履带行走机构的设计原则和运动受力分析毕业论文.doc

摘要我国是多山国家，同时也是水果生产和消费大国，我国果农大国将果树种植在山坡、丘陵地带。一般农用机械无法使用，这也严重的制约我国水果的产量本文以山地水果采摘行走机构为研究对象，通过对履带式行走机构、轮式行走机构轨道行走机构的综合比较，为找出适合山地的行走机构提供理论基础。本文主要研究履带行走机构的设计原则和运动受力分析。总结履带行走机构在行走时的影响因素，确保整机结构合理，安全可靠，行动灵活。关键词：行走机构，安全性能，运动受力，驱动，影响因素ABSTRACT China is a mountainous country, but also the fruit production and consumption country, China's farmers planting fruit trees on the hillside, big hills. General agricultural machinery to use, it also severely restricts our country fruit yield based on mountain fruit picking walking mechanism as the research object, through to the crawler type walking mechanism, a walking mechanism biped walking mechanism, track walking mechanism of comprehensive comparison, in order to find out the suitable mountain walking mechanism provides a theoretical basis. This paper mainly studies the crawler travel mechanism design principle and movement analysis of force. Summary of pedrail walking mechanism during walking at the influence factors, to ensure that it has the advantages of reasonable structure, safe and reliable, flexible operation。Keywords Tracked the mobile mechanism ，Safety performance，drive，Influence factors目 录摘要IABSTRACTII绪论11 .1 采摘机器人的概念和特点12.1 课题国内外研究现状22.1.1 国外机器人发展情况22.1.2 柑橘采摘机器人32.1.3 日本产采摘机器人42.1.4 美国产采摘机器人42.1.5 黄瓜采摘机器人52.1.6 草莓采摘机器人52.1.7 多功能葡萄采摘机器人62.2 国内采摘机器人发展情况63.1 水果采摘机器人发展遇到的问题及解决途径63.1.1 发展中的问题63.1.2 解决问题的途径71 行走机构简介81.1 履带式行走机构的特点81.2 轮式行走机构特点91.3 轨道式行走机构特点91.4 山地水果采摘行走机构装置101.5 本章小结102 履带式行走机构设计112. 履带行走机构设计要求122.1.1 履带设计122.1.2 驱动轮设计122.1.3 导向轮和张紧装置122.1.4 支重轮设计132.1.5 拖链轮设计142. 2 履带式行走机构运动受力分析142. 