【正文】 貝斯特（Best）設(shè)計(jì)制造出第一臺(tái)由蒸汽機(jī)驅(qū)動(dòng)的自走式聯(lián)合收割機(jī)，一天最多可收割50多公頃農(nóng)田。漸漸地，19世紀(jì)80年代后期，聯(lián)合收割機(jī)在美國(guó)日益普及，很快澳大利亞也生產(chǎn)了類似的機(jī)器[3]。現(xiàn)在國(guó)外聯(lián)合收割機(jī)的發(fā)展也不單單只是簡(jiǎn)單地滿足于收割，而是向更成熟更可靠的階段發(fā)展。以谷物聯(lián)合收割機(jī)最具代表，喂入量已由一般的5~6kg∕s發(fā)展到10~12kg∕s；所配發(fā)動(dòng)機(jī)的功率最大到243kw，正在研發(fā)的有276kw；割臺(tái)最大割幅已超過9m。（2）向擴(kuò)大機(jī)器的通用性和提高適應(yīng)性發(fā)展。（3）新材料和先進(jìn)制造技術(shù)的廣泛應(yīng)用使產(chǎn)品性能更好，可靠性更高?，F(xiàn)在還特地改善駕駛室的工作環(huán)境，很多設(shè)有現(xiàn)代化的密閉駕駛室都有隔噪音、隔熱的；有些還配有排草堵塞、轉(zhuǎn)動(dòng)部件轉(zhuǎn)速、谷物損失量、收割機(jī)切割高度、糧箱填充量等的信息顯示；安全生產(chǎn)的互鎖補(bǔ)償系統(tǒng)和警報(bào)輸出有信號(hào)報(bào)警、故障警報(bào)、啟動(dòng)互鎖、收獲互鎖與運(yùn)輸?shù)裙δ?；還有自控裝置包括了割茬高度的自動(dòng)調(diào)節(jié)、自動(dòng)対行、自動(dòng)停車、自動(dòng)控制車速等[3]。國(guó)外有一些先進(jìn)的聯(lián)合收割機(jī)上都裝有GPS 接受系統(tǒng)，他們是用于獲取影響作物生長(zhǎng)環(huán)境因素和農(nóng)田小區(qū)作物產(chǎn)量的信息，并且監(jiān)測(cè)作物的產(chǎn)量和水分，從而來控制聯(lián)合收割機(jī)的割幅、割茬和前進(jìn)速度，讓聯(lián)合收割機(jī)處于一個(gè)最佳的狀態(tài)，把聯(lián)合收割機(jī)的最佳作業(yè)量和最高生產(chǎn)工效發(fā)揮到極致。國(guó)內(nèi)收割機(jī)起步較晚，早期以模仿及從蘇聯(lián)，美國(guó)，及加拿大等國(guó)家進(jìn)口為主。背負(fù)式稻麥聯(lián)合收割機(jī)是中國(guó)的特色，是我國(guó)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)條件催生出來的一種較為經(jīng)濟(jì)實(shí)用的收獲機(jī)械。背負(fù)式聯(lián)合收割機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，又是農(nóng)民家中拖拉機(jī)收益最高的配套機(jī)具，20 多年來一直暢銷不衰，與自走機(jī)平分收獲機(jī)市場(chǎng)[4]。隨著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)向產(chǎn)業(yè)化、集約化推進(jìn)，小麥聯(lián)合收割機(jī)產(chǎn)品發(fā)展趨勢(shì)將向中高端發(fā)展，并逐步進(jìn)入國(guó)際市場(chǎng)。從現(xiàn)在種植結(jié)構(gòu)看多為中小田塊，所以機(jī)型以中型機(jī)占主導(dǎo)地位，發(fā)展趨勢(shì)是中、大型機(jī), 并逐步由現(xiàn)在以機(jī)械式為主向電子、液壓技術(shù)方面發(fā)展。