履带式微耕机的结构设计说明书

哈尔滨理工大学学士学位论文--哈尔滨理工大学毕业设计题目：履带式微耕机的结构设计（多配件）院、系：荣成学院机械工程系姓名：刘頔指导教师：刘新娜系主任：2020年6月21日

履带式微耕机的结构设计（多配件）摘要在农业科技创新发展与城镇化快速发展的共同推动下，我国农村经济呈现出良好发展势头，社会经济发展水平不断提升的同时农业产业结构也出现了巨大变化。受城镇化的影响，大量农村劳动力逐渐转移至城市地区，导致农村劳动力资源不断减少，难以满足现代农业生产发展的需求，难以保证生产水平。因此，迫切需要一种全新的、小型化的农业设备提供灵活的、便捷的生产辅助，微耕机应运而生并表现出良好的发展势头。现有微耕机多为柴油或汽油机提供动力，在工作的同时会产生震动、噪声，环境污染等一系列问题，因此本文设计将以电力作为动力，克服以上缺点，并采取履带行进的运动方式，提高微耕机的环境适应能力。本文采用模块化的方法，将行进运动和作业运动分解，在结合现有微耕机的结构与原理的基础上，使用Pro/E和CAD等软件，完成了一种履带式微耕机的结构设计，并对驱动轮，旋耕刀等零部件进行了校核与干涉分析，保证了作业部件的强度与可靠性，最后对微耕机的发展趋势做了简单阐述。本文设计的履带式微耕机结构简单清晰，易于操作，但同时，作为农用机械，没有设置很高的部件参数精度。关键词结构设计；微耕机；载荷分析；发展趋势Structuredesignofcrawlermicrotiller(multi-accessories)AbstractDrivenbytheinnovationanddevelopmentofagriculturalscienceandtechnologyandtherapiddevelopmentofurbanization,China'sruraleconomyhasshownagoodmomentumofdevelopment.Withtheconstantimprovementofthelevelofsocialandeconomicdevelopment,theagriculturalindustrialstructurehasalsoundergonegreatchanges.Undertheinfluenceofurbanization,alargenumberofrurallaborforceisgraduallytransferredtourbanareas,resultinginthecontinuousdecreaseofrurallaborresources,whichmakesitdifficulttomeettheneedsofmodernagriculturalproductiondevelopmentandensurethelevelofproduction.Therefore,thereisanurgentneedforanewandminiaturizedagriculturalequipmenttoprovideflexibleandconvenientproductionassistance.Therefore,themicro-cultivatoremergesattherightmomentandshowsagoodmomentumofdevelopment.Mostoftheexistingmicrocultivatorsprovidepowerfordieselorgasolineengines,whichwillproduceaseriesofproblemssuchasvibration,noiseandenvironmentalpollutionwhileworking.Therefore,thedesignofthispaperwilltakeelectricityaspowertoovercometheabovedisadvantages,andadoptthetrackmovementmodetoimprovetheenvironmentaladaptabilityofmicrocultivators.Thisarticleadoptsthemethodofmodularization,willmarchmovementandmovementdecomposition,incombinationwiththeexistingonthebasisofthestructureandprincipleofmicrotillagemachine,usingPro/EandCADsoftware,completedacaterpillardecaytillagemachinestructuredesign,andthedrivewheels,rotarytillagebladeparts,suchascheckandinterferenceanalysis,toensurethestrengthandreliabilityoftheoperatingparts,finallythedevelopmenttrendofmicrotillagemachinebriefly.Thecrawlermicrocultivatordesignedinthispaperhassimpleandclearstructureandiseasytooperate.However,asanagriculturalmachine,itdoesnothavehighprecisionofcomponentparameters.KeywordsStructuraldesign,microtiller,loadanalysis,developmenttrend目录摘要 =1\*ROMANIAbstract =2\*ROMANII第1章绪论 11.1课题研究背景及研究的目的与意义 11.1.1研究背景 11.1.2研究目的与意义 11.2微耕机国内外研究现状分析 21.2.1国外研究现状 21.2.2国内研究现状 31.3研究的主要内容和方法 41.4基本设计参数 41.5本章小结 5第2章履带式微耕机总体方案设计 62.1履带式微耕机的工作原理 62.2履带式微耕机的工作场景 72.3微耕机成型机类型比较及选择 72.3.1柴油、汽油微耕机 72.3.2新能源微耕机 82.3.3成型机类型的确定 82.4本章小结 8第3章履带式微耕机的结构设计 93.1履带底盘的设计 93.1.1履带受力情况 93.1.2履带速度分析 103.1.3履带环接地长度计算 103.1.4电机选取与驱动轮动力半径的计算 113.1.5支撑轮的设计 123.1.6履带预紧力计算 133.2旋耕结构的设计 133.2.1旋耕刀的选取及安装法 143.2.2旋耕刀轴设计 153.2.3基于微耕机功耗的计算减速机选取 163.3接地比压计算 173.4旋耕模块组合设计 173.5虚拟装配 183.5.1虚拟样机技术的发展与应用 183.5.2履带式微耕机的虚拟装配设计 193.6本章小结 20第4章关键零部件的载荷分析 214.1有限元分析法 214.2旋耕弯刀的载荷分析 224.3履带驱动轮的载荷分析 234.4本章小结 24第5章产品发展趋势分析 255.1研究背景 255.2农业需求的转变 255.3产品发展趋势 255.4本章小结 26结论 27致谢 28参考文献 29附录A 31附录B 47第1章绪论1.1课题研究背景及研究的目的与意义1.1.1研究背景对于农业生产而言，土壤是最重要的资源，在当前农业生态系统内占据了很重要的部分。