农田履带式与轮式行走机构对比分析与设计开题报告.docx

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1、开题报告课 题名称 农田履带式与轮式行走机构对比分析与设计开题报告学生姓名学 号专业班级学院指导教师职称课题名称农田履带式与轮式行走机构对比分析与设计1 .课题设计的目的和意义（黑体三号，下同）履带式农田用机械的接地比压相对较低,从51. 8kW到118. 4 kW的各型农田用机械的接地比压为3050kPa,而同级别的轮式农田用机械接地比压要大的多。以96. 2 kW农田用机械为例：东方红1302履带机接地比压（装推土铲）为47.7kPa;东方红1304轮式机的接地比压约为104 kPa,相当于履带农田用机械的二倍多。（1）整地作业。无论是粮作区还是棉作区的播前整地和耙地作业,农民普遍选择使用

2、履带式农田用机械。原因是履带式农田用机械的接地压力小,不会对翻耕过的土壤造成多次反复的碾压。而轮式农田用机械在整地和耙地作业时轮胎在翻耕过的土壤上反复碾压造成对土壤的多次压实,不利于播种后种子生长发育。还有轮式农田用机械犁地作业时,一只后轮始终行走在犁沟中,轮胎对已耕地的反复碾压形成坚实的犁底层,不利于作物生长,影响产量。因此,据我们在南北疆的农户调查中，农民在整地、耙地作业时都愿意使用履带式农田用机械。在当地履带式农田用机械完成的作业量可达到总作业量的60%70%。（2）播种作业。北疆的一些地域轮式农田用机械播种作业时后轮碾压的深沟造成种籽播种深度和覆土不一致,给播种质量带来极不利的影响,而

3、且给后续的浇水作业也带来困难。因此,普遍选择履带式农田用机械播种。（3）几乎所有近山区种植粮油作物的农户毫无例外的选择履带式农田用机械。由于近山区的大部分耕地坡度较大,而轮式农田用机械在坡地作业时稳定性差、不安全、作业质量也差。农户普遍选择履带式农田用机械进行犁地、耕地、耙地作业。棉花及其他经济作物种植区域的农户耙地作业仍然普遍选择履带式农田用机械。主要原因仍然是轮式农田用机械碾压土壤严重。金属履带机器牵引力大，适合重负荷作业（如耕、耙等），接地比压小，对农田压实、破坏程度轻，特别适合在低、湿地作业，而且除田间作业外，还在农田基本建设和小型水利工程中用作推土机，综合利用程度较高。但其主要缺点是

4、在潮湿和砂性土壤上行走装置，如支重轮、导向轮、托带轮及履带板（俗称三轮一板）磨损较快，维修费用高，作业速度较慢，随着公路网发展，金属履带机器转移越发困难，使用不便。橡胶履带机器采用方向盘操纵的差速转向机构，可控性强，机动灵活; 转弯更省力，履带接地面积大，并有减振效果，乘坐舒适，由于比压低，对地面破坏程度轻，尤其适于低湿地作业，并可大大提高作业速度，改善道路转移适应性。橡胶履带寿命可达到6000小时，三轮寿命延长一倍，每台可节约维修保养费用和转移运输费用700010000元，仅此一项每年社会效益就有560800万元。在开荒、改造中低产田、沙壤土质地区，显示出极强的优越性。其缺点是初置成本高。大

5、功率轮式机器具有轮距调整方便、轴距长、质量分配均匀、充气轮胎有减振性，行驶中地面仿形性好，振动小、运输速度快，综合利用率高等优点。不足之处是不适于低湿地作业。而且，引进国外的具有世界先进技术水平的大功率轮式机器，价格和维修费用都太高，1台发动机约12万元、1根曲轴3万余元、1个变速箱总成需10余万元。大功率轮式机器接地压力大，易形成土壤硬底层，大功率轮式机器机重一般在5500、8500kg,接地面积比履带机器小，因此接地压力较大。经数年耕作后，在土壤的耕层下面将生成硬底层，不利于土壤的蓄水保墙和作物的生长。即使经过深度翻耙，依然会保持碎小的板结硬块，土壤的显微结构遭到了破坏。附着性能差，滑转率