3 履带的驱动效率162.4 履带行走机构的附着性能17结 论19参考文献20致 谢21绪论行走机器人是机器人学中的一个重要分支。关于行走机器人的研究涉及许多方面，首先，要考虑移动方式，可以是轮式的、履带式的和腿式的等；其次，必须考虑驱动器的控制，以使机器人达到期望的行为；第三，必须考虑导航或路径规划。因此，行走机器人是一个集环境感知、动态决策与规划、行为控制与执行等多种功能于一体的综合系统。机器人的机械结构形式的选型和设计，应该根据实际需要进行。在机器人机构方面，应当结合机器人在各个领域及各种场合的应用，开展丰富而富有创造性的工作。对于行走机器人，研究能适应地上、地下、水中、空中、宇宙等作业环境的各种移动机构。当前，对足式步行机器人、履带式和特种机器人研究较多，但大多数仍处于实验阶段，而轮式移动机器人由于其控制简单，运动稳定和能源利用率高等特点，正在向实用化迅速发展，从阿波罗登月计划中的月球车到美国最近推出的NASA 行星漫游计划中的六轮采样车，从西方各国正在加紧研制的战场巡逻机器人、侦察车到新近研制的管道清洗检测机器人，都有力地显示出行走机器人正在以其使用价值和广阔的应用前景而成为智能机器人发展的方向之一。1 .1 采摘机器人的概念和特点采摘机器人主要工作在非结构化的开放环 境下，环境条件受季节和天气的影响较大，因采摘 机器人应具有高水平的智能控制系统。采摘机器人的作业对象表皮组织柔软、易 损伤，由此决定了采摘机器人的末端执行器应具柔 软性，避免碰伤果实；果实生长位置的随机性、个体形状的差异 性和成熟期的不一致性等，增加了机器人的视觉定 位的难度。采摘机械手的设计应在考虑栽培方式的 基础上使果实处于其作业空间内，并且能避免茎秆、 叶子等障碍物，准确抓取到果实，这就要求机械手 具有一定的避障能力，必要时可考虑采用冗余度机 械手，但自由度多难于控制;采摘机器人的操作者是农民，因此要求机 器人具有操作简单的特点，另外还应在保证高可靠 性的前提下有更低的价位。2.1 课题国内外研究现状履带行走机器人是一种具有冗余驱动、强大动力、行走环境恶劣的运动机构, 是实现在极其恶劣的环境下作业的特种机器人。常见的履带行走机构如拖拉机、坦克、挖掘机等，这些都是为了在地势条件差的环境作业而应孕而生的。履带行走机器人历经百年的发展, 取得了长足的进步, 归纳起来主要经历以下几个阶段:第一阶段, 以机械和液压控制实现运动的机器人。第二阶段, 以电子计算机技术控制的机器人。第三阶段, 多功能性和自主性的要求使得机器人技术进入新的发展阶段。目前野外作业机器人都还处于第一阶段，因此，野外作业机器人还有很大的发展空间，尤其是野外水果采摘机器人。2.1.1 国外机器人发展情况国外农业机器人发展迅速。自1983 年第 1 台西 红柿采摘机器人在美国诞生以来，采摘机器人的研 究和开发历经 20 多年，日本和欧美等国家相继立项 研究采摘苹果、柑桔、西红柿、西瓜和葡萄等智能 机器人。我国采摘机器人的研究也逐渐起步，如上 海交通大学正在进行黄瓜采摘机器人的研究，浙江 大学对七自由度番茄收获机械手进行了机构分析与 优化设计研究，中国农业大学对采摘机械手的视觉 识别系统进行了研究。目前，比较典型的采摘机器人有人机协作型柑橘采摘机器人如图2.1所示：图2.1 人机协作型柑橘采摘机器人2.1.2 柑橘采摘机器人日本国立农业研究中心的Murakam i等人研制了柑橘采摘机器人（图 2.2）。该机器人由极坐标机械手、手指 的末端执行器、履带式行走装置和机器视觉系统组成。 整个系统采用液压驱动, 系统利用人工神经网络算法 提取果实的二值图像, 采用模板匹配的方法识别合格 的柑橘。采摘速度为 55 s /个, 成功率为 43%。图2.2 西红柿采摘机器人机械手2.1.3 日本产采摘机器人1993年, 日本近藤等人研制出一台具有 7 自由度 的西红柿收获机器人。