【正文】 貝斯特（Best）設(shè)計制造出第一臺由蒸汽機驅(qū)動的自走式聯(lián)合收割機，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)合收割機在美國日益普及，很快澳大利亞也生產(chǎn)了類似的機器[3]?，F(xiàn)在國外聯(lián)合收割機的發(fā)展也不單單只是簡單地滿足于收割，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)動機的功率最大到243kw，正在研發(fā)的有276kw；割臺最大割幅已超過9m。（2）向擴大機器的通用性和提高適應(yīng)性發(fā)展。（3）新材料和先進制造技術(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)動部件轉(zhuǎn)速、谷物損失量、收割機切割高度、糧箱填充量等的信息顯示；安全生產(chǎn)的互鎖補償系統(tǒng)和警報輸出有信號報警、故障警報、啟動互鎖、收獲互鎖與運輸?shù)裙δ?；還有自控裝置包括了割茬高度的自動調(diào)節(jié)、自動対行、自動停車、自動控制車速等[3]。國外有一些先進的聯(lián)合收割機上都裝有GPS 接受系統(tǒng)，他們是用于獲取影響作物生長環(huán)境因素和農(nóng)田小區(qū)作物產(chǎn)量的信息，并且監(jiān)測作物的產(chǎn)量和水分，從而來控制聯(lián)合收割機的割幅、割茬和前進速度，讓聯(lián)合收割機處于一個最佳的狀態(tài)，把聯(lián)合收割機的最佳作業(yè)量和最高生產(chǎn)工效發(fā)揮到極致。國內(nèi)收割機起步較晚，早期以模仿及從蘇聯(lián)，美國，及加拿大等國家進口為主。背負(fù)式稻麥聯(lián)合收割機是中國的特色，是我國農(nóng)村經(jīng)濟條件催生出來的一種較為經(jīng)濟實用的收獲機械。背負(fù)式聯(lián)合收割機結(jié)構(gòu)簡單，價格便宜，又是農(nóng)民家中拖拉機收益最高的配套機具，20 多年來一直暢銷不衰，與自走機平分收獲機市場[4]。隨著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)向產(chǎn)業(yè)化、集約化推進，小麥聯(lián)合收割機產(chǎn)品發(fā)展趨勢將向中高端發(fā)展，并逐步進入國際市場。從現(xiàn)在種植結(jié)構(gòu)看多為中小田塊，所以機型以中型機占主導(dǎo)地位，發(fā)展趨勢是中、大型機, 并逐步由現(xiàn)在以機械式為主向電子、液壓技術(shù)方面發(fā)展。水稻收獲使用的主要有兩種機具一種為中小型全喂入橡膠履帶自走機，適合水田收獲。另一種為半喂入自走水稻聯(lián)合收割機，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，在工程機械、建筑機械、運輸機械、農(nóng)業(yè)機械、同林機械上都有它的應(yīng)用[5]。橡膠履帶對路面不損傷性要優(yōu)于鋼質(zhì)履帶，因此橡膠履帶機械作業(yè)不受路面限制，短途轉(zhuǎn)場作業(yè)不需要運輸工具搬運。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，擴展了機械作業(yè)區(qū)間與范圍，提高了機械設(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，使履帶車輛的震動減小、噪音降低。4. 油耗低。橡膠履帶柔性能好、隨動性好，有效降低了沖擊震動功率的損耗。5. 機械時速提高。一般芯鐵式橡膠履帶車輛時速在15—20km／h，摩擦式橡膠履帶車輛時速可達(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]。同時集成了輪式車輛和金屬履帶車輛的優(yōu)點。我國橡膠履帶開發(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)機械、工程機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。隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展對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和質(zhì)量輕等優(yōu)點。橡膠履帶的使用極大地擴展了履帶式和輪式行走運輸機械的應(yīng)用范圍，克服了各種不利地形條件對機械作業(yè)的制約，其在拖拉機、各種農(nóng)業(yè)和工程及運輸機械中的應(yīng)用必將進一步擴大[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)計需要不斷優(yōu)化，同時改進工藝操作與控制．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]到履帶的磨損會延長履帶長度，所以必須設(shè)一個張緊裝置，可由張緊裝置來調(diào)整履帶的松緊度，：驅(qū)動形式為柴油機后置的前輪驅(qū)動，柴油機通過皮帶傳動，把動力傳動到主軸上，主軸再分別帶動行走部分和收割部分。 方案論證驅(qū)動輪軸是用來連接變速器和驅(qū)動輪的，變速器通過它與驅(qū)動輪相連接，給驅(qū)動輪提供動力。因此我們要設(shè)計的是從變速箱出來，軸上的各零件及它的裝配方法。按照以上的設(shè)計思路初步模擬方案一，：由于軸的一端連接著驅(qū)動輪，驅(qū)動輪是在履帶里面工作的，因此軸的一部分也是要伸進履帶的，所以在設(shè)計連桿支座的時候，要注意它的尺寸不能太大，不然它會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機器的重力，它和履帶之間是滾動摩擦，是履帶對它的摩擦力讓支重輪向前滾動。