基于ADAMS平台下高地隙拖拉机转向梯形的设计与仿真

王瑞平　张彬

摘要：高地隙拖拉机是一种现代专有农业机械，因其具备底盘离地间隙高、通过性能好的优点，而在玉米、高粱等高杆作物的喷药过程中被广泛应用。文章介绍了阿克曼公式对于高地隙拖拉机转向梯形设计的重要性，并且根据阿克曼公式对高地隙拖拉机的转系梯形关键结构进行了设计。

关键词：高地隙拖拉机；阿克曼公式；ADAMS平台；运动仿真；转让向梯形设计 文献标识码：A

中图分类号：U463 文章编号：1009-2374（2016）08-0015-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.08.008

高地隙拖拉机是现代专有农业机械中的一种，因其具备底盘离地间隙高、通过性能好的优点，在玉米、高粱等高杆作物的喷药过程中被广泛应用。高地隙拖拉机驾驶舱、喷药罐以及传动系统往往布置于车辆上端，下端轮胎两侧间留出1.8～2m的空间用于通过农作物，因而能够避免车辆在行驶过程中对农作物的损毁。

高地隙拖拉机转向系统通常采用液压助力转向，整个转向系统又分为两个子系统，分别为液压系统和机械系统。液压系统由转向器、液压泵、液压油缸、管路接头等辅件组成，本文暂不做研究；机械系统包含转向臂、梯形机构、转向轴、轮胎、中间的连接零部件，如图2所示。

整个系统的工作原理如下：液压油缸提供转向力，驱动转向臂运动，转向臂与梯形机构的直拉杆连接在一起，且焊接在一个圆形套筒上。该套筒又通过键与转向轴连接在一起，因此当油缸伸出（缩回）时，会迫使左侧转向轴转动，从而带动左侧轮胎向左（向右）转动。与此同时，左侧的直拉杆会以左侧转向轴为圆心转动，推动横拉杆右移（左移），右侧轮胎左转（右转），从而完成车辆的转向。

ADAMS是一款机械动力学分析软件，其能够完成机械系统性能测试、运动仿真、碰撞检测等工作。本文将在ADAMS环境中建立转向机械系统的简化模型，通过仿真试验找出内转角为45°时梯形机构的合理结构形式，从而设计出较为合理的转向系统梯形机构。图3为在ADAMS中创建的转向机械系统简化模型：

为了简化建模过程，对转向机械系统结构进行了简化。图3为整车框架，分析过程中该部件可以默认为是静止的，同时也是整个转向系统的参照物，给出轮胎的示意图是为了找出轮胎中心处的法线，从而找出转向过程中法线的焦点。

模型创建完成后，根据实际情况及仿真需要添加相关约束，并且在转向臂处添加一个转向力。由于本文只研究结构形式，而不考虑结构强度，因此忽略了存在的各类摩擦力等。在加载了一个转向力后，整个系统开始运动。刚开始由于横拉杆和直拉杆的设计不够合理，因此转向过程无法满足图1所示要求，如图4所示，经过对横拉杆、直拉杆多次调整后，获得如图5所示的运动仿真过程，此时可以满足图1给出的转向要求。

图5中转向系统横拉杆长度为1900mm，直拉杆长度为205mm。由图4和图5可知，只有在转向系统中横拉杆和直拉杆设计合理时，才能够保证整车有良好的转向性能，同时最大程度地降低轮胎的磨损。

参考文献

[1]刘国伟.小型高地隙拖拉机关键结构设计与三维建模[D].山东农业大学，2014.

[2]陈集丰.汽车转向梯形机构最佳参数确定[J].西北工业大学学报，1995，13（4）.

[3]朱孔欣.一种高地隙拖拉机的行走装置[P].专利号：CN203637454U.

作者简介：王瑞平（1986-），男，内蒙古呼和浩特人，中船重工中南装备有限责任公司助理工程师，硕士，研究方向：系统方案设计、结构设计与仿真；张彬（1987-），男，山东潍坊人，供职于山东劳动职业技术学院，初级职称，研究方向：机械设计、机械制造。

（责任编辑：黄银芳）