、液壓傳動(dòng)的分析比較，隨著液壓技術(shù)的不斷發(fā)展完善，液壓傳動(dòng)的應(yīng)用日益廣泛，鑒于本機(jī)械產(chǎn)品的實(shí)際要求，在充分考慮其實(shí)現(xiàn)可行性和經(jīng)濟(jì)性的基礎(chǔ)上本產(chǎn)品設(shè)計(jì)中采用液壓傳動(dòng)系統(tǒng)。 2.6行走方式的比較與選擇 運(yùn)輸車根據(jù)不同的行走系可分為輪胎式、履帶式等。相對(duì)履帶式而言，輪胎式挖掘機(jī)對(duì)路面要求高，由于履帶式挖掘機(jī)的附著力大，能達(dá)到輪胎式的1.5倍，通過(guò)性好，接地比壓小，適宜在松軟地段和濕地作業(yè)，抗磨損性能好，可在碎石地段、地形起伏較大的惡劣條件下作業(yè)，爬地能力強(qiáng)，宜在山區(qū)作業(yè)。履帶式行走系比之輪胎式有以下特點(diǎn)： （1）履帶式運(yùn)輸車的驅(qū)動(dòng)輪只卷繞履帶而不在地面滾動(dòng)，機(jī)器全重經(jīng)支重輪壓在多片履帶板上，全部重量都是附著重量（這相當(dāng)于全輪驅(qū)動(dòng)的輪式機(jī)器），加上履帶支承面上同時(shí)抓地的履齒較輪式機(jī)器同時(shí)抓地的胎面花紋多得多，所以履帶式機(jī)器的牽引附著性能要好得多。 （2）與同馬力的輪胎式機(jī)器相比，由于履帶支承面大，接地比壓小（一般小于0.1MPa），所以在松軟土壤上的下陷深度小，因而滾動(dòng)阻力小，有利于發(fā)揮較大的牽引力。 （3）履帶式行走系重量大，運(yùn)動(dòng)慣性大，緩沖減振作用小。結(jié)構(gòu)中最好有某些彈性元件。 綜上比較，考慮到運(yùn)輸車一般在野外作業(yè)，工作載荷變化大，作業(yè)環(huán)境惡劣，技術(shù)保養(yǎng)條件差；而履帶式行走裝置又是液壓挖掘機(jī)用得最多的一種裝置。因此本設(shè)計(jì)采用了履帶式行走裝置。 經(jīng)過(guò)上述總體方案的選型設(shè)計(jì)，最終確定行走裝置的動(dòng)力路線為：柴油機(jī)—液壓泵—控制閥—液壓馬達(dá)—制動(dòng)器—減速器—驅(qū)動(dòng)輪—履帶。 第三章 主要參數(shù)的確定 3.1總體幾何尺寸的設(shè)計(jì) 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)。 在本次設(shè)計(jì)中按照標(biāo)注選定法、理論分析計(jì)算法等方法得出的參數(shù)值不可能都是完全切合的。通常在設(shè)計(jì)開始時(shí)一些參數(shù)還不能利用以上方法完全確定，因此在本設(shè)計(jì)中有的參數(shù)采用了經(jīng)驗(yàn)公式法進(jìn)行計(jì)算。 （1）履帶帶長(zhǎng)： =1.38 (210) 1764 式中：為尺寸系數(shù)（1.251.5），本設(shè)計(jì)?。? 為整機(jī)重量，本設(shè)計(jì)=2噸（本設(shè)計(jì)除特殊說(shuō)明外，含義相同）。 考慮到整體布局，類比同型產(chǎn)品可在此基礎(chǔ)上增大10%；故可取為1913。 （2）驅(qū)動(dòng)輪與導(dǎo)向輪軸向中心距： =1.1(210) 1386 式中：為尺寸系數(shù)(1.01.2)。 考慮到整體布局，類比同型產(chǎn)品可在此計(jì)算的基礎(chǔ)上增大10%-20%；故可將取整為1525。 （3）軌距 =0.6(210) 756 式中：為尺寸系數(shù)(0.60.85)。 考慮到整體布局及寬度，故可取為756。 （4）履帶高度 =0.32(210) 403 式中:為尺寸系數(shù)(0.30.35)。 為了整體的整體布局，考慮將其擴(kuò)大14%左右，計(jì)算得=472。 （5）履帶板寬 由經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)得：的值可在200800間取值,由于載重量較小，根據(jù)《中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)—液壓挖掘機(jī)履帶GB10677—89》規(guī)格系列查取=400。 （6）底盤總寬 =756+400 =1156 （7）履帶接地長(zhǎng)度 = + 0.35D = + 0.35( ) =1525+0.35（1913-1525） 1661 式中：為驅(qū)動(dòng)輪直徑，約為。 （8）后端支重輪到驅(qū)動(dòng)輪間距 =2.5101 252.5 式中：為尺寸系數(shù)（2.42.6)； 為履帶節(jié)距，根據(jù)表3-1 表3-1 應(yīng)用機(jī)器質(zhì)量（噸） 3.5～9 10～40 >40 節(jié)距（mm） 101 135 140 154 171 190 203 216 229 260 317 … 則取=101。 （9）前端支重輪到導(dǎo)向輪間距 = =2.41101 243.41 式中： 為尺寸系數(shù)(2.43)，為了布局近似取=243.5 (10) 兩端支重輪間距 = =1525-252.5-242.4 =1030.1 （11）懸架頂部離地高 = =0.4(210) 504 式中：為尺寸系數(shù)(0.370.42)。 為了整體的整體布局，考慮將其擴(kuò)大3%左右，計(jì)算得=519。 (12)懸架底部離地高 =(0.40.5) =0.45519 =233.55 為了整體布局，取整得=235。 為了整體美觀，試取剛性架提高高度=100 (13)相鄰兩支重輪間距 =(12) =1.46 147 現(xiàn)將機(jī)體主要線性尺寸列于表3-2。 表3-2 機(jī)體主要線性尺寸 項(xiàng)目 履帶長(zhǎng)度 軌距 輪距 履帶總高 懸架頂部離地高 懸架底離地高 履帶板寬 結(jié)果/mm 1913 756 1525 472 519 235 400 3.2驅(qū)動(dòng)輪主要參數(shù)的確定及強(qiáng)度校核 驅(qū)動(dòng)輪是將傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力傳至履帶，以產(chǎn)生使車輛運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力。因此，要求驅(qū)動(dòng)輪與履帶的嚙合性能要良好，即在各種不同行駛條件和履帶不同磨損程度下嚙合應(yīng)平穩(wěn)，進(jìn)入和退出嚙合要順利，不發(fā)生沖擊、干涉和脫落履帶的現(xiàn)象，其次要耐磨且便于更換磨損元件。 3.2.1主要參數(shù)的確定 （1）節(jié)距，驅(qū)動(dòng)輪節(jié)距應(yīng)與履帶節(jié)距相等，。 （2）齒數(shù)，增加驅(qū)動(dòng)輪齒數(shù)，能使履帶速度均勻性改善，摩擦損失減少，但會(huì)導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)輪直徑增大，引起機(jī)重和整機(jī)高度的增加。驅(qū)動(dòng)輪齒數(shù)一般為奇數(shù)，使得嚙合過(guò)程中每個(gè)齒都能和節(jié)銷嚙合。其齒數(shù)通常取，本設(shè)計(jì)中取 （3）驅(qū)動(dòng)輪直徑的確定 驅(qū)動(dòng)輪的節(jié)圓半徑按下式計(jì)算： = 187 式中：為驅(qū)動(dòng)鏈輪的名義齒數(shù)，為實(shí)際齒數(shù)的半，則=。 驅(qū)動(dòng)輪模數(shù)： 驅(qū)動(dòng)輪節(jié)距： =16×3.14 =50.24 驅(qū)動(dòng)輪的齒頂圓半徑按下式計(jì)算： 齒根圓半徑的計(jì)算公式如下： 式中：為履帶節(jié)銷半徑，根據(jù)《中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)—液壓挖掘機(jī)履帶GB10677—89》規(guī)格系列查取=26.9。 