【正文】 能力與自潔能力,橡膠履帶的接地齒通常為與行駛方向垂直或傾斜的直線齒。1999年Desrial 和Nobutaka Ito 研究并確定了圓形接地齒橡膠履帶的原理。圓形接地齒與鉸接式轉(zhuǎn)向并用被證明能減少轉(zhuǎn)向阻力和提高牽引性能。論文討論了在鉸接式車輛上,考慮附著性能及下陷量,確定帶圓形接地齒的橡膠履帶參數(shù)的方法。此外，履帶拖拉機(jī)國際上的競爭對(duì)手是卡特匹勒公司的橡膠履帶拖拉機(jī)系列產(chǎn)品。一拖公司的產(chǎn)品無論是技術(shù)水平、還是生產(chǎn)能力與其相比都不具備競爭能力，只有價(jià)格有吸引力，但從性能價(jià)格比分析，一拖產(chǎn)品還是處于劣勢(shì)。因此，公司的新一代大功率橡膠履帶拖拉機(jī)將盡快投放市場，借以鞏固傳統(tǒng)市場，發(fā)揮競爭優(yōu)勢(shì)。 國內(nèi)的研究與發(fā)展20多年來,國內(nèi)部分院校、研究院所和企業(yè)對(duì)橡膠履帶車輛做了一定的研究,如:天津工程機(jī)械研究所對(duì)橡膠履帶兩棲車輛的研究,中國農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究院及南京農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所對(duì)水稻收割機(jī)橡膠履帶的研究,吉林大學(xué)對(duì)差速轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的研究,江蘇大學(xué)對(duì)橡膠履帶嚙合的研究,青島建筑工程學(xué)院對(duì)橡膠履帶接地齒接地壓力的試驗(yàn)研究,中國一拖集團(tuán)有限公司對(duì)橡膠履帶拖拉機(jī)的研究和杭州永固橡膠廠對(duì)橡膠履帶的研究等。下面主要介紹在橡膠履帶拖拉機(jī)方面的研究:中國一拖集團(tuán)有限公司對(duì)橡膠履帶在拖拉機(jī)、推土機(jī)、自行電站上的應(yīng)用進(jìn)行了研究。重點(diǎn)是金屬履帶與橡膠履帶在動(dòng)力與使用性能的比較。1994 年中國一拖集團(tuán)有限公司在牽引力等級(jí)為3 t 級(jí)的履帶拖拉機(jī)上,對(duì)采用金屬履帶或橡膠履帶進(jìn)行了比較試驗(yàn),試驗(yàn)在硬黃土地面上進(jìn)行。與此同時(shí)，相關(guān)的底盤也有了一定的發(fā)展。此后,一拖公司還對(duì)采用橡膠履帶的拖拉機(jī)、推土機(jī)進(jìn)行了使用試驗(yàn)。主要是橡膠履帶的耐磨性試驗(yàn),橡膠履帶的脫軌試驗(yàn),橡膠履帶的壽命試驗(yàn),不同結(jié)構(gòu)橡膠履帶的可靠性試驗(yàn),橡膠履帶的伸長試驗(yàn)以及通常性的作業(yè)查定。國內(nèi)市場上的履帶拖拉機(jī)及變形產(chǎn)品，目前仍然是一拖的產(chǎn)品為主導(dǎo)。這類產(chǎn)品的銷售由于受國家宏觀經(jīng)濟(jì)政策的影響，處于波動(dòng)狀態(tài)。無論是作為工程機(jī)械變型、農(nóng)田作業(yè)牽引或驅(qū)動(dòng)動(dòng)力，還是作為農(nóng)業(yè)機(jī)械行走底盤，其功能并非輪式拖拉機(jī)可以完全替代的。但受國家政策和大功率輪式拖拉機(jī)發(fā)展的影響，長遠(yuǎn)看會(huì)在市場競爭中處于被動(dòng)局面?？傊c履帶相對(duì)應(yīng)的底盤作為相關(guān)機(jī)械的行走機(jī)構(gòu)，其發(fā)展方向始終圍繞著安全可靠性、操作舒適性、環(huán)保節(jié)能等方面發(fā)展。在這方面國內(nèi)外一直在不斷的努力改進(jìn)中。目前，還沒有較大發(fā)展，但是采用電噴發(fā)動(dòng)機(jī)、自動(dòng)變速箱的自動(dòng)換檔系統(tǒng)，采用多傳感技術(shù)實(shí)時(shí)顯示車輛的運(yùn)行狀況，同時(shí)，汽車領(lǐng)域使用的ａｂｓ技術(shù)、自動(dòng)巡航技術(shù)等也將移植到工程機(jī)械領(lǐng)域。（1）設(shè)計(jì)任務(wù)a. 履帶底盤結(jié)構(gòu)分析及其確定；b. 