该机器人由机械手、末端执行 器、视觉传感器和移动机构等组成 。末端执 行器由两个机械手指和一个吸盘组成。通过彩色摄像 机来寻找和识别成熟果实, 利用双目视觉方法对目标 进行定位。采摘时, 4轮行走机构行走指定的距离后, 进行图像采集, 利用视觉系统检测出果实相对机械手 坐标系的位置信息, 判断西红柿是否符合收获标准, 若 符合, 则控制吸盘把果实吸住, 再由机械手指抓住果 实, 然后通过机械手的腕关节拧下果实。该采摘机器 人的采摘速度约为 15 s/个,成功率约为 70%。该机器人存在的问题是有些被叶茎遮挡的成熟西红柿没有 成功采摘。2.1.4 美国产采摘机器人2004年, 美国加利福尼亚西红柿机械公司在当地 农业博览会上展出 2台全自动西红柿采摘机该采摘机长 12. 5 m、宽 4. 3 m, 每分钟可采摘 1 t多西红柿。这种西红柿采摘机首先将西红柿连枝带叶 割倒后卷入分选仓, 分选设备挑选出红色的西红柿, 并 将其通过输送带送入随行卡车的货舱内, 然后将未成熟的西红柿连同枝叶一道粉碎, 喷撒在田里作肥料。2.1.5 黄瓜采摘机器人 黄瓜采摘机器人(图2.3), 它能在专门为机械化采摘而设计的倾斜棚支架下工作。该机器人在摄像机前加 了滤波片, 可以根据黄瓜的光谱反射特性来识别黄瓜。其末端执行器上装有果梗探测器、切割器和机械手指。采摘时由机械手指抓住黄瓜后,果梗探测器便寻找果梗,然后切割器切断果梗,完成采摘，采摘速度为 16 s/个。荷兰农业环境工程研究所研制出一种多功能黄瓜采摘机器人，其末端执行器由一个7个自由度的机械手和切割器组成，采摘速率为45s/根，成功率约为80%。图2.3 黄瓜采摘机器人2.1.6 草莓采摘机器人 日本近藤等人研制出一种气吸式草莓采摘机器人 (见图2.4 )。实验证明利用真空设备可以有效地补偿摄 像机检测果实的位置误差, 并且最大程度减少了跟果 实娇嫩表皮的接触。该机器人对成熟果实的采摘成功 率达到 100% 。但是问题是一些未成熟的果实也会随 着目标果实被吸起, 因此需要在控制真空吸力的强度 等方面进行改进。图2.4 草莓采摘机2.1.7 多功能葡萄采摘机器人日本冈山大学研制的葡萄采摘机器人采用5自由度的极坐标机械手。视觉传感器一般采用彩色摄像机。该机器人的特点是,为了提高使用效率,开发了多种末端执行器,除了能完成采摘作业,更换其他的末端执行器还可以完成喷雾、套袋和修剪枝叶等作业。2.2 国内采摘机器人发展情况我国对采摘机器人的研究开始以20世纪90年代中期，虽然与发达国家还有很大的差距, 但是在不少院校和研究学者的努力下也取得了一些进展。中国农业大学的汤修映等人研制了一个 6自由度黄瓜采摘机器人,该机器人基于RGB三基色模型的G分量来进行图像分割, 在特征提取后确定黄瓜的采摘点。同时提出了新的适合自动化采摘的斜栅网架式黄瓜栽培模式。孙明等为苹果采摘机器人开发了一套果实识别视觉系统, 并研究成功了一种使二值图像的像素分割正确率大于80%的色彩图像处理技术。3.1 水果采摘机器人发展遇到的问题及解决途径3.1.1 发展中的问题目前，果蔬采摘机器人的智能水平还很有限，离实用化和商品化还有一定的距离。其存在的问题：一是采识别率和定位精确度低；二是采摘率不高，损伤率较高；三是采摘机器人制造成本较高而利用率低；四是采摘环境非结构化给采摘带来的困难。3.1.2 解决问题的途径 要找到一种可靠性好、精度高的视觉系统技术，能够检测出所有成熟果实，精确对其定位，必要时可以采用人机协作模式。提高机械手和末端执行器的柔性和灵巧性，成功避障，提高采摘的成功率，降低果实的损伤率。可以考虑改变作物的栽培模式，通过降低作 物生长环境的非结构化和复杂性，便于采摘机器人的视觉定位，提高采摘的成功率。采用开放式结构的控制系统，以控制不同农业生产所需的不同机器人机械部分、末端执行器和传感器。