收割机铰接式车架设计及通过性分析

摘 要：对于一个农业大国而言，运用机械化操作是发展必然趋势。如今水稻收割机应用广泛，但是总体来看，性能相对较差，尤其是灵活性、路面的通过性等都还有待改进，因此研究收割机是相关人士的重要课题。本文是笔者依据多年工作经验，分析对收割机链接式车架的设计，以及该车的通过性，为相关的研究人士提供理论参考依据。

关键词：通过性；收割机；链接式车架

中图分类号：S225.4 文献标识码：A

前言

机械设备的好坏，直接关系着收割的进度和质量。但是从收割所用机械现状来看，虽然收割机的品种比较多，如全喂入式、半喂入式等，但是这些收割机都存在一些共同不足，那就是路面的通过性较差，可靠性低以及机型庞大等，因此要解决收割中所存在的各种问题，必须要加大收割机的研究。

1 设计收割机的链接式车架

在设计链接式的车架结构形式上必须要满足整体布局收割机要求，当存在载荷之时必须要确保其应力水平与变形在规定范围中，也就是要具备合理的刚度与强度，除此之外还要考虑方便加工、质量轻、经济性好等各个方面的情况，如今比较常见的车架结构主要是3种，那就是综合式、中梁式以及边梁式的车架，本文所设计的车架就是采用了边梁式车架结构。车架的前后都是由若干根的横梁与两根纵梁共同组成，2个车架间适应链接方式，这样就能够实现侧向的转动。

在整个车架中承力主要是依靠纵梁，这个部件承载了整个收割机上部力度，并将力传给悬架和车轮，设计之时必须要满足这个部位的强度所需。在整个车架中前部分是驾驶室、蓄电池以及脱粒系统，而前车架的前部就装上了脱粒装置及割台，后半部分主要是安装粮仓以及清选框架。当相对于后轮，一旦太高了前轮就会造成前车架的尾部和后双纵臂比较靠近，设计之时一定要避开这2者间的干涉，就要把尾部结构稍微抬高一些，就需要降低前段的重心位置，本文就是把车架纵梁设计成弯曲的S型。而后车架主要是安装发动机以及转向系统等，在设计之时因要降低发动机的位置，就把后车架纵向平面做成Z型，采取这种设计就把收割机的重心降低了，对收割机侧向稳定起到保障作用。因为承载扭转及纵向的荷载几乎都是依靠收集的横梁，有些部件就是为了安装基体，设计横梁之时必须要从总体去考虑布置，本文就在前车架上面设计出了3根横梁，第1根主要是对前双纵臂进行支承，第2根主要是安装支撑的割台以及安装脱粒装置液压顶杆，而第3根是设计到了前车架的后部，安装清洗的框架。

后车架总共布置4根横梁，脱粒系统上倾斜搅笼设计在纵向的平面内，这样才能够为倾斜搅笼腾出空间，而后车架的前端横梁就必须要设计成拱形的最高位置处，发动机安装到第2、3根横梁之上，后双纵臂安装到第4根横梁上。

而设计车架的纵梁截面之时，主要有箱型截面、Z形截面以及槽型截面等多种形式，假如要选择槽型截面，那么其纵梁和横梁之间及其他各个构件的连接比较简单，装配上也具有较高的工艺性，因此本文主要就选择了这种设计模式，为了增加到收割机的抗扭能力，就把后车架上的横梁设计为方形，并使用角钢把横梁和纵梁相连接地方焊接起来，有效减小集中应力，在设计是还需要考虑制造成本以及工艺，其车架结构使用的钢材选择Q235，本文所设计收割机总体布置方案以及受力情况，确定为如图1的结构示意图。

图1 车架结构示意图

2 收割机的通过性分析

收割机大多是在乡村环境下行驶，一定会遇到很多的环境影响，比如壕沟、障碍等，所以设计的收割机还需要具有相应的爬坡能力，这样才能够通过障碍。因此，研究收割机的通过性具有重要意义。

2.1 分析其爬坡能力

对爬坡度分别是21%、23%以及25%几个坡度做了仿真，通过仿真就能够得到几类坡度环境下的力学性质，一旦收割机在平坦路段，那么各个车轮就会垂向到荷载的分布方向，通过测量就能够得出左中轮是4720N，右中轮是5066N，前轮是2214N，后轮是1773N，其中左右中轮的垂向荷载力并不相等，而前后轮的垂向荷载也不相等，根源就在于分析几何通过性时并没有把所收割稻谷以及操作人员的作用包含进去。从分析中发现23%坡度所耗费的驱动力高过了21%，对于23%、21%的坡度时，车轮所需要驱动轮纵向的滑移率近似为0，一旦达到了25%，驱动轮就恰好翻越过坡道，如果再继续高就不能够上升，就会增大纵向的滑移率，也就存在严重的打滑情况，因为在这种坡度下前轮到了坡道口，那么前车架的尾部就会开始朝下进行摆动，也就会与后车架的双纵臂出现运动干涉，导致中轮垂向的荷载快速降低，而没有办法爬坡，因此收割机最大爬坡度是23%。

2.2 翻越过障的能力

为了分析收割机翻越故障的能力，本文就选择了180mm、190mm以及200mm障碍路面进行仿真，通过分析获得收割机翻越障碍的能力。从分析中发现当障碍的高度达到200mm时，收割机的驱动轮急剧增大了滑移率，必定会造成驱动轮打滑，根源就在于前轮已经穿越上了200mm高度障碍，而前车架尾部就会和后车架摆臂产生运动干涉。收割机就能稳定的、顺利的穿过190m、180mm的障碍高度，因此就能够获知收割机最大穿越障碍高度是190mm。

从前面的分析可知，要限制收割机最大爬坡度与最大穿越障碍因素就在于其前轮抬高至一定的程度，必定会造成前车架尾部和后车架双纵臂间产生运行干涉，而不能够顺畅行驶。所以，必须要避开相应干涉，才能够提升收割机的通过性。

3 结语

总而言之，一个好的收割机有助于加快收割，因此在设计车架时必须要以简单、易用作为原则，设计出科学、合理的车架，同时还要全面分析收割机的通过性，只有确保了通过性的收割机才具有实用价值。

参考文献

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