土壤状况将直接影响农作物的生长情况，从而直接影响农业产业的整体效益。土壤是农作物最基本的生长环境，能够满足农作物生长所需的各类营养物质，确保农作物的良性生长。土壤耕作则表现为以各类农业机械、生产设备为工具，通过物理手段对土壤结构进行处理和调整，及时有效的去除不利于农作物生长的因素并为其创造更好的生长环境，从而保证农作物的良好生长状况，实现更高的产出和更好的生产效益。科学合理的耕作方法将显著改善土壤结构，实现更好的生长环境，能够为作物健康生长奠定良好基础[1]。从生产环节来看，基于播种前后的时间差异，土壤耕作具体包含土地耕整、中耕管理等不同的生产活动，分别针对播种前与播种后。具体通过耕地、深松、开工、镇压、起垄等方式对土壤进行处理，更好的满足农作物生长对土壤环境的需求。而用于不同耕作作业的农业机械也可按照以上具体的作业形式进行分类，具体分为基本耕耘、表土耕耘、深松保护耕耘等不同类型的机械设备。基于生产工具的结构特征、作业项目的差异，也可将其具体划分为不同的类型，分别满足不同的耕作需求。各类生产用机械设备的出现在提升农业生产效率、综合效益方面发挥了积极有效的作用，因此使得农业机械的研发设计成为农业产业关注的重点。近年来，随着城镇化建设的稳定快速推进和农业科技的快速发展，农村、农业产业结构也随之发生了翻天覆地的变化，相当一部分的耕地由种植传统的农作物向农业基地方向转变，这导致传统的大型耕作机无法满足现代农业的需求。另外，城镇化的快速发展导致农村青壮年劳动者加速向城市转移，剩余的中老年劳动者无法承受繁重的耕作劳动和难以适应复杂的机具操作，因此，亟需研究新型的小型化耕作机来填补大型耕作机在上述作业项目中存在的缺陷。由于市场需要日益迫切，微耕机被发明。1.1.2研究目的与意义二十世纪九十年代末，大型、中型拖拉机呈现出快速发展势头，在农业生产中的应用水平不断提升。在显著提高农业生产效率的同时也引发了不同程度的农村劳动力过剩、农业生态失衡等问题，不利于农业生产、农村经济的可持续发展。上述大型、大功率农业机械的频繁使用，对土壤结构造成了巨大影响，出现了土壤压实、松软度失衡等问题，即不利于农作物的正常生长，也加大了后续耕整作业的难度。而固定机耕道的设计和保留，也引发了严重的可用耕地面积浪费的问题，加剧了耕地资源短缺问题，不利于农业产业的良性发展。相较而言，大中型农业机械也表现出更高的购置成本与使用成本，呈现出生产密集与资源闲置并存的问题，导致生产机械的利用率较低，折旧速度也相对较高，影响了资源的合理配置。而大中型农业机械的适用范围也相对有限，难以满足烟草、玉米、棉花、大葱等作物的耕作需求。加之我国耕作土地存在细碎分散、作业层较薄等特征，也不利于大中型生产设备的使用，导致大中型农业机械的综合利用率相爱对较低，难以实现规模化作业。统计数据表明，目前全国农村地区人均耕地面积仅为0.1hm2左右，户均水平小于0.5hm2,且每户耕地面积呈现出比较突出的分散特征。对于河北平原这一传统农业生产基地而言，耕地地块面积介于0.12-0.4hm2之间的小型地块成为现有耕地的主要形式，在耕地总面积中的比重超过了1.2微耕机国内外研究现状分析1.2.1国外研究现状上世纪九十年代末，benassi公司（意大利）重点提出了小型耕作机的设计理念并完成了首批设备的研发制造工作。此类农业机械的动力核心为汽油机或小型柴油机。相较于传统大中型机械，其优势表现为体积小、结构简单、重量小、应用灵活等。基于技术发展水平的差异，欧美、日本等发达国家的现代化水平相对较高，先进的工业也为耕作机等生产设备的研发奠定了良好基础，充分保证了其耕作机设备的技术水平和生产效率，形成了相对完善的产品体系能够充分满足不同环境的应用需求。整体来看，欧洲的农业机械更多侧重于园艺作业；而日本的农业机械则综合考虑了水地、旱地的使用需求，能够有效满足不同环境的农业生产需求[2]。发展至今，美国、日本、法国等国家的农业机械技术水平相对较高，产品类型呈现出多元化的发展特征，能够满足不同生产环境的应用需求。欧洲国家的农业机械主要满足园艺作业需求，以各类微耕机产品为典型代表，能够保证旋耕、粉碎、清理、除草、短途运输等作业的效率和质量水平；而日本、韩国等国家的农业机械则主要用于满足不同的农业作业需求。日本的农业机械在研发设计时更多考虑水田、旱田的生产需求，使得机械设备表现出良好的适用性；而韩国的农业机械设备则主要以旱田为生产对象，其功能相对丰富，能够有效实现不同的农业生产功能。以亚细亚多功能管理机为例，该机械设备具备数十项生产作业功能，能够充分满足不同农业生产的需求，并且充分保证了相关生产作业的效率和质量水平，成为韩国现代化农业的典型代表。在发动机输出轴设计方面，欧洲国家在研发设计农业生产机械设备时多选择向后输出的动力轴设计方案，实现伞齿轮和轮轴齿轮箱的直接联接，驱动力经传动轴向作业装置传递，从而实现清雪、粉碎、除草等生产功能，同时将扶手机构设计在发动机前方。这种设计理念的优势在于实现了相对紧凑的设备结构，能够有效缩小设备的体积。但是也存在传动效率较低、工件安装难度较大等缺陷。而日本、韩国等亚洲国家则一般选择输出轴向一侧布置的设计方案，基于胶带与轮轴齿轮箱的联接结构，通过胶带、链条等实现动力传递满足作业机具的运行需求；台湾地区的农业生产设备表现出相对简单的设计结构，同时也表现出独特的外观设计特征。在亚洲地区，功率超过3.7kW的机械设备大多选择搅刀方案满足很低深旋作业需求，能够实现相对较好的松土效果，作业深度也相对较大，可在作业过程中自动避让岩石等硬物，从而有效降低了刀具的损坏风险提高了其利用效率。但是也存在碎土性能差、功耗大等缺点，因此不适用于小型化、小动力的生产机械设备。如今，农业生产设备的研发设计逐渐侧重于环境保护、基材研究、人工改善等领域，以此提升农业生产的科学水平。整体来看，国外在研发设计农业生产机械设备时在动力系统方面多选择汽油机、小型柴油机等排放水平相对较低的发动机产品，其产品表现出操作便利、外观漂亮、灵活小巧等特点，同时也便于各类机构、部件的更换，从而表现出更好的适用性能够经简单调整即可满足不同的生产需求。1.2.2国内研究现状Benassi公司（意大利）于1988年完成了全齿轮微耕机的研发生产工作，此后该产品被我国引进极大提升了我国农业生产效率水平。上世纪九十年代以来，我国积极推动微耕机技术产品的研发、生产和应用工作，诞生了许多以小微型农业机械为核心内容的研发、生产机构，逐渐形成了我国独特的微耕机产业。截至2010年底，我国微耕机生产企业的数量超过了40家，整体表现出良好的发展势头。姚若松于上世纪九十年代初完成了单履带微耕机的研发设计工作。该设备的传动形式为齿轮变速箱式，具有灵活小巧，使用便利等优势，但也存在功能相对单一的问题，仅适用于水田、旱山等农业生产场合；李庆东等于1999年对姚若松的设计成果进行了研究分析，明确了该产品设计存在稳定性差、劳动强度大等问题，并针对性的提出了一些优化和改进的方案；刘剑君（2008）从烟草种植的实际需要出发，完成了小型烟草多功能管理机的设计工作。该设备基于单轴传动模式，行走运输形式选择对称分布的空套充气轮胎，在生产耕作过程中则可将充气轮胎进行拆卸，并根据需要换上所需的旋耕刀组，满足旋耕作业的需求。这一技术产品的优势在于相对简单的设计结构与灵活的使用方法，但是设备自重将成为刀具入土效果的决定性因素，也面临相对显著的土壤反作用力，导致操纵的难度相对较大，对操作者的技术和经验表现出较高要求；张传斌等（2011）完成了自走式四轮作业机的研发设计工作。