履带拖拉机越埂变形装置的设计

黄晶晶，肖名涛，孙松林

（1.湖南农业大学 教育学院，湖南 长沙 410128；2.湖南农业大学 工学院，湖南 长沙 410128）

履带拖拉机越埂变形装置的设计

黄晶晶1，肖名涛2，孙松林2

（1.湖南农业大学 教育学院，湖南 长沙 410128；2.湖南农业大学 工学院，湖南 长沙 410128）

针对履带式拖拉机在越埂时因存在过大倾角而产生的安全问题，设计了一种履带拖拉机变形装置。文章介绍其整体结构与工作原理，并对变形架机构与履带张紧机构进行详细说明。装备该变形装置的履带拖拉机在通过田埂时可降低最大倾角和悬空高度，进而行驶更加稳定、安全。

履带拖拉机；可变形履带；变形机构

随着我国南方农业机械化快速发展，越来越多的地区实现了机械化生产。而南方地形、地貌复杂，耕地多为小块水稻田，田块间筑有田埂。农田作业机械要经常越过田埂，而普通履带式拖拉机越过田埂时，履带前端悬空高度较高，易造成较大的冲击，这对行驶稳定性造成很大的影响，甚至危及驾驶员安全。

针对该问题，设计一种结构可变形的履带行驶装置，使履带支撑结构随地形变化，减小履带悬空高度，进而减小冲击。

1 履带变形装置的工作原理

南方因气候温暖潮湿，耕地多为泥土松软的水稻田，采用履带驱动的拖拉机因其越沟性能好，对农田、道路的破坏性较小而被广泛用于水稻田作业机械的行驶装置。

1.1 履带拖拉机越埂分析

南方稻田被分成很多小面积的田块，在各田块之间筑有高约20cm、宽30cm的田埂。普通履带拖拉机通过田埂时履带不可变形。其工作的状况如图1所示。

图1 履带拖拉机未变形越埂图

履带式拖拉机挂载旋耕机后总长约为3.3m，履带接地长度为1.1m。随着拖拉机驶上高为20cm的田埂，其倾斜角度越来越大，当整车重心越过田埂I时，倾角达到最大约20°，此时拖拉机前端悬空高度H达到最高处约1m，随后车头下沉，履带砸向地面，对行驶的稳定性和安全性造成严重影响。同时过大的倾角和冲击将对发动机和减速器等重要部件造成影响，缩短其使用寿命。

1.2 履带变形装置的结构分析

不可变形履带车架在通过田埂时易造成较大的冲击。为减少冲击，设计一款履带变形装置。如图2所示，该履带装置在通过田埂时由于结构的变形，履带形状将适应地形而变化，限制了最大倾角。

图2 越埂变形装置结构图

变形履带装置由驱动装置、变形装置和履带支撑装置组成。驱动装置由驱动轮、承重轮、履带和车架组成。车架前后分别焊接有前后支撑架，驱动轮安装在后支撑架上方，后支撑轮安装于后支撑架。前支撑架有滑动导槽，用以约束前支撑轮水平运动。履带支撑装置由支撑轮、液压缸和滑动杆组成。前支撑轮装于滑动杆端部，并通过液压缸与车架连接，履带张紧力通过控制液压油压力调节。变形装置由变形架、压板、复位弹簧和变形承重轮组成。在前支撑架和后支撑架分别安装有前变形架和后变形架，经复位弹簧与车架弹簧支座连接，变形承重轮用弹簧对称安装在前后变形架上。

1.3 工作过程分析

履带越梗作业过程如下：履带拖拉机以垂直田埂的方向匀速行驶。当前变形架压上田埂，弹簧开始变形，前变形架开始绕其销轴顺时针旋转，履带随之向内凹陷。当履带张力在滑动杆上的分力大于液压缸推力在滑动杆上的分力时，液压缸收缩，前支撑轮向后移动。当田埂处于前变形架中部位置时，前变形架的伸缩弹簧继续被压缩，此时履带张力较大，变形承重轮的弹簧力与履带变形力一同带动后变形架逆时针旋转。当田埂处于履带中部位置时，如图3所示，变形承重轮向内收缩到最大位置，履带内凹形成与田埂相似的形状，达到变形最大位置。驶出田埂时履带渐渐恢复原状，液压缸推动前支撑轮前移张紧履带。

图3 履带变形机构简图

在进行正常作业时，履带拖拉机的结构不需有太大的变形，因此切换到正常工作模式。履带式拖拉机在正常行驶作业时，液压缸将前支撑轮顶到前极限位置，此时液压泵卸何，液压缸接压力蓄能器保持履带张紧力。

2 关键部件的结构设计

（1）变形机构的结构设计。变形机构是履带变形装置的主要部件之一。如图4（a）所示，变形机构主要由变形架、弹簧、承重轮和压板组成，其中变形架安装在车架的销轴上，其两端通过销轴安装承重轮。压板使变形架所在的履带段受力均匀。

图4 变形架机构图

图4（b）所示为变形架在平地行驶时的受力图。越埂时，由于田埂反力F2和弹簧力FT2对转动销轴之矩大于F1和弹簧力FT1的作用，变形架整体绕销轴旋转，达到新的平衡点。随着变形架转动角度增大，弹簧力FT2变得越来越大，与田埂反力F2共同作用达到最大变形量。

（2）液压张紧装置的结构设计。该履带张紧机构主要由液压系统、滑动杆及支撑轮组成。如图5所示，液压缸推动支撑轮沿滑动杆运动张紧履带，由两位四通电磁换向阀控制系统工作状态。当需要越埂时，利用溢流阀调定系的压力，使液压缸以基本不变的推力适应支撑轮的移动。当正常工作时，滑动杆被推至右极限位置，切换换向阀使进出油口封闭，液压泵卸何，由压力蓄能器保持液压缸推力。

图5 液压张紧结构

（3）变形承重轮的结构设计。变形承重轮的变形结构主要由承重轮、承重架和弹簧组成。如图6所示，承重轮经轴承安装在承重架上，承重架两端对称安装伸缩弹簧。该机构主要起支承作用和对两变形架的运动的连接作用。

图6 变形承重轮结构

3 结论

装备该履带变形装置的农田作业车辆在越埂时极大降低了最大倾斜角度和悬空高度，提高了作业安全性。该装置的普及有利于南方丘陵地区的农业机械化。

［1］肖名涛，孙松林，谢方平，等.一种用于履带式农田作业车辆的履带越埂变形装置［P］.中国专利：104691636A，2015-6-10.

［2］刘大为，谢方平，李旭.一种可变形履带行走装置的设计［J］.湖南农业大学学报，2015，41（1）：99-103.

［3］黄雪涛，顾亮，吕维维，等.履带张紧力及其影响因素分析［J］.兵工学报，2014，35（7）：1110-1116.

［4］孙智勇，左方印，朱洪俊，等.双曲柄滑块机构变形履带机器人越障机构设计和分析［J］.机械传动，2014，38（6）：91-94.

［5］孙恒，葛文杰.机械原理［M］.北京：高等教育出版社，2006.

湖南省科技厅重点研发计划项目（2015NK2006，2016NK21 11）。

黄晶晶（1996-），男，湖南邵阳人，大学本科，主要从事农业机械设计与研究工作。

通迅作者：肖名涛（1981-），男，湖南桑植人，博士，副教授，主要从事农业机械研究工作。