齒根圓弧偏心距： =0.07（） =0.07（101226.9） 3.30 3.2.2強(qiáng)度的校核 按機(jī)械零部件的計(jì)算方法驗(yàn)算輪齒的齒面接觸強(qiáng)度。驅(qū)動(dòng)輪輪齒齒面擠壓應(yīng)力應(yīng)滿足： 式中：—驅(qū)動(dòng)輪齒寬度，； —履帶銷套外徑，查對(duì)應(yīng)履帶型號(hào)得； —許用用擠壓應(yīng)力；=。 條件滿足，符合強(qiáng)度要求。 3.3行走裝置的牽引力計(jì)算 山地運(yùn)輸車行走時(shí)，需要克服行走中所遇到的各種運(yùn)動(dòng)阻力，牽引力也就是用于克服這些運(yùn)動(dòng)阻力的。牽引力計(jì)算原則是行走裝置的牽引力應(yīng)該大于總阻力，而牽引力又不會(huì)超過(guò)機(jī)械與地面的附著力。行走裝置運(yùn)行時(shí)所發(fā)出的牽引力必需能克服下列阻力：履帶的內(nèi)阻力；土壤變形等的運(yùn)行阻力；坡度阻力和轉(zhuǎn)彎阻力等。 3.3.1土壤的變形阻力 土壤對(duì)履帶行走裝置在運(yùn)行時(shí)的阻力是由于履帶使土壤擠壓變形而引起的，土壤形阻力計(jì)算如下： = =0.122 =0.24 式中：為土壤的變形阻力；為運(yùn)行比阻力，考慮到挖掘機(jī)工作環(huán)境較為惡劣，值取為0.100.15。 3.3.2坡度阻力 坡度阻力是由于機(jī)器在斜坡上因自重的分力所引起的。設(shè)坡角度為，則坡度阻力為： = =1.14 式中：為坡度阻力；為坡度角度，取為。 3.3.3轉(zhuǎn)彎阻力 履帶式運(yùn)行裝置在轉(zhuǎn)彎時(shí)所受到的阻力較為復(fù)雜，其中包括履帶與地面的摩擦阻力，履帶板側(cè)面剪切土壤的阻力以及履帶板突肋擠壓土壤的阻力等等。這些阻力要全部進(jìn)行詳細(xì)計(jì)算是比較困難的，但因第一項(xiàng)阻力最大，也是最主要的，所以重點(diǎn)研究履帶板在轉(zhuǎn)彎時(shí)與地面的摩擦力矩。 = =0.385 式中：為轉(zhuǎn)彎阻力；為履帶與地面摩擦系數(shù)，取值為。 3.3.4履帶運(yùn)行的內(nèi)阻力 履帶運(yùn)行時(shí)由于履帶銷軸間的摩擦以及支重輪、導(dǎo)向輪和驅(qū)動(dòng)輪等滾動(dòng)阻力和軸頸摩擦阻力形成履帶運(yùn)行的內(nèi)阻力。 = =0.12 式中：為履帶運(yùn)行的內(nèi)阻力。 3.3.5不穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)的慣性阻力 = =0.02 式中：為不穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)的慣性阻力。 3.3.6總阻力的計(jì)算 忽略風(fēng)載阻力，則轉(zhuǎn)彎行走阻力為： =0.24+0.385+0.12+0.02 = 0.765 坡道運(yùn)行阻力為： =0.24+1.14+0.12+0.02 =1.52 因?yàn)?，則取總阻力為1.52。 3.3.7牽引力的校核 履帶式工程機(jī)械的行走牽引力的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算： = =1.6 牽引力，因?yàn)?，所以牽引力滿足要求，則牽引力為：1.6。每條履帶的牽引力：。 附著力： = 1.63 式中：為履帶和地面間的附著系數(shù)，取為0.9；為坡度角。 所以，由此得，，滿足牽引力計(jì)算原則，符合設(shè)計(jì)要求。 第四章 抗側(cè)翻穩(wěn)定性分析 4.1抗側(cè)翻設(shè)計(jì)的意義 在運(yùn)輸車行駛過(guò)程中，側(cè)翻是一種嚴(yán)重威脅駕駛員安全的事故。側(cè)翻被定義為能夠使車輛繞其縱軸旋轉(zhuǎn)90度甚至更多，以至于車身同地面接觸的任何一種操縱。側(cè)翻可以由一個(gè)或一系列綜合因素產(chǎn)生。主要有三個(gè)因素和它們之間的相互作用造成了車輛側(cè)翻事故，這三個(gè)因素分別是司機(jī)、駕駛環(huán)境和車輛結(jié)構(gòu)。