基于農(nóng)業(yè)需求的履帶式再生稻收割機底盤創(chuàng)新設(shè)計與多場景試驗研究一、引言1.1研究背景與意義再生稻作為一種獨特的水稻種植模式，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中占據(jù)著愈發(fā)重要的地位。它利用頭季水稻收割后的稻樁上存活的休眠芽，經(jīng)特定培育后，使休眠芽萌發(fā)生長成穗而再次收割。這種種植模式具有諸多顯著優(yōu)勢，比如省工節(jié)本，一次播種、兩次收割，極大地減少了種植過程中的人力、物力投入，經(jīng)濟效益高。同時，作為一種資源節(jié)約型、高效型的稻作制度，再生稻有利于提高稻田的綜合生產(chǎn)能力，對中國的糧食安全生產(chǎn)和戰(zhàn)略發(fā)展意義重大。截至2019年，中國再生稻種植面積已接近1500萬畝，并且呈現(xiàn)出不斷擴大的趨勢。在“一季有余，兩季不足”的光照溫度條件下，發(fā)展再生稻能充分利用自然資源，進一步保障糧食供應(yīng)。在再生稻的種植過程中，收割環(huán)節(jié)至關(guān)重要。然而，傳統(tǒng)收割機底盤在應(yīng)用于再生稻收割時，暴露出諸多問題。多數(shù)傳統(tǒng)收割機底盤為適應(yīng)普通農(nóng)田設(shè)計，面對再生稻種植田塊時，往往由于機器重量大，在稻田這種相對松軟的土壤條件下，容易下陷，不僅影響行駛，還會增加對稻田土壤結(jié)構(gòu)的破壞，不利于后續(xù)再生稻的生長。并且，其轉(zhuǎn)彎半徑大，在形狀不規(guī)則的稻田中操作靈活性差，收割效率低下，這在人力成本日益增加的今天，無疑大大提高了收割成本。而且，傳統(tǒng)底盤對田間地貌的適應(yīng)性不足，在遇到地勢起伏、田埂等情況時，通行困難，導(dǎo)致稻谷跳稈、掉粒等損失增加，降低了糧食的實際收獲量。鑒于傳統(tǒng)收割機底盤在再生稻收割中的種種不足，研發(fā)一種專門適用于履帶式再生稻收割機的底盤迫在眉睫。履帶式底盤相較于傳統(tǒng)輪式底盤，在松軟地面的通過性上具有天然優(yōu)勢。其寬大的履帶與地面接觸面積大，單位面積壓力小，能有效減少下陷情況，更好地適應(yīng)稻田環(huán)境。對履帶式再生稻收割機底盤進行設(shè)計與試驗研究，具有多方面的重要意義。從農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率角度看，優(yōu)化設(shè)計的底盤能提高收割機在田間的行駛速度和作業(yè)效率，減少收割時間，使再生稻能夠在最佳收獲期內(nèi)完成收割，保障糧食產(chǎn)量。從農(nóng)業(yè)機械化發(fā)展層面而言，該研究推動了農(nóng)業(yè)機械向?qū)I(yè)化、高效化方向發(fā)展，填補了再生稻收割機械底盤領(lǐng)域的部分技術(shù)空白，促進了農(nóng)業(yè)機械化整體水平的提升，有助于加快農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化進程，降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對人力的依賴，進一步解放農(nóng)村勞動力。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀在國外，農(nóng)業(yè)機械化起步較早，對收割機底盤的研究也相對深入。日本在農(nóng)業(yè)機械領(lǐng)域一直處于世界前列，其針對稻田作業(yè)環(huán)境，研發(fā)了多種小型、靈活的履帶式收割機底盤。這些底盤注重輕量化設(shè)計，采用高強度鋁合金等輕質(zhì)材料，有效降低了整機重量，減少了對稻田土壤的壓實。并且，日本的履帶式底盤在傳動系統(tǒng)方面進行了大量創(chuàng)新，采用靜液壓傳動技術(shù)，使得底盤的動力輸出更加平穩(wěn)，操作更加簡便，能實現(xiàn)無級變速，適應(yīng)不同的作業(yè)工況。例如，久保田公司的部分履帶式收割機底盤，通過靜液壓傳動系統(tǒng)，可輕松實現(xiàn)原地轉(zhuǎn)向，極大地提高了在小塊稻田中的作業(yè)靈活性。美國則憑借其先進的工業(yè)技術(shù)和大規(guī)模農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的特點，研發(fā)的履帶式收割機底盤更側(cè)重于大型化和智能化。卡特彼勒等公司生產(chǎn)的大型履帶式底盤，配備了先進的GPS導(dǎo)航和自動控制系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)精準的路徑規(guī)劃和作業(yè)控制，提高收割效率和作業(yè)質(zhì)量。在材料應(yīng)用上，美國注重使用高強度、耐磨的材料制造履帶等關(guān)鍵部件，延長底盤的使用壽命。