铲入式步行拖拉机之二的制作方法

文档序号:43011424发布日期:2025-09-16 05:28阅读:54来源:国知局

本发明是具有四对脚的铲入式步行拖拉机,行驶时经常有四只脚在土地上,用它们铲入土中的铲子驱动(另外的铲子则举起向前迈步走)拖拉机四脚着地,有了四个支承点,构成一个支承平面拖拉机重心的投影在支承平面内,拖拉机保持稳定。

步行拖拉机的四对脚安置在前后左右各一对(一对脚由一个步行机构驱动)在左侧前后两个步行机构的曲柄位置相同,它们的动力由左侧半轴传来,通过左侧中央的曲柄、连杆传给左侧前后两个步行机构的曲柄,带动这两个步行机构运动。在右侧的前后两个步正机构的曲柄位置相同,它们的动力由右侧半轴传来,通过右侧中央的曲柄、连杆传给这两个步行机构。

这样安置使左侧的两个步行机构运动完全一致,不发生不协调的动作。右侧的前后两步行机构运动也完全一致。左右两侧的运动不一致由于中央差速器的作用使其一致,从而保持步行拖拉机工作时直线行驶。

图1是具有四对脚的铲入式步行拖拉机的总体布置简图,拖拉机发动机的动力经离合器、变速箱传到变速箱后部的园锥齿轮Z1园锥齿轮Z1与伞形齿轮Z2接合,带动伞形齿轮及其上面的差速器一同转动,差速器里的行星齿轮Z3带动左右两半轴齿轮Z4,左右两半轴上各安装一制动鼓,可以对拖拉机进行制动,单边制动还可以使拖拉机实现转向。

左右两半轴另一端各安装一小减速齿轮Z5,它和大减速齿轮Z6接合,带动大减速齿轮旋转,大减速齿轮安装在双曲柄速度调匀机构的主动曲柄轴O′1上,轴的另一端安装齿轮Z7,主动曲柄O′1A′1通过连杆A′1A′2带动被动曲柄O′2A′2。

被动曲柄在齿轮Z8上,齿轮Z8安装在被动轴O′2上,被动轴上的曲柄O′2A′2旋转,齿轮Z8也随之旋转。

齿轮Z8与齿轮Z9接合(它们的传动比是1∶2)齿轮Z9安装在曲柄轴上,当齿轮Z9旋转时曲柄轴O1A1随之旋转。

曲柄O1A1通过连杆A1.1A1A1.2带动左侧前后两个步行机构的曲柄O1.1A1.1和曲柄O1.2A1.2,曲柄O1A1、O1.1A1.1和O1.2A1.2长度大小一样位置也相同,所以左侧前后两个步行机构的左右两脚的动作是一致的,左侧前后两个步行机构的水平前进速度一致,它们的交替运动也是一致的,没有不协调的地方。

同样道理,右侧的前后两个步行机构的曲柄也由中央的曲柄O1A1通过连杆A1.1A1A1.2带动,它们的动作也一样,它们的水平前进速度也一样,没有不协调的地方。

左右两侧的步行机构运动的不一致(速度调匀后,不一致的程度很小)可以通过中央差速器的作用消除,从而保持拖拉机工作时直线向前行驶。

转向时单独制动一侧半轴上的制动鼓,使被制动一侧的速度降低,推进力减小,而另一侧的速度加快,推进力加大,两侧步行机构的推进力对对称中心面的力矩不等,抵消后还余下的力矩就是转向力矩,使步行拖拉机克服转向时土壤产生的阻力矩,实现转向。

拖拉机发动机、离合器、变速箱和后桥作为一个整体安装在左右两侧步行机构的机架上,前端悬置在左右两根O2.1轴上,后部通过左右两半轴外壳和边减速箱外壳与左右两侧的步行机构机架相连步行拖拉机的重量通过左右两侧的步行机构机架分配到前后左右四只脚上,两侧机架的后部靠横梁相连,便于悬挂或牵引农具。