要提高采摘机器人的通用性，使得同一台机 器人可以完成不同的作业任务，从而提高机器人的 利用率。 1 行走机构简介机器人的行走机构可分为固定行走机构和无规行走机构两种。一般的机器人行走机构都是固定式的，但随着科技的发展和社会的进步，其他类型的行走机器人也逐渐增多。行走机构是行走机器人重要的执行部件，它由行走驱动装置、传动机构、位置检测原件、传感器、电缆及管路等组成。它一方面支撑着机器人的机身飞臂和手部，另一方面还根据工作任务的要求，带动机器人实现广阔的空间运动。行走机构可按其行走方式分为可固定轨迹式行走机构和无固定轨迹式行走机构。而固定轨迹式主要用于工业上，而我研究的草莓采摘机器人属于无固定轨迹式机器人，因而，它的行走机构为无固定轨迹式。无固定轨迹式行走机构根据其行走方式的不同分为履带式行走机构、轮式行走机构、步行式行走机构。 行走机构的主要作用主要包括：1. 整个机械的支承部分；2. 支承整机自重和工作载荷；3. 完成工作性和转场性移动。1.1 履带式行走机构的特点履带式牵引力大，越野性能好；接地比压小；爬坡能力大；转弯半径小、机动灵活；运行速度较低；零、部件已标准化。自重轻。减轻40左右；造价低。降低5060的成本；适应性好。适合山区作业；机动性差。行走装置的要求：足够的牵引力，越野性能好；较大的离地间隙，通过性好；接地比压小；下坡时，不发生超速溜坡现象。结构组成:行走架、张紧装置、驱动轮、导向轮、支承轮、托链轮、履带、马达减速箱 四轮一带是行走装置的重要零部件，关系到机械的工作性能和行走性能。 行走架组成：X型底架 履带架 回转支承底座 行走架是行走装置的骨架，由钢板、型材焊接，用于安装四轮一带、通过回转支承与平台连接，承受、传递工作载荷到履带。 履带 履带板、轨链节 履带 左轨链节 右轨链节销套 销轴驱动轮由轮毂和齿圈组成。作用是把发动机的动力通过驱动轮传给履带使挖掘机行走，完成工作性移动和转场性移动支重轮，轮体轴承座。作用是把挖掘机重量和动载荷传给履带；使挖掘机沿着履带轨道滚动，防止履带横向滑脱。支重轮端盖 轮毂，轴瓦轮毂轮轴，浮动油封导向轮轴固定座轮体。作用是引导履带正确绕转，防止越轨。导向轮同时起支重轮的作用，增加履带的接触面积，减小比压。托链轮轮体轴承座。作用是托住履带，减少上方履带的跳动和下垂量；防止履带横向滑脱。张紧装置导向轮体张紧油缸连接叉缓冲弹簧。作用是保持履带张紧度；防止履带脱轨或松弛碰履带架；缓冲道路的冲击避免局部张紧；减少振动和跳动。 驱动装置内藏式一体结构；履带对驱动装置起到保护作用；马达动力经减速箱后传给驱动轮，带动整机行走。驱动装置结构 减速器 内制动器 行走马达装置减速器壳配流盘马达壳体驱动轮柱塞制动片制动活塞行星架太阳轮行星轮调节器 中心回转接头用于平台与底盘、行走马达之间油路连接。上部平台转动时，避免油管扭绞。1.2 轮式行走机构特点轮胎式液压挖掘机行走装置的结构型式很多，有采用标准汽车底盘的可轮式拖拉机底盘的，但斗容量稍大、工作性能要求较高的轮胎式液压挖掘则采用专用的轮胎式底盘行走装置。无支腿，全轮驱动，转台布置在两轴的中间，两轴轮距相同。其优点是省去了支腿，结构简单，便于在狭窄工地上作业，机动性好。缺点是挖掘机行走时转向桥负载大，转向操作费力或需要设置液压助力装置。因此这种结构型式的行走装置仅适用小型轮胎式液压挖掘机。双支腿，全轮驱动，转台偏于固定轴（后桥）一边。其特点是：减轻了转向桥的负载，使转向操作较轻便；支腿装在固定轴一边，保证了挖掘机作业时的稳定性。这种结构型式的行走装置多用于小型轮胎式液压挖掘机。四支腿，单轴驱动，转台远离中心。其特点是：驱动轮的轮距较宽，而转向轮的轮距较小，转向时绕垂直轴转动；由于车轮形成三支点布置，受力较好，无需悬挂摆动装置，行驶时转向半径小，作业时四支腿支撑，稳定性好。