當(dāng)車輛的側(cè)向加速度超過(guò)某臨界值時(shí)，汽車內(nèi)側(cè)車輪的軸荷（相應(yīng)的地面支反力）趨于零值，側(cè)翻就可能發(fā)生；在有坡度的路面（或無(wú)路情況）上遭遇不平路面的沖擊時(shí)，地面松軟或其他障礙物也會(huì)產(chǎn)生足夠的側(cè)向力，從而使車輛產(chǎn)生側(cè)翻。 山地果園自走式履帶運(yùn)輸車除了要具有山地行駛能力外還需要在高載重情況下工作，因此對(duì)其總體設(shè)計(jì)應(yīng)要求具有合理的布局和結(jié)構(gòu)緊湊。在動(dòng)力性方面應(yīng)保證其有足夠的驅(qū)動(dòng)力以獲得較好的加速、爬坡與越障性能，同時(shí)提高履帶式運(yùn)輸車的安全性和穩(wěn)定性也極為重要。由于整車尺寸相對(duì)較小，履帶底盤的尺寸也有限，因此在山區(qū)丘陵地帶凹凸不平的路面行駛時(shí)比大中型履帶車輛易側(cè)翻，提高其各種負(fù)荷下的抗側(cè)翻性能顯得尤其重要。 側(cè)翻是一個(gè)包括作用在整車外部和車輛內(nèi)部的力的相互作用的復(fù)雜過(guò)程。顯然，側(cè)翻受操縱行為和公路環(huán)境的影響。由于自走式履帶運(yùn)輸車的車速不高，其行駛條件狀況多在有坡度的路面（或無(wú)路情況）上比較多，側(cè)翻的發(fā)生主要受外部環(huán)境的影響。 4.2抗側(cè)翻設(shè)計(jì)的方法分析 整車靜力學(xué)仿真用solidworks軟件分析整車模型質(zhì)心位置，利用履帶車穩(wěn)定性評(píng)價(jià)指標(biāo)公式計(jì)算出履帶車的極限坡度角。整個(gè)仿真過(guò)程也是建立在裝配模型的基礎(chǔ)上的，通過(guò)給各部件進(jìn)行材料定義，建立相應(yīng)的測(cè)量坐標(biāo)系等一系列操作來(lái)實(shí)現(xiàn)。模型圖在完全裝配好后，給模型中的每個(gè)零件定義材料，如表4.1 所示。整車中未被定義材料的金屬零件統(tǒng)一定義為普通鋼材。 圖4-1 solidworks建模的山地運(yùn)輸車 表4.1 整車以及零部件質(zhì)量統(tǒng)計(jì) 序號(hào) 零部件 材質(zhì) 密度/kg.m-3 泊松比 彈性模量/MPa 1 車廂 Q235A 7.83X103 0.274 2.1X105 2 車體 HT150 7.0X103 0.194 1.16X105 3 履帶 橡膠 1.0X103 0.49 6.1 4 輪組 40Cr 7.87X103 0.277 2.1X105 5 軸 45 7.82X103 0.28 2.1X105 6 其他部件 普通碳鋼 7.83X103 0.27 2.0X105 完成材料定義后，建立質(zhì)心的測(cè)量坐標(biāo)系。由于履帶式運(yùn)輸車極限坡度角的計(jì)算需要求得整車質(zhì)心的離地高度和距離履帶首尾接地的距離，故以履帶底平面、履帶與地面的首尾接觸點(diǎn)的鉛垂面和整車的縱向平分面為基準(zhǔn)平面建立兩個(gè)測(cè)量坐標(biāo)系。最后得出整車靜力學(xué)仿真質(zhì)心位置，并求得履帶運(yùn)輸車行駛狀態(tài)參數(shù)如表4.2所示，表中h為質(zhì)心高度、a為質(zhì)心至后支重輪輪心距離、L為履帶的接地長(zhǎng)度、e為車輛重心距縱向?qū)ΨQ面的偏移距離。 表4.2 自走式履帶運(yùn)輸車行駛狀態(tài)參數(shù)分析 序號(hào) 行駛狀態(tài) h/mm a/mm (L-a)/mm E平均值/mm 1 平地空載行駛 255.4 135.4 624.6 5.42 2 上坡滿載行駛 385.6 308.4 451.6 3.13 3 平地滿載行駛 424.7 359.9 400.1 2.44 圖 4-2 為履帶式運(yùn)輸車的極限上坡角αlim 和極限下坡角α′lim示意圖，其計(jì)算式為： αlim=arctan（a/h） (1) α’lim=arctan(（L-a）/h） (2) 式中 Ｌ—履帶接地長(zhǎng)度。 