前后两步行机构的曲柄轴心O1.1和O1.2的距离应该是铁脚跨一步长的整数倍,再加一个土壤变形量,这样保证后面的步行机构铲子恰好铲入前面步行机构的铲子铲出的铲穴中。可使土壤少受破坏,而且后面的铲子入土能量大大减少,从而提高拖拉机的效率。

图2表示步行机构及其运动轨迹曲线,步行机构由曲柄O1.1A1.1O1.1A2.1铁脚A1.1B1.1C1.1、A2.1B2.1C2.1和摆杆O2.1B1.1、O2.1B2.1以及机架O1.1O2.1组成。当机架O1.1O2.1不动时,曲柄O1.1A1.1旋转。其上之A1.1和A2.1点在园周上运动。两摆杆上之B1.1和B2.1点在其园弧上往复摆动,两铁脚上的C1.1和C2.1点沿着一条封闭的轨迹曲线运动,它们的轨迹曲线在图上用虚线表示。

图3是步行机构的步行运动图。左脚A1.1B1.1C1.1安装上铲子C1.1D1.1,铲子C1.1D1.1铲入土中,这时曲柄O1.1A1.1旋转,由于土壤的阻碍C1.1点不能动,这时左脚A1.1B1.1C1.1以C1.1点为园心转动,其上之A1.1点以C1.1点为园心,A1.1C1.1长为半径,转过一段园弧转到A′1.1点。B1.1点也以C1.1点为园心。而以B1.1C1.1长为半径,转过一段园弧转到B′1.1点在曲柄O1.1A1.1转过半转时,铁脚A1.1B1.1C1.1由实线位置转到虚线所表示的A′1.1B′1.1C′1.1位置。

机架O1.1点沿曲线12345678910轨迹由O1.1点运行到O′1.1点,机架O2.1点沿曲线1′2′3′4′5′6′7′8′9′10′轨迹由O2.1点到O′2.1点。

右脚A2.1B2.1C2.1D2.1上各点A2.1B2.1C2.1D2.1通过各自在空中的轨迹曲线运动到前方用A′2.1B′2.1C′2.1D′2.1表示的虚线位置(向前跨了一大步)

曲柄O′1.1A′1.1和O′1.1A′2.1是曲柄O1.1A1.1和O1.1A2.1转了半转后达到的位置(O1.1A1.1和O′1.1A′1.1是同一根曲轴。为了表示它们在不同的位置才标了一个“′”)如果再转半转,左脚A′1.1B′1.1C′1.1D′1.1将重复刚才右脚A2.1B2.1C2.1D2.1迈步向前的动作。而右脚A′2.1B′2.1C′2.1D′2.1将重复左脚A1.1B1.1C1.1D1.1刚才铲入土中进行驱动的动作。

A1.1B1.1C1.1D1.1和A′1.1B′1.1C′1.1D′1.1是同一只脚处在不同位置;A′2.1B′2.1C′2.1D′2.1和A2.1B2.1C2.1D2.1也是同一只脚处在不同位置。

前后左右四个步行机构进行着上述的同样的步行运动,从而推动拖拉机前进。

图4是双曲柄速度调匀机构示意图,主动曲柄O′1A′1匀速转动通过连杆A′1A′2带动被动曲柄O′2A′2。当A1点依次通过其园周上的1′2′3′4′5′6′7′8′9′10′11′12′点时(相邻两点连心线夹角都是30度)A′2点相应地通过其园周上的123456789101112点再回到1点,将各点与中心O′2点相连,相邻各点连心线所夹园心角是不等的,证明了当主动曲柄O′1A′1作匀速转动时(相邻点连心线所夹园心角相等)被动曲柄O′2A′2作非匀速转动。