產(chǎn)品的用途估計(jì)；c．主要技術(shù)參數(shù)、性能參數(shù)的確定；d．履帶車輛相關(guān)性能的計(jì)算和確定；e. 張緊裝置的設(shè)計(jì)與計(jì)算；f. 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算。（2）關(guān)鍵技術(shù)首先，本設(shè)計(jì)采用現(xiàn)在相關(guān)工業(yè)機(jī)械上的一些底盤設(shè)計(jì)與實(shí)物作為參考，綜合考慮底盤結(jié)構(gòu)，使其可以在不同的地域都可較好的支撐機(jī)體使其可以正常的工作。本設(shè)計(jì)對(duì)驅(qū)動(dòng)輪、支重輪、導(dǎo)向輪的特殊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，是整個(gè)底盤結(jié)構(gòu)較好的適應(yīng)山西多山的環(huán)境。2 技術(shù)任務(wù)書(JR) 總體設(shè)計(jì)依據(jù)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)。 設(shè)計(jì)要求在現(xiàn)有的機(jī)械資料的基礎(chǔ)上，充分考慮到實(shí)際的要求，應(yīng)滿足結(jié)構(gòu)的緊湊及其配合的合理。同時(shí)，要對(duì)應(yīng)該計(jì)算的部分進(jìn)行必要的計(jì)算，但是實(shí)際的情況有所不同，應(yīng)該根據(jù)實(shí)際作為標(biāo)準(zhǔn)結(jié)合計(jì)算的數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合考慮，爭取找到比較好的方案和結(jié)構(gòu)。 產(chǎn)品的用途本次設(shè)計(jì)的履帶底盤是對(duì)相應(yīng)小型功率農(nóng)用機(jī)械使用的。 產(chǎn)品的主要技術(shù)指標(biāo)與主要技術(shù)參數(shù) 主要技術(shù)指標(biāo)表1 N4021300型主要技術(shù)指標(biāo)表序 號(hào)項(xiàng) 目單 位參 數(shù)1整機(jī)重量kg30002型號(hào)N402農(nóng)用機(jī)械地盤3行走速度km/h254爬坡能力左右5接地比壓kpa6驅(qū)動(dòng)輪動(dòng)力半徑mm約2287發(fā)動(dòng)機(jī)的功率馬力40左右8履帶高度mm4689底盤軸距mm150010底盤軌距mm130011履帶板寬mm35312底盤高度mm638 考慮到的若干方案的比較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。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。 設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問題及其解決方法設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問題是在保證正常工作下，其結(jié)構(gòu)盡可能的簡單方便。同時(shí)，要注意結(jié)構(gòu)的合理性與正確性。本次設(shè)計(jì)采用圓螺母的定位方法，使其在結(jié)構(gòu)上基本一致，同時(shí)結(jié)構(gòu)也緊湊的連接，初步達(dá)到設(shè)計(jì)的目的。還有，采用的支重輪與導(dǎo)向輪的軸承放入輪里的方案。3 設(shè)計(jì)計(jì)算說明書(SS) 結(jié)構(gòu)方案分析與確定履帶行走裝置有“四輪一帶”（驅(qū)動(dòng)輪，支重輪，導(dǎo)向輪，拖帶輪或張緊輪，以及履帶），張緊裝置和緩沖彈簧，行走機(jī)構(gòu)組成。機(jī)械行走時(shí),驅(qū)動(dòng)輪在履帶緊邊產(chǎn)生一個(gè)拉力，力圖把履帶從支重輪下拉出。出于支重輪下的履帶與地面有足夠的附著力，阻止履帶的拉出，迫使驅(qū)動(dòng)輪卷繞履帶向前滾動(dòng)，導(dǎo)向輪把履帶鋪設(shè)到地面，從而使機(jī)體借支重輪沿履帶軌道向前運(yùn)行。