其缺点是：在松软地面上行驶会形成三道轮辙，行驶阻力增大，而且三支点底盘的横向稳定性差。因此这种结构型式的行走装置仅适用于小型挖掘机。 四支腿，全轮驱动，转台接近固定轴（后桥）一边。其特点是：前轴摆动，由于重心偏后，因此转向时阻力小，易操作，并且通过采用大型轮胎和低压轮胎，因而对地面要求较低。这种结构型式的行走装置广泛应用于中型、大型挖掘机上。1.3 轨道式行走机构特点轨道式行走机构一般为钢轮行走机构，由液压马达通过链传动来驱动。它除了给机械提供足够大的牵动引力以克服阻力外，还应具备稳定的工作速度，以满足机械的作业要求。钢轮行走机构结构简单、使用可靠、故障少、便于维修。为了防止脱轮，钢轮一般作成带槽的轮缘形式。轨道式行走机构的优点是结构简单、造价低廉、工作可靠、容易操作、故障少，易维修以及对工作环境要求较低等，因此至今仍然受到许多发展中国家的青睐。其缺点是自动化程度较低，铺筑的路面纵坡、横坡、平直度和转弯半径的精度，在很大程度上取决于钢轨和模板的铺设质量。此外，钢轨、模板需要量大，装卸工作频繁而笨重。1.4 山地水果采摘行走机构装置因为行走装置兼有机身的支撑和运行两大功能，因此行走装置应尽量满足以下要求：1）应有较大的驱动力，使采摘机械在湿软或高低不平等不良地面上行走时具有良好的通过性能、爬坡性能和转向性能。2）在不增大行走装置高度的前提下使挖掘机具有较大的离地间隙，以提高其不平地面上的越野性能。3）行走装置具有较大的支撑面积或较小的接地比压，以提高采摘机械的稳定性。4）挖掘机在斜坡下行时不发生下滑和超速溜坡现象，以提高采摘机械的安全性。5）行走装置的外形尺寸应符合道路运输的要求。6）爬坡能力要大，能适应恶劣环境。1.5 本章小结通过对几种常用行走机构的比较，结合山地水果采摘行走机构的环境特征本文选择履带行走装置特点是，驱动力大（通常每条履带的驱动力可达机重的35%-45%），接比压小（40-150kPa），因而越野性能及稳定性好，爬坡能力大（一般为50%-80%，最大的可达100%），且转弯半径小，灵活性好。履带式行走装置在山地机械中使用较为普遍。2 履带式行走机构设计履带式行走机构是大型机械整机的支承件，用来支承整机的重量，承受机构在作业过程中产生作用力，并完成整机行进、后退、转移和作业移动。对于大型机械的底盘一般设计成履带驱动结构，履带沿整机纵向中心对称布置。依据攀枝花的地形条件，本文主要研究履带行走机构的设计原则和运动受力分析，总结履带行走机构在行走时的影响因素，确保整机结构合理，安全可靠，行动灵活。如图2.5所示：图 2.5 履带式行走机构履带式行走机构主要由导向轮、张紧装置、履带架、支重轮、驱动装置、托链轮和履带板等组成，如图 5.1 所示。当马达带动驱动轮转动时与驱动链轮相啮合的链轨及履带板有相对移动的趋势，由于履带板与路面之间的附着力大于驱动链轮、支重轮和导向轮的滚动阻力，所以履带板不会滑动，而驱动链轮、支重轮和导向轮则沿着铺设的链轨滚动，从而驱动整机行走。整机履带行走机构的前后履带均可单独转向，从而使机器转弯半径更小或实现蟹行。2. 履带行走机构设计要求2.1.1 履带设计履带工作条件恶劣，必需具有足够的强度和刚度，耐磨性能要求良好，质量较轻以减少金属的消耗量，并减轻履带运转时的动载荷，履带和地面要有良好的附着性能，保证能发出足够的牵引力，还要考虑减少行驶及转向的阻力。履带节距随机体自重的增加而线性增大，参照计算式为：t= (17.523)4G ，式中，t 为履带节距；G 为机体自重，再按履带节距标准选取。履带板的宽度取决于工作条件所要求的平均接地比压，宽度越大，接地比压越小。一般参照计算公式为：b=(0.901.10) × 209 × 4G ，式中，b 为履带宽度；G 为机体自重，再按履带宽度标准选取。2.1.2 驱动轮设计驱动轮的齿数一般选为奇数，目的是使驱动轮各齿轮流与节销啮合，增加使用寿命。