该设备通过拱桥式的车架设计方案提升设备出间能力，并借助液压系统提升动力效果，能够有效满足中耕作业的需求。但是缺点也比较明显，主要存在成本大、结构复杂、体积大等问题。在技术创新发展的推动下，我国微耕机技术产品得到了快速发展，逐渐形成了许多新的产品类型。以双履带式动力底盘为主的新型技术在微耕机设计中得到了一定的应用。这一技术的应用不仅显著提升了农业机械的爬坡能力，还能够显著提升其结构的紧凑型并降低整体高度，实现了更加稳定的作业过程，能够充分呢满足坡地、果园等农业生产环境的需求，极大提升了中耕管理的效率水平。与发达国家相比，我国微耕机技术的研发工作发展时间尚短，存在技术水平落后、产品性能较差、适用性不足等问题，难以满足我国农业生产的实际需求。尤其是在微型动力底盘领域缺乏创新，相关技术也不够成熟完善。因此，很有必要结合我国农业生产的实际特征，研发小型动力底盘提升农业生产设备的技术水平和适用水平。这也是我国农业机械设备创新发展的主要方向。1.3研究的主要内容和方法1、查阅资料，了解履带式微耕机的工作原理和基本结构。2、完成履带式微耕机的总体结构设计方案。选择电机，履带底盘，耕作机构等关键零部件。3、采用Pro/E和CAD完成三维设计和部分二维设计。4、使用ANSYS对部分零件进行载荷分析。5、整理资料和相关文件的撰写。1.4基本设计参数1、微耕机耕作深度：100mm2、微耕机耕作幅度：800mm3、微耕机耕作面积：15亩/日-20亩/日4、接地比压要求≤0.14mpa1.5本章小结本章对现有的发展成果进行梳理和总结，在明确国内外发展现状的基础上提出研究目标，明确研究价值和方向，确定了下一步工作的主要内容和方法。第2章履带式微耕机总体方案设计在当今国防军事、工业生产、农业生产等不同领域，履带式行驶装置均得到了良好应用，是相关领域最为重要的一种设备。这一行驶装置诞生于十九世纪三十年代，虽然其在行驶过程中表现出相对较低的机械效率，但是在复杂的地形结构中拥有优越的通过性与越障能力[3]。本章对履带式微耕机的工作原理进行了阐述，对其工作环境进行了合理的定位，并确定了履带式微耕机的模块划分以及不同模块的应拥有的功能。2.1履带式微耕机的工作原理对于履带式微耕机技术产品而言，履带式底盘与耕作模块是其最基本的构成[4]。其中耕作模块可更换，对应不同的工作场景。履带式行进底盘的主要功能有：1、满足机械设备行驶作业的支承需求。2、实现动力由发动机向履带的传递，确保良好的驱动性能；3、实现机械设备各种不同的运动操作。履带式底盘的基本结构详见下图所示：图2-11.托带轮2.支撑轮3.导向轮4.驱动轮5.履带耕作模块由旋耕弯刀，旋耕刀轴，减速机和链条组成。其中减速机包涵了蜗轮蜗杆减速器和电机，扩大力矩使旋耕刀旋转，达到破碎，松土效果[4]。基于旋耕刀轴旋转方向与机组行进方向的关系，可将微耕机具体细分为正旋、逆旋两种不同的运行模式。其中，正旋模式是指机械设备使用过程中刀轴的旋转方向同履带驱动轮的旋转方向相同，具备相对较好的土壤松碎能力，但是也存在旋耕刀具、刀轴受到显著振动冲击等缺陷，是目前相对主流的一种设计方案；逆旋模式具体是指机械设备使用过程中刀轴的旋转方向与履带驱动轮旋转方向相反的情形。在作业过程中，旋耕刀具、刀轴能够表现出相对稳定、均衡的受力情况，整体功耗相对较低，但是存在相对较差的松土、碎土能力，能满足硬质土壤、初耕土壤的作业需求。其基本结构如下图2-2所示。图2-2旋耕弯刀基本结构2.2履带式微耕机的工作场景山地、丘陵等地形相对不平整的环境是履带式微耕机的主要适用场合。模块化的设计理念充分保证了此类生产设备的良好性能和适用能力。此类微耕机通过更换模块完成履带式微耕机对不同工作的要求，提高微耕机的泛用性，并且在功能完备的情况下对结构进行优化和简化，降低维修成本和损坏风险[5]。2.3微耕机成型机类型比较及选择微耕机的机型按动力源可划分为以下几种不同类型：2.3.1柴油、汽油微耕机在我国现有的微耕机产品中，比较主流的产品主要有基于风冷汽油机或水冷柴油机的机械设备。其优势在于成本低、经济效益好；但是缺点在于结构简单、适用性差，仅能满足部分地区的简单功能需求。另一类比较主流的产品是基于风冷柴油机或大功率风冷汽油机的农业机械。此类机械的传动效果相对较好，能够满足不同环境的生产作业需求，性能稳定可靠，扩展性强等优势比较显著，能实现较长时间的持续作业。但是也存在成本大的问题[6]。简图如下。图2-3常见方案简图2.3.2新能源微耕机目前微耕机技术产品大多选择内燃机的动力系统，在使用过程中存在振动显著、污染大等问题，大量的CO、NOx和PM10等有害废气。为解决上述问题，电动微耕机已经渐渐出现在人们的视野之中。采用电力作为动力源，并取消了把手，改用遥控操作，提高效率的同时，解决了污染，噪音等问题，又为防止直接接触微耕机，对劳动者的手臂产生机械损伤。图2-4履带底盘机构简图图2-5微耕模块机构简图2.3.3成型机类型的确定基于本次履带式微耕机的设计要求，比较不同成型机类型间的功能和条件，发现电动微耕机既有传统微耕机灵活、轻便，多功能的特点，又对环境友好，还可以优化人的工作条件，因此我选择电动微耕机来实现设计功能。2.4本章小结本章主要从模块化的角度，阐述了履带式微耕机的工作原理，介绍了履带式微耕机各主要的工作场景。分析了目前主要成型机的种类，及各个种类的特点，和优势，最终确定了电动履带式微耕机的设计方案。第3章履带式微耕机的结构设计本文应用虚拟样机技术，使用Pro/E三维设计软件对履带式微耕机的履带行进模块和旋耕模块分别进行了零件部设计、仿真装配及性能分析，在公式计算的基础上，根据仿真实验结果对设计方案进行优化和调整进一步提升设计质量。借助虚拟样机技术完成设计方案的三维建模工作，并以此为工具开展仿真装配与性能分析，明确设计结构的缺陷和错误，并针对性的进行优化和改正，进一步提升机构设计的科学水平，表现出良好的技术先进性，能够显著提升产品研发设计效率，以更低的成本实现更好的设计效果。这一技术在工业设计的各个领域都得到了良好应用，是目前最受欢迎、最受认可的一种信息技术。3.1履带底盘的设计3.1.1履带受力情况参数M代表履带驱动力矩，内部张紧力为Md履带不同段张力可分解为竖直方向和水平方向：p'=Pcos∅（3-1p'1=P-Pcos∅（3-2则履带装置驱动力为：Fd=p'+p'1=P=MdR履带任选一点，其绝对运动速冻VA的计算公式：VA=V2+V则当aa=180oVA=V2也就是说，假设不发生滑移，履带上任意点绝对速度为0，履带不与地面发生相对运动[7]。但是实际情况中，履带上任意点的相对速度大于其牵连速度，并且两种速度方向相同，这种情况叫做滑转。在这种情况下，滑转系数表示式为：σ=Va-VV3.1.2履带速度分析将绝对速度分别向X，Y轴投影可得：VAr=V+VacosααVAy=Vasinαα对时间进行微分之后：Jx=-VasinadadJa=Vacosaada因为Ja=Jx2+ω=dadtJa=Va2ρ其中ρ为曲率半径，由此可知，对于接地段，Ja=0，对于弯曲段，Ja=Va3.1.3履带环接地长度计算相较于金属履带，橡胶履带的性能特征具体表现在：1、有效克服了金属履带各构件之间的刚性碰撞问题，有效降低了噪声污染和振动危害；2、整体式设计方案有效降低了产品重量并实现了更好的拉伸性能和韧性，实现了更长的使用时间；3、有效克服了作业过程中结构间隙的夹草、塞泥等问题，免除了清理工作；4、受限于自身基准长度，使得橡胶履带在齿轮设计方面存在较大难度；5、相对简单的结构与较低的成本费用；6、相对较高的使用和维修成本。