高地隙四驱植保机可变轮距轴距机架设计.docx

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高地隙四驱植保机可变轮距轴距机架设计

湖南农业大学

全日制普通本科生毕业设计

高地隙四驱植保机可变轮距、轴距机架设计

HIGHLANDGAPALL-WHEEL-WRIVEEPPOMACHINEVARIABLEWHEELTRACKANDWHEELBASECHASSISDESIGN

学生姓名：

学号：

年级专业及班级：

指导老师及职称：

学院：

提交日期：

2015年5月

湖南农业大学全日制普通本科生毕业设计

诚信声明

本人郑重声明：

所呈交的本科毕业设计是本人在指导老师的指导下，进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议。

除设计中已经注明引用的内容外，本设计不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。

对本设计的研究做出重要贡献的个人和集体在设计中均作了明确的说明并表示了谢意。

本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。

毕业设计作者签名：

年月日

目录

摘要…………………………………………………………………………………1

关键词…………………………………………………………………………………1

1前言…………………………………………………………………………………2

1.1研究的目的和意义………………………………………………………………2

1.2研究现状和发展趋势……………………………………………………………2

1.3主要内容…………………………………………………………………………2

2可变轮距、轴距机架概述…………………………………………………………3

2.1可变轮距、轴距机架作用………………………………………………………3

2.2机架构成…………………………………………………………………………3

2.3可变轮距、轴距机架结构形式及优缺点………………………………………3

2.4可变轮距、轴距机架设计要求……………………………………………………4

3可变轮距、轴距机架选择…………………………………………………………4

3.1可变轮距、轴距机架结构特点…………………………………………………4

3.2机架结构分析……………………………………………………………………4

4技术参数确定………………………………………………………………………5

4.1主要技术参数……………………………………………………………………5

4.2可变轮距、轴距性能参数………………………………………………………5

4.3机架最小最大离地间隙参数……………………………………………………5

4.4机架长宽参数……………………………………………………………………6

4.5机架总体设计要求………………………………………………………………6

5关键系统结构设计…………………………………………………………………7

5.4轮距调整系………………………………………………………………………8

5.5轴距调整系………………………………………………………………………9

5.6液压装置…………………………………………………………………………10

5.6.1液压缸的选择…………………………………………………………………10

5.6.2液压缸压力……………………………………………………………………10

5.7液压缸的选择……………………………………………………………………10

5.8液压缸压力………………………………………………………………………10

6应力强度校核及设计计算…………………………………………………………8

6.1轮边杆长和平行四边形杆长……………………………………………………10

6.2杠杆强度校核及选材……………………………………………………………9

6.2.1竖直杠杆强度校核……………………………………………………………10

6.2.2倾斜杠杆弯曲应力校核及选材………………………………………………11

6.3螺栓剪应力校核及选材…………………………………………………………12

6.4机架设计…………………………………………………………………………13

6.4.1机架尺寸选定…………………………………………………………………13

6.4.2机架强度校核…………………………………………………………………13

7整体设计要求………………………………………………………………………14

7.1轮边液压缸及支撑杠杆布置方式及结构…………………………………14

7.2底盘布置方式及结构……………………………………………………………15

7.3可变轴距、轴距图文分析………………………………………………………16

8结论………………………………………………………………………………17

参考文献………………………………………………………………………………18

致谢………………………………………………………………………………18

高地隙四驱植保机可变轮距、轴距机架设计

学生：

龙遗剑

指导老师：

石毅新

（湖南农业大学教育学院，长沙410128）

摘要：

随着农业现代化进程的发展，现有手动和依靠拖拉机动力的牵引或悬挂式植保机，已不能满足现代化农业植保作业自动化的要求。

随着杂交水稻的成长，机器在作业时底盘高度要逐渐升高。

（底盘高度可调，离地间隙要大，行驶稳定性和通过性好、作业效率高、一机多能的功效）。

机器在给水稻施肥和授粉时轮距和轴距要可变（增大轮距轴距可增加机器行驶的稳定性），满足杂交水稻制种不同环节的农艺技术要求。

关键词：

植保机；高地隙；轮距；轴距；底盘

HighlandGapAll-Wheel-WriveEppoMachineVariableWheelTrackandWheelbaseChassisDesign

Student：

LONGYijian

Tutor：

SHIYixin

（CollegeofEducation,HunanAgriculturalUniversity,Changsha410128,China）

Abstract:

Withthedevelopmentofagriculturalmodernization,existingtrailedorsuspendedfogmachinesalreadycan'tsatisfytheneedofautomationofmodernagriculturalmachines'opration.Alongwiththegrowthofthehybirdrice,duringoperationthechassisofthemachineissupposedtoraisegradually.（Rideheightisadjustableandclearancefromtheground,drivingstabilityandgoodthroughsex,highworkingefficiency,onemachinecaneffect）Tomeettheagriculturaltechnicalrequirementsofdifferentlinkintheproductionofhybirdriceseed,whenthemachineisfertilizingandpollinatingtherice,itstreadandwheelbaseshouldbevariable.

Keywords:

Eppomachine;Highlandgap;Wheelbase;Wheelbase;Chassis

1前言

1.1研究的目的和意义

目前市面上能见到的植保机的轮距和轴距都是不可变的，而这个新植保机的轮距和轴距都是可变的，可根据需求调节轮距和轴距，从而满足其他植保机不能完成的田间作业要求。

高地隙在目前还算是个比较新的领域，有很多空白。

本课题对高地隙机型进行了设计，设计遵循使用原则，能为真正的生产提供方案。

1.2研究现状和发展趋势

解决中国十三亿人口的温饱问题，是保持国内安定团结的首要问题，只有立足国内农业，发展国内农业，才是解决问题的根本出路。

植物保护机械与农药、防治技术一样是化学防治的三大支柱之一。

在旧中国，几乎没有植保机械。

新中国成立后党和政府大力发展农业，特别是十一届三中全会以来，中央及各级政府把农业、农村、农民“三农”问题作为工作重点，把农业问题放在工作的首位，农业经济得到了飞速发展，随之农业机械也有了长足的发展，植保机械也从无到有。

从少到多地发展起来。

国内针对现有国产拖拉机底盘离地间隙小，不能满足农作物的植保和喷施脱叶剂作业要求的问题。

比如，石河子科委科技开发中心开发出了高地隙拖拉机，该产品是比如，石河子科委科技开发中心开发出了高地隙拖拉机，该产品是在现有的铁牛55拖拉机基础，采用左右两套齿轮传动装置及齿轮箱，太高拖拉机机身，增加地隙，可使提留55拖拉机地隙由原来的45cm，提高到90cm以上。

增加地隙，可使提留55拖拉机地隙由原来的45cm，提高到90cm以上。

高地隙的拖拉机在国内还没有形成系列，大多处于改装阶段。

介于高地隙拖拉机在中耕有很大的应用前景，本设计借用了现有的拖拉机作为基础进行的。

日本直升机植保技术居领先地位，从20世纪90年代起就将无人直升机用于大田作物、果树和蔬菜的病虫害防治、施肥和品质管理上，日本农用无人机因其独特的优势得以快速发展，已经从1995年的307架增加到现在的2400多架。

可以说，在日本这种无人直升机播种、耕作、施肥、喷洒农药、病虫害防治等无所不能。

目前，日本国内水稻种植总面积的45％都靠无人直升机来进行病虫害防治。

日本总约533.33万公顷农田常年保持近3000架无人直升机作业。

日本还重视飞行人才的培养，已经取得执照的操控人员达到6000多人。

因此，在日本采用无人机进行农业生产已成为现代化农业发展趋势之一。

在飞行植保这个新兴领域，美国、日本、韩国等发达国家走在前列，他们在器械设备研制、药剂研制、智能化设备及植保应用技术等方面都给我国提供了可借鉴的经验。

必须认识到直升机植保技术无疑是农业现代化进程中一场伟大的变革，必将推进农资市场竞争的空中争夺战，必将引起我国土地资源、农业栽培模式、农业经营规模等方茴的变革，尤其是加速病虫害统防统治的进程。

