新能源微耕机驱动底盘的设计

刘永智 石晶 郝亮

摘 要：为了解决传统微耕机需要人力手扶、驾驶操作模式困难等问题，设计了一种适应山地作业、结构紧凑、操作平稳，尤其适用于果园、坡地、温室大棚等的小型履带式微耕机底盘，论文介绍了主动轮内置轮毂电机的履带式微耕机底盘的结构及组成。

关键词：履带式微耕机;底盘;轮毂电机

0 前言

近年来微耕机主要以小型柴油机作为动力的，因其具有重量轻，结构简单，体积小等特点，被广泛适用于旱地、水田、果园等地方。各种类型的微耕机配上相应机具有耕地、镇压、开沟、起垄、施肥等作业。提高了耕地效率，微耕机可以在田间自由行使，可以省去了大型农用机械无法进入山区田地的问题。履带自走式旋耕机与传统微耕机相比有明显优势：一是耕地质量高，二是接地面积大对土壤破坏小，三是摒弃了传统人力手扶、驾驶操作模式，只需按下相应遥控按钮，即可自动行走、作业。

1 设计原则

我们要求履带式底盘是一种可靠性高、稳定性好。结构实用的工作机构。该机构主要有以下几方面的特点：（1）行走通过轮毂电机驱动，响应快、无噪声、节约能源。（2）差速转向，机动灵活。（3）接地面积大，比压小，对土壤的破坏程度轻。

2 结构组成及工作原理

履带式底盘由中间机架、左右履带架、驱动装置、导向装置、支重装置，张紧装置及履带板7部分组成，中间机架与左右履带架通过焊接连接，构成履带底盘主体结构。底盘行走通过安装在左右履带架前部的轮毂电机带动驱动轮及驱动履带链实现设备的前进后退或差速转弯。

根据驱动元件的结构不同履带驱动轮分为：轮孔式、轮齿式及摩擦式三类，轮孔式驱动轮尺寸比较大，容易发生跳齿、脱齿的现象，驱动能力比较低，适用于轻载底盘。轮齿式驱动轮与履带紧密啮合，在土壤中抗打滑能力比较强，广泛应用在水田农业机械和掘进式机器中。摩擦式驱动轮行驶时靠驱动轮与履带进行摩擦使地盘前进，其张紧力较大，结构复杂，一般应用很少。因此选用轮齿式驱动轮。

履带分为橡胶履带和金属履带两种。金属履带由若干节等距的金属板通过铰链连接而成，由于金属板与铰链之间，金属板与驱动轮之间在载荷和运动作用放下相互撞击，经常会照成跳齿、脱齿现象，影响履带正常工作，橡胶履带由橡胶弹性体、金属承重件、牵引层和保护层组成。与金属履带相比履带柔顺性好，寿命长，振动小，噪声低。考虑到微耕机底盘尺寸小，行驶速度低及驱动轮的选取等特点，本课题选取AC-150型号履带环，履带宽度150mm、节距60mm。

3 行驶功率的设计计算

3.1 驱动功率计算

动力底盘为了能在正常行驶，必须要克服汽车行驶方向的各种驱动阻力，分别是来自地面的滚动阻力Ff、空气阻力Fw、上坡行驶时的坡度阻力Fi以及加速行驶时的加速阻力Fj，由于动力底盘行驶证在丘陵山区以及田间，并且行驶速度低，所以可以忽略动力底盘的空气阻力Fw以及加速阻力Fj，计算时需要使用修正系数进行修正。

由于底盘驱动内部只有驱动轮、橡胶履带及支重轮与橡胶履带之间得滑滚动摩擦及导向轮与履带板之间得引起的摩擦，但其复杂很难进行精确的计算，所以通过查询相关资料通过裕量修正的方式，忽略履带内部的阻力，进行动力底盘的功率计算：

3.2 电机功率计算

轮毂电机的额定功率必须大于所需要的驱动功率才能使履带底盘在田间正常行驶，即：

因为履带底盘在田间使用，工作环境恶劣，因此电机功率储备系数K取1.1，传动系统采用与齿轮直接相连接，因此取传动效率为0.95，则：

因此选用两个额定功率为500w的轮毂电机进行驱动，轮毂电机通过盖板与齿轮相连接，把动力直接传递给齿轮进行驱动。

4 结论

大部分微耕机的动力通常用汽油机作动力，但用汽油机作动力，动力容易损坏，该履带式动力底盘采用轮毂电机驱动微耕机的主动轮的方式来代替汽油机，不但简化了微耕机的动力结构，而且大大提高了能效。是一种可靠、实用的机械机构，完全满足设计之初所提的各项设计要求。

参考文献：

[1]李志红，包长春，李锦泽，et al.我国微型耕作机发展状况的研究[J].农机化研究，2008（09）：221-222+225.

[2]陈瑞平.一种履带式拱形底盘的設计研究[J].机电产品开发与创新，2014（06）：34-35.

[3]杜蒙蒙，姬江涛，杜新武，et al.丘陵山区双履带式小型动力底盘的设计[J].农机化研究，2013，35（09）：116-119.

辽宁省重点研发计划项目：基于无线遥控的先进履带式新能源微耕机研发，项目编号： 2018220024