根据上述优缺点的考量，因为履带式微耕机尺寸小巧、结构紧凑简单、作业速度低，有针对性等特点，本课题选用WG-148型号矩形橡胶履带环作为动力底盘的核心构件[8]。基于明确的接地段长度L的取值，能够针对性的确定履带板的设计宽度（用b表示），以此实现相对合理的长宽比，从而充分保证履带底盘的良好牵引性能。避免长宽比不合理导致的功耗大、牵引力差、运行阻力大等问题。其长宽比可按照以下方式进行计算确定:bL=0.2-0.3时，能够实现相对较好的综合动力性能。故若其宽度b的取值为b=148mmb计算结果为：493mm<L<740mm则初始设计参数可选择L=740mm。3.1.4电机选取与驱动轮动力半径的计算根据履带式微耕机尺寸微小、结构紧凑、作业速度低等特点，结合经济实用性考虑，综合选择86BYG250H电机，两个。表3-1电机基本参数型号参数转速r/min出轴方式轴径mm输出力矩N·m电机电流，A电机耐温摄，℃86BYG250H200单出轴14155.885驱动轮按结构形式的不同基本上分为轮齿式与轮孔式两种，如下图：图3-1齿轮式驱动轮图3-2轮孔式驱动轮在使用过程中，轮孔式驱动力往往会出现轮孔被异物堵塞的情况，从而影响良好的驱动性能并导致跳齿的问题，因此能够在小型设备、雪地机械等领域得到了良好应用。在综合考虑作业需求、作业环境等因素的基础上，本设计以双肩式驱动轮为方案。如下图。图3-3双肩式驱动轮由履带行进底盘驱动力公式Fd=MdRr驱动轮动力半径Rr由节距t及轮齿齿数Z共同决定Rr=(0.54+cot(180°Z由公式可知，参数Rr与Z之间呈现出显著的负相关关系，与t本设计最终确定齿数、节距的取值分别为Z=12，t=85mm，代入以上公式可得：Rr=(0.54+cot(3.1.5支撑轮的设计支撑轮是履带行进底盘的主要支承部件，动力底盘通过支撑轮将机器的重量传至地面，并且也是由支撑轮在履带环上的滑滚运动来牵引机器运动，另外，支撑轮的设置形式直接决定了履带接地段接地比压的具体散布状态，影响履带行进底盘的附着性能与牵引性能的表现效果[10]。由此可知，支撑轮间、支撑轮与悬架/机架间，都有着各自特殊连接方式，排布结构由此形成三种，分别是：1、独立式，强调独立支撑轮，直接连接机架结构，能实现履带式车辆高速运行基本要求；2、联锁式，这种支撑轮形式即常说的平衡式结构，其平衡支架主要是利用两个及以上支撑轮来构成，扭簧作为辅助连接部件与机架对接，地面起伏是推动每组支撑轮处于小范围转动的原因，支撑轮作为旋转核心，这是实现支架结构能适应地面的重要能力，具有良好仿形效果，行驶平顺性很好，应用普及度很高；3、复合式，支撑轮的结构为，其中一部分支撑轮与机架直接联接，再有平衡支架连锁连接到车架上，工艺技术难度比较大。履带式微耕机，一般是作用到农耕土地上，土质松软，要实现底盘抓地力提升，本文课题研究最终确定排布形式为联锁式支撑轮。联锁式支撑轮如下图所示。图3-4联锁式支撑轮3.1.6履带预紧力计算本文研究要确保设计系统最科学，强调连接结构可靠性、紧密度等，要实现履带、驱动轮间有较高啮合效率，这是要求履带行驶装置预紧力的设定[11]。然而，预紧力过大过小都会导致履带结构不畅，过大时，橡胶履带磨损明显，导致履带节距离增加，容易出现脱层、龟裂等现象，履带使用时长被缩短；过小时，履带松弛，不能做到合理运转，脱轨、跳齿等现象时有发生[12]。由此可见，本次课题研究中采用旋转支架来设计张紧装置，目的就是实现履带能处于某种合理常紧状态下。静态预紧力计算公式：Fst=Lc2G式中：Fst静态预紧力（NLc导向轮轮到驱动轮之间距离（mmGo单节履带组件重量（Nt履带节距（mm）h履带中心自然下垂量（mm）导向轮-驱动轮间距离Lc是计算hh=（0.015-0.03）Lc（3-15所以LcGo8×0.03t<Fst<Lc=l+2Rr（公式中：l=720mm，这一数值为履带自由段数据，指的是低位接地式履带行进底盘内履带接地长度，Rr=96mm综上可得，履带装置预紧力892N<Fst<1784N3.2旋耕结构的设计微耕机旋耕模块，主要设计涉及到内容有：刀轴转向分析、旋耕刀刀型选取、刀轴上刀具布置型式、旋耕刀轴设计、传动形式等。3.2.1旋耕刀的选取及安装法旋耕刀作为微耕机核心器件，其尺寸、参数、形状等，都会影响微耕机运行质量、功率消耗等。而且，这类器件刀型很多，基本日常使用的类型有：直角L型刀、凿型刀、旋耕弯刀。这些刀型均为日本C型刀，由吉田富穗研制出来，对欧洲直角刀型进行优化，对亚洲农耕适用性很强，作用就在于破土、碎土，且能很好地解决设备缠草问题[13]。根据试验结果来说，相比于其他刀型，旋耕弯刀应用于耕地过程中，对土壤反力扭矩作用影响反应不明显，会比其他两种更灵活地处置作用。实际对土壤切削时，刀具能直接在土块中深度推进，对绿肥深入土壤效果很好，可以将坚硬未耕地形成支点作用，实施支承切割操作，正是因为刀型刃口具有独特曲线结构，具体操作步骤有：1、侧切刃启动时，选择与转轴距离最近的一部分，这是绿肥、土块直接被推进到未耕地的工具；2、侧切刃转为启用与转轴相对距离远的工具，以滑切形式来切削土地：3、正切刃完成切断、抛出等步骤。旋耕弯刀，实际支承切割处于低转速状态，能将草茎有效切断，这种刃口曲线造型曲率波动情况得以发挥，直接推到刀尖位置，不管是水路还是旱田，都能有很好的适用性。本次设计采用刀具类型就是旋耕弯刀，焊合刀座。旋耕弯刀，本身刀轴排布对其承受力、旋耕效果、耕地质量等，都有非常重要的影响。一般分为：人字形、交错对称、多螺旋线等。其中，人字形对大功率设备应用效果很好，会在切削面上排列旋耕弯刀4-6把。但这种履带式设备耕幅不高、功率低，本课题将会使用交错对称排布。空间走向是影响弯刀处于左旋、右旋功能的基础，刀辊装配结构差异，是影响其安装实际模式的主要参数，有内装法、外装法、混合法等。如下图所示。图3-5旋耕弯刀内装法图3-6旋耕弯刀外装法1、左旋刀2、刀轴3、右旋刀1、左旋刀2、刀轴3、右旋刀图3-7旋耕弯刀混合安装法1、左旋刀2、刀轴3、右旋刀内装法，主要就是以右旋刀放到左半轴位置，左旋刀位置在右半轴，所有弯刀都是刀轴方向的刀尖排列方式。这类排列结构主要是由于刀尖空间曲线导向，可实现对绿肥、土块、土堡等的有效切碎，且碎块能直接向刀轴中心甩进，造成耕作以后土地面上能有土垄堆积的效果，相邻两行程之间也会有漏耕带出现，地面平整度不足以直接满足播种插苗需要，多数应用在中耕管理机的除草等作业时，充当保护苗根、作物茎干等的角色。外装法，左右半轴对称安装左右旋刀，这种安装模式可确保所有刀尖以刀轴两端为方向分列。虽然在前半部行程能有很好的效果，但后半部行程会有漏耕现象。实际旋耕时能看到土块向两侧甩射现象，如果增加一部分罩壳，是能对经济作物耕地进行中耕培土。混合法，处于同刀盘位置设备装置，是一种旋向交替安装模式，经过处理以后，地面平整度更高，且经过处理土块碎块相对更细密，土壤松软，相比前两种方法，可实现效果更好，对浅耕、中耕、除草等操作都有很好的实施效果。本次设计最终确定旋耕刀排列法为双线交错对称模式，采用混合安装设备。3.2.2旋耕刀轴设计暂定经验参数刀轴直径35mm实心轴，长度896mm。根据原始参数可知，机组前进速度0.95m/s，耕深100mm，耕幅800mm。刀片形式旋耕弯刀，暂定刀轴转速130r/min。