圖4-2履帶式運(yùn)輸車極限上坡角、極限下坡角示意圖 由式（1）和式（2）可求出所設(shè)計(jì)的履帶式運(yùn)輸車的縱向極限上、下坡度角，如表4.3所示。 表4.3 各行走狀態(tài)下的自走式履帶運(yùn)輸車的縱向極限坡度角 序號(hào) 行駛狀態(tài) 極限上坡角 αlimh/（°） 極限上坡角 α’limh/（°） 1 平地空載行駛 27.9 67.8 2 上坡滿載行駛 38.7 49.5 3 平地滿載行駛 40.3 43.3 各狀態(tài)下的橫向極限坡度角表明履帶式運(yùn)輸車的抗側(cè)翻的能力，計(jì)算式為: βlim=arctan(0.5(B+b)-e)/h （3） 式中 Ｂ———履帶式運(yùn)輸車輛軌距 ｂ———履帶接地寬度 由式（3）計(jì)算得橫向極限坡度角如表4.4所示。 表4.4 各行走狀態(tài)下的自走式履帶運(yùn)輸車的橫向極限坡度角 序號(hào) 行駛狀態(tài) 橫向極限坡度角 αlimh/（°） 1 平地空載行駛 50.9 2 上坡滿載行駛 38.7 3 平地滿載行駛 36.8 從仿真分析的結(jié)果與設(shè)計(jì)的要求可知，通過(guò)裝配過(guò)程與各總成設(shè)計(jì)的目標(biāo)參數(shù)化調(diào)整，使履帶式運(yùn)輸車的整體布局符合了設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)的要求。靜力學(xué)仿真的整車質(zhì)心相對(duì)于縱向平分面距離的3個(gè)仿真結(jié)果均小于55mm，基本上達(dá)到整車左右相同配重的原則，提高了整車抗側(cè)翻的性能。 結(jié)論 （1）根據(jù)山地果園的特點(diǎn)，為解決微型山地履帶運(yùn)輸車抗側(cè)翻性能較差的問(wèn)題，對(duì)整車系統(tǒng)布局提出了可行的設(shè)計(jì)方案。 （2）建立了整車三維實(shí)體模型，對(duì)模塊化組件進(jìn)行虛擬裝配，并對(duì)其進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)和靜力學(xué)仿真分析，通過(guò)分析優(yōu)化，使設(shè)計(jì)滿足技術(shù)參數(shù)要求，提高了整車抗側(cè)翻性能。 （3）與現(xiàn)有果園運(yùn)輸工具對(duì)比，履帶式運(yùn)輸車對(duì)地形有較強(qiáng)的適應(yīng)能力，在山區(qū)無(wú)路地形也具有更好的通過(guò)性和行駛穩(wěn)定性。由于其行駛速度較低，較適合山地果園短途運(yùn)輸和小規(guī)模果園使用，解決了其他運(yùn)輸方式存在的不足。 4.3轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性分析 4.3.1 履帶式車輛的轉(zhuǎn)向原理： 履帶式車輛轉(zhuǎn)向是利用轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)來(lái)調(diào)節(jié)傳至兩側(cè)履帶上的驅(qū)動(dòng)力，使左、右驅(qū)動(dòng)輪上的驅(qū)動(dòng)力不等來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 4.3.2 雙履帶式車輛轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)學(xué) 履帶車輛不帶負(fù)荷時(shí)，在水平地段上繞轉(zhuǎn)向軸線O作穩(wěn)定轉(zhuǎn)向的簡(jiǎn)圖，如圖4-3所示。從轉(zhuǎn)向軸線O到車輛縱向?qū)ΨQ平面的距離R，稱為履帶式車輛的轉(zhuǎn)向半徑。 以代表軸線O在車輛縱向?qū)ΨQ平面上的投影，的運(yùn)動(dòng)速度代表車輛轉(zhuǎn)向時(shí)的平均速度。