6、高。经试验，大功率轮式机器与五锌犁配套作业时,在土壤平均含水率30%、坚实度0.3MPa、机组前进速度7. 2km/h左右的情况下，滑转率一般在1020%,有的达25%,轮胎对土壤的剪切作用，使耕层土壤结构遭到破坏。本设计主要以参考农业机械为主，农田包括水田和旱地，履带式与轮式行走机构针对不同的作业环境，各有其利弊。本课题的目标需要对两种行走方式进行对比分析与设计。2.主要参考文献综述（内容切题，具有综合归纳性，字数不少于1000字。未经本人阅读过的文献资料不得列入其中。）1986年C. Evans和D. S. Gove公布了在硬地面和已耕地上，1种橡胶履带与1种四轮驱动农田用机械牵引性能的实

7、验结果。在相同的底盘结构情况下，橡胶履带牵引效率与动态牵引比高，在已耕地和硬地面上其最大牵引效率是85%90%,四轮驱动农田用机械是70%-85%o 1988年D. Culshaw试验对比了摩擦驱动橡胶履带车辆和子午线轮胎驱动农田用机械，橡胶履带的拉力比轮式多25 %o同时对比了装橡胶履带的小型自卸车和类似重量的传统农田用机械，试验表明履带自卸车是轮式农田用机械拉力的2倍并且在软土上车辙小得多。在支撑良好的情况下，橡胶履带与钢履带性能相似。1990 年 J . IL Esch , L. L. Bashford , K. Von Bar2gen , R. E. Ekstrom 在 Nebrask

8、a大学1986年与1987年实验结果基础上，评价和对比了橡胶履带农田用机械与四轮驱动农田用机械在4种地面（未耕、己耙过、己犁过燕麦茬地和玉米茬地）的牵引性能（动力牵引比、牵引系数与打滑率的关系）。对比的橡胶履带农田用机械质量为13 970 kg,履带宽635 mm , 10个前进挡。四轮驱动农田用机械质量与之近似，为13 010 kg , 12个前进挡。两者均为动力换挡，实验时的最高限速均为10. 5 km/ ho 1993年口本学者T.Muro , R. Fukagawa , S. Kawahara在质量为4t的橡胶履带农田用机械上，为找到最合适的抓地爪形状，以获得最大的有效驱动力与破断力，

9、分析了各种斜坡柏油路面的牵引与破断性能。结果表明橡胶抓地爪最合适的形状是高5 cm的等边梯形。斜角增加，有效的牵引与破断效果降低。同时在驱动状态斜角越大，法向（normal）接触压强趋向于朝着橡胶履带后部增加,对破断力的影响则相反。1993年M.J.Dwyer , J . A. Okello , A.J.Scarlett等介绍了西尔索伊研究所（Silsoe Research Institute）在橡胶履带上所作的工作，建立预测橡胶履带性能的两种数学模型。一种假设履带是无限刚性，一种假设是无限柔性。用两种模型预测的性能和从一专用实验车辆的试验履带装置上得到的田间数据相比，实测数据在两种模型预测值

10、之间。试验车数据显示,接地长是影响牵引性能的最重要的因素,在接地长上的压力分布也是重要的。但履带的张紧在一定的范围与所试验的田间条件下是不重要的。图7是橡胶履带车辆和四轮驱动农田用机械的牵引效率，在不同滑转率下的计算值与试验结果对比，结果显示橡胶履带最高效率比轮式高10%20虬1994年加拿大Alberta农业机械研究中心（A12berta FarmMachinery Research Centre） Reed Turner 研究了在四轮驱动Case21H 9250农田用机械上装4个Gilbert和Riplo “GripTrac”橡胶履带驱动装置。1996 年 K. Watanabe、M. K

11、itano、K. Takano、H. Kato 对橡胶履带用于高速越野车辆进行了研究。橡胶履带装置的滚动阻力比轮胎大得多，文中描述了不同运行条件下,如初始张紧、履带速度、橡胶履带的温度对滚动阻力的影响。1995年卡特彼勒公司正式向世人揭示了它10年前推出的Challenger 65橡胶履带农田用机械,是在其4项结构研究成果基础上诞生的：（1）橡胶履带得益于无轮辆轮胎项目的研究。（2）独特的行走系参考CAT SA型提高速度的研究与L系列高置驱动轮、平衡台车项目的研究。（3）全动力换挡传动系、现代驾驶室与操纵借鉴于较接四轮驱动农田用机械的研制项目。（4）液压差速转向机构来源于CAT推土机的液压差速