被动曲柄O′2A′2的非匀速转动通过一对齿轮传动传给步行机构曲柄O1A1。这对齿轮(Z8和Z9)的齿数比是1∶2所以当曲柄O′2A′2转一转时,曲柄O1A1只转半转。图上的曲柄O′2A′2从1点出发经其园周上的2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、各点回到1点转了一周,而曲柄O1A1从1点经其园周上的2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12各点到达13点,只转了半周180度。O1A1曲柄园周上各相邻点连心线所夹园心角只有O′2A′2曲柄园周上对应的各相邻点连心线所夹园心角之半。

曲柄O1A1的A1点依次通过其园周上的1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13各点时,铁脚A1B1C1上之C1点在地平线下依次通过1″、2″、3″、4″、5″、6″、7″、8″、9″、10″、11″、12″、13″各点。将各点垂直投影到地平线上,求出各小段水平位移,量一量它们的长度标在图上,各小段长度在7~8范围内,证明速度调整得相当均匀。

具有四对脚的铲入式步行拖拉机共有八只脚,每只脚有一铲子升降机构。图5是一只脚上的铲子升降机构图。

铲子1安装在铲杆2上,而铲杆2又安装在活塞3上,活塞3在套筒4内上下运动,弹簧套筒5中装有推力弹簧6。

齿条框架7由左右两根齿条和中间连接钢板焊接组成,为了减小尺寸,齿条两头不封闭。齿条框架7背面有一齿条杆插入活塞3的孔中,这样当齿条上升时,通过齿条杆带动活塞3上升。在前进档时,齿条杆插入活塞孔相配合,在杆的左边留有一定的间隙,此间隙保证换档时齿条杆可向左移动一定距离。

中间齿轮8由扇形齿轮9带动,扇形齿轮9安装在曲柄O1.1A1.1(11)的肖轴A1上,中间齿轮8安装在中间轴12上,中间齿轮有两个,铁脚10上面的一个与齿条框架7的齿条接合,铁脚10下面的一个与扇形齿轮9接合,它们都用键安装在中间轴12上,中间轴12由两个滚珠轴承支承,其内圈与中间轴紧配合其外圈固定在轴承座内,而轴承座用螺钉固定在铁脚10的钢板上

齿条框架7正对着左边齿条杆的右边齿条外边,安装着两个滚轮13,当齿条框7被中间齿轮8带动上行或在推力弹簧6推动下随活塞3下行时,滚轮13始终在换档机构的主连杆14的滑槽中上下滚动。

主连杆14与三个平行的曲柄15、16、17连接,曲柄另一端因在铁脚10钢板下,所以用虚线表示,它们与付连杆18连接。

曲柄15的另一端稍长,它与顶杆19用肖子连接,顶杆19另一端与液压活塞20连接,液压活塞20可在换档液压油缸中往复运动。当液压油缸21中的油压降为零。液压活塞20在换档弹簧22推动下向左移动,使换档机构的三个曲柄15、16、17和主连杆14、付连杆18处于图5所表示的位置,这时中间齿轮8与齿条框架7的左边齿条接合,使铲子升降机构处于前进档位置。

当高压油道23来了高压油,高压油进入液压油缸21中推动活塞20向右移动,压缩换档弹簧22,使推杆19向右移动,曲柄15顺时针方向转动,通过曲柄16、17使主连杆14向左平行移动,位于主连杆14滑槽中的两个滚轮被推向左移,整个齿条框架7也向左移动,中间齿轮与左边齿条分离,然后与右边齿条接合,使铲子升降机构处于倒档位置。

付连杆18的作用是使曲柄15作用在主连杆14上端之力能够传到下方位置,推动两个滚轮13向左移动,克服移动阻力。如果没有付连杆18作用在曲柄15、16、17另一端之力,曲柄16、17是受二力的平衡杆件,其作用力沿着杆身,产生不了大的向左移动之力,特别在曲柄16、17中心线与主连杆14的中心线重合时。