則車輛的轉(zhuǎn)向角速度為： 　 (4) 　 圖4-3 履帶式車輛轉(zhuǎn)向運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖 轉(zhuǎn)向時(shí)，機(jī)體上任一點(diǎn)都繞轉(zhuǎn)向軸線O作回轉(zhuǎn)，其速度為該點(diǎn)到軸線O的距離和角速度的乘積。所以慢、快速側(cè)履帶的速度和分別為： ????????? (5) 式中：B—履帶車輛的軌距。 根據(jù)相對(duì)運(yùn)動(dòng)原理，可以將機(jī)體上任一點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)分解成兩種運(yùn)動(dòng)的合成：(1)牽連運(yùn)動(dòng)，；(2)相對(duì)運(yùn)動(dòng)。 由上可得： 4.3.3 雙履帶式車輛轉(zhuǎn)向動(dòng)力學(xué) 4.3.3.1牽引平衡和力矩平衡 圖4-4給出了帶有牽引負(fù)荷的履帶式車輛，在水平地段上以轉(zhuǎn)向半徑R作低速穩(wěn)定轉(zhuǎn)向時(shí)的受力情況(離心力可略去不計(jì))。 轉(zhuǎn)向行駛時(shí)的牽引平衡可作兩點(diǎn)假設(shè)： (1) 在相同地面條件下，轉(zhuǎn)向行駛阻力等于直線行駛阻力，且兩側(cè)履帶行駛阻力相等，即：  (2) 在相同的地面條件和負(fù)荷情況下，相當(dāng)于直線行駛的有效牽引力，即： 　 　 　 圖4-4 轉(zhuǎn)向時(shí)作用在履帶車輛上的外力?? 所以回轉(zhuǎn)行駛的牽引平衡關(guān)系為： ??? (6) 設(shè)履帶車輛回轉(zhuǎn)行駛時(shí)，地面對(duì)車輛作用的阻力矩為，在負(fù)荷作用下總的轉(zhuǎn)向阻力矩為： ? ?????(7) 式中：—牽引點(diǎn)到軸線的水平距離。 如前所述履帶車輛轉(zhuǎn)向是靠?jī)?nèi)、外側(cè)履帶產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力不等來(lái)實(shí)現(xiàn)的，所以回轉(zhuǎn)行駛時(shí)的轉(zhuǎn)向力矩為： ??? ? (8) 穩(wěn)定轉(zhuǎn)向時(shí)的力矩平衡關(guān)系為： ?? 為了進(jìn)一步研究回轉(zhuǎn)行駛特性，有必要對(duì)內(nèi)、外側(cè)驅(qū)動(dòng)力分別加以討論。由上可得： ??????? (9) 式中：為在作用下，土壤對(duì)履帶行駛所增加的反力，亦即轉(zhuǎn)向力，作用方向與驅(qū)動(dòng)力方向相同，以表示。 變形得式： ??? ?? (10) 令所以。υ稱為轉(zhuǎn)向參數(shù)，其意義為轉(zhuǎn)向力與車輛切線牽引力之比。顯然υ大表示轉(zhuǎn)向阻力矩大，υ小表示轉(zhuǎn)向阻力矩小。υ可以綜合反映轉(zhuǎn)向特性。將υ代入得： ??? ?? (11) 下面就值得變化來(lái)討論一下履帶車輛轉(zhuǎn)向情況。 1.當(dāng)ν=0時(shí)，轉(zhuǎn)向阻力矩，。表明車輛作直線行駛。 2.當(dāng)ν=0.5時(shí)，內(nèi)側(cè)履帶的驅(qū)動(dòng)力，，外側(cè)履帶的驅(qū)動(dòng)力。說(shuō)明內(nèi)側(cè)轉(zhuǎn)向離合器徹底分離，但制動(dòng)器沒(méi)有制動(dòng)，牽引負(fù)荷完全由外側(cè)履帶承擔(dān)。 3.當(dāng)ν＜0.5時(shí)，內(nèi)側(cè)履帶的驅(qū)動(dòng)力，，外側(cè)履帶驅(qū)動(dòng)力。說(shuō)明內(nèi)側(cè)離合器處于半分離狀態(tài)，內(nèi)外側(cè)履帶都提供驅(qū)動(dòng)力。 4.當(dāng)ν＞0.5時(shí)，內(nèi)側(cè)履帶的驅(qū)動(dòng)力，，外側(cè)履帶驅(qū)動(dòng)力。說(shuō)明內(nèi)側(cè)離合器不僅完全分離，而且對(duì)驅(qū)動(dòng)鏈輪施加了制動(dòng)力矩，履帶產(chǎn)生了制動(dòng)力。 