驱动轮节圆半径参照公式：r= t 式中 r 为节圆半径；t 为 2sin180°Z履带节距；Z 为卷绕在驱动驱动轮上的履带板数目。在履带作业机械上，多数都是把驱动轮布置在后方，这样布置的优点是可以缩短履带驱动区段的长度，减少因驱动力造成履带销处的第二磨擦损失，有利于提高行走系统效率。驱动轮布置在前还是在后与传动系的布置有关。驱动轮中心高度应有利于降低重心（或车身）高度和增加履带接地长度，改善附着性能。因此驱动轮高度应尽量小。2.1.3 导向轮和张紧装置导向轮的前后位置根据驱动轮位置而定，通常布置在前面。引导轮中心离地高度应有利降低重心。在设计时，应注意使导向轮前、后移动的调整范围超过履带节距的一半，当因履带磨损节距变长时，可取下 1 节履带板，仍能保持履带的张紧度。如图2.6所示：图 2.6 液压张紧装置收缩状态张紧装置的缓冲弹簧必须有一定的预压量，使履带中产生预张紧力，其作用是：前进时不因稍受外力，即松弛而影响履带销和驱动轮齿的啮合，倒退时能保证产生足够的牵引力，确保履带销和驱动轮齿的正常啮合。缓冲弹簧预紧力参照计算式为：Py=（0.60.8）G ，式中，P为弹簧预紧力；G 为机体自重。图 2.7 液压张紧装置伸长状态2.1.4 支重轮设计支重轮的个数和布置应有利于使履带接地压力分布均匀。因此，在履带作业机械上均采用直径较小的多个支重轮，支重轮的个数随车辆功率（机重）的增加而增多。但是，对于高速运行的履带车辆，为了减小滚动阻力，提高行走系统效率，通常采用大直径的支重轮，并取消托链轮。支重轮在导向轮和驱动轮间的布置应有利于增大履带接地长度，因此，最前一个支重轮应尽量靠近导向轮，最后一个支重轮应尽量靠近驱动轮。为了不和它们的运动发生干涉，最前一个支重轮的位置应保证当引导在缓冲弹簧达到最大变形时相互不发生干涉。最后一个支重轮轮缘外径与驱动轮齿顶圆之间应保留一定的间隙，以保证当悬架弹簧产生最大变形时不发生干涉，各支重轮之间距为均匀分布。2.1.5 拖链轮设计托链轮主要用来限制上方区段履带的下垂量。因此,为了减少托链轮与履带间的磨擦损失，托链轮的数目不宜过多，每侧履带一般为 12个。轴距在 2m以下的一般采用 1个，轴距在2m以上的一般采用2个。对于小型履带式作业机械来说，上方区段履带下垂量不大，可不装托链轮。2. 2 履带式行走机构运动受力分析图2.8为履带式机械在水平地面上作等速直线运动时的受力简图。图中 Fz 为滚动阻力，G 为机体重量，Fn 为地面对履带作用的方向反力。由传动系统传到驱动轮上的驱动力矩 Mk 对整机整体来说是内力矩。由于 Mk 的作用，在驱动轮和最后 1 个支重轮之间的一段履带中产生一个拉力T（此力对于整机来说是内力，图中未标出），力 T 企图把支重轮下的履带向后拉出，使支重轮下的这段履带相对地面向后运动或有向后运动的趋势。由于这段履带被整机重量 G 压在场面上，因此这段履带受到地面的水平反作用力，这个反作用力称为牵引力，用 F 表示，其方向和整机运动就是在 F 的作用下产生的。图 2.8 履带式行走机构行驶原理简图在驱动力矩 Mk（由行进减速机输出扭矩决定）的作用下，在履带驱动区段内，除了预张力以外，还作用有拉力 T，其中 T=Mk/rk（rk 为驱动轮节圆半径），拉力 T 要使履带支撑区段从支重轮下向后拉出，如果忽略 T 在传递过程中的磨擦损失，则土壤作用在履带支撑区段的反作用力等于 T。把作用在驱动轮缘上的拉力移到驱动轮轴上即在驱动轮轴上施加一对大小相等、方向相反、并和履带驱动区段平行的力 T，则其中 1 个力与驱动区段作用于轮缘的力形成 1 个力偶，其值等于 Mk，方向和 Mk 相反。而另 1 个力又可分解为平行和垂直地面的 2 个分力 T和 T。