歐洲國家如德國、法國等，在農(nóng)業(yè)機械底盤的設(shè)計上，強調(diào)節(jié)能環(huán)保和舒適性。他們研發(fā)的底盤采用低排放發(fā)動機，減少對環(huán)境的污染，同時優(yōu)化底盤的懸掛系統(tǒng)和駕駛室設(shè)計，提高駕駛員的操作舒適性。國內(nèi)對履帶式收割機底盤的研究近年來也取得了顯著進展。許多科研機構(gòu)和企業(yè)針對國內(nèi)復(fù)雜的農(nóng)田環(huán)境和多樣化的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需求，開展了大量的研究工作。在通過性方面，國內(nèi)學(xué)者對履帶的結(jié)構(gòu)參數(shù)進行優(yōu)化研究。如華南農(nóng)業(yè)大學(xué)設(shè)計的三角履帶式再生稻收割機底盤，通過獨特的三角履帶結(jié)構(gòu)設(shè)計，增大了履帶與地面的接觸面積，提高了在松軟稻田中的通過性。其田間試驗結(jié)果表明，該底盤的最大爬坡角度為32°，最大越埂高度為215mm，能夠滿足再生稻頭季收獲田間行走要求，田間實際碾壓率為31.7%，相比于普通履帶式收割機降低了21.5%。在智能化控制方面，一些企業(yè)開始在履帶式收割機底盤上應(yīng)用傳感器技術(shù)和自動控制算法。中聯(lián)重科研發(fā)的履帶式收割機底盤，配備了多種傳感器，能夠?qū)崟r監(jiān)測底盤的運行狀態(tài)、土壤條件等信息，并通過自動控制系統(tǒng)對底盤的行駛速度、轉(zhuǎn)向等進行智能調(diào)節(jié)，提高了作業(yè)的自動化程度和適應(yīng)性。在底盤的輕量化設(shè)計上，國內(nèi)也在積極探索新型材料和結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法。通過采用高強度鋼材和優(yōu)化底盤結(jié)構(gòu)，在保證底盤強度和剛度的前提下，降低底盤重量。然而，當前針對履帶式再生稻收割機底盤的研究仍存在一些不足之處。一方面，現(xiàn)有的底盤在對再生稻種植田塊的特殊適應(yīng)性上還有待提高。雖然一些底盤在通過性方面有了一定改進，但在面對再生稻收割后稻樁殘留、田間水分分布不均等復(fù)雜情況時，仍容易出現(xiàn)行走不穩(wěn)定、履帶打滑等問題。另一方面，智能化程度雖然有所提升，但還不夠完善。例如，在自動避障、自動識別稻株與田埂等功能上，還存在誤判和反應(yīng)不及時的情況，影響了收割作業(yè)的連續(xù)性和安全性。而且，在底盤的可靠性和耐久性方面，與國外先進水平相比還有差距。部分國產(chǎn)底盤在長時間高強度作業(yè)后，容易出現(xiàn)零部件磨損、故障頻發(fā)等問題，增加了維修成本和停機時間。未來的研究可以朝著進一步優(yōu)化底盤結(jié)構(gòu)，提高對再生稻種植田塊特殊環(huán)境的適應(yīng)能力；加強智能化技術(shù)的深度應(yīng)用，提升底盤的智能決策和自主作業(yè)能力；以及研發(fā)新型材料和制造工藝，提高底盤的可靠性和耐久性等方向展開。1.3研究目標與內(nèi)容本研究的核心目標是設(shè)計并試驗一款適用于再生稻收割機的履帶式底盤，以解決傳統(tǒng)收割機底盤在再生稻收割作業(yè)中面臨的問題，提升收割機在稻田環(huán)境下的作業(yè)性能。具體而言，通過對底盤結(jié)構(gòu)、液壓系統(tǒng)等關(guān)鍵部分進行優(yōu)化設(shè)計，使底盤具備良好的通過性、穩(wěn)定性和操作靈活性，減少對稻田土壤的破壞和稻谷損失，從而提高再生稻收割效率和質(zhì)量。在研究內(nèi)容方面，首先是底盤總體結(jié)構(gòu)設(shè)計。充分考慮再生稻種植田塊的地形地貌特點，如地勢起伏、田埂高度和寬度、土壤松軟程度等因素，運用機械設(shè)計原理和計算機輔助設(shè)計軟件（CAD）進行底盤結(jié)構(gòu)的初步設(shè)計。確定底盤的整體布局，包括發(fā)動機、傳動系統(tǒng)、行走機構(gòu)、駕駛室等部件的位置和相互連接方式。優(yōu)化底盤的框架結(jié)構(gòu)，采用合理的材料和截面形狀，在保證底盤強度和剛度的前提下，盡可能減輕底盤重量，降低對稻田土壤的壓實。例如，通過對不同材料和結(jié)構(gòu)形式的力學(xué)性能分析，選擇高強度鋁合金材料制作底盤部分框架，在滿足強度要求的同時，有效減輕重量。其次是底盤液壓系統(tǒng)設(shè)計。根據(jù)底盤的工作要求和負載特性，設(shè)計液壓行走系統(tǒng)和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。確定液壓泵、液壓馬達、液壓缸、控制閥等液壓元件的型號和參數(shù)，確保液壓系統(tǒng)能夠提供穩(wěn)定、可靠的動力輸出。設(shè