铲子升降机构的液压操纵机构由液压换档操纵机构和液压放铲机构组成。

图6是液压换档操纵机构,它由油箱1、液压油泵油缸2、液压油泵活塞3、安全弹簧4、推杆5、操纵手柄6及管道7和8根细的高压油管组成。

图6是前进档位置,此时油泵油缸2与油箱1相通。油缸内的油压为零。当我们要铲子升降机构由前进档变为倒档时,可将操纵手柄6扳到倒档位置(顺时针方向扳动)手柄6下端将推杆5向左推动,推杆5压迫安全弹簧4推动活塞3向左移动,当活塞3封闭了油箱1到油缸2的通道之后,油缸2里的油压升高,高压油通过管道7向左右两侧8根高压油管流去。每根高压油管与一个铁脚上的高压油道23相通(高压油管从机架经摆杆来到铁脚上的)再由高压油道23进入换档液压油缸21中去(见图5)推动活塞20向右移动,压缩换档弹簧,通过换档机构使中间齿轮8与左边齿条分离,而与右边齿条接合,使铲子升降机构处于倒档位置。

如果中间齿轮与右边齿条因为齿对齿而接合不上,为了避免硬压损坏另件,这时安全弹簧进一步被压缩,等到中间齿轮与右边齿条错开,被压缩的安全弹簧一松开,将活塞3再向左移动一点,将高压油再压一点至换档油缸中去,通过换档机构的作用,使中间齿与右边齿条接合。

当换档操纵手柄放在中间位置时,中间齿轮与左右两边的齿条都不接合,这种状态是用在运输道路上,当铲子全部挂起来之时。

拖拉机由运输路途转入田间工作时,全部挂起来的铲子应放下铲入土中。图7是放铲液压油泵及操纵手柄示意图。此时铲子全部挂起来了,这时油泵油缸2与油箱1相通,油缸内的油没有油压。

当我们将操纵手柄5向右扳动,手柄下端使推杆4推动活塞3左行,在封闭油箱1来油通道后,油缸2油压升高,高压油从管道6向左右两侧8根高压油管流去,每根高压油管与一个铁脚上的高压油道24相通,(高压油管从机架经过摆杆连接到铁脚上的油道上去)高压油从油道24进入放铲液压油缸25中,推动其活塞26右行(见图5)通过杠杆机构的作用,将卡爪30从套筒中拉出推力弹簧6推动活塞3下行,将铲子铲入土中,完成放铲动作。

当我们将操纵手柄5向左扳动,手柄下端使推杆4拉动活塞3右行,打开油缸2与油箱1的通道之后,油箱2中的油压下降为零,被压缩的卡爪弹簧27(见图5)推动活塞26左行,通过杠杆机构将卡爪30推入套筒4的孔中,当活塞上行到最高位置后,一下就被卡爪卡住不能下来,铲子就被挂起来了。

图6和图7的操纵手柄6与5是用手操纵的,在实际工作中由于同时给八个铲子升降机构换档或放铲,手力是不够的。为此可在手柄上装上机构,使其与机械动力、液压动力或其它动力联系起来,可使操作轻便省力。

具有四对脚的铲入式步行拖拉机的转向采用一边制动,使另一边的推进力加大,形成一个转向力矩,实表转向。

图8是具有四对脚的铲入式步行拖拉机原地转向图。当右侧半轴的制动鼓被完全制动住(见图1)右侧前后两步行机构停止转动,它们的入土铲子停止驱动,其中心点C1和C2的连线,可以看作是机架上的一条直线,由于C1和C2停止,它们相对于机架上的这条直线没有相对运动,拖拉机以C1C2直线的中点O为旋转中心。

左侧前后两步行机构的两把铲子铲入土中,它们的中心点C3和C4的运动是复杂运动。它们一方面沿机架(以C3C4为代表)作相对直线运动,另一方面又要随机架绕中心O转动(牵连运动)因此C3和C4的运动是两者的合成运动。