依據(jù)實際經(jīng)驗來說，水稻收割機的工作環(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，我們采用兩個背對背的油封密封，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度，會大大減少支重輪對履帶的傷害。相比方案一，方案二更具靠近實際，更有實用性。如果兩條履帶張力差異明顯，還會使行走方向產(chǎn)生偏移，當(dāng)支重輪、導(dǎo)向輪發(fā)生脫軌現(xiàn)象時，行走方向的偏轉(zhuǎn)會直接導(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。針對這個現(xiàn)象，我們有了一個小小設(shè)想，就是如果把滑動摩擦改成滾動摩擦，這樣的話我們在張緊履帶的時候就不會這么費力了。但是考慮到圓的導(dǎo)軌除了會發(fā)生相對的橫向移動，也會發(fā)生相對的轉(zhuǎn)動，這種轉(zhuǎn)動不適合用于這個場合，因為它的轉(zhuǎn)動會連著張緊輪一起轉(zhuǎn)動，導(dǎo)致張緊輪與履帶相對位置的偏移，這樣可能會導(dǎo)致履帶脫軌，甚至整個機械下陷，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)軌放進去，這樣兩個導(dǎo)軌的相對移動就從原來的滑動摩擦變成了滾動摩擦。思考以上兩個方案，我們最后決定改進方案二?？紤]到導(dǎo)軌下方那個面試用來支撐的，如果只放一排珠子的話，里面滑塊會不穩(wěn)定，因此我們我們在下面的那個面里放兩排的珠子，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，因此我們在那端板上固定幾塊板，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，：對于滾子和薄板之間的有滑動摩擦，我們要考慮到它的潤滑方式，因此我們在兩塊板上都打個直徑為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)計外導(dǎo)軌的形狀。設(shè)割臺寬度為1m，則可推算出驅(qū)動輪的速度V驅(qū)=。內(nèi)部阻力主要有：支重輪、導(dǎo)向輪和托輪轉(zhuǎn)動時軸承、密封件內(nèi)部產(chǎn)生的摩擦力，支重輪在履帶上的滾動摩擦力，驅(qū)動輪與履帶鐵齒嚙合時的摩擦力等。外部阻力是履帶式收割機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；這是單個驅(qū)動輪的功率，考慮到功率損耗，設(shè)驅(qū)動輪的傳動效率=，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)驗公式可以求得，滾筒的功率約為2kw。（3） 。（5） 。 式中：履帶驅(qū)動輪節(jié)圓直徑D=?？倐鲃颖龋篿 = n柴n驅(qū)==。由于軸頸小于100mm，且要開兩個槽，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)計軸的尺寸和軸上各個零件的尺寸。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，因此我們設(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)查找機械設(shè)計手冊，查取45號鋼的許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力[]=30Mpa，按照以上計算的數(shù)據(jù)得n=，其傳動的功率P=，該軸的危險截面的直徑d=45mm，則：==[]因此此軸校核合格。軸承壽命的計算公式如下： 式中：n—為軸承轉(zhuǎn)速 —為溫度系數(shù) C—為基本額定動載荷 P—為當(dāng)量動載荷 —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)=。由于軸的兩個軸承中其中一個是在變速器里面的，因此我們只需校核驅(qū)動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)動輪端的鍵=，標(biāo)記：鍵：149 GB/T 1096—2003，由于同根軸上的兩個鍵的長度是一樣的，因此只要校核其中一個。接觸高度為鍵高的一半，即k==；鍵的公稱長度為36mm，寬度為9mm，則鍵的工作長度為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)動輪軸支座設(shè)計方案可知，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)動方式可分為輪齒式、輪孔式和膠齒驅(qū)動(無芯金)式[9]。輪孔式橡膠履帶上帶有金屬傳動齒，傳動齒插入帶輪上的孔中，嚙合傳動。我們采用的是輪齒式驅(qū)動方式，：[9]根據(jù)中華人民共和國機械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JB/T6682—2008對履帶進行設(shè)計。 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件的結(jié)構(gòu)尺寸。相對應(yīng)的我們就能確定橡膠履帶驅(qū)動孔及驅(qū)動齒的尺寸，： 驅(qū)動孔及驅(qū)動齒的尺寸 表中：a’為驅(qū)