一种可变轮径机构的制作方法

本发明涉及一种可变轮径机构，具体来说，是指一种能够实时改变轮径大小的机构，使得轮胎不易打滑，实现稳定行走。

背景技术：

地面植保喷雾机具有高效、便捷等优点，为我国粮食的丰产、丰收做出了重要贡献。由于当前农田集中连片、标准化种植，为了适应需求，地面植保装备正在向大型化方向发展，导致喷雾机的喷杆长度、药箱容积、整机重量等均有较大较大幅度的提升，从而导致地面喷雾机在田间作业时底盘易沉陷、轮胎易打滑，滑转率增加，影响田间作业效率、作业质量等。

针对上述问题，人们设计了船式拖拉机，较好的解决了这个问题，但由于船式拖拉机在进行田间管理作业时，易损坏农作物，不适应进行植保作业；同时，zl201010117489.2设计了一种可变轮径的车轮，但其需要提供额外的动力对其进行驱动变径，且应用于地形探测等场合；专利zl201410432127.0设计了一种可变形轮机构，其通过旋转轮胎块增大接地面积，提高地面对车轮的驱动力，但其在变形作业时，增加了轮胎宽度，加大田间作物压损。

技术实现要素：

发明目的：本发明提供一种可变轮径轮胎机构，通过实时改变车轮轮径，降低车轮滑转率，减少车轮打滑，提高车辆驱动性能，并可适应多种地形、地貌。

技术方案：

一种可变轮径机构，包括轮毂部件、主动轴及轮胎部件；

所述轮毂部件安装在所述主动轴上，所述轮毂部件的截面为正多边形结构；所述轮胎部件包括等分的若干轮胎块，所述轮胎块的数量与所述轮毂部件的边的数量相对应；所述轮胎块外侧为圆弧结构，内侧为与所述轮毂部件的侧面相对应的安装面，所述轮胎块分别安装在其所对应的所述轮毂部件的侧面上，从而构成圆形的轮胎；

所述轮胎块的安装面上设置有导向槽，在所述轮胎块的安装面上中心位置设有安装槽，在所述安装槽内固定安装有螺纹轴；在所述轮毂部件的每个侧面中间位置安装有与所述轮胎块的安装面上设置的导向槽相对应的导向杆；所述左导向杆与所述导向槽相互配合安装；

所述轮毂部件包括旋转飞轮、电磁离合器、太阳齿轮、行星齿轮、扭矩传感器以及转向传感器；所述旋转飞轮、太阳齿轮、扭矩传感器以及转向传感器均安装在所述主动轴上；所述太阳齿轮滑动安装在所述旋转飞轮外侧；所述旋转飞轮为一正多边体，在所述旋转飞轮的每个侧面上均开设有与所述螺纹轴相互配合的光孔；所述电磁离合器安装在所述旋转飞轮和所述太阳齿轮之间，包括电磁离合器右部和电磁离合器左部；所述电磁离合器右部固定在所述旋转飞轮上，所述电磁离合器左部固定在所述太阳齿轮上；

所述行星齿轮垂直安装在所述太阳齿轮侧面，所述行星齿轮的齿与所述太阳齿轮的齿之间距离与所述电磁离合器右部与所述电磁离合器左部之间的距离一致；在所述电磁离合器右部与所述电磁离合器左部吸合时，所述太阳齿轮的齿与所述行星齿轮的齿相互啮合；在所述行星齿轮的中心位置设置有与所述螺纹轴相互配合的螺纹孔，所述行星齿轮通过推力轴承安装在所述旋转飞轮侧面，其中心位置的螺纹孔与所述旋转飞轮侧面的光孔相互对应。

在所述旋转飞轮上与所述太阳齿轮相对的侧面上安装有若干压缩弹簧固定杆，在所述压缩弹簧固定杆上安装有压缩弹簧；在所述主动轴上位于所述太阳齿轮外侧上设有限位块，通过所述限位块及所述压缩弹簧固定杆限制所述太阳齿轮的位置；通过所述压缩弹簧的弹力实现所述太阳齿轮向外滑移。

