微型種植園履帶式行走裝置設計研究

馮義超+劉啟航

摘 要：隨著農業產業在現代經濟發展中地位的提升，種植園數量和類型也在不斷增多，且種植園因為所處地區和位置的差異，使得其地形地勢也存在較大差別，這就使得其種植工作也因此受到較大的影響，履帶式行走裝置由此產生。本文針對履帶式行走裝置，大多行走復雜多變路面的特點，在結合微型種植園實際情況的基礎上，對其結構設計工作展開簡單研究分析。

關鍵詞：微型種植園；履帶式行走裝置；設計

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.04.193

就履帶式車輛來講，其帶有接地比壓小、面積大、爬坡能力強、附著性能好、轉彎半徑小、跨溝和越埂能力較強等優勢，在地形較為復雜的種植園區中，具有良好的應用效果。對現代微型種植園來講，某些種植條件相對較為惡劣的地區，就需要具有足夠強度、剛度、性能和轉向功能等，都比較良好的機械設備，完成相應的種植工作。因此，設計一些符合微型種植園，適合種植園環境的履帶式行走裝置非常必要。

1 履帶式行走裝置結構

一般情況下，履帶式行走裝置，由驅動輪、履帶、導向輪、張緊裝置、托帶輪、支重輪等相關裝置組成。履帶同其繞過的支重輪、導向輪、托帶輪、驅動輪，共同組成“四輪一帶”裝置。在該裝置中，行走直接同回轉支撐裝置相連接，通過履帶和支重輪，將裝置接收的荷載傳遞到地面上，履帶與導向輪和驅動亂的連接，是封閉環繞式。為了有效減少履帶上部的撓度，該裝置中的履帶大多都使用托帶輪進行支撐，當履帶因為受到長時間磨損，導致自身長度增加時，操作人員可以借助張緊裝置，對履帶松緊程度進行調整，使其可以維持在一個最佳工作狀態中。見下圖1：

2 履帶行走裝置設計

2.1 選擇履帶

就目前來看，橡膠是最常見的履帶制作材料，它屬于橡膠同金屬、或纖維材料，復合制作而成的一種環形的橡膠帶，適合在工程和農業機械、運輸車輛等，具有行走功能的位置使用。同其他材料制作成為履帶相比，橡膠構成的履帶，在行走的過程中不會對路面造成較大的損害，結構相對較為簡單，維護頻率較低，且在維護時，也未涉及到較為復雜的技術知識，更符合微型種植園實際情況。橡膠履帶屬于整體式無縫設計，同金屬履帶相比，行走時阻力能夠減少15%，同時具有吸附振幅的作用，可以借助降低機器震動程度的方式，增加機械使用年限。履帶中部最厚、朝兩側逐漸變薄的設計方式，可以提升其行走期間，轉向的靈活性。

2.2 確定主要參數

在微型種植園中使用的履帶，其接地長度、帶寬、軌距的匹配度應當非常合理，以便保證該裝置轉彎、附著性能、接地比壓等，都能夠符合相關要求[1]。因為履帶行走裝置的自重、工作荷載等，都是借助履帶被傳送至地面，所以，履帶接地比壓，將直接決定裝置本身通過性，而履帶條數、總接地面積等，則是由地面能夠承受的最大接地比壓、裝置重量來決定，所以，總接地面積，應當按照履帶平均接地比壓和數量來決定。其計算公式為：

2.3 驅動輪

對履帶行走裝置來講，其行走驅動輪半徑，同驅動力矩成正比例關系。即驅動輪半徑越大，力矩就越大；反之，則越小。從提升變速箱安全性、可靠性，減少變速箱整體受力來看，行走裝置的驅動輪半徑，應當要盡可能進行縮小處理，但也不應過小，以免出現履帶彎曲應力增加的情況。因為履帶彎曲直徑減少，其需要承受的應力就越大，履帶使用年限也越短。在驅動輪裝置中，履帶節數和驅動輪齒數屬于互為質數的關系，目的在于確保驅動輪中，各個齒輪流可以同節銷保持嚙合的狀態，以此來達到延長履帶使用時間的目的。與此同時，行走裝置中，可以在前端或者是后端安裝驅動輪，將其作為前驅動、或后驅動使用[2]。之所以選擇將驅動輪安裝在后端，目的在于縮短履帶大幅度受力面積，預防履帶出現下方起拱、避免履帶在轉向時脫落等情況，延長裝置使用壽命。此外，相關人員需要按照種植園內部最嚴重工作情況，校核驅動輪的齒輪強度，確保其在轉彎運動時，發動機功率可以被全部傳遞給某一側履帶，維持履帶的行走的安全性與可靠性。驅動輪節距計算公式為：

2.4 支重輪

從履帶支重輪壓力傳遞情況出發，該結構可以被分為少支點、多支點兩個類型。其中，多支點指的是同地面接觸履帶的節數，同率帶上支重輪的比值在2以下，支重輪直徑相對較小、數量較多，兩個支重輪間的距離較短[3]。在微型種植園中，履帶式行走裝置主要在丘陵、或山區地區使用，大部分都屬于土質路面，所以在設計履帶裝置時，應當選擇較小的平均接地比壓，且各個支重輪上的壓力，也要確保分配的均勻性，最佳方案就是多支點的支重輪結構。

3 總結

總而言之，履帶式行走裝置，能夠按照具體的地形地勢情況、種植要求等，不斷調整自己的通過性，從而更好的完成種植園的相關種植工作，提高其種植效率和生產率，進一步推動農業產業的可持續發展。

參考文獻：

[1]李磊.果園多功能履帶式作業平臺設計與研究[D].西北農林科技大學，2016.

[2]朱節宏.伸縮式輪履可切換小型挖掘機行走裝置的設計研究[D]. 廣西大學，2016.

[3]劉大為，謝方平，李旭等.果園采摘平臺行走機構的研究現狀及發展趨勢[J].農機化研究，2013，35（02）：249-252.

作者簡介：馮義超（1985-），河南長垣人，碩士在讀，工學學士，研究方向：機械設計。endprint