履帶拖拉機越埂變形裝置的設計

黃晶晶，肖名濤，孫松林

（1.湖南農業大學 教育學院，湖南 長沙 410128；2.湖南農業大學 工學院，湖南 長沙 410128）

履帶拖拉機越埂變形裝置的設計

黃晶晶1，肖名濤2，孫松林2

（1.湖南農業大學 教育學院，湖南 長沙 410128；2.湖南農業大學 工學院，湖南 長沙 410128）

針對履帶式拖拉機在越埂時因存在過大傾角而產生的安全問題，設計了一種履帶拖拉機變形裝置。文章介紹其整體結構與工作原理，并對變形架機構與履帶張緊機構進行詳細說明。裝備該變形裝置的履帶拖拉機在通過田埂時可降低最大傾角和懸空高度，進而行駛更加穩定、安全。

履帶拖拉機；可變形履帶；變形機構

隨著我國南方農業機械化快速發展，越來越多的地區實現了機械化生產。而南方地形、地貌復雜，耕地多為小塊水稻田，田塊間筑有田埂。農田作業機械要經常越過田埂，而普通履帶式拖拉機越過田埂時，履帶前端懸空高度較高，易造成較大的沖擊，這對行駛穩定性造成很大的影響，甚至危及駕駛員安全。

針對該問題，設計一種結構可變形的履帶行駛裝置，使履帶支撐結構隨地形變化，減小履帶懸空高度，進而減小沖擊。

1 履帶變形裝置的工作原理

南方因氣候溫暖潮濕，耕地多為泥土松軟的水稻田，采用履帶驅動的拖拉機因其越溝性能好，對農田、道路的破壞性較小而被廣泛用于水稻田作業機械的行駛裝置。

1.1 履帶拖拉機越埂分析

南方稻田被分成很多小面積的田塊，在各田塊之間筑有高約20cm、寬30cm的田埂。普通履帶拖拉機通過田埂時履帶不可變形。其工作的狀況如圖1所示。

圖1 履帶拖拉機未變形越埂圖

履帶式拖拉機掛載旋耕機后總長約為3.3m，履帶接地長度為1.1m。隨著拖拉機駛上高為20cm的田埂，其傾斜角度越來越大，當整車重心越過田埂I時，傾角達到最大約20°，此時拖拉機前端懸空高度H達到最高處約1m，隨后車頭下沉，履帶砸向地面，對行駛的穩定性和安全性造成嚴重影響。同時過大的傾角和沖擊將對發動機和減速器等重要部件造成影響，縮短其使用壽命。

1.2 履帶變形裝置的結構分析

不可變形履帶車架在通過田埂時易造成較大的沖擊。為減少沖擊，設計一款履帶變形裝置。如圖2所示，該履帶裝置在通過田埂時由于結構的變形，履帶形狀將適應地形而變化，限制了最大傾角。

圖2 越埂變形裝置結構圖

變形履帶裝置由驅動裝置、變形裝置和履帶支撐裝置組成。驅動裝置由驅動輪、承重輪、履帶和車架組成。車架前后分別焊接有前后支撐架，驅動輪安裝在后支撐架上方，后支撐輪安裝于后支撐架。前支撐架有滑動導槽，用以約束前支撐輪水平運動。履帶支撐裝置由支撐輪、液壓缸和滑動桿組成。前支撐輪裝于滑動桿端部，并通過液壓缸與車架連接，履帶張緊力通過控制液壓油壓力調節。變形裝置由變形架、壓板、復位彈簧和變形承重輪組成。在前支撐架和后支撐架分別安裝有前變形架和后變形架，經復位彈簧與車架彈簧支座連接，變形承重輪用彈簧對稱安裝在前后變形架上。