“四輪一帶”在我國已經(jīng)基本標(biāo)準(zhǔn)化，尤其是在大型、重型機(jī)械方面。因此，本設(shè)計(jì)還是采用傳統(tǒng)模式的設(shè)計(jì)方法。 履帶式與輪式底盤的比較金屬履帶拖拉機(jī)牽引力大, 適合重負(fù)荷作業(yè)( 如耕、耙等) , 接地比壓小, 對(duì)農(nóng)田壓實(shí)、破壞程度輕, 特別適合在低、濕地作業(yè), 而且除田間作業(yè)外, 還在農(nóng)田基本建設(shè)和小型水利工程中用作推土機(jī), 綜合利用程度較高。但其主要缺點(diǎn)是在潮濕和砂性土壤上行走裝置, 如支重輪、導(dǎo)向輪、托帶輪及履帶板( 俗稱三輪一板) 磨損較快, 維修費(fèi)用高, 作業(yè)速度較慢, 隨著公路網(wǎng)發(fā)展, 金屬履帶拖拉機(jī)轉(zhuǎn)移越發(fā)困難, 使用不便。橡膠履帶拖拉機(jī)采用方向盤操縱的差速轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu), 可控性強(qiáng), 機(jī)動(dòng)靈活, 轉(zhuǎn)彎更省力, 履帶接地面積大, 并有減振效果, 乘坐舒適, 由于比壓低, 對(duì)地面破壞程度輕, 尤其適于低濕地作業(yè), 并可大大提高作業(yè)速度, 改善道路轉(zhuǎn)移適應(yīng)性。橡膠履帶壽命可達(dá)到6000 小時(shí), 三輪壽命延長一倍, 每臺(tái)可節(jié)約維修保養(yǎng)費(fèi)用和轉(zhuǎn)移運(yùn)輸費(fèi)用7000～10000 元, 僅此一項(xiàng)每年社會(huì)效益就有560～800 萬元。在開荒、改造中低產(chǎn)田、沙壤土質(zhì)地區(qū), 顯示出極強(qiáng)的優(yōu)越性。其缺點(diǎn)是初置成本高。大功率輪式拖拉機(jī)具有輪距調(diào)整方便、軸距長、質(zhì)量分配均勻、充氣輪胎有減振性, 行駛中地面仿形性好, 振動(dòng)小、運(yùn)輸速度快,綜合利用率高等優(yōu)點(diǎn)。不足之處是不適于低濕地作業(yè)。而且, 引進(jìn)國外的具有世界先進(jìn)技術(shù)水平的大功率輪式拖拉機(jī), 價(jià)格和維修費(fèi)用都太高, 1臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)約12 萬元、1 根曲軸3 萬余元、1 個(gè)變速箱總成需10余萬元。大功率輪式拖拉機(jī)接地壓力大, 易形成土壤硬底層, 大功率輪式拖拉機(jī)機(jī)重一般在5500~8500kg, 接地面積比履帶拖拉機(jī)小, 因此接地壓力較大。經(jīng)數(shù)年耕作后, 在土壤的耕層下面將生成硬底層, 不利于土壤的蓄水保墑和作物的生長。即使經(jīng)過深度翻耙, 依然會(huì)保持碎小的板結(jié)硬塊, 土壤的顯微結(jié)構(gòu)遭到了破壞。附著性能差, 滑轉(zhuǎn)率高。經(jīng)試驗(yàn), 大功率輪式拖拉機(jī)與五鏵犁配套作業(yè)時(shí), 在土壤平均含水率30%、, 滑轉(zhuǎn)率一般在10~20%, 有的達(dá)25%, 輪胎對(duì)土壤的剪切作用, 使耕層土壤結(jié)構(gòu)遭到破壞。 結(jié)構(gòu)方案的確定依據(jù)輪式與履帶機(jī)械的特點(diǎn)，以其以上所敘述的比較分析，綜合考慮后得出了履帶的結(jié)構(gòu)和所采取的安裝方法和連接方案。 履帶式行走底盤總體的設(shè)計(jì)根據(jù)農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)、拖拉機(jī)汽車學(xué)、機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械原理等理論，對(duì)履帶式行走底盤的驅(qū)動(dòng)行走系統(tǒng)進(jìn)行了理論分析與研究，完成了履帶底盤主要工作參數(shù)的確定和力學(xué)的計(jì)算。 