以C3和C4两点为代表的左侧前后两把铲子在它们驱动的这一步里相对于机架走了一步距离LL=C3C′3=C4C′4

为了近似地得到在C3和C4驱动这一步里,转向时在土中运动的轨迹,将L分成八等份,每份长L/8,C3和C4从它们开始入土位置1点沿C3C4向后移动到1′点。

相对位移11′=L/8

它们的牵连位移是以O点为园心,O1′长为半径(前后的O1′半径不一样长)画园得一小段园周1′2(当小段园周很小时,近似一直线)C3和C4点的合成位移前后两点的合成位移标号相同,但不一样长。照此办法把其余的七小段相对位移22′、33′、44′、55′、66′、77′、88′与七小段牵连位移2′3、3′4、4′5、5′6、6′7、7′8、8′9用矢量加法加起来,得到近似的C3和C4点的合成位移曲线,C3点和C4点的轨迹不一样,虽然它们的标号是一样的。

机架C3C4转到C″3C″4位置,其上一点E转到E″点位置,绕中心O转了一个θ角。同样右侧机架C1C2也绕O点转过了一个θ角C1点转到了C″1点,C2点转到C″2点。

左侧铲子两中心C3和C4转到C″3和C″4点位置之后,它们这一步驱动完了,然后升起向前迈步。与它们配对的另外两把铲子铲入土中进行驱动,如果继续转向,它们将继续类似的动作,这样拖拉机就一步一步地实现了转向。

转向力矩M=PK左×OE

PK左是土壤作用于左侧前后两把铲子的推进力

转向阻力矩有右侧和左侧的阻力矩:M右和M左

M右=(/P切右+μG/4)×C1C2

P切右是土壤作用于右侧的铲子侧刃上的切削阻力

G为拖拉机重μ为铲子与土壤的摩擦系数

G/4表示右侧的一只铁脚在绕中心O旋转时,承受了四分之一的机重,这只铁脚脚底与土壤发生摩擦力,前后两脚均受此力,大小相等(假定机重分配相等)方向相反,形成一个力偶矩加上两把铲子受到的切削阻力形成的力偶就等于右侧的阻力矩M右

转向时左侧的两把铲子不仅切削土壤和与土壤发生摩擦,而且还向后压缩土壤,土壤对其反力是推进力PK左,此力对旋转中心O的力矩是转向力矩,它使机身绕O点旋转。

但左侧两把铲子在滑移时,铲面与土壤发生摩擦力PF左

PF左=μPK左/2

它们形成一个摩擦力偶矩M′左=μPK左×C3C4/2

实现转向的条件是:转向力矩≥转向阻力矩

PK左×OE≥M右+M左+M′左

PK左×OE≥(P右切+μG/4)×C1C2+(P左切+μG/4)×C3C4+C3C4×μPK左/2

如果这个条件不能满足,转向不能实现。补救办法是:可在四对铁脚前方(C点之前)各安装一个横向轮(见图9)当转向阻力矩过大不能实现转向时,可将铲子挂起来,横向轮支承机身,这时转向阻力变成滚动摩擦阻力,阻力矩大大降低。

这时右侧阻力矩M右=C1C2×fG/4

M左=C3C4×fG/4

f是横向轮在土地上的滚动阻力系数

左边横向轮在地面滑移产生的阻力方向指向前方,不形成阻力矩,而是帮助转向。转向力矩M=PK左×OE=OE×φG/2

φ为左侧两横向轮与土壤的附着系数

显然由于铲子挂起,左侧的推进力是变小了,转向力矩也小了但是由于横向轮用滚动代替了铲子在土中的切削和滑移,转向阻力变得更小,因此能够容易地实现转向。

当右侧半轴的制动鼓没有完全制动住,右侧半轴继续转动,不过比左侧半轴转得慢,这时转动半径R加大,前后左右四把铲子的中心C1C2C3C4在土中滑移的轨迹缩短(见图10)这时转动中心不在C1C2线上,而是在它们的右侧一段距离OF处,在铁脚走一步的距离时,E点转到E″点,F点转到F″点,绕中心O转了一个θ′角θ′角比原地转时的θ角小,随着R再加大θ′角更小,滑移轨迹C1C″1、C2C″2、C3C″3、C4C″4将缩得更短。