如图 2.9所示，其中：T=Tcos图 2.9 驱动轮和后支重轮上受力简图同样把后支重轮下履带对支重轮作用的 2 个力（其中一个是驱动区段的拉力，另一个是土壤的反作用力，大小均等于T）都移到支重轮轴上，结果只能得到一个合力T（两个力偶大小相等，方向相反，相互抵销）。把T、分为平行和垂直地面的分力T和 T，其中水平分力为：T=T-Tcos。同样整个机体的前进力是T和 T之和，而T+ T= Tcos +T- Tcos =T由此可见，忽略拉力 T 在传递过程中的磨擦损失，则在驱动力矩 Mk 作用下，地面对履带支撑区段的反作用力T 就等于推动整个机体运动的力，其值和驱动区段的倾角无关（实际上磨擦损失是存在的，所以地面的反作用力 F 要比 T 小）。2. 3 履带的驱动效率在履带驱动区段就有张当驱动轮上驱动力矩作用时，在履带驱动区段就有张侧，履带板相对转过角，在履带销1、2两侧履带板分别相对转过角，如图 4 所示。因此消耗的磨擦功为： Ak=Tr0（ +2），式中，为履带销和销孔间的磨擦系数；r为履带销半径。驱动轮每转 1 转，有 Zk 块履带板被卷上驱动轮，所以驱动轮每转消耗的功为：Lk= Tr0 ( +2 ) Zk， 换算到驱动轮上的磨擦力矩为：Muk=履带驱动段的损失功率为：N k=M×，履带驱动效率为：=1-.由上式可知：履带驱动效率与驱动力矩无关，而是由履带行走机构的结构参数决定的常数。实际上 Mk 还应考虑履带销套和驱动轮啮合时的磨擦和冲击损失，值一般为0.960.97。由此可见，计算履带行走机构切线牵引力 F 时，应考虑履带驱动区段的磨擦损失。此外还应考虑履带行走机构的滚动阻力。2.4 履带行走机构的附着性能 履带行走机构的切线牵引力 F 主要是由履刺向后挤压土壤而产生的地面反作用力，履带支撑面下的土壤受到和 F 大小相等、方向相反的剪力增加履带支撑面积不仅可以增大 F 值，而且在相同的 F 值时可以减小滑转率。相同的履带支撑面积，采用狭面长的履带比宽而短的履带附着性能要好。但是加长履带支撑长度将使机械转向困难，在现有的转向机构没有根本改变前，履带支撑段不可能做得很长。影响履带行走机构附着性能的因素，除土壤性质、履带支撑面的长度和宽度外，主要还有机械重量、履刺高度及履带支撑面上比压的分布。增加机械重量可以改善附着性能，尤其是在砂质土壤上。但是采用这种方法不可避免地要增加滚动阻力，而且机械重量不能超过一定限度，否则引起土壤结构的破坏，反而使附着性能变坏。增加履刺高度可以增加土壤受剪切作用的侧面受剪面积，从而改善附着性能。对于纯磨擦性土壤，例如干砂，其粘结系数0，土壤的侧面受剪面上正压力很小，因此其剪切强度接近零，增加履刺高度就没有效果。反之，在性土壤中，增加履刺高度的作用就很显著。对于土质深度不均一的土壤，较高的履刺可以切入土中和较坚实的土层接触，这种土层的剪切强度较大，因而改善了附着性能。履刺之间的距离对附着性能亦有影响。履带支撑面上比压的分布对附着性能有较大的影响。一些试验的结果表明，当比压在整个履带支撑区段呈线性分布，而且其合力在履带支撑长度中心后面 1/10 处时，可得到最大切线牵引力 结 论履带式行走机构在国内外的机械行业已经得到了广泛的应用，但在农用上还是相当局限的，而在攀枝花这个地理条件恶劣的地方，更是困难重重。根据上文，我们知道了影响履带式行走机构的行走的因素不仅和机械的结构、参数有关，还和地面土壤的性质有着密切的关联。设计时要综合地分析和研究，认真分析各个数据参数，才能保证履带行走机构使用状态良好，完全满足使用要求。参考文献1 张光裕. 工程机械底盘构造与设计 M. 北京: 中国建筑工业出版社, 2003.2 诸文农. 底盘设计 M. 北京: 机械工业出版社, 20013 江创华. 旋挖钻机履带行走装置支重轮的布置计算 J 工程机械, 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