1.3 工作過程分析

履帶越梗作業過程如下：履帶拖拉機以垂直田埂的方向勻速行駛。當前變形架壓上田埂，彈簧開始變形，前變形架開始繞其銷軸順時針旋轉，履帶隨之向內凹陷。當履帶張力在滑動桿上的分力大于液壓缸推力在滑動桿上的分力時，液壓缸收縮，前支撐輪向后移動。當田埂處于前變形架中部位置時，前變形架的伸縮彈簧繼續被壓縮，此時履帶張力較大，變形承重輪的彈簧力與履帶變形力一同帶動后變形架逆時針旋轉。當田埂處于履帶中部位置時，如圖3所示，變形承重輪向內收縮到最大位置，履帶內凹形成與田埂相似的形狀，達到變形最大位置。駛出田埂時履帶漸漸恢復原狀，液壓缸推動前支撐輪前移張緊履帶。

圖3 履帶變形機構簡圖

在進行正常作業時，履帶拖拉機的結構不需有太大的變形，因此切換到正常工作模式。履帶式拖拉機在正常行駛作業時，液壓缸將前支撐輪頂到前極限位置，此時液壓泵卸何，液壓缸接壓力蓄能器保持履帶張緊力。

2 關鍵部件的結構設計

（1）變形機構的結構設計。變形機構是履帶變形裝置的主要部件之一。如圖4（a）所示，變形機構主要由變形架、彈簧、承重輪和壓板組成，其中變形架安裝在車架的銷軸上，其兩端通過銷軸安裝承重輪。壓板使變形架所在的履帶段受力均勻。

圖4 變形架機構圖

圖4（b）所示為變形架在平地行駛時的受力圖。越埂時，由于田埂反力F2和彈簧力FT2對轉動銷軸之矩大于F1和彈簧力FT1的作用，變形架整體繞銷軸旋轉，達到新的平衡點。隨著變形架轉動角度增大，彈簧力FT2變得越來越大，與田埂反力F2共同作用達到最大變形量。

（2）液壓張緊裝置的結構設計。該履帶張緊機構主要由液壓系統、滑動桿及支撐輪組成。如圖5所示，液壓缸推動支撐輪沿滑動桿運動張緊履帶，由兩位四通電磁換向閥控制系統工作狀態。當需要越埂時，利用溢流閥調定系的壓力，使液壓缸以基本不變的推力適應支撐輪的移動。當正常工作時，滑動桿被推至右極限位置，切換換向閥使進出油口封閉，液壓泵卸何，由壓力蓄能器保持液壓缸推力。

圖5 液壓張緊結構

（3）變形承重輪的結構設計。變形承重輪的變形結構主要由承重輪、承重架和彈簧組成。如圖6所示，承重輪經軸承安裝在承重架上，承重架兩端對稱安裝伸縮彈簧。該機構主要起支承作用和對兩變形架的運動的連接作用。

圖6 變形承重輪結構

3 結論

裝備該履帶變形裝置的農田作業車輛在越埂時極大降低了最大傾斜角度和懸空高度，提高了作業安全性。該裝置的普及有利于南方丘陵地區的農業機械化。

［1］肖名濤，孫松林，謝方平，等.一種用于履帶式農田作業車輛的履帶越埂變形裝置［P］.中國專利：104691636A，2015-6-10.

［2］劉大為，謝方平，李旭.一種可變形履帶行走裝置的設計［J］.湖南農業大學學報，2015，41（1）：99-103.

［3］黃雪濤，顧亮，呂維維，等.履帶張緊力及其影響因素分析［J］.兵工學報，2014，35（7）：1110-1116.

［4］孫智勇，左方印，朱洪俊，等.雙曲柄滑塊機構變形履帶機器人越障機構設計和分析［J］.機械傳動，2014，38（6）：91-94.

［5］孫恒，葛文杰.機械原理［M］.北京：高等教育出版社，2006.

湖南省科技廳重點研發計劃項目（2015NK2006，2016NK21 11）。

黃晶晶（1996-），男，湖南邵陽人，大學本科，主要從事農業機械設計與研究工作。

通迅作者：肖名濤（1981-），男，湖南桑植人，博士，副教授，主要從事農業機械研究工作。