当微耕机工作时，刀辊功率消耗公式为：N=100ks×a×vm×B75=1.33×kx式中：kx耕深比阻，N•cm-2a耕深，m带入相关数据可得N1=1.33×0.65×10×0.95×0.8=0.66ps取安全系数2.5，则实际消耗功率为N=2.5×0.66=1.65ps=1212.7W土壤对刀轴的阻力扭矩T1=F×R，而同时入土的刀最都有8把，假设轴匀速转动，所受阻力矩48.15N•m。刀轴材料为结构钢，泊松比0.269，弹性模量209Gpa,密度7890kg•m-3。所受最大应力60.835Mpa许用剪切应力公式为：[τ]=p[2k(1+b)]=93Mpa（3-18式中：P钢的屈服强度k安全系数b泊松比由于剪切应力在允许范围内，所以刀轴经验数据可取[14]。3.2.3基于微耕机功耗的计算减速机选取由于微耕机设计为自走电动微耕机械的特点，根据每日耕地15-18亩的要求，得到工作时正常前进速度约为0.8-1.3m/s的实际情况，取前进速度vm约等于1.25m/s(4.5km/h),刀轴最大设计转速200r/min设备旋耕功耗计算公式如下：N1=0.1Krdv式中：N1旋耕功耗，Kr旋耕比阻，N/cm2d旋耕深度，cm；vm机组前进速度，B耕幅，m。考虑到土质特征、作业模式时，修正旋耕比阻Kr主要方式就是增加系数，公式如下：Kr=KgK1K2式中：Kg修正前旋耕比阻，该数值对切土节距非常敏感，如果是粘质土时，可采用耕深一般是d=10cm、土壤含水率20%取Kg=7.5（N/cmK1耕深修正系数，随着耕深推进能看到数值增加，比如，耕深12m时，K1=0.8-1.0,耕深18m时，K1=l.0K2土壤含水率修正系数，其会随着土壤含水率增加而降低，比如，土壤含水率20%对应K2=1；30%时对应K2=0.95；40%对应K3残茬植被修正系数，如果是茬地，K3=1.0-1.2，普通绿肥地，K3=0.8K4作业方式修正系数，水田耕地中有K4=0.3-0.5，旱地旋耕取K4=0.66综合来说，功率余量应该增加到考虑范围内，如果每个修正系数取值均较大时，旋耕比阻修正系数计算公式如下：Kr=7.5×0.7×l×l×于是，可得旋耕功耗：N1=0.1×3.7×l0×l.25×因此根据NMRV减速机选型手册，选择NMRV090减速机。3.3接地比压计算履带行进底盘质量≈100kg，当旋耕部件安装后履带式微耕机整体质量≈140kg，则有：pc=Gcklb=100×9.8/2×720×l48=0.004MPapc=Gcklb=140×9.8/2×720式中：pc双履带式动力底盘平均接地比压，MPa；pr旋耕模块装载时履带式微耕机整机平均接地比压，MPGc履带式微耕机行进模块重力，NGr履带式微耕机整机重力，Nb履带板宽度，mm；k橡胶履带条数；l橡胶履带行驶装置接地段长度，mm；根据本文研究设计设备接地比压值不高，不会过分导致松软耕地被压实现象，特别是在沉限量上破坏更小，所以履带式微耕机的设计，应在结构允许的情况下，平均接地比压应尽量取小值。由于本课题履带式微耕机接地比压在原始数据要求范围内，比推荐均值小很多，只有0.14MPa，由此可见，本次计算所得数值符合设计标准[15]3.4旋耕模块组合设计履带式微耕机实际运转时所处环境要求，拟定刀轴转速130r/mm。秉承结构清晰明了，操作简单易行的原则，微耕传动采用1:1链传动，以满足机械结构的安装需要。同时搭载电动缸直接支撑旋耕模块，并连接履带式行进底盘，达到下刀退刀的动作。经排布后后，安装上文计算所选的NMRV090减速机。设计图如下。图3-8旋耕模块3.5虚拟装配虚拟样机技术本质是利用虚拟现实技术，将机械领域进行实际应用，这有利于设计流程可视化处理，能对产品装配性能产生很好的优化效果。以交互式设计理念来说，3D建模、虚拟装配、运动干涉分析等，都是能有利于对设计构件实际问题检索效果提升的，通过对零部件设计结构各类问题的修正，将强度低、零部件互相干涉等合理处置，这是确保产品装配具有合理化结构的前提，能实现样品机返工率大大降低，对新产品研发周期缩短、成本控制效果很好。虚拟样机技术早已在发达国家实现普及应用，在汽车工艺、航空航天、机械电子、医药工程等方面，都有很好的应用效果。本次课题研究以Pro/E三维设计软件为主，通过履带式行进底盘、配套旋耕模块等的模拟，完成零件部设计、虚拟装配与干涉分析[16]。3.5.1虚拟样机技术的发展与应用目前，计算机辅助设计(CAD,ComputerAidedDesign)技术市场普及度很高，而虚拟样机技术就是计算机辅助工程技术(CAE,ComputerAidedEngineering)重要应用分支，最早诞生时间是1980s，自从应用到行业操作中，便对传统的机械设计方法与样品机试验流程造成了巨大的冲击。对于动力机械及复余多体机械系统而言，传统设计方法经常需要依靠大量专业知识的积累以确保经验布局与总装设计的合理性与可行性，高概率会出现“样品机加工一试验调试一错误修正一样品机在加工”的不良循环，造成了设计人才与资源的过度耗费；虚拟样机技术合理借助了3D模型全方位可视化的特点，进一步降低了设计门槛，优化了设计效率，并在多体系统动力学理论与动力学数值算法的支撑下，将样品机试验结果在计算机上进行了数字还原，其至可替代真实样机来直接做破坏性测试，规避了真实样机的反复生产再造，大幅度缩短了设计周期、降低设计费用。因此，上世纪九十年代初期，虚拟样机技术获得设计工业的广泛认可，21世纪各个发达国家快速应用这项技术，取得很好效果。与真实样品机相比，实际操作方面有比较明显的不同，由此可将虚拟样机技术形成两个方面：1、结构虚拟样机技术，对零部件尺寸设计非常重视，在探索装配可行性、配合度上对设计要求的满足功能更明显；2、功能虚拟样机技术，对产品运动学有重点关注，结合报告动力学来分析配件性能、运行原理，通过实际测试结果来检验其适配效果，并对产品加工载荷条件进行计算，能判断各项数据对刚度、强度等是否有满足作用。有限元分析技术（FEA,FiniteElementAnalysis）是主要应用基础，能判断出模型文件约束条件、边界条件等。美国Boeing（波音）公司Boeing777双引擎广体客机（1990），采用的就是虚拟样机技术，这是以航空航天为应用行业的重要标志，实现全球首次无纸化飞机设计研发，“WorkTogetherPlaiT（协同工作计划）”，直接利用计算机为全制造方法，采用三维建模并在此基础上开发了虚拟样机的三维设计软件（CATIA，Computer-AidedThreeDimensionalInteractiveApplication）。本次设计制造使用计算机超过2200台，任何设计师、工程师都能对操作问题及时修改，具体误差、性能评估、设计装配等，都实现合理的高效率处置，原本预期至少是8年研发时间，只经过4年就取得初步成果。不仅实现设计成本极大节约，更是将产品竞争优势有效提升。美国JohnDeere公司以农林机械为基本供应项目，其设计优势遍及建筑机械等重工业，对重载车架自激振荡问题处置效果很好，JohnDeere公司虚拟样机技术主要应用于分析底盘悬架，能计算出高阶振荡频率，是实现车辆共振问题得以解决的重要理论，对机械使用时长有很好的提高效果。美国PellerinMilnor作为洗衣机生产商，它利用虚拟样机技术建立了产品的数据模型，并且改变洗衣机滚筒弹簧的刚度与衬套尺寸做了仿真试验，升级了结构数据。实际产品作业过程显示，虚拟样机仿真试验作为洗衣机生产理论基础，优势在于振动低、工作稳定。