假定發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速不變，具有轉(zhuǎn)向離合器的履帶式車輛穩(wěn)定轉(zhuǎn)向時(shí)由于快速側(cè)離合器未分離，故該側(cè)履帶的速度就等于車輛直線行駛時(shí)的速度v。 轉(zhuǎn)向時(shí)車輛的平均速度： ????? (12) 這表明，具有轉(zhuǎn)向離合器的履帶式穩(wěn)定轉(zhuǎn)向時(shí)，其平均速度比等速直線行駛時(shí)的速度要低。 當(dāng)車輛作直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，兩側(cè)離合器是結(jié)合的，而制動(dòng)器則是完全松開的。此時(shí)兩側(cè)驅(qū)動(dòng)輪以相同的角速度旋轉(zhuǎn)，其轉(zhuǎn)向參數(shù)ν=0。 車輛需要轉(zhuǎn)向時(shí)，可以有下列兩種情況。 第一種轉(zhuǎn)向情況是：將兩側(cè)制動(dòng)器完全松開，部分地或全部分離慢速側(cè)離合器。此時(shí)兩側(cè)履帶上的驅(qū)動(dòng)力為正值，因此兩側(cè)半軸都傳遞驅(qū)動(dòng)力，在這種情況下轉(zhuǎn)向參數(shù)ν0.5。 當(dāng)車輛在第一種情況下(ν0.5)穩(wěn)定轉(zhuǎn)向時(shí)，如圖4-5所示，兩側(cè)履帶上的驅(qū)動(dòng)力均為正值，慢速側(cè)離合器所傳遞的力矩比快速側(cè)離合器所傳遞的力矩要小。設(shè)此時(shí)傳到中央傳動(dòng)從動(dòng)齒輪上的驅(qū)動(dòng)力矩為，則 　 　 圖4-5　υ＜0.5時(shí)作用在具有轉(zhuǎn)向離合器的履帶式車輛后橋上的力矩? 如果將履帶驅(qū)動(dòng)段效率略去不計(jì)，這時(shí)兩側(cè)履帶上的驅(qū)動(dòng)力分別是： 式中：—驅(qū)動(dòng)輪的動(dòng)力半徑。 車輪轉(zhuǎn)向力矩為： ??? (13) 上式說(shuō)明，如0.5的情況下，具有轉(zhuǎn)向離合器的履帶式車輛的轉(zhuǎn)向力矩可以靠慢速側(cè)離合器的摩擦力矩來(lái)調(diào)節(jié)，慢速側(cè)離合器分離程度越大，則摩擦力矩越小，車輛轉(zhuǎn)向力矩就越大。當(dāng)慢速側(cè)離合器全部分離時(shí)=0，轉(zhuǎn)向力矩達(dá)到不施加制動(dòng)器時(shí)的最大值，此時(shí)，ν=0.5。 第二種轉(zhuǎn)向情況是：除了將慢速側(cè)離合器徹底分離外，還對(duì)慢速側(cè)加以制動(dòng)。此時(shí)慢速側(cè)履帶上的驅(qū)動(dòng)力為負(fù)值。因此慢速側(cè)半軸和慢速側(cè)履帶是在機(jī)體帶動(dòng)下運(yùn)動(dòng)的，在這種情況下轉(zhuǎn)向參數(shù)ν>0.5。 ? 圖4-6 υ〉0.5時(shí)作用在具有轉(zhuǎn)向離合器的履帶式車輛后橋上的力矩 在第二種轉(zhuǎn)向情況下(ν>0.5)，慢速側(cè)離合器輸出半軸必須制動(dòng)，在這種情況下，履帶車輛的轉(zhuǎn)向力矩可由下式表示(圖4-6)： ???? (14) 上式說(shuō)明，在第二種轉(zhuǎn)向情況下，車輛的轉(zhuǎn)向力矩，可以利用調(diào)節(jié)制動(dòng)器摩擦力矩的方法來(lái)達(dá)到。 車輛在穩(wěn)定轉(zhuǎn)向時(shí)，制動(dòng)器上所需的摩擦力矩為： 由上式可知，當(dāng)車輛不帶負(fù)荷(=0)且滾動(dòng)阻力極小(=0)時(shí)，制動(dòng)器摩擦力矩可表示為： ????? (17)? 當(dāng)車輛轉(zhuǎn)向受限于附著力時(shí)，轉(zhuǎn)向力矩應(yīng)為： 車輛穩(wěn)定轉(zhuǎn)向時(shí)，轉(zhuǎn)向力矩恒等于轉(zhuǎn)向阻力矩，即,于是求得由土壤附著力決