水稻收獲使用的主要有兩種機(jī)具一種為中小型全喂入橡膠履帶自走機(jī)，適合水田收獲。另一種為半喂入自走水稻聯(lián)合收割機(jī)，它比較適應(yīng)多數(shù)地區(qū)中小田塊收獲作業(yè)，適應(yīng)收獲季節(jié)倒伏較多，單季稻產(chǎn)量和莖稈都比較高，或者要求保留完整的莖稈，有些地區(qū)用來編織手工藝品。收割機(jī)的行走裝置基本采用履帶式，履帶按材料分可分為橡膠履帶和鋼質(zhì)履帶。橡膠履帶在履帶式車輛中有著十分廣泛的用途，在工程機(jī)械、建筑機(jī)械、運(yùn)輸機(jī)械、農(nóng)業(yè)機(jī)械、同林機(jī)械上都有它的應(yīng)用[5]。橡膠履帶對(duì)路面不損傷性要優(yōu)于鋼質(zhì)履帶，因此橡膠履帶機(jī)械作業(yè)不受路面限制，短途轉(zhuǎn)場(chǎng)作業(yè)不需要運(yùn)輸工具搬運(yùn)。橡膠履帶在濕地、沼澤地通過性能性比鋼質(zhì)履帶與橡膠輪胎優(yōu)越，擴(kuò)展了機(jī)械作業(yè)區(qū)間與范圍，提高了機(jī)械設(shè)備的利用效率。橡膠履帶與鋼質(zhì)履帶比較．當(dāng)其行駛時(shí)各輪與履帶的摩擦由鋼件之間摩擦方式改為鋼件與橡膠的摩擦方式，使履帶車輛的震動(dòng)減小、噪音降低。4. 油耗低。橡膠履帶柔性能好、隨動(dòng)性好，有效降低了沖擊震動(dòng)功率的損耗。5. 機(jī)械時(shí)速提高。一般芯鐵式橡膠履帶車輛時(shí)速在15—20km／h，摩擦式橡膠履帶車輛時(shí)速可達(dá)40—50km／h。履帶式車輛裝備橡膠履帶在相同功率情況下，同裝備鋼質(zhì)履帶或者裝備橡膠輪胎的車輛相比車體重量要輕，車輛牽的引力可提高。橡膠履帶與鋼質(zhì)履帶相比。8. 橡膠履帶更換方便。橡膠履帶是一整體，沒有鋼質(zhì)履帶的履帶板、履帶銷，不存在需更換履帶板或履帶銷的保修問題[5]。同時(shí)集成了輪式車輛和金屬履帶車輛的優(yōu)點(diǎn)。我國(guó)橡膠履帶開發(fā)研制工作始于20世紀(jì)80年代末期，先后在杭州、鎮(zhèn)江、沈陽、開封及上海等地開發(fā)成功了農(nóng)業(yè)機(jī)械、工程機(jī)械和輸送車輛用的多種橡膠履帶．并形成了批量生產(chǎn)能力，至今橡膠履帶已有二十多年的歷史。目前國(guó)內(nèi)橡膠履帶生產(chǎn)制造企業(yè)已經(jīng)發(fā)展到二十多家，橡膠履帶年產(chǎn)量超過百萬條，產(chǎn)值超過30億人民幣。出口到歐洲、美洲、澳洲、亞洲等世界各地。而工程機(jī)械橡膠履帶應(yīng)用的數(shù)量要比農(nóng)用橡膠履帶應(yīng)用的數(shù)量少很多。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展對(duì)履帶式車輛使用的橡膠履帶的要求也在不斷提高。行駛速度也在提高，由低速向中高速方面發(fā)展[5]。橡膠履帶還具有牽引性好、轉(zhuǎn)向靈活、在復(fù)雜地形上通過能力強(qiáng)和質(zhì)量輕等優(yōu)點(diǎn)。橡膠履帶的使用極大地?cái)U(kuò)展了履帶式和輪式行走運(yùn)輸機(jī)械的應(yīng)用范圍，克服了各種不利地形條件對(duì)機(jī)械作業(yè)的制約，其在拖拉機(jī)、各種農(nóng)業(yè)和工程及運(yùn)輸機(jī)械中的應(yīng)用必將進(jìn)一步擴(kuò)大[3]。