日本Nissan作为汽车制造业的代表，虚拟样机技术在车身覆盖件、涂装机械手位置布局等都有很好的处置办法，将生产成本有很好的降低效果。目前，中国研究虚拟样机技术主要是以优化算法理论基础、三维软件应用为主，相比于国际水平一直在力争追赶，重大科研立项中，比如，863项目“月球表面探测机器人方案研究”，具体应用该技术是对月球表面仿真环境进行搭建；1996年，航天部上海航天局执行国防科工委项目“空间站外翻式对接机构”动力学仿真时，同样采用这一技术[17]。3.5.2履带式微耕机的虚拟装配设计虚拟装配，指的是将各个零部件装配体进行功能性组合操作，能将零部件实体模型建立起来，并将其空间关系、配合位置等进行说明。原本虚拟装配设计基本以底层构建设计为主，可对各个零部件模型数据进行说明，将各个硬件完成一系列配合命令，实际装配过程还需要利用约束条件，可实现不同级别零部件向同一装配体装载。具体操作问题就在于零部件经过建模装配完毕，如果有结构错误是必须重新对零部件参数进行计算，导致装配反复操作，设计效率很低。本研究项目设计以上层倾泻的原理为主，利用三维设计模型Pro/E，通过功能逻辑设计（ConceptualDesign），需要在结构、传动等方案设计完成后，可实现各个零部件结构更详细，形成虚拟装配体以后，对各个零部件模型数据都有明确计算效果。干涉检查分析项目，主要作用就是对虚拟装配体进行结构干涉关系的论证，对其可装配性有很好评估作用，设计层次得到升级优化，装配情况如下图所示：图3-8虚拟装配图3.6本章小结本章内容主要包括对整体结构的设计，履带行进底盘结构和旋耕结构的设计，必要零部件的选择，整体装配。首先，履带式行进底盘结构设计过程中，完成了履带接地长度的确定，计算了驱动轮动力半径，完成了支撑轮排列方式的设计，并计算了整体履带系统的预紧力。然后在旋耕结构的设计过程中，完成了旋耕刀种类的确定，和安装法选择，设计了旋耕刀轴，并在计算功耗的基础上选择了NMRV090减速机和其配套的电机，并计算了整体履带微耕机的接地比压是否符合要求。最后使用Pro/E软件完成了虚拟装配的设计。第4章关键零部件的载荷分析4.1有限元分析法有限元分析（FEA，FiniteElementAnalysis），根据数学近似法来完成物理系统仿真模拟。通过对各类元素作用关系的分析，可实现有限个数未知量向着无限未知量真实模拟情境接近。通过对这一分析法基本思想，指的是利用简单模型将复杂题目进行替代，并完成最后的数值求解，其求解域组成以有限元相通子域为主，每个单元都有对应相对简单近似解，并对该域总满足条件进行求解，这就是问题解得出的方式。以仿真物理环境来说，其替代工具为模型数据，但所得解并非精确结果，得到的只有近似解。这对于实际问题解决来说，采用有限元分析法能提高数据精度，且对各类外型复杂模型都有很好的适用性，想现代工程分析重要方式。有限元思维早在几个世纪前就已有人提出，并且得到了发展。例子有，隔园逼近法能将圆形周长求出，但应用时间并不长。最早这种方法被命名为矩阵近似法，适用于航空器结构强度计算需求，技术便捷性、适用性、有效性都比较高，对力学研究有很好的推进效果。经过几十年发展，计算机技术结合有限元法，对工程强度分析计算能力持续升级，基本将全部技术领域覆盖住，是各个行业应用非常广泛的数据模型分析法。本文以ANSYS软件来实施载荷分析。美国ANSYS公司推广到市场大型通用有限元分析（FEA）软件，在全球各个行业领域都有非常良好的应用效果，且成长性很强，可通过各类计算机辅助设计（CAD）软件接口的应用，由此研发生成软件包括：Creo,NASTRAN、Algor、I－DEAS、AutoCAD等。ANSYS软件本身具有极强的功能，不仅操作方式非常精简，在国际有限元分析方面认可度很高，基本上常年把持FEA评分首位。根据中国当前各个理工院校的实际应用情况来说，ANSYS软件是实施有限元分析的重要工具。图4-1为实际应用流程分析结果：图4-1有限元分析步骤4.2旋耕弯刀的载荷分析旋耕弯刀本身处于曲线结构复杂状态，特别是侧切刃结构是外侧曲形式。这种设计模式能确保滑切角处于适当模式，由远到近完成对土块的切削，刀轴核心位置较近的刀刃先到土中切入，进入土壤深层以后再向前、更深地实施切入。ANSYS三维模型在组建方面欠缺优质功能，好在ANSYS配套设置了数据接口程序，方便其在第三方3D软件中建立的三维模型还是能很便捷的输入ANSYS中。所以，本课题先使用Pro/E软件来完成三维建模操作，再利用Pro/E、ANSYS等软件完成数据传输，将原本建模困境完全解决。具体操作步骤有：1、开启数据接口以后，由菜单来选择各个程序项目，ANSYS、Utili2ties、ANS2ADMIN、RelinkANSYS。2、Pro/E开启以后，其主界面内菜单启动并开始执行程序。3、ANSYS软件内将File、Import、Pro/E等打开以后，确定导入Pro/E三维模型图，再由此完成向ANSYS软件的导入，所得结果为旋耕弯刀模型图。通过单元划分方法的应用，采用ANSYS软件智能网格划分法。根据模型几何关系可知，这种网格划分疏密关系能得到合理推进，研究课题中采用4节点四面体单元，网格数据最优化的工具为实体模型线段长度，施加载荷500N后后进行求解。分析图如下：图4-2刀的载荷添加图4-3刀的载荷分析通过对R225型旋耕弯刀有限元模型论证后，这是静应力分析法启用的前提，根据仿真结果来说，最大应力分析结果显示，R195型旋耕弯刀如果进行实际工作，在旋转入土过程中承受最大应力位置，以螺栓连接孔位置为主，369MPa这一数值非常明显地低于620Mpa极限值，安全系数比较低，刀座联接刀柄双侧应力值区间以150MPa4.3履带驱动轮的载荷分析这部分装置安装孔应该以固定约束为形式，根据驱动轮选用结果来说，驱动轮齿数Z=12，节距t=85mm，根据实际图示关系可知，如果履带处于正常行驶状态，可以看到驱动轮齿轮、履带间关系为啮合，能实现有效扭矩的得出。如下图所示：图4-4驱动轮履带式行进底盘行驶功耗实际结果中，功耗N2=1.4kW。因此，履带驱动轮轴扭矩Td计算公式如下：Td=9549N2n式中：Td驱动轮扭矩，（N•mN2行驶功耗，(kw)；nd驱动轮轴转速，（r/min取ndTd=9549×1.4Fd=Td2R式中：Fd驱动轮轮齿受力，（NTd驱动轮轮轴扭矩，（N•m2驱动轮个数；驱动轮选用一节Rr=96.5mmFd=110分析图如下：图4-5驱动轮载荷分析根据上述结果来看，履带驱动轮轮轴平键安装位置最大应力值约为9.6Mpa，相比于尼龙制驱动轮屈服强度极限60MPa低出很多，是驱动轮日常工作强度能满足的重要标志。实际安装孔处基本以二三对啮合齿轮为主，其齿根部应力值4MPa-6MPa，能实现工具具有很好的运行稳定性，特别是应力状态很好，具有备选价值4.4本章小结本章主要内容包括利用有限元分析法，对主要零部件所受载荷进行分析，对比零件的屈服极限来判断零件是否可靠。内容包括有，对有限元分析法的定义的说明，发展进程的简要介绍，罗列有限元分析法的工作步骤和具体的操作软件。然后利用ANSYS有限元分析软件，对主要零件进行载荷分析，并得出结论[19]。

