刘永智 石晶 李仁鹏 于丰睿 郝亮 张成

摘 要：为了填补大中型农机难以进入山区田地的缺陷，微型农机的设计研究是非常必要的，微型农机具有节约能源资源，促进农业增产，降低农民的劳动强度提高农业生产的效率的特点，目前自行走微耕机多采用履带式行走机构，该行走机构绝大多数采用整体式橡胶履带，由驱动轮带动橡胶履带板，从而实现整机得移动，前进后退及差速转弯。

关键词：微耕机;驱动轮;橡胶履带

中图分类号：S233.75  文献标识码：B  文章编号：1671-7988（2020）04-45-03

Design of driving wheel for new energy micro tilling machine^*

Liu Yongzhi， Shi Jing， Li Renpeng， Yu Fengrui， Hao Liang， Zhang Cheng

（ Automobile & Traffic Engineering College， Liaoning University of Technology， Liaoning Jinzhou 121000 ）

Abstract： In order to fill the defect that large and medium-sized agricultural machinery are difficult to enter small-scale farmland， the design and research of micro agricultural machinery is very necessary. Micro agricultural machinery has the characteristics of saving energy resources， promoting agricultural production， reducing the labor intensity of farmers and improving the efficiency of agricultural production， at present， most of the self-propelled micro cultivators adopt the crawler type walking mechanism， most of which adopt the integral rubber crawler， and the driving wheel drives the rubber crawler plate， so as to realize the movement of the whole machine， forward and backward， and differential turning.

Keywords： Micro tilling machine; Driving wheel; Rubber track

CLC NO.： S233.75  Document Code： B  Article ID： 1671-7988（2020）04-45-03

前言

從上世纪90年代到现在，我国大中型拖拉机在市场的占有率日益增加，与之相匹配的耕作机械已经被大量的投入到了农业的生产过程中，因此随之产生的农业生态失衡和农村的动力过剩等难题日益凸显。如：大功率拖拉机的经常进出田地作业时，会导致使土壤被压实，从而破坏了土壤的结构，对农作物的生长以及下次一次的耕地都造成了不等程度的麻烦，然而如果提前预留拖拉机的旋耕位置，这将损失大量耕地面积，这与我国耕地面积短缺的实际情况相违背，并且大中型拖拉机的购买成本比较高，都在相同时间作业，闲置的时间比较长，从而导致了设备的浪费、增加了机械设备的折旧。又由于玉米、花生、大豆、棉花、大葱等农作物均采用垄作种植，垄距非常小，而且果园，大棚内垂直高度都很低，大中型农业机械无法进入上述场地，对农作物进行开沟、起垄与除草、喷药等作业。而且，我国可种植的农田属于细碎和分散分布，因此大中型农机的规模化作业不能起到相应快捷方便的特点，因此设计一种小型的农业机械，替代大型机械难以进入农田的缺陷，从而节约资源，解放人力，提高劳动效率。

近年来微耕机主要以小型柴油机作为动力的，因其具有重量轻，结构简单，体积小等特点，被广泛适用于旱地、水田、果园等地方。各种类型的微耕机配上相应机具有耕地、镇压、开沟、起垄、施肥等作业。提高了耕地效率，微耕机可以在田间自由行使，可以省去了大型农用机械无法进入山区田地的问题。目前家用式微耕机多采用手扶式微耕机，其操作困难费力，为了摒弃了传统人力手扶、驾驶操作模式，设计了自行走式履带微耕机，履带自走式旋耕机与传统微耕机相比有明显优势：一是耕地质量高，二是接地面积大对土壤破坏小，三是摒弃了传统人力手扶、驾驶操作模式，只需按下相应遥控按钮，履带式微耕机采用整体橡胶履带，履带板按照GB/T 20786-2015橡胶履带标准设计，由驱动轮带动橡胶履带板，从而实现整个微耕机移动，他可以简化微耕机底盘结构，以滑动摩擦代替滚动摩擦，运行稳定、转动可靠、很少出现跳齿、脱齿的现象、使用方便和后期维修费用低。

1 驱动轮简介

根据驱动元件的结构不同履带驱动轮分为：轮孔式、轮齿式及摩擦式三类，轮孔式驱动轮尺寸比较大，容易发生跳齿、脱齿的现象，驱动能力比较低，并且在田间使用时轮孔式驱动轮常常会被杂草、垃圾石子的异物堵塞齿轮孔，适用于轻载底盘。轮齿式驱动轮与履带紧密啮合，在土壤中抗打滑能力比较强，广泛应用在水田农业机械和掘进式机器中。摩擦式驱动轮，在行驶时靠驱动轮与履带进行摩擦使地盘前进，其需要的张紧力较大，结构复杂，一般应用很少。微耕机工作于田间，作业是要较大的驱动力，因此设计一种轮齿式驱动轮。

2 驱动轮设计

驱动轮的设计应具备的条件有：传递的功率、驱动轮工作转速、传递用途以及驱动力的种类，根据设计机型的整机质量确定所需要的行走驱动力，确定行走速度（1-1.5m/s），根据公式确定行走功率，根据经验公式确定驱动轮节圆直径范围，再根据Z=180°/arcsin（t/D_k）确定驱动轮齿数，然后根据公式d=（0.3～0.4）确定滚子直径（影响在啮合时是否出现卡齿现象），从而确定如下表格数据，见表1。

以上述公式给定的技术参数，进行驱动轮的齿形进行绘制，齿形图如图1。

3 设计举例

AC形状橡胶履带传动节距P=60，滚子直径d=20，齿轮齿数z=9（尽量为奇数，最好为质数）。相关数据参数及设计参数如下，见表2。

履带驱动轮通过与轮毂电机直接相连接，把动力传递给底盘行驶装置，为履带式底盘提供了驱动力，是微耕机动力底盘的唯一传动机构。因为是有电机驱动，所以本论文着重考虑了轻量化设计，研究表明电机的驱动质量减少百分之十，电能将节约百分之八，因此为减轻新能源微耕机整机重量，以最大程度节约电池的使用时间，选用驱动轮的材料为密度较小、综合力学性能良好的尼龙材料。

4 虚拟样机

虚拟样机技术是上世纪80年代逐渐兴起、基于计算机技术的一个新概念。从国内外对虚拟样机技术 （Virtual Pro- totyping， VP）的研究可以看出，虚拟样机技术的概念还处于发展的阶段，在不同应用领域中存在不同定义。虚拟现实技术在机械产品研发过程中的有具体的应用，它的目的是为了提高设计过程的可视化，从而全面改善产品的整体的装配性能。通过以三维建模、虚拟装配和运动干涉分析三步骤为主体进行分析，从中找出零部件结构设计的强度不足、装配中位置相互干涉的结构，从而使要设计的机械结构装配的具有合理性，从而降低了实物的返工率，可以大大减少新产品的研发周期、降低产品研发的成本。本文通过catia的三维建模软件对齿轮进行了建模为后续的虚拟装配和运动分析提供了模型文件，如图3：

5 结论

本文参照驱动轮设计相关标准，采用特殊理念设计了一种四圆弧齿形驱动轮，经过多次实验得出的方法，使用此方法设计的驱动轮运行过程平稳，振动小，没有卡齿现象，完全满足设计之初所提的各项设计要求。

参考文献

[1] 成大先.機械设计手册[M].北京化学工业出版社，2003.

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