所述旋转飞轮为正六边形结构，所述轮胎块为6块。

在所述轮胎块的安装面上中心位置设有安装槽，所述安装槽的底端为正多边形结构；在所述安装槽内安装有螺纹轴，所述螺纹轴的底部形状为与所述安装槽底端形状相对应的正多面体结构，与所述安装槽末端相互配合固定。

所述轮胎块的安装面上两侧设置有导向槽，在所述轮毂部件的每个侧面中间位置两端分别安装有与所述轮胎块的安装面上两侧设置的导向槽相对应的左导向杆和右导向杆；所述左导向杆和所述右导向杆分别与所述导向槽相互配合安装。

所述轮毂部件还包括箱盖，所述箱盖包括左箱盖和右箱盖；所述主动轴分别通过左轴承、右轴承支承在所述左箱盖、所述右箱盖上，并分别利用左轴承盖、左油封与右轴承盖、右油封进行密封安装。

所述螺纹轴的螺纹升角小于所述行星齿轮螺纹孔的当量摩擦角。

所述行星齿轮通过滚动轴承固定在所述左箱盖与所述右箱盖之间，并通过轴承盖与油封固定密封。

在所述主动轴上还安装有用于检测所述可变轮径机构前进或后退的转向传感器。

有益效果：

(1)本发明提出的一种可变径轮胎可以在旱地、水田稳定行驶，实时改变车轮轮径，降低车轮滑转率，减少车轮打滑，提高车辆驱动性能；

(2)本发明提出的一种可变径轮胎可以根据作物高度，自由切换轮胎半径，提高底盘离地间隙，不易损伤作物，提高车辆田间通过性能；喷雾机在田间越障过埂时，增大车轮半径，提高底盘离地间隙，喷雾机不易触地；

(3)本发明驱动采用行星齿轮结构，通过改变太阳齿轮的旋向，实现轮胎半径的变化，简单实用。

附图说明

图1a为变径前车轮外形图。

图1b为变径后车轮外形图。

图2a为变径前车轮装配图。

图2b为变径后车轮装配图。

图3a为轮毂部件结构剖视图。

图3b为轮毂部件结构正视图。

图4a为旋转飞轮部件侧面图。

图4b为旋转飞轮部件正面图。

图5为行星齿轮部件图。

图6为轮胎块侧面截面图。

图7为工作流程图。

100-轮毂部件；200-主动轴；300-轮胎部件；

101-左导向杆；102-箱盖；103-压缩弹簧；104-压缩弹簧固定杆；105-电磁离合器右部；106-电磁离合器左部；107-左轴承盖；108-左轴承；109-左油封；110-左箱盖；111-太阳齿轮；112-行星齿轮；113-轴承盖；114-右导向杆；115-油封；116-滚动轴承；117-推力轴承；118-旋转飞轮；119-位置传感器；120-右轴承；121-右油封；122-扭矩传感器；123-转向传感器；124-右轴承盖；125-右箱盖；301-螺旋轴；302-轮胎块；303-导向槽；304-安装槽。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明。

图1a为变径前车轮外形图。如图1a所示，本发明的一种可变轮径机构包括轮毂部件100、主动轴200及轮胎部件300。所述轮毂部件100通过花键与所述主动轴200连接，所述轮毂部件100的截面为正多边形结构，在本发明中，所述轮毂部件100为正六边形结构。所述轮胎部件300包括等分的若干轮胎块302，所述轮胎块302的数量与所述轮毂部件100的边的数量相对应；所述轮胎块302外侧为圆弧结构，内侧为与所述轮毂部件100的边相对应的安装面，所述轮胎块302分别安装在其所对应的所述轮毂部件100的侧面上，从而构成圆形的轮胎。