具有四对脚的铲入式步行拖拉机经常有四个支承点,构成一个支承平面,重心投影在支承平面内,就可保持稳定不倾翻。

在坡上由于铲子深深地铲入土中,推进力PK是土壤深处的反作用力,它与机重关系不大,而且与坡度角无关,因此可以在坡度角较大的山坡上保持稳定。图11是具有四对脚的铲入式步行拖拉机在坡上加速推进时的稳定分析图:坡度角为α、机重G与加速惯性力Pj的合力RR=G2loD2a+(Gsina+Pj)2]]>

R力作用线与坡面夹角γ

tgγ=Gcosα/(Gsinα+Pj)

当拖拉机在坡上稳定时,土壤作用于前面两脚铲子之力P前和土壤作用于后面的两脚铲子之力P后与合力R三力平衡,三力作用线交于一点。P前力作用线平行于坡面(处于将倾翻时,垂直坡面的土壤反力为零)P后力与坡面夹角为β角。

假定前后铲沿坡面方向的作用使土壤变形一致,这样土壤沿坡面方向给予前后铲子的反力相等(作为一个特例计算)

P前=P后cosβP后=P前/cosβ

假定沿坡面方向为X轴方向,力系在X轴方向平衡:

Rcosγ=P前+P后cosβ=2P前……①

垂直于坡面方向为Y轴方向,力系在Y轴方向平衡:

Rsinγ=P后sinβ=P前sinβ/cosβ=P前tgβ……②

②式被①式除得tgγ=tgβ/2

2tgγ=tgβ

应用正弦定律可解图11右边的力三角形。

R/sin(π-β)=P前/sin(β-γ)R=P前sin(π-β)/sin(β-γ)=P前sinβ/sin(β-γ)

P前是土壤对前面两把铲子的反作用力,它的大小取决于铲子宽度以及入土深度和土壤的物理机械性质(其中土壤的粘着系数C为重要)合力R包含着机重G、惯性力Pj以及坡度角α等因素。

当P前、G、Pj等因素决定之后,从上式可解出上坡的最大坡度角αmax,这里还有一个铲子铲入角α1的问题,土壤反力P前作用在前面两把铲子上(图11采用的铲子位置是拖拉机在坡上的最不稳定的位置这时前后两对铲子刚刚铲入土中,重心位于支承面的最后方。当铲子驱动后,重心慢慢向前移动,达到更稳定的位置,因此我们在最不稳定的位置得出的稳定条件,在其它位置就不成问题了)力P前可分解为垂直于铲面的分力P前sinα1和沿着铲面的分力P前cosα1,土壤沿着铲面的作用力是摩擦力PF

PF=μN=μP前sinα1

μ为铲面与土壤间的摩擦系数

保持前面的铲子不沿其铲出之土壤斜面滑走的条件是:

PF≥P前cosα1

μP前sinα1≥P前cosα1

即μtgα1≥1tgα1≥1/μ

α1≥anctg(1/μ)

如P前力很大,还容许拖拉机以更大的加速度上坡,则惯性力Pj加大到P′j,这时它与机重的合力变成R′,合力R′的作用线升高了。为了平衡R′力,P′后与坡面的夹角将加大,P′前力将不与坡面平行,而是与坡面夹一个θ角,这时P′前力与铲子铲面的夹角为α1-θ

保持铲子不沿其铲面滑走的条件是:

α1-θ≥anctg(1/μ)

