履带式运输机

简易式履带式间伐运输机设计 机电工程学院机电工程学院 甄西刚甄西刚 林晓亮林晓亮 吴凯胜吴凯胜 杨俊强杨俊强 项目研究背景和意义项目研究背景和意义国产林间移动式设备大部分采用轮式行走或轮式拖车形式林间的地面大都不平整、不坚实，林间都有一定坡度履带式行走方式驱动力大 ，接地比压小 ，并且其爬坡能力大 ，转弯半径较小 国产林间履带移动式设备底盘的研究和开发还比较缺乏 设计一台基于国产技术的简易式履带式间伐运输机。采用林间履带式多功能底盘承载林间移动式设备，保证林间移动式设备在林间作业的稳定性、持续性和安全性。项目创新点项目创新点 本项目的创新之处在于，以履带式底盘替代轮式底盘，有更好山地运行的通过性、较强的爬坡能力和抗侧翻能力，保证间伐式运输机在林间作业的稳定性、适用性和安全性，有更强的通用性，有更有更大的应用范围。研究内容研究内容 由于应用履带式底盘代替轮式底盘是简易式间伐运输机的关键部件也是本项目的创新之处，因此研究内容主要围绕履带式底盘进行。对简易式履带式间伐运输机底盘进行结构设计和参数设计。 对简易式履带式间伐运输机底盘进行三维建模。使结构更加直观，便于及早发现设计缺陷。 对简易式履带式间伐运输机底盘进行仿真。利用三维软件对简易式履带式间伐运输机底盘进行越障分析。对简易式履带式间伐运输机底盘进行有限元分析。简易式履带式间伐运输机整体设计简易式履带式间伐运输机整体设计底盘结构设计底盘结构设计 履带式底盘实体图底盘结构设计底盘结构设计 1.导向轮；2.张紧装置；3.履带；4.履带架；5.托链轮；6.支重轮；7.驱动轮；8.行走马达 底盘结构示意图履带的选用履带的选用目前常用的履带主要有三种形式：整体式履带、组合式履带和橡胶履带。（1）整体式履带 整体式履带直接与驱动轮啮合，啮合齿安装在履带板上，履带板自身就可作为导向轮、托链轮等轮子的滚动轨道，拆装简单而且普遍使用在履带式起重机和大型挖掘机上。（2）组合式履带组合式履带的机构与整体式履带不同。履带板之间用销轴连接，履带不易损坏，工作流畅。不会因衬套开裂或履带板损坏而妨碍行走。此外，制造成本相对整体式履带低。在工程钻机上应用广泛，缺点是连接螺栓易折断。（3）橡胶履带橡胶履带重量轻、不损坏路面，广泛应用于农业和林业机械领域，橡胶履带的缺点是在一些恶劣的环境中工作履带非常容易损坏，而且维修麻烦，费用很高。因此在设备使用时，应特别注意保护橡胶履带。本项目设计的简易式履带式间伐运输机底盘规格较小所以使用橡胶履带。 橡胶履带 导向轮、驱动轮设计导向轮、驱动轮设计1.导向轮壳体 2.轴承 3.主轴 4.轴用挡圈 导向轮结构图驱动轮二维图 支重轮、拖链轮结构设计支重轮、拖链轮结构设计1.支重轮壳体 2.轴承 3.主轴 4.轴套 5.轴端盖 支重轮结构图1.轴端盖 2.轴承 3.托链轮壳体 4.主轴 5.垫片 6.螺钉 7.前盖 托链轮结构图张紧装置的结构设计张紧装置的结构设计1.导向轮支架 2.弹簧前挡板 3.弹簧 4.弹簧导向杆 5.弹簧后挡板 6.垫圈 7.螺母 张紧装置结构图行走马达行走马达行走马达底盘主要性能参数的确定底盘主要性能参数的确定爬坡能力爬坡能力 参考小型挖掘机爬坡度一般是30或35，理论分析计算法验证准确性。底盘的几种阻力即： 林间移动式机械自重在斜坡方向的分力 运行阻力 最大牵引力T应不小于这些阻力之和， 还应保证底盘在爬坡时不打滑，即： 解式（2-3）和式（2-4）即可求得最大的坡度角 =35，表示林间履带式多功能底盘的最大爬坡能力 sinGWpcos.GWy120yWWTpTGcos底盘主要性能参数的确定底盘主要性能参数的确定接地比压接地比压若两条履带与土壤完全接触，并且林间履带式机械的重心位于机械中心。则有：解式（2-5），得 平均接地比压是履带式机械的一个重要指标，主要根据外形尺寸、履带式地盘的附着性能、地面状况等进行合理选取，其可以用来与同类型产品作比较。03502hLbmgp.PabLmgp3102256213028925002.