自走式履带灌木采伐机底盘设计

2017-10-12任长清

林业机械与木工设备 2017年10期

关键词：张紧驱动轮履带

，，，，任长清

(东北林业大学林业与木工机械工程技术中心，黑龙江哈尔滨 150040)

研究与设计

自走式履带灌木采伐机底盘设计

杨春梅，初金星，姬广磊，马岩*，任长清

(东北林业大学林业与木工机械工程技术中心，黑龙江哈尔滨 150040)

针对自走式履带灌木采伐机的需求，提出其底盘设计方案，并对其中的关键部件进行了设计。根据经验计算公式对接地长度、轨距及最小离地间隙等参数进行了分析计算。所设计的底盘可靠性好、稳定性高、结构实用。

灌木采伐机；自走式；底盘；设计

Abstract：In view of the demand for self-propelled brushcutters，a chassis design scheme is put forward，involving the design of key components.Based on an experience formula，analytical calculation of such parameters as grounding length，gauge，and the minimum ground clearance is conducted.The designed chassis features good reliability，high stability and a practical structure.

Keywords：brushcutter；self-propelled；chassis；design

自走式履带底盘是灌木采伐机一个非常重要的机构，其性能直接影响灌木采伐机的工作性能。灌木采伐机是在灌木丛中作业，作业环境较差，地面松软，高低不平，这些都增加了机器的行驶阻力，而且转向困难，同时还会影响采伐机的作业稳定性。另外，灌木丛地面通常都有一定的坡度，有的地面坡度还比较大，这些外在环境也都不利于采伐机在灌木丛中行走[1]。自走式履带灌木采伐机在行驶过程中不仅需要承受自身的重力，还要承受采伐机作业时所受到的外力，同时还需要保证采伐机作业时的稳定性。采伐机底盘的质量占采伐机总质量的比例很大，结构也比较复杂，因此自走式履带灌木采伐机底盘的设计要求较高。

通过对履带式灌木采伐机底盘的分析和研究，设计出一台基于国产技术的自走式灌木采伐机底盘。采用自走式履带底盘来承载灌木采伐设备，可以保证灌木采伐设备在灌木丛中工作时的稳定性、持续性和安全性。

1 设计原则及基本结构

一般履带式底盘的主要部分有车轮、履带和履带支架。履带式灌木采伐机的底盘结构与普通的履带式底盘结构相似，只是该底盘支座的结构比较简单，是直接焊在一起的，而且中央底座与履带架也是一体的，合为一个底座支架[2-3]。

要求设计的自走式履带底盘的可靠性、稳定性较高，并且结构要简单实用。该机构的特点主要包括以下几个方面：①机构简单、小巧；②机构用直流电动机驱动，使底盘的行走可控性强，而且具有足够的行走动力；③可以原地转向，机动灵活[4]。

底盘支座是整个灌木采伐机的结构基础，底盘不仅要承受整个机器的质量，而且还要承受机器在行走及作业过程中各外力的作用，并将这些力传给底盘支座。该机架主要由矩形管和钢板焊接而成，上面的焊接板用来安装直流电机，尾部焊接板用来安装直流发电机，前面的丝杠升降架用于安装灌木采伐机。

灌木采伐机的重力首先作用在底盘支架上，再通过支撑轮、履带等将所受的力分散传至地面上。闭合式履带绕过驱动轮和支撑轮，驱动轮与支撑轮所组成的侧视图为三角形，这样可使履带轮更加稳定，同时也减少了上半部履带的分支挠度。底盘动力由直流电机通过减速机传给驱动轮，驱动轮通过与履带啮合驱动履带带动整个底盘运动。履带支座上的张紧机构在安装履带时要处于松弛状态，当履带安装上以后再将其张紧。履带长期使用后会伸长变得松弛，使驱动力下降，此时可根据底盘的实际情况调整张紧装置上的螺杆，以保证履带有适宜的松紧度。底盘转向通过控制直流电机转动来实现，底盘向不同方向转动时只有单个电机转动，可以很方便地完成转向或原地转弯。自走式灌木采伐机底盘结构示意图如图1所示。

图1 自走式灌木采伐机底盘结构示意图1.直流电机；2.履带；3.支撑轮；4驱动轮；5.支撑轮架；6.张紧装置；7.升降架

2 自走式灌木采伐机底盘关键部件的设计

2.1支撑轮的结构设计

支撑轮主要承受灌木采伐机、汽油发电机的重力以及作业时产生的外力，通过两端的轴承及轴套固定在机架上。底盘在行走时要承受由于路面崎岖不平而产生的冲击力，且经常在比较泥泞或尘土较多的环境中作业，因此支撑轮的密封性必须可靠，耐磨性能好，承载能力强。目前支撑轮的密封主要采用油封的形式，其特点是结构简单，寿命长，密封性能好，并且一次加油后可工作很长时间，维护保养简单方便，成本低。

支撑轮的形式主要有两种，一种是没有外凸缘，另一种是带有外凸缘。没有外凸缘支撑轮的中间单缘与有外凸缘支撑轮的两侧凸缘均能使履带沿着正确的方向运动。本设计中底盘支撑轮的工作面直径较小，故选用的是带有外凸缘的支撑轮，支撑轮结构如图2所示。

图2 支撑轮结构1.轴端盖；2.支撑轮；3.主轴；4.支撑轮支架；5.轴承

2.2 驱动轮的结构设计

驱动轮与履带相互啮合，驱动轮带动履带一起转动，履带在各种工作环境中都能正常作业。驱动轮安装在支撑轮的正上方，与支撑轮形成一个三角形结构，这样的设计不仅能保证底盘在工作时的稳定性，还能减小底盘的功率损失。驱动轮常用的制造形式有多种，当前应用比较广泛的是整体铸造式驱动轮。因为分体铸造和锻造的工艺都比较复杂，而且制造成本高，所以现在很少使用分体铸造和锻造形式的驱动轮。驱动轮的结构图如图3所示。

图3 驱动轮结构

2.3 张紧装置的结构设计

张紧装置的结构形式较多，其作用是防止履带因使用时间过长而松弛，而且在履带松弛后也能保证其正常工作，同时还能避免履带出现故障时对底盘造成功率损失。张紧装置安装在履带支撑横梁上，处于履带正中间位置，张紧时可以使履带受力均匀。张紧装置主要由张紧螺杆、锁紧螺母、支撑轮支架、导向杆等部件组成。张紧装置结构如图4所示。

图4 张紧装置结构1.张紧螺杆；2.锁紧螺母；3.支撑轮支架；4.导向杆

2.4 底盘驱动马达的结构设计

驱动马达主要由直流电机、汽油发电机、蜗轮蜗杆减速器等组成，传动方式为外壳传动，汽油发电机安装在底盘的尾部，这样安装还可以将其当作底盘配重，而直流电机与蜗轮蜗杆直接连接在一起，然后安装在自走式灌木采伐机底盘支架上并直接与驱动轮相连，用于实现底盘的行走功能，其工作性能可靠，效率高。因为自走式灌木采伐机的工况复杂多变，因此驱动马达也应能适应各种复杂的工作环境，如坡路、淤泥、洼地等。为了使自走式灌木采伐机适应各种不同的工作环境，驱动马达应具有低速行走时还能保持平稳的性能，为此设计时选择了菱形自调心轴承，该轴承承受径向负荷能力大，比较适用于这种有重负荷及冲击负荷的情况，而且其抗振性能好，这样可以承受底盘在作业和转向时产生的轴向力和径向力。驱动马达的关键指标是驱动马达传递给底盘驱动力的大小，其要满足35°爬坡能力的要求[5-7]。