第5章产品发展趋势分析5.1研究背景1988年，意大利benassi公司研发并推广微耕机，专门针对小型农机应用，优势是占地面积少、机动灵活、结构精简。1997年中国正式引进这项技术工具，通过优化与改良以后，为中国耕作环境提供很好的工具效果。现如今，微耕机研究以材料、环境等为主要方向，这固然是因为石化燃料应用过于频繁，CO、PM等都是对各方面影响很大的有害气体，这样做不仅会造成严重的温室效应，同时也会加剧空气污染，降低空气质量。现在国外大都开始致力于以可再生能源为基础的对混合动力的研究，同时预示着微耕机也将迎来其新能源的时代[20]。我国微耕机研制于1997年开始。同时期研究以成熟机械仿制为主，但因为工业发展水平不足，很难做到将机械项目的升级研发，导致长期只能应用进口设备，这对于行业发展来说，成本无法降低，工艺难以与国内实际情况适配[19]。随着工业技术水平持续升级，人们开始向着新能源动力方案的最新研究，我国也开始逐渐的向这方面发展，而电力驱动则是其中比较可行的方案之一。5.2农业需求的转变以现代微耕机应用范围环境来看，多功能化、智能化是其基本发展方向。越来越多的科研人员针对微耕机工作过程、新功用部件等，展开更复杂定向作业环境分析[21]。近年来，随着城镇化建设的稳定快速推进和农业科技的快速发展，农村、农业产业结构也随之发生了翻天覆地的变化，相当一部分的耕地由种植传统的农作物向农业基地方向转变，中国棚室技术逐渐发展，各个种植领域对温室大棚技术应用效果很好。但与国际水平相比还是处于低水平状态。这也是导致很多设备应用造成环境破坏甚至于污染的现象。在这样的背景和趋势下，人们对电动微耕机的研发和生产，已经转变为一种市场需求和流行趋势[22]。5.3产品发展趋势经过本次论文的撰写，前期资料的查找，我总结，电动微耕机的发展已经处在了正常的道路上，许多国家和此方面的人才都已经对微耕机的能源做出了更新，但是只有电动还是不够的，除了无污染和遥控以外，人们更期望能获得全方位的体验，更希望微耕机朝着智能化，数字化的方向发展，当电动微耕机可以自行测算突然数据，自行在不同环境中更换所需零件，甚至自行的周期式对田地进行管理，那么农业生产力将更进一步，我认为新能源微耕机的发展趋势必将朝着智能化前进。5.4本章小结本章在查阅论文资料，并筛选后，结合农业需求的转变，整个微耕机行业的背景进行分析，指出了微耕机未来的发展趋势。结论本文主要对履带式微耕机进行了结构上的设计，提出了总体的设计方案，并对应设计出具体的零部件，利用Pro/E建立了零件和装配体的3D模型，理论上可以实现翻地，松土等基本功能。本课题所完成的主要内容可分为以下几点：1.本文在检索和查阅大量中外文献基础上，针对产品定位和设计要求，确定了电力驱动，旋耕刀耕作的整体成型方案。2.本文给出了履带式微耕机详细的设计过程，确定了具体的结构组成，选择了86BYG250H电机提供动力，NMRV090减速机配合传动的系统，确定了旋耕刀，链条，电动缸组成的微耕模块。3.对本文设计的履带式微耕机涉及到的关键零部件进行了校核，验证了各零部件的可靠性，对本文所设计的履带式微耕机进行了发展趋势的分析。致谢本论文是在刘新娜老师的亲切关怀和悉心指导下完成的。感谢刘新娜老师在我毕业设计选题、并在论文撰写的整个过程中的悉心指导，在毕业设计过程中对我相关设计问题提出的宝贵的意见和建议，对我毕业论文的指点，刘新娜老师时刻以实事求是的科学研究精神影响我、指引我，让我以严谨的态度进行工作和学习。感谢父母，父母对我的呵护与关爱是多方位的，是无私的，是让我感动与敬佩的，有了父母的支持，我才能安心学习，认真钻研。感毕业设计过程中共同努力的各位同学、朋友，是你们的坚持与鼓励，给了我坚定不移的信心，感谢同学的帮助与陪伴，感谢各位师兄师姐的帮助与支持。感谢学校与实验室这个大家庭对我的爱护、关心与影响，从每位成员身上我都感受到了阳光一样的温暖。感谢大家对我一直以来的信任与培养，锻炼了我各方面的能力，造就了我认真的性格，正因如此，我才能不负大家的期望，顺利完成论文。最后，再次感谢所有指导我、关心我、鼓励我、支持我的可亲可敬的老师、亲人、朋友们！祝你们身体安康、生活美满、工作顺利，万事胜意！参考文献[1]时玲，张海东，翟兆等．我国微耕机技术现状与发展方向[J]．农机化研究，2004：1-3．[2]王帅，曹磊，刘欣等．微耕机发展现状及趋势探讨[J]．农业科技与装备，2010：63-64+68．[3]闫国琦，张铁民，徐相华等．我国微耕机技术现状与发展趋势[J]．安徽农业科学，2008：11137-11139+11148．[4]杜蒙蒙．履带式微耕机及其主要工作部件的性能研究[D]．河南科技大学，2014．[5]郭晨星．电动微耕机的分析与设计研究[D]．太原理工大学，2018．[6]姜国成．微耕机在农田中的使用与推广[J]．农机使用与维修，2019：42．[7]贺卫珍．蔬菜行间微型旋耕除草机的设计与试验[D]．西北农林科技大学，2016．[8]陈亚洁．自走式微耕机随机振动特性分析与试验研究[D]．重庆理工大学，2017．[9]黄艳．基于微耕机的正确使用及维护保养[J]．现代农业，2019：106-107．[10]卫韦．小型链式深耕机具设计及研究[D]．贵州大学，2017．[11]王佳琪．无人微耕机的控制技术研究[D]．长春理工大学，2018．[12]王卓．电动微耕机电池组散热系统设计与研究[D]．西南大学，2018．[13]柏云．试论微耕机的操作及故障排除方法[J]．农民致富之友，2019：111．[14]张量．浅析微耕机事故隐患与防范措施[J]．农民致富之友，2019：116．[15]贺卫珍，刘莉茹，杨有刚等．基于强度比较的微耕机刀轴的优化设计[J]．干旱地区农业研究，2017，35：289-295+300．[16]付雅军，王有军．一种履带式微耕机驱动装置[J]．汽车实用技术，2019：174-175．[17]刘永智，石晶，李仁鹏等．新能源微耕机驱动轮设计[J]．汽车实用技术，2020：45-47．[18]YoshinobuNishiike，MikioUmedaandMasayukiFujii．CollectionofExtentAbstractsof2004CIGRInternationalConference[C]．2004：68-77[19]ChuanmiZhuandGuangyouYang．Proceedingsof20179thIEEEInternationalConferenceonCommunicationSoftwareandNetworks[C]．2017：50-52[20]ChuanmiZhu．Developmentoftinyremotelycontrolledelectriccrawlercultivatorforgreenhouses[C]．2017：24-44[21]VNNaumov，KYMashkovandKEByakov．Autonomoustrackedvehicleseffectivenessestimation[J]．2019：1-2[22]RYuDobretsovandGPPorshnev．Thedrivetrainandthesteeringmechanismforthetwinenginestrackedvehicle[J]．2019：16-26[23]B.JanarthemanandChandramouliPadmanabhan．DynamicsofaTrackedVehicleSimulationandExperiment[J]．JournalofTerramechanics，2012，49：26-2附录ATheoreticalModelforPredictionofTurningResistanceofTrackedVehicleonSoftTerrainZhaoDing，YaomingLi，ZhongTang．