橡膠履帶在原材料的應(yīng)用方面中，科技含量也在逐漸提高，節(jié)能型、降低滾動(dòng)阻力、環(huán)保型、節(jié)省燃油的新型材料很值得應(yīng)用與推廣。國(guó)內(nèi)橡膠履帶工業(yè)正在逐步發(fā)展壯大，相應(yīng)的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與配方設(shè)計(jì)需要不斷優(yōu)化，同時(shí)改進(jìn)工藝操作與控制．使橡膠履帶產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)步提高。在粘重、坡地、沙土地及潮濕地的使用具有更好的性能。我們行走部分采用履帶式行走方式，履帶式的行走裝置由支重輪、驅(qū)動(dòng)輪、履帶、導(dǎo)向輪、托帶輪和張緊裝置組成。行走裝置中履帶呈封閉得地繞過導(dǎo)向輪和驅(qū)動(dòng)輪，再由連接回轉(zhuǎn)到支撐裝置的行走支架，通過履帶和支重輪將載荷傳至地面?？紤]到履帶的磨損會(huì)延長(zhǎng)履帶長(zhǎng)度，所以必須設(shè)一個(gè)張緊裝置，可由張緊裝置來調(diào)整履帶的松緊度，：驅(qū)動(dòng)形式為柴油機(jī)后置的前輪驅(qū)動(dòng)，柴油機(jī)通過皮帶傳動(dòng)，把動(dòng)力傳動(dòng)到主軸上，主軸再分別帶動(dòng)行走部分和收割部分。 方案論證驅(qū)動(dòng)輪軸是用來連接變速器和驅(qū)動(dòng)輪的，變速器通過它與驅(qū)動(dòng)輪相連接，給驅(qū)動(dòng)輪提供動(dòng)力。因此我們要設(shè)計(jì)的是從變速箱出來，軸上的各零件及它的裝配方法。按照以上的設(shè)計(jì)思路初步模擬方案一，：由于軸的一端連接著驅(qū)動(dòng)輪，驅(qū)動(dòng)輪是在履帶里面工作的，因此軸的一部分也是要伸進(jìn)履帶的，所以在設(shè)計(jì)連桿支座的時(shí)候，要注意它的尺寸不能太大，不然它會(huì)與履帶或履帶的齒發(fā)生干涉。支重輪顧名思義就是用來支撐整個(gè)機(jī)器的重力，它和履帶之間是滾動(dòng)摩擦，是履帶對(duì)它的摩擦力讓支重輪向前滾動(dòng)。依據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)來說，水稻收割機(jī)的工作環(huán)境并不是那平坦，支重輪工作條件較惡劣，經(jīng)常處于塵土中，有時(shí)也處于泥水中，所以為防止泥沙被擠入軸承中，我們采用兩個(gè)背對(duì)背的油封密封，這樣既可以防止?jié)櫥屯庑?，又可以防止泥沙的侵人。支重輪和履帶之間是線接觸，所以增加履帶和支重輪間的接觸線的長(zhǎng)度，會(huì)大大減少支重輪對(duì)履帶的傷害。相比方案一，方案二更具靠近實(shí)際，更有實(shí)用性。如果兩條履帶張力差異明顯，還會(huì)使行走方向產(chǎn)生偏移，當(dāng)支重輪、導(dǎo)向輪發(fā)生脫軌現(xiàn)象時(shí)，行走方向的偏轉(zhuǎn)會(huì)直接導(dǎo)致脫軌事故的發(fā)生[6]。固定張緊是通過調(diào)節(jié)絲桿和絲母來改變張緊輪的位置從而達(dá)到張緊的目的，目前使用較多的是固定張緊。因此我們也采用通過調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)螺桿來張緊履帶。