底盘主要性能参数的确定底盘主要性能参数的确定最大牵引力最大牵引力 底盘的牵引力要比各种外部阻力大，并且比地面的附着力小，假设底盘爬坡时不进行转弯，最大牵引力只在其爬坡能力最大时，不进行转弯的情况下计算，底盘最大牵引力T计算公式为： 另外，根据经验底盘的最大牵引力也可以通过整机质量的比例进行计算，如下式 针对底盘要求的转弯、爬坡的能力比较高，最大牵引力计算可由下式解：得 KN GGsinfTTTtfm.T5807 1445475mT.1445475 GT.72814454250075.主要元器件的选择主要元器件的选择四带一轮四带一轮履带宽度履带宽度b b 履带的接地长度L，轨距B和履带宽度b之间应该合理匹配，使接地比压，转弯性能和附着性能等符合设计要求。通过分析本机的设计参数得出履带的主要影响参数是整机重量。本机初定整机重量为：2.5t。 令A表示驱动轮和导向轮轮距，单位为m；b表示履带的宽度，单位为m；M表示整机重量，单位为t。则有经验公式得 m，取 mm mm307.1MA4121.BA220180.Ab4515207107133.MA1500A4121.BA120031.AB220180.Ab300200.Lb主要元器件的选择主要元器件的选择四带一轮四带一轮驱动轮节圆直径驱动轮节圆直径式中 z驱动轮齿数，取23。t履带节距，取52.5mm。得得 mmqDztDq360sin/ztDq360sin/37923360552sin/.主要元器件的选择主要元器件的选择四带一轮四带一轮导向轮导向轮 工作面直径工作面直径得 mm托链轮踏面直径托链轮踏面直径 得 mm 得 托链轮过多易造成不必要的摩擦损失，又由于本次设计履带长度较短，则数量定为1个；由前面的设计参数，底盘每侧支重轮选为4个。dDqdDD).(9080qdDD).(908030337980.tDtDt7151.79757855251mmD.ttDz7151.84552617151.tDz主要元器件的选择主要元器件的选择张紧装置张紧装置 经过一段时间林间履带式多功能底盘的履带由于磨损容易造成伸长，使履带松弛张紧度下降而下挠，出现磨擦履带架的情况出现，造成林间履带式多功能底盘功率损失甚至不能正常工作。 为保证林间履带式多功能底盘能够正常工作，每个导向轮后部都安装一个张紧装置，以防止履带出现过松或者过紧的现象，减少林间履带式多功能底盘产生的冲击载荷和功率消耗。 履带的下挠度在张紧装置调节下应不超过2040mm；行程大于履带节距的一半。主要元器件的选择主要元器件的选择行走马达行走马达 行走马达包括减速器和液压马达，通过求出减速器和液压马达的参数选取行走马达。根据林间履带式多功能底盘行驶速度v、底盘一侧最大牵引力T和驱动轮节圆直径Dq，求出减速器的输出扭矩Mg、输出转速ng和传动比ig：（1）减速器输出扭矩Mg mlqgTDM2000主要元器件的选择主要元器件的选择行走马达行走马达 （2）减速器输出转速ngqgDvn6105（3）减速器传动比ig3220mmmggpqMi根据Mg、ng和ig可求出液压马达的主要参数： 3mggmiMM主要元器件的选择主要元器件的选择行走马达行走马达ggminn220mmmpMq可得Mg = 2300Nm，ng = 50r/min，ig = 50，Mm = 58 Nm，nm = 2500 r/min，qm = 18 mL/r。mq马达排量（mL/r）。 mqmn马达转速（r/min）。 主要元器件的选择主要元器件的选择行走马达行走马达 根据所得参数本次设计选取GM04VN帝人行走马达。GM04VN帝人行走马达参数如表2-4所示： GM04VN帝人行走马达参数 主要外形尺寸的分析主要外形尺寸的分析接地长度、轨距以及最小离地间隙接地长度、轨距以及最小离地间隙 林间履带式多功能底盘的接近角和离开角数值都不大，则轴距A（即导向轮与驱动轮两轮的轮距）等于。接地长度和轨距是影响林间履带式多功能底盘性能的很重要的参数。和合理选取能使林间履带式多功能底盘性能得到很大的提高，其中包括转弯能力的增加。 接地长度L、轨距B与整机质量m关系式为： L=0.12m+1320 （2-23） B=0.112m+940 （2-24） 式中 L接地长度（10-3m）； B轨距（10-3m）； m为整机质量（kg）。 解式（2-23）、式 （2-24），得接地长度L = 1600mm、轨距B = 1220mm。 