如图1b及图6所示，所述轮胎块302的安装面上两侧设置有导向槽303，在所述轮胎块302的安装面上中心位置设有安装槽304，所述安装槽304的底端为正多边形结构；在所述安装槽内安装有螺纹轴301，所述螺纹轴301的底部形状为与所述安装槽304底端形状相对应的正多面体结构，与所述安装槽末端相互配合固定；在本发明中，所述螺纹轴301的底部形状为六面体结构。如图1b、图2a～图2b以及图3a～图3b所示，在所述轮毂部件100的每个侧面中间位置两端分别安装有与所述轮胎块302的安装面上两侧设置的导向槽303相对应的左导向杆101和右导向杆114；所述左导向杆101和所述右导向杆114分别与所述导向槽相互配合安装，通过所述左导向杆101与所述右导向杆114对所述轮胎块302导向限位，使其只能上下移动。

图3a～3b所示，所述轮毂部件100包括箱盖、旋转飞轮118、电磁离合器、太阳齿轮111、行星齿轮112、扭矩传感器122以及转向传感器123；所述旋转飞轮118、太阳齿轮111、扭矩传感器122以及转向传感器123均安装在所述主动轴200上；所述太阳齿轮111通过花键滑动安装在所述主动轴200上；所述旋转飞轮118为一正多边体，在所述旋转飞轮118的每个侧面上均开设有与所述螺纹轴301相互配合的光孔，如图4所示；所述电磁离合器安装在所述固定飞轮118和所述太阳齿轮111之间，包括电磁离合器右部105和电磁离合器左部106，所述电磁离合器右部105固定在所述旋转飞轮118上，所述电磁离合器左部106固定在所述太阳齿轮111上；在本发明中，在所述旋转飞轮118上与所述太阳齿轮111相对的侧面上安装有若干压缩弹簧固定杆104，在所述压缩弹簧固定杆104上安装有压缩弹簧103；在所述主动轴200上位于所述太阳齿轮111外侧上设有限位块，通过所述限位块及所述压缩弹簧固定杆104限制所述太阳齿轮111的位置，同时通过所述压缩弹簧103的弹力实现所述太阳齿轮111向外运动，使得所述太阳齿轮111与所述行星齿轮112分开。

所述箱盖包括左箱盖110和右箱盖125；所述主动轴200分别通过左轴承108、右轴承120支承在所述左箱盖110、所述右箱盖125上，并分别利用左轴承盖107、左油封109与右轴承盖124、右油封121进行密封安装；

如图3a所示，所述行星齿轮112垂直安装在所述太阳齿轮111侧面，所述行星齿轮112的齿与所述太阳齿轮111的齿之间距离与所述电磁离合器右部105与所述电磁离合器左部106之间的距离一致；在所述电磁离合器右部105与所述电磁离合器左部106吸合时，所述太阳齿轮111的齿与所述行星齿轮112的齿相互啮合。在所述行星齿轮112的中心位置设置有与所述螺纹轴301相互配合的螺纹孔，所述行星齿轮112通过推力轴承117安装在所述旋转飞轮118侧面，并使得所述行星齿轮112中心位置的螺纹孔与所述旋转飞轮118侧面的光孔相互对应；在本发明中，所述螺纹轴301的螺纹升角小于所述行星齿轮112螺纹孔的当量摩擦角。所述行星齿轮112通过滚动轴承116固定在所述左箱盖110与所述右箱盖125之间，并通过轴承盖113与油封115固定密封。

本发明的可变轮径机构与喷雾机行走控制系统连接；所述电磁离合器的电磁离合器右部105和电磁离合器左部106均与所述喷雾机行走控制系统电连接；所述扭矩传感器122以及所述转向传感器123均与所述喷雾机行走控制系统连接。

