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橡胶履带式喷雾机行走装置的设计及性能研究

吉理想  
【摘要】:病虫害防治是确保农林业丰产丰收的重要环节。为提高大田作物及高大林木的病虫害防控装备水平,研究一种将高射程喷雾装置与橡胶履带底盘从结构和功能上创新性糅合的橡胶履带自走式喷雾机。 采用模型简化的方法,建立履带接地比压模型。导出了水平路面和坡道上的接地比压分布函数、地面附着力以及理论驱动力的表达式,结果表明:接地比压中心偏离接地长度中心的距离应小于接地长度的1/6;在塑形土壤上,接地比压呈线性分布时,不存在最佳滑转率;当接地比压呈非线性分布时,存在最佳滑转率使得理论驱动力获得最大值。 设计了履带自走式喷雾机的关键结构和核心部件。所设计的行走装置为四轮一带机构,履带是节距为101mm的橡胶履带;每侧四个支重轮,两个支重轮与导轨配套成组使用;接地长度为1.5m,轨距为1.2m,设计速度最高为6km/h;底盘与车架构成一体式车身,为全承载式结构;行走装置配套功率为9kW,整机配套功率为25.4kW。研究了履带机各项性能,满载时名义接地压力为18.1kPa;分析了在三种典型路面上的最大理论爬坡角度,发现该值主要由土壤内摩擦力决定;前进时可以顺利跨越宽度低于0.94m的壕沟,后退时为0.55m;停靠在上、下坡道上的纵向极限角度分别为:33.7°和48.1°。 利用ANSYS对机架进行了静力学分析、模态分析和优化设计。机架在空载和满载时的最大等效应力分别为:90.1MPa和110.3MPa,安全系数分别为:2.61和2.13,材料冗余现象严重;机架的前六阶固有频率为:12.0Hz、14.5Hz、18.9Hz、23.7Hz、27.4Hz和33.3Hz,并获得了前六阶振型的振动状态;利用参数优化设计模块,发现设计评估参数对厚度的敏感度最高;利用拓扑优化设计模块,分析机架中材料的冗余情况,并基于两模块的优化结果,对机架进行了整体优化设计。 对履带机样机进行了试验研究,结果表明:整机系统的前四阶固有频率分别为:54.7Hz、82.0Hz、109.4Hz和165.0Hz,各测试点的时域曲线幅值平坦;通过牵引试验得到满载时履带与地面的最大静摩擦系数f_s和动摩擦系数μ分别为0.20和0.18;建立了驶偏率Δδ与行驶速度V,最小转向半径R_(min)和转向角速度ω的线性回归模型。


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