微型种植园履带式行走装置设计研究

冯义超+刘启航

摘 要：随着农业产业在现代经济发展中地位的提升，种植园数量和类型也在不断增多，且种植园因为所处地区和位置的差异，使得其地形地势也存在较大差别，这就使得其种植工作也因此受到较大的影响，履带式行走装置由此产生。本文针对履带式行走装置，大多行走复杂多变路面的特点，在结合微型种植园实际情况的基础上，对其結构设计工作展开简单研究分析。

关键词：微型种植园；履带式行走装置；设计

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.04.193

就履带式车辆来讲，其带有接地比压小、面积大、爬坡能力强、附着性能好、转弯半径小、跨沟和越埂能力较强等优势，在地形较为复杂的种植园区中，具有良好的应用效果。对现代微型种植园来讲，某些种植条件相对较为恶劣的地区，就需要具有足够强度、刚度、性能和转向功能等，都比较良好的机械设备，完成相应的种植工作。因此，设计一些符合微型种植园，适合种植园环境的履带式行走装置非常必要。

1 履带式行走装置结构

一般情况下，履带式行走装置，由驱动轮、履带、导向轮、张紧装置、托带轮、支重轮等相关装置组成。履带同其绕过的支重轮、导向轮、托带轮、驱动轮，共同组成“四轮一带”装置。在该装置中，行走直接同回转支撑装置相连接，通过履带和支重轮，将装置接收的荷载传递到地面上，履带与导向轮和驱动乱的连接，是封闭环绕式。为了有效减少履带上部的挠度，该装置中的履带大多都使用托带轮进行支撑，当履带因为受到长时间磨损，导致自身长度增加时，操作人员可以借助张紧装置，对履带松紧程度进行调整，使其可以维持在一个最佳工作状态中。见下图1：

2 履带行走装置设计

2.1 选择履带

就目前来看，橡胶是最常见的履带制作材料，它属于橡胶同金属、或纤维材料，复合制作而成的一种环形的橡胶带，适合在工程和农业机械、运输车辆等，具有行走功能的位置使用。同其他材料制作成为履带相比，橡胶构成的履带，在行走的过程中不会对路面造成较大的损害，结构相对较为简单，维护频率较低，且在维护时，也未涉及到较为复杂的技术知识，更符合微型种植园实际情况。橡胶履带属于整体式无缝设计，同金属履带相比，行走时阻力能够减少15%，同时具有吸附振幅的作用，可以借助降低机器震动程度的方式，增加机械使用年限。履带中部最厚、朝两侧逐渐变薄的设计方式，可以提升其行走期间，转向的灵活性。

2.2 确定主要参数

在微型种植园中使用的履带，其接地长度、带宽、轨距的匹配度应当非常合理，以便保证该装置转弯、附着性能、接地比压等，都能够符合相关要求[1]。因为履带行走装置的自重、工作荷载等，都是借助履带被传送至地面，所以，履带接地比压，将直接决定装置本身通过性，而履带条数、总接地面积等，则是由地面能够承受的最大接地比压、装置重量来决定，所以，总接地面积，应当按照履带平均接地比压和数量来决定。其计算公式为：

2.3 驱动轮

对履带行走装置来讲，其行走驱动轮半径，同驱动力矩成正比例关系。即驱动轮半径越大，力矩就越大；反之，则越小。从提升变速箱安全性、可靠性，减少变速箱整体受力来看，行走装置的驱动轮半径，应当要尽可能进行缩小处理，但也不应过小，以免出现履带弯曲应力增加的情况。因为履带弯曲直径减少，其需要承受的应力就越大，履带使用年限也越短。在驱动轮装置中，履带节数和驱动轮齿数属于互为质数的关系，目的在于确保驱动轮中，各个齿轮流可以同节销保持啮合的状态，以此来达到延长履带使用时间的目的。与此同时，行走装置中，可以在前端或者是后端安装驱动轮，将其作为前驱动、或后驱动使用[2]。之所以选择将驱动轮安装在后端，目的在于缩短履带大幅度受力面积，预防履带出现下方起拱、避免履带在转向时脱落等情况，延长装置使用寿命。此外，相关人员需要按照种植园内部最严重工作情况，校核驱动轮的齿轮强度，确保其在转弯运动时，发动机功率可以被全部传递给某一侧履带，维持履带的行走的安全性与可靠性。驱动轮节距计算公式为：

2.4 支重轮

从履带支重轮压力传递情况出发，该结构可以被分为少支点、多支点两个类型。其中，多支点指的是同地面接触履带的节数，同率带上支重轮的比值在2以下，支重轮直径相对较小、数量较多，两个支重轮间的距离较短[3]。在微型种植园中，履带式行走装置主要在丘陵、或山区地区使用，大部分都属于土质路面，所以在设计履带装置时，应当选择较小的平均接地比压，且各个支重轮上的压力，也要确保分配的均匀性，最佳方案就是多支点的支重轮结构。

3 总结

总而言之，履带式行走装置，能够按照具体的地形地势情况、种植要求等，不断调整自己的通过性，从而更好的完成种植园的相关种植工作，提高其种植效率和生产率，进一步推动农业产业的可持续发展。

参考文献：

[1]李磊.果园多功能履带式作业平台设计与研究[D].西北农林科技大学，2016.

[2]朱节宏.伸缩式轮履可切换小型挖掘机行走装置的设计研究[D]. 广西大学，2016.

[3]刘大为，谢方平，李旭等.果园采摘平台行走机构的研究现状及发展趋势[J].农机化研究，2013，35（02）：249-252.

作者简介：冯义超（1985-），河南长垣人，硕士在读，工学学士，研究方向：机械设计。endprint