本发明的工作原理如下：

1)当正常行驶轮胎未变径时，所述主动轴200通过花键将动力传递至所述旋转飞轮118上，所述旋转飞轮118通过所述螺纹轴301传递扭矩至所述轮胎块302上，车轮滚动行驶；此时所述太阳齿轮111与所述行星齿轮112未啮合，所述太阳齿轮111在所述主动轴200上空转，所述行星齿轮112在所述螺纹轴301的带动下只绕所述主动轴200旋转。

2)当喷雾机前进打滑时，所述轮胎部件300空转或滑转率过高，所述扭矩传感器122检测到所述主动轴200上扭矩过小，此时根据所述扭矩传感器122传递的扭矩，将所述电磁离合器右部105与所述电磁离合器左部106吸合，使得所述太阳齿轮111在所述主动轴200沿着花键滑移，并与所述行星齿轮112啮合，由于所述太阳齿轮111在所述主动轴200的带动下旋转，从而带动所述行星齿轮112绕所述螺纹轴301旋转，由于所述行星齿轮112在轴向上在所述推力轴承117与所述滚动轴承116限制下，且所述行星齿轮112内部有螺纹孔，从而使得所述行星齿轮112与所述螺纹轴301之间形成相对旋转，所述螺纹轴301由于与所述轮胎块302相互固定，在所述轮胎块302因为所述做到向杆101与所述右导向杆114的固定作用下，因此所述螺纹轴301只能沿所述行星齿轮112的轴线向外运动，从而使得所述螺纹轴301旋出所述旋转飞轮118侧面的光孔，从而带动所述轮胎块302向外运动，实现轮胎变径；

当轮胎变径后，喷雾机实现正常行驶时，所述扭矩传感器122检测到所述主动轴200上扭矩正常，此时根据所述扭矩传感器122传递的扭矩，将所述电磁离合器右部105与所述电磁离合器左部106分离，同时所述太阳齿轮111在所述压缩弹簧103的作用下，与所述行星齿轮112分离，变径完成。

在本发明中，如图4所示，所述旋转飞轮118侧面一光孔底部安装有一位置传感器119，所述位置传感器119感应所述螺纹轴301的位置，并将其感应的的位置传输给控制器，当车轮变径达到上、下极限位置时，控制器根据预先设定的高度范围将所述电磁离合器右部105与所述电磁离合器左部106分离，保证机构安全可靠；且位置变化优先扭矩变化，即无论喷雾机轮径是否达到要求，只要高度超出正常范围，离合器停止吸合。

所述主动轴200上安装有所述转向传感器123，用来检测底盘前进、后退，由于喷雾机在田间打滑基本是前进(后退时是不进行作业的)，因此，轮胎变径后需要返回值初始位置，此时只需将主动轴200反向旋转即可。

图7为工作流程图。如图7所示，本发明的可变轮径机构的工作过程如下：

(1)分别通过位置传感器119、扭矩传感器122及转向传感器123感应轮胎—螺纹轴位置高度信息、主动轴扭矩信息以及主动轴旋向信息，并发送至所述喷雾机行走控制系统；

(2)所述喷雾机行走控制系统判断轮胎—螺纹轴位置是否处于极限位置，若是，则保持现有轮径；若否，则转至步骤(3)；

(3)判断主动轴是否正旋，若是，则转至步骤(4)；若否，则转至步骤(5)；

(4)判断主动轴扭矩大小是否正常，若是，则所述喷雾机行走控制系统控制所述电磁离合器分离，并保持现有轮径；若否，所述喷雾机行走控制系统控制所述电磁离合器吸合，所述行星齿轮正旋，通过所述螺纹轴带动所述轮胎块移动，轮径变大；

(5)判断所述喷雾机行走控制系统是否显示变径，若是，则所述喷雾机行走控制系统控制所述电磁离合器吸合，所述行星齿轮反旋，通过所述螺纹轴带动所述轮胎块移动，轮径变小；若否，则所述喷雾机行走控制系统控制所述电磁离合器分离，并保持现有轮径。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换(如数量、形状、位置等)，这些等同变换均属于本发明的保护。