为了增加铲面与土壤间的摩擦系数,可将铲面后底做成倒钩形

为了再增大推进力,可以在具有四对脚(前后左右四个步行机构)四对铲子的基础上,增加铲子对数。为了使左右对称,增加的对数应是2的整数倍,成为具有多对铲子的铲入式步行拖拉机。

图12是具有多对铲子的铲入式步行拖拉机,除原有的四对铲子外,又增加了六对铲子,共有10对铲子。拖拉机左边外侧的两铁脚是同步的,在它们套筒顶部安装上肖轴1′和5′,下桁架12345678通过肖轴1和5与两铁脚的铲杆相连。上下两桁架的2′、2节点与3′、3节点和4′、4节点之间各安装上上、下套筒各一,下套筒直径较大,上套筒可伸进下套筒里去,上下套筒之间装有推力弹簧。

铁脚A1B1C1和A′1B′1C′1是同步的,位于拖拉机左边外侧,它们的铲子铲入土中,处于驱动状态。除了它们各自的铲子外,在它们之间的下桁架的2、3、4三个节点处的三把铲子也铲入土中进行驱动,这五把铲子的运动是相同的。

铁脚A2B2C2和A′2B′2C′2是同步的,位于拖拉机左边内侧,在图12上它们正处在升起向前迈步阶段,它们也用上下两桁架连接起来,它们之间的上下三个节点间也安装有上、下套筒和推力弹簧下套筒正对节点处安装三把铲子,此时铁脚A2B2C2和A′2B′2C′2上的扇形齿轮与它们的中间齿轮接合,带动齿条框、活塞及铲杆铲子向上运动,同时通过铲杆上的肖轴带动下桁架上行,位于下桁架上的下套筒也上行,使上下套筒间的推力弹簧被压缩。活塞上行也使铁脚的套筒里的推力弹簧被压缩,压缩的弹簧积蓄了能量。

当铁脚A2B2C2和A′2B′2C′2迈步达到前方的放铲位置时,它们的扇形齿轮就与中间齿轮分离,在推力弹簧共同推动下,活塞铲杆下桁架、下套筒迅速下行,将左边内侧的五把铲子一齐铲入土中进行驱动,这时铁脚A1B1C1和A′1B′1C′1已驱动完毕,带着它们的下桁架和铲子升起向前迈步。

拖拉机左右两边各有五对铲子(一边的内外两侧各有五把)全机共有20把铲子,在运动中始终有10把铲子铲入土中驱动,另外10把铲子升起向前迈步。拖拉机就是在左右两边内外两侧的铲子交替运动中实现了一步一步地向前运动。由于铲入土中的铲子多达10把,推进力是相当强大的。

前后相邻的两把铲子的距离大致等于一步的距离,这样安置可以使后面的三把铲子恰好铲入前面第一把铲子铲出的铲穴中,第四把铲子恰好铲入前面第二把铲子铲出的铲穴中,第五把铲子铲入第一、三把铲子铲出的铲穴中。这样减少土壤破坏和铲子入土能量消耗

拖拉机的动力从发动机发出,经变速箱传至园锥齿轮Z1(见图13)园锥齿轮Z1与中央传动伞形齿轮Z2接合,带动中央差速器旋转,差速器中的行星齿轮Z3与左右两半轴齿轮Z4接合,带动左右两半轴旋转,左右两半轴上安装有制动鼓,可以用来制动拖拉机,单边制动可以使拖拉机实现转向。左右两半轴另一端安装有小减速齿轮Z5,它与大减速齿轮Z6接合,带动双曲柄速度调匀机构的主动曲柄轴,轴上的齿轮Z7随之转动,通过它上面的曲柄、连杆带动被动曲柄和齿轮Z8,齿轮Z8与曲柄轴O″1A″1上的齿轮Z9相接合,带动曲柄轴O″1A″1,曲柄轴O″1A″1通过连杆A″1A′A带动左右两边的前后两个步行机构的曲柄O1A和O′1A′1旋转。从而使前后四个步行机构都动起来,进行铲入步行运动。