在复杂的路况行驶时，由于林间履带式机械重心不稳定以及路面崎岖不平，林间履带式多功能底盘接地比压也不是常数，最大接地比压会出现，其公式为从式（2-25）得出，L/B应该较大，以防止值增大，降低林间履带式多功能底盘的通过性。BLbGP32max主要外形尺寸的分析主要外形尺寸的分析接地长度、轨距以及最小离地间隙接地长度、轨距以及最小离地间隙底盘在进行原地转弯时受到多个外部力，其中转弯阻力Tz据以下公式解得： BGLTz4式中 履带板对地面的摩擦系数。得出，L/B应该较小，以防止Tz值增大，降低林间履带式多功能底盘原地转弯的能力，因此应恰当的选择L/B的比值。 L/B比值初步确定后，可以使用理论分析计算法来选定 TBGLS式中 履带板修正系数，=（b/500），b为履带板宽度（10-3m）；G整机机重（N）；T行走最大牵引力（N）。主要外形尺寸的分析主要外形尺寸的分析 接地长度、轨距以及最小离地间隙接地长度、轨距以及最小离地间隙 当S2.3时，不能实现原地转弯；2.1S2.3时，可能实现原地转弯；S 0.13m1/3，根据经验最小离地间隙与整机质量关系式为：2540162.0hm式中 h最小离地间隙（10-3m）。m为整机质量（kg）。得最小离地间隙h=231mm。主要外形尺寸的分析主要外形尺寸的分析“四带一轮四带一轮”的安装尺寸的安装尺寸“四轮一带”安装尺寸的计算： （2-30） （2-31） （2-32） （2-33）解上式得，a=340，b=290，c=330，A=1620。)t(=a352 .)t(=b352 .t=c).(816511)c-(m+b+a=A多功能底盘的三维建模多功能底盘的三维建模履带架履带架多功能底盘的三维建模多功能底盘的三维建模支重轮支重轮多功能底盘的三维建模多功能底盘的三维建模支重轮支重轮多功能底盘的三维建模多功能底盘的三维建模导向轮、托链轮导向轮、托链轮多功能底盘的三维建模多功能底盘的三维建模装配装配主要零件的有限元分析主要零件的有限元分析履带架静力分析履带架静力分析主要零件的有限元分析主要零件的有限元分析确定力学模型确定力学模型 底盘履带架是对于U面轴都对称的对称结构。履带架受力包括G履带架自重；垂直载荷（包括上部柴油机重量、林间移动式机械重量、配重等）和“四轮一带”的反力。 结构简化结构简化 应满足以下两点： （1）建立的有限元模型把其所受力的受力状态能够基本表达清晰，不影响分析得出的结果； （2）有限元模型考虑部分要尽可能的简练，对模型进行有限元分析时尽量减少工作量。 主要零件的有限元分析主要零件的有限元分析进入有限元分析模块并添加材料进入有限元分析模块并添加材料 进入有限元分析界面，并定义林间履带式多功能底盘履带架的材料为铁，其材料属性见表所示。主要零件的有限元分析主要零件的有限元分析网格划分网格划分 履带架三维模型导入有限元分析模块后，网格划分时首先要对网格进行设置，履带架网格划分时使用Linear线型，网格尺寸分别设置为50mm和10mm。通过设置即保证了计算机进行计算的时间不会很长，同时也能让模型系统得到精度的应力和变形量。 本文履带架结构划分的单元数是28707 个，节点数为 10181 个。 划分完网格的模型见图。主要零件的有限元分析主要零件的有限元分析施加载荷施加载荷 履带架上受到几个主要作用力，中央底座上安装柴油机和林间移动式机械，因此中央底座上受柴油机和林间移动式机械重力N，托链轮支架分别受履带向下的压力T = 1000N液压马达安装板受液压马达作用力，其他为自重。主要零件的有限元分析主要零件的有限元分析计算与结果分析计算与结果分析变形情况如图 主要零件的有限元分析主要零件的有限元分析计算与结果分析计算与结果分析应力图主要零件的有限元分析主要零件的有限元分析计算与结果分析计算与结果分析履带架位移图 主要零件的有限元分析主要零件的有限元分析计算与结果分析计算与结果分析 中央底座的之间横梁与履带架的焊接处出现最大应力，在柴油机托板外侧出现了最大变形，见图中红色区域。其最大应力为8.64Mpa，最大变形量为0.094mm。一般情况下铁的许用应力为200MPa43，所以履带架是满足强度和刚度要求的。 由于正处于本科生阶段的我们无论从知识水平或是专业技能方面都还不够，仍处于学习阶段，敬请各位领导和老师批评指正。 谢谢！谢谢！