1.3主要内容

可变轮距和轴距机架概述、可变轮距和轴距底盘作用、可变轮距和轴距底盘构成、可变轮距和轴距底盘结构形式及优缺点、可变轮距和轴距底盘结构特点、技术参数确定、底盘布置方式及结构、可变轮距和轴距性能参数。

一般把地隙高于65cm的植保机成为高地隙拖拉机，但就具体而言并没有通用的定义。

根据不同的动力方式，以及驱动轮的不同我们同事设定了三种机型作为设计对象。

包括高地隙机械驱动植保机，高地隙液压驱动植保机以及高地隙四驱植保机。

本设计主要从四轮驱动、可变轮距和轴距出发，以结构简单，操作简易为依据。

选定满载功率6.1KW立式水冷柴油发动机。

确定0.65米至1.15米地隙高。

2可变轮距、轴距机架概述

2.1可变轮距、轴距机架作用

轮距、轴距和机架高度是汽车主要参数不可或缺的一部分，而轮距、轴距和机架高度在植保机里显得同样的重要。

随着农业现代化进程的发展，现有的植保机很难满足现代化农业植保作业自动化的要求。

可变轮距、轴距和底盘的植保机才是目前市场所需的植保机，随着种物渐渐的长高，植保机的底盘高度也要增大，为了增大植保机在工作时的稳定性必须加大轮距和轴距，所以轮距、轴距底盘可变的植保机在农业机械中尤为重要。

底盘真高后，机械施肥、授粉和施药时就不会损坏农作物，同事越过障碍物的能力越强，工作时更加方便。

2.2机架构成

底盘由传动系、行驶系、转向系和制动系四部分组成。

2.3可变轮距、轴距机架结构形式及优缺点

可变轮距的结构形式由一个平行四边形构成，如下图1所示，平行四边形展开后轮距会增大。

体积较大是最大的缺点。

图1平行四边形机构

Fig1Parallelogrammechanism

可变轴距的结构形式主要由一个液压缸组成的一个三角架结构，三脚架稳定性比较好，如图2所示可变轴距用液压三脚架。

主要缺点是液压压力分配难度较大。

图2可变轴距用液压三脚架

Fig2Variablehydraulictripodwheelbase

底盘高度的变化是随着轴距和轮距的变化而变化的。

当轴距增大时，底盘的高度就会跟着增大。

当轮距增大时，底盘的高度也会跟着增大。

2.4可变轮距、轴距机架计要求

（1）良好行驶稳定性。

植保机在田间工作时，行驶过程中稳定性要好，当底盘高度增大时在保证行驶稳定性的条件下对应的轮距和轴距尽可能的要小。

（2）良好的操纵稳定性。

当轴距和轮距发生变化时，植保机的操纵稳定性要好，工作人员在变化植保机的轴距和轮距时，植保机不能存在轴距和轮距变化不稳定的现象，操纵要流畅顺滑，操纵可靠性要高，不能存在前后左右的轴距和轮距操纵变化不统一的现象。

（3）结构紧凑、占用空间少。

3可变轮距、轴距底盘选择

3.1可变轮距、轴距底盘结构特点

因轴距和轮距都是可变的，底盘高度随着轮距和轴距的变化而变化，故这个新的植保机与其他的植保机的结构不同、传动方式也不同，前轮和前轮之间没有直接的联系分别通过液压三脚架跟平行四边形机构相连接。

平行四边形机构跟底盘直接连接。

轴距的变化是通过液压三脚架来改变，通过改变液压缸内的流量和压力来改变轴距，轮距的改变是通过与液压三脚架相连接的平行四边形机构来改变，通过展开或收拢平行四边形来增大或缩小轮距。