12、转向机构。卡特彼勒的研究证明橡胶履带农田用机械在未耕土壤与已耕土壤上的牵引性能都比四轮驱动农田用机械有明显的提高（见图13）。1997年美国迪尔公司也发表了它对这一问题的研究，对比了橡胶履带农田用机械与四轮驱动农田用机械在不同地面的牵引性能与对地面的压强等。数据表明（见图14），两者的差距比图13显示的要小一些。1998年J . A. Okello、M. Watany、D. A. Crolla建立了预测橡胶履带在农业软地面上的牵引性能与支重轮下接地压力的模型,此模型考虑到各支重轮对土壤连续作用的影响。实验用土壤剪切与下沉实验得到形的效果。在一系列土壤条件下,理论计算与实验结果比较吻合。的土壤强

13、度参数,成功地模仿了单条橡胶履带装在各支重轮连续作用下弹塑性土壤变1999 年日 本学者 Shigeo Awazu Yoshiaki Kimura、Shunichi Shibasaki、Kunihiko Uchida发表了对5条履带转向车辆的研究。研究对象是用于雪地和泥泞地的车辆，用4个独立的橡胶履带装置代替四轮驱动的4个轮胎，接地面积比轮胎增加15倍。其在类似滑雪场的深雪地与压实的雪地以及在泥泞地面上，操作自如。和雪地车与工程机械等普通履带车辆不同，它在硬路面上能象汽车一样转向。为了提高附着能力与自洁能力，橡胶履带的接地齿通常为与行驶方向垂直或倾斜的直线齿。1999年Desrial和Nobu

14、taka Ito研究并确定了圆形接地齿橡胶履带的原理。圆形接地齿与较接式转向并用被证明能减少转向阻力和提高牵引性能。论文讨论了在校接式车辆上,考虑附着性能及下陷量,确定带圆形接地齿的橡胶履带参数的方法。此外，履带农田用机械国际上的竞争对手是卡特匹勒公司的橡胶履带农田用机械系列产品。一拖公司的产品无论是技术水平、还是生产能力与其相比都不具备竞争能力，只有价格有吸引力，但从性能价格比分析，一拖产品还是处于劣势。因此，公司的新一代大功率橡胶履带农田用机械将尽快投放市场，借以巩固传统市场，发挥竞争优势。20多年来，国内部分院校、研究院所和企业对橡胶履带车辆做了一定的研究，如:天津工程机械研究所对橡胶履

15、带两栖车辆的研究，中国农业机械化研究院及南京农业机械化研究所对水稻收割机橡胶履带的研究，吉林大学对差速转向系统的研究,江苏大学对橡胶履带啮合的研究,青岛建筑工程学院对橡胶履带接地齿接地压力的试验研究，中国一拖集团有限公司对橡胶履带农田用机械的研究和杭州永固橡胶厂对橡胶履带的研究等。下面主要介绍在橡胶履带农田用机械方面的研究：中国一拖集团有限公司对橡胶履带在农田用机械、推土机、自行电站上的应用进行了研究。重点是金属履带与橡胶履带在动力与使用性能的比较。1994年中国一拖集团有限公司在牵引力等级为3 t级的履带农田用机械上，对采用金属履带或橡胶履带进行了比较试验，试验在硬黄土地面上进行。与此同时，相关的底盘也有了一定的发展。此后，一拖公司还对采用橡胶履带的农田用机械、推土机进行了使用试验。主要是橡胶履带的耐磨性试验,橡胶履带的脱轨试验,橡胶履带的寿命试验,不同结构橡胶履带的可靠性试验，橡胶履带的伸长试验以及通常性的作业查定。国内市场上的履带农田用机械及变形产品，目前仍然是一拖的产品为主导。这类产品的销售由于受国家宏观经济政策的影响，处于波动状态。无论是作为工程机械变型、农田作业牵引或驱动动力，还是作为农业机械行走底盘，其