由于铲子很多,在急转弯时转向阻力很大,破坏土壤严重,为此在急转弯时可将铲子挂起来,利用安装在前后左右四只脚上的横向轮转向(为了避免妨碍下桁架的运动,后面的横向轮应安置在C点之后,前面的横向轮应安置在C点之前)

图14是具有多对铲子的铲入式步行拖拉机转向示意图,它表示右侧半轴完全制动不转,右侧前后两个步行机构停止转动的原地转向图(铲子全部挂起)这时转动中心位于C1右和C′1右两个横向轮轴线C1右C′1右的中点O下。

左侧前后两脚横向轮中心C1左和C′1左按示的前后两轨迹曲线运动到新的位置,机架C1左C′1左由实线位置转到虚线位置,其上一点E转到E″位置,E点绕中心O点转了一个θ角。

右侧机架C1右C′1右也绕O点转过了一个θ角,由实线位置转到虚线位置。右侧前后两横向轮C1右和C′1右绕中心O作纯滚动运动,它们由实线位置转到虚线位置,运动时受土壤滚动阻力Pf1右和P′f1右作用,这二力形成一个滚动阻力矩M右M右=Pf1右×C1右C′1右

左侧前后两横向轮C1左和C′1左沿着前后两曲线轨迹又滚动又滑移,滚动阻力Pf1左、P′f1左形成阻力矩M左M左=Pf1左×C1左C′1左

滑移阻力可分解为前后方向(X方向)之力Pμ左1x、P′μ左1x和左右方向(Y方向)之力Pμ左1y、P′μ左1y。左右方向的滑移阻力形成阻力矩(如横向轮滚动灵活,此左右方向的滑移阻力就变成滚动阻力了)

牵引力PKP对O点之矩也阻止拖拉机转向。

左侧前后两横向轮C1左和C′1左的推进力对O点的力矩是转向力矩。

上述具有多对铲子的步行拖拉机结构较复杂。发明者列出一简化方案:去掉上桁架及上下套筒和它们之间的推力弹簧,保存下桁架,但在前后两铲杆的肖轴1、5上边再安置两个肖轴K1、K′1(另外一对铁脚的铲杆上也加两个肖轴K2、K′2)两肖轴用一长拉杆连接起来,在拉杆中部用肖轴与下桁架上的三把铲子的铲杆顶端连接起来,使三把铲子的铲杆铲子与两铁脚上的铲杆铲子平行。

前后两铁脚的构造没有变化,这样简化可使五把铲子成为一整体(见图15)两铁脚套筒里的推力弹簧应加硬,使压缩弹簧具有更大的能量,能把铲子铲入土中。

具有四对脚的铲入式步行拖拉机和在此基础上产生的多对铲子的步行拖拉机具有强大的推进力,可以应用在以下方面:

①大马力的农用拖拉机:由于推进力大,速度也大,因此马力也大,可用于大面积农田上进行多种作业。取下步行机构,安装上驱动轮胎及导向轮也可跑运输。

②推土机:可以广泛用于推土作业,尤其在潮湿的地方和沼泽地带,现用的推土机由于太重,在哪里陷得深阻力大,而推进力反而下降,工作困难。采用多铲式步行推土机可以克服这些困难

具有四对脚多对铲子的铲入式步行拖拉机具有推进力大、机重轻(较具有同样马力的履带式和轮式拖拉机轻)没有滚动阻力,打滑系数小,又由于后面的铲子铲入前面铲子铲出的铲穴中,铲子入土的能量也相对减少了,从而提高了拖拉机的效率。

缺点是构造较复杂。

实现发明的最好方式是试制一铲入式步行机构进行铲入步行驱动试验,在取得设计制造所需要的大部分试验数据之后,试制一具有四对脚的铲入式步行拖拉机再进行田间试验。

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