針對(duì)這個(gè)現(xiàn)象，我們有了一個(gè)小小設(shè)想，就是如果把滑動(dòng)摩擦改成滾動(dòng)摩擦，這樣的話我們?cè)趶埦o履帶的時(shí)候就不會(huì)這么費(fèi)力了。但是考慮到圓的導(dǎo)軌除了會(huì)發(fā)生相對(duì)的橫向移動(dòng)，也會(huì)發(fā)生相對(duì)的轉(zhuǎn)動(dòng)，這種轉(zhuǎn)動(dòng)不適合用于這個(gè)場(chǎng)合，因?yàn)樗霓D(zhuǎn)動(dòng)會(huì)連著張緊輪一起轉(zhuǎn)動(dòng)，導(dǎo)致張緊輪與履帶相對(duì)位置的偏移，這樣可能會(huì)導(dǎo)致履帶脫軌，甚至整個(gè)機(jī)械下陷，存在安全隱患。方案二，我們把原本方鋼做成導(dǎo)軌，：然后在導(dǎo)軌里放一排的鋼珠，然后把內(nèi)導(dǎo)軌放進(jìn)去，這樣兩個(gè)導(dǎo)軌的相對(duì)移動(dòng)就從原來的滑動(dòng)摩擦變成了滾動(dòng)摩擦。思考以上兩個(gè)方案，我們最后決定改進(jìn)方案二?？紤]到導(dǎo)軌下方那個(gè)面試用來支撐的，如果只放一排珠子的話，里面滑塊會(huì)不穩(wěn)定，因此我們我們?cè)谙旅娴哪莻€(gè)面里放兩排的珠子，這樣就可以解決滑塊不穩(wěn)定的問題。滾子的固定我們參考軸承里的滾珠的固定方法，我們用兩塊有孔的板夾住滾子，考慮到滾子一端和內(nèi)導(dǎo)軌接觸，另一端和外導(dǎo)軌接觸，而且外導(dǎo)軌內(nèi)下平面的滾珠還要支撐內(nèi)導(dǎo)軌的重力，因此不能讓與外導(dǎo)軌接觸那端的滾子直接放在導(dǎo)軌上，因此我們?cè)谀嵌税迳瞎潭◣讐K板，來架空滾子，承受內(nèi)導(dǎo)軌的壓力。于是提出方案二，讓兩塊板合在一起，然后用鉚釘固定，：對(duì)于滾子和薄板之間的有滑動(dòng)摩擦，我們要考慮到它的潤(rùn)滑方式，因此我們?cè)趦蓧K板上都打個(gè)直徑為1mm的半圓型槽，當(dāng)做油路。確定滾子的固定方案后，按照上面分析的，設(shè)計(jì)外導(dǎo)軌的形狀。設(shè)割臺(tái)寬度為1m，則可推算出驅(qū)動(dòng)輪的速度V驅(qū)=。內(nèi)部阻力主要有：支重輪、導(dǎo)向輪和托輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)軸承、密封件內(nèi)部產(chǎn)生的摩擦力，支重輪在履帶上的滾動(dòng)摩擦力，驅(qū)動(dòng)輪與履帶鐵齒嚙合時(shí)的摩擦力等。外部阻力是履帶式收割機(jī)行駛阻力的主要部分，由于履帶擠壓地面使土壤產(chǎn)生的變形阻力。履帶正常行走階段的行走阻力=+=。但是單邊履帶承受總質(zhì)量的一半；這是單個(gè)驅(qū)動(dòng)輪的功率，考慮到功率損耗，設(shè)驅(qū)動(dòng)輪的傳動(dòng)效率=，則行走部分所需的功率的為：= 通過資料的收集，分別查到各部分的功率損耗：（1） 滾筒部分所需要的功率，由經(jīng)驗(yàn)公式可以求得，滾筒的功率約為2kw。（3） 。（5） 。 式中：履帶驅(qū)動(dòng)輪節(jié)圓直徑D=?？倐鲃?dòng)比：i = n柴n驅(qū)==。由于軸頸小于100mm，且要開兩個(gè)槽，所以，最小軸頸要增大15%。我們按照之前方案論證后采用的裝配方案來設(shè)計(jì)軸的尺寸和軸上各個(gè)零件的尺寸。初取d12=45mm，右端通過鍵與減速器輸出軸連接，左端加一個(gè)軸肩，取d23=50mm用于變速器里軸承的放置，則d45=50mm，因軸承受到徑向力的作用，我們采用圓錐滾子軸承用來支撐該軸，初步選取軸承30210，其內(nèi)徑為50mm，外徑90mm，取l45=23mm。