結(jié)構(gòu)組成及其工作原理履帶行走裝置有“四輪一帶”（驅(qū)動(dòng)輪，支重輪，導(dǎo)向輪，拖帶輪或張緊輪，以及履帶），張緊裝置和緩沖彈簧，行走機(jī)構(gòu)組成。機(jī)械行走時(shí),驅(qū)動(dòng)輪在履帶緊邊產(chǎn)生一個(gè)拉力，力圖把履帶從支重輪下拉出。出于支重輪下的履帶與地面有足夠的附著力，阻止履帶的拉出，迫使驅(qū)動(dòng)輪卷繞履帶向前滾動(dòng)，導(dǎo)向輪把履帶鋪設(shè)到地面，從而使機(jī)體借支重輪沿履帶軌道向前運(yùn)行。“四輪一帶”在我國已經(jīng)基本標(biāo)準(zhǔn)化，尤其是在大型、重型機(jī)械方面，見圖11履帶；2驅(qū)動(dòng)輪；3機(jī)架；4拖帶輪；5導(dǎo)向輪；6支重輪圖1 履帶底盤結(jié)構(gòu)圖履帶與地面接觸, 驅(qū)動(dòng)輪不與地面接觸。驅(qū)動(dòng)輪在減速器驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩的作用下, 通過驅(qū)動(dòng)輪上的輪齒和履帶鏈之間的嚙合, 連續(xù)不斷地把履帶從后方卷起。接地那部分履帶給地面一個(gè)向后的作用力, 而地面相應(yīng)地給履帶一個(gè)向前的反作用力, 這個(gè)反作用是推動(dòng)機(jī)器向前行駛的驅(qū)動(dòng)力。當(dāng)驅(qū)動(dòng)力足以克服行走阻力時(shí), 支重輪就在履帶上表面向前滾動(dòng), 從而使機(jī)器向前行駛。 主要技術(shù)參數(shù)表2 N4021300型主要技術(shù)參數(shù)表序 號(hào)項(xiàng) 目單 位參 數(shù)1整機(jī)重量kg30002型號(hào)N402農(nóng)用機(jī)械地盤3行走速度km/h254爬坡能力左右5接地比壓kpa6驅(qū)動(dòng)輪動(dòng)力半徑mm約2287發(fā)動(dòng)機(jī)的功率馬力40左右8履帶高度mm4689底盤軸距mm150010底盤軌距mm130011履帶板寬mm35312底盤高度mm638 履帶車輛性能計(jì)算履帶機(jī)械整機(jī)參數(shù)初步確定以后，一般應(yīng)進(jìn)行下列計(jì)算，以估計(jì)該履帶機(jī)械的基本性能是否滿足預(yù)期要求，整機(jī)參數(shù)選擇是否合理。這里主要是關(guān)于牽引性能的計(jì)算。計(jì)算工況：計(jì)算時(shí)所用的工況一般為：在使用重量狀態(tài)自愛，與水平區(qū)段的茬地上（對(duì)旱地是適耕適度的茬地，對(duì)水田是中等泥腳深度的茬地），帶牽引負(fù)荷（牽引線與地面平行）全油門等速行駛。以下為表示的示意圖。圖2 拖拉機(jī)受力示意圖(1) 履帶式機(jī)械的驅(qū)動(dòng)力 履帶機(jī)械= kgf （3—1）式中: ——發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩 kgf； ——各檔總傳動(dòng)比； ——各檔總傳動(dòng)效率； ——驅(qū)動(dòng)輪動(dòng)力半徑 m； ——履帶驅(qū)動(dòng)段半徑效率，計(jì)算時(shí)一般去取=。( =2b。 =。 =（）。式中：——最大使用重量；——履帶接地長度；b——履帶板寬度；——～ kgf/；——額定牽引力；——牽引力。根據(jù)(2)中的活動(dòng)阻力，經(jīng)計(jì)算即可得)經(jīng)計(jì)算后得結(jié)果=.(2) 履帶式機(jī)械的活動(dòng)阻力 =f kgf （3—2）式中: ——使用重量 (kgf)；f ——。經(jīng)計(jì)算后得結(jié)果=(3) 行駛速度 理論速度 = km/h （3—3）實(shí)際速度 =(1) km/h （3—4）式中：——發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速； ——驅(qū)動(dòng)輪動(dòng)力半徑；——驅(qū)動(dòng)輪輪滑轉(zhuǎn)率（）。經(jīng)計(jì)算后得結(jié)果=（~5）km/h（4）履帶式機(jī)械的牽引效率 = （3—4）式中: ——各檔的總傳動(dòng)效率；——滾動(dòng)