这种结构比较简单紧凑，维修和保养方便，传动比较复杂，可靠性高，操纵稳定性好等特点。

3.2机架结构分析

这个植保机的机架结构并不是很复杂，底盘上部是一个回转平台，回转平台是用来安放发动机、变速器和传动装置等。

回转中心应放在前后两轴中间和左右两轮胎的中间，即植保机的重心位置。

底盘由传动系、行驶系、转向系和制动系四部分组成。

传动系是通过中间的回转平台传送到机架下部再传送到轮胎，行驶系是将传动系传来的动力通过车轮转化为汽车的驱动力，转向系采用四轮转向，四个轮子同时转向且四个轮子的转动方向相同。

植保机的机架离地高度很大，而且高度可调，所以机架高度的变化要配合好轴距轮距的变化。

4技术参数确定

4.1主要技术参数

表1植保机重心倾斜角度行进速度表

Table1Plantprotectionmachinecenteranglespeedtable

参照样机

新植保机

备注

重心高度

1100mm

重心高度

1750mm

升高650

重心位置

座椅中心

重心位置

座椅中心

爬坡度

15度

爬坡度

15度

不变

左右最大倾斜度

12度

左右最大倾斜度

12度

增加20

行进速度

18Km/h

行进速度

15Km/h

减少3Km/h

表2主要部件重量预计

Table2Mainpartsweightisexpected

部件名称

重量

发动机

190KG

水箱

50KG

行走部分（车轮+支腿部分传动+平行四边形机构+可变支腿）

160+KG

车架（未含附在上面的传动件等）

42KG

中心回转平台

240KG

A液压系统（全液压驱动）

60KG

B驱动系统（机械传动）

喷雾系统+风幕

电瓶

其余附件

93+KG

总计

1000KG

施肥器

80KG

4.2可变轮距、轴距性能参数

表3可变轮距、轴距性能参数

Table3Variablewheeltrackandwheelbaseperformanceparameter

名称

距离

名称

距离

增量

最小轴距

1800mm

最大轴距

2200mm

400mm

最小轮距

1600mm

轮距

2200mm

600mm

4.3机架最小最大离地间隙参数

表4底盘最小最大离地间隙参数

Table4Chassisminimummaximumclearanceparametersfromtheground

条件

底盘数据

最小轴距1800mm和最小轮距1600mm时

底盘最小离地间隙650mm

最大轴距2200mm和最小轮距1600mm时

底盘高度增大至750mm

最大轴距2200mm和轮距最大2200mm时

底盘高大离地间隙1250mm

4.4机架长宽参数

如图3部分机架效果图，长度为3400mm,宽度为1100mm。

图3部分机架效果图

Fig3Partofthechassisrendering

4.5机架总体设计要求

能够适应水稻，玉米和棉花等种植模式，实现玉米植保全程作业要求，机器轴距1.8～2.2m,轮距1.6～2.2m、地隙高度0.65～1.265m.工作幅度9.62m.高度调节范围2.425～2.7m,采用机械式四轮驱动，四轮转向且四轮转动方向相同。

如图4机架整体设计图。

图4机架整体设计图

Fig4Chassisdesignasawhole

5关键系统结构设计

5.1轮距调整系

为适应不同水稻，玉米和棉花等种植模式，扩大机器作业范围，新的高地隙植保机采用前后轮距可调方式，实现前后轮距可调。

前后轮都采用轮胎支撑横轴与平行四边形机构进行横向收缩配合，实现轮距可调。

如图7所示。

图7前、后轮距调整机构

Fig7Beforeandafterwheelbaseadjustmentmechanism

5.2轴距调整系

光轮距调整已经满足不了农业植保机作业需求，轴距可调也将渐渐成为植保机的必备条件，新的高地隙植保机采用前后同时调整来改变轴距大小，实现前后轴距可调，提高了植保机行驶稳定性。