并取l23=40mm。另外軸承還要再伸出2mm，因此我們?cè)O(shè)定l12=44mm。根據(jù)GB/T 1096—2003，選取該軸段的鍵的尺寸GB/T 1096—2003 14936，從而我們確定l67=40mm；取l56=40mm， d56=48mm， l34=113mm。根據(jù)查找機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，查取45號(hào)鋼的許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力[]=30Mpa，按照以上計(jì)算的數(shù)據(jù)得n=，其傳動(dòng)的功率P=，該軸的危險(xiǎn)截面的直徑d=45mm，則：==[]因此此軸校核合格。軸承壽命的計(jì)算公式如下： 式中：n—為軸承轉(zhuǎn)速 —為溫度系數(shù) C—為基本額定動(dòng)載荷 P—為當(dāng)量動(dòng)載荷 —壽命指數(shù)軸承的轉(zhuǎn)速和軸的轉(zhuǎn)速是一樣的，因此n=，根據(jù)查找文獻(xiàn)[7]，我們?nèi)囟认禂?shù)=。對(duì)球軸承的壽命指數(shù)=3，我們選用的是滾子軸承，它的壽命指數(shù)=。由于軸的兩個(gè)軸承中其中一個(gè)是在變速器里面的，因此我們只需校核驅(qū)動(dòng)輪端的軸承的壽命校核。徑向力派生的軸向力===250N。/=e=，因此按照[8]，P321表13—5查得，圓錐滾子軸承的X=1，Y=0。軸上驅(qū)動(dòng)輪端的鍵=，標(biāo)記：鍵：149 GB/T 1096—2003，由于同根軸上的兩個(gè)鍵的長(zhǎng)度是一樣的，因此只要校核其中一個(gè)。接觸高度為鍵高的一半，即k==；鍵的公稱長(zhǎng)度為36mm，寬度為9mm，則鍵的工作長(zhǎng)度為l=27mm；該軸段的直徑d=45mm；由[7]，P106，表6—2查取，=100MPa。 根據(jù)確定下來的驅(qū)動(dòng)輪軸支座設(shè)計(jì)方案可知，它是用來支撐連桿，放置軸承的。為此我們把軸支座設(shè)計(jì)成可調(diào)節(jié)的，用于調(diào)節(jié)軸的中心與變速箱輸出軸的中心的重合。為了方便零件的裝配，支座分為上下兩部分，內(nèi)圓尺寸為所選軸承外圈直徑，中心高度由驅(qū)動(dòng)輪的中心高度決定，突出兩耳朵用來支座上下兩部分的緊固。 橡膠履帶按驅(qū)動(dòng)方式可分為輪齒式、輪孔式和膠齒驅(qū)動(dòng)(無芯金)式[9]。輪孔式橡膠履帶上帶有金屬傳動(dòng)齒，傳動(dòng)齒插入帶輪上的孔中，嚙合傳動(dòng)。我們采用的是輪齒式驅(qū)動(dòng)方式，：[9]根據(jù)中華人民共和國(guó)機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JB/T6682—2008對(duì)履帶進(jìn)行設(shè)計(jì)。 JB/T6682—2008履帶行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)履帶的尺寸，我們從而確定了傳動(dòng)件的結(jié)構(gòu)尺寸。相對(duì)應(yīng)的我們就能確定橡膠履帶驅(qū)動(dòng)孔及驅(qū)動(dòng)齒的尺寸，： 驅(qū)動(dòng)孔及驅(qū)動(dòng)齒的尺寸 表中：a’為驅(qū)