HindawiMathematicalProblemsinEngineeringVolume2020，2020：9．Skid-steeredtrackedvehiclesarecommonlyusedinsoftagriculturalterrainduetoitslowgroundpressurebetweenvehicletracksandtheground.However,theslidingandsinkageofthetrackduringaturningmaneuvercausesconsiderableturningresistance,whichreducesthevehicle’sturningability.Therefore,weconstructedatheoreticalmodelthatpredictstheturningresistanceoftrackedvehicles—understeady-stateconditionsonsoftterrain—accountingfortracksinkageeffectsandtrackslipandskid.-eresultsdemonstratethatthemomentofturningresistancedecreaseswithincreasedtrackslipandskidratiobutincreaseswithtracksinkagedepth.Themodel-predictedmomentsofturningresistancefortheouterandinnertracks—atagiventracksinkagedepthandtrackslipandskidratio—areinreasonablycloseagreementwithavailableexperimentaldata.Thistheoreticalmodelcanbeemployedasapredictorfortestingtheturningresistanceoftrackedvehiclesoperatingonawiderangeofsoils.1.IntroductionBecausetheyarecapableoftraversingawidevarietyofsoftterrainduetothelowcontactpressurebetweentheirtrackandground,skid-steeredtrackedvehiclesarewidelyusedinagriculture[1–4].However,inweakagriculturalterrain,suchasapaddyfield,thesoilistoosoftbecauseoftheinordinatelyhighwatercontent.Becauseofsuchsoftsoil,thetrackssinkdeeplyintotheground,causingthetrackstoshearandbulldozetheterrainbeneaththem,whichinturncausestracksinkageandasubsequentlargeturningresistance[5–9].Furthermore,vehiclesturningonsoftterrainusuallyhaveareducedtuningabilityfromthelargedegreeoftracksliding,whichisevidentintheslipandskidoftheouterandinnertracks,respectively[10,11].Thesefactorsincombinationoftencausetrackedvehiclestobeimmobilizedwhenturningonsoftterrain.Ifdesignersconsidertracksinkageeffectsandtrackslipandskid,thosedesignerscanpredicttheturningresistanceoftrackedvehiclesundersoftterrainconditions,andtheycanoptimizetheirselectionofdesignparametersandvehicleturningmodes2.BackgroundTheory2.1.EstimationofTurningResistanceofTrackedVehiclefromCoulomb’sLawofFrictionThetrack-groundinteractionisimportantforpredictingtheturningresistanceoftrackedvehicles.Inmostpreviousstudies,theshearforceonthetrack-groundinterfacehasbeenassumedtoobeyCoulomb’slawoffriction,wherethecoefficientoffrictionhasbeeneitherisotropicoranisotropic.Steeds[12]conductedasystematicstudyofthesteeringbehavioroftrackedvehiclesonfirmground.Inhispioneeringanalysis,thecoefficientoffrictionwasisotropic,andthefrictionalforcewasactingoppositetotherelativemotionofthetrackwithrespecttotheground.InSteeds’study,theturningresistancecouldbepredictedbycalculatingtheequilibriumequationsthatwereestablishedundertheassumptionofsteady-stateturning.Subsequently,basedonSteeds’study,KitanoandJyozaki[13]constructedapredictionmodelthatconsideredthefrictiontobeanisotropic,andthefrictioncoefficientsalongthelongitudinalandlateraldirections,μyandμx,respectively,werederivedfromthepull-sliprelationforatrackincontactwiththeground:μμWhereEl0.44andE₂20.0forarepresentativehardground,andiyistrackslipratioalongthelongitudinaldirection.TheirestimationresultswerelatersubstantiatedfromfieldmeasurementsbyEhlertetal[14].SimilartoKitanoandJyozaki’smodel,Crosheck[15]providedasteady-state