前后都采用液压缸的伸缩来改变轴距大小，液压缸跟三角形的支撑架配合，实现轴距可调，如图8所示。

图8前后轴距调整机构

Fig8beforeandafterthewheelbaseadjustmentmechanism

6应力强度校核及设计计算

6.1轮边杆长和平行四边形杆长以及角度关系

轮边杆长、平行四边形杆长和角度大小这三个数值中的任何一个发生变化都会改变其他两个数值。

轮边杆长、平行四边形杆长和角度大小是没有专门的计算公式能准确算出来的，所以，唯一的方法就是一个一个数值带进去验算（逐个验算法），得出来的数值越接近设计需要的数值就可以，然后对比每组参数大小选出最佳配对。

首先要保证轮距有600mm的变化量，轴距有400mm的变化量，机架离地间隙增量600mm，地隙验算结果要保证增量之和等于或接近600mm。

不能使液压缸轴线与竖直杆件轴线平行，竖直杆件长度暂定480mm。

如表5逐个带入验算表。

表5逐个带入验算表

Table5intothechecklistonebyone

轮边杆长

轮边杆夹角

平行四边形杆长

平行四边形夹角

地隙增高

300mm

60度

600mm

30度

663mm

290mm

60度

600mm

30度

659mm

轮边杆长

轮边杆夹角

平行四边形杆长

平行四边形夹角

地隙增高

285mm

60度

600mm

30度

657mm

280mm

60度

600mm

30度

655mm

270mm

60度

600mm

30度

651mm

360mm

60度

600mm

30度

647mm

250mm

60度

600mm

30度

643mm

300mm

60度

550mm

33度

620mm

290mm

60度

550mm

33度

616mm

270mm

60度

550mm

33度

608mm

260mm

60度

550mm

33度

604mm

250mm

60度

550mm

33度

600mm

300mm

60度

500mm

36.9度

543mm

320mm

60度

500mm

36.9度

550mm

340mm

60度

500mm

36.9度

556mm

360mm

60度

500mm

36.9度

562mm

400mm

60度

500mm

36.9度

572mm

440mm

60度

500mm

36.9度

581mm

480mm

60度

500mm

36.9度

589mm

525mm

60度

500mm

36.9度

597mm

300mm

60度

530mm

34.5度

580mm

320mm

60度

530mm

34.5度

586mm

340mm

60度

530mm

34.5度

592mm

360mm

60度

530mm

34.5度

598mm

300mm

60度

570mm

31.8度

628mm

280mm

60度

270mm

31.8度

620mm

300mm

60度

540mm

33.7度

592mm

320mm

60度

540mm

33.7度

598mm

325mm

60度

540mm

33.7度

600mm

从以上表得出有3组数值合适，地隙高最接近600。

经过总体分析，轮边杆长度325mm，夹角60度，平行四边形杆长540mm，夹角33.7度，地隙增高600mm，这组数值最合适。

当轴距阔大至2200时，轮边两根杆件的夹角从开始的120度变为165.7度。

6.2杠杆强度校核及选材

机器总重量约G=1150Kg，故

6.2.1竖直杠杆强度校核

竖直杠杆承受最大的是压缩，故选择材料铸铁HT200，许用应力200MPa。

如图9竖直杠杆，选择方钢来承受压力。

杆件长度选择480mm。

图9竖直杠杆

Fig9Verticallever

截面积A：

（1）

截面积取值，农业机械为防止最恶劣情况发生，截面积取值为算得的最小面积的3倍多。

（如图10所示竖直杠杠受力图）

6.2.2倾斜杠杆弯曲应力校核及选材

如图10倾斜杠杆所承受的最大应力为弯曲应力，选择45号钢材。

许用弯曲应力100MPa（如图11）。

选择矩形截面。

图10竖直杠杆受力图

Fig10Verticalleverbytryingto

图11倾斜杠杆

Fig11Tiltlever

计算最危处险弯矩

矩形截面杆件抗弯截面系数：

（2）

（3）

取

（4）

截面积取值，农业机械为防止最恶劣情况发生，截面积取值为算得的最小值的1.5倍左右。

6.3螺栓剪应力校核及选材

（1）如图12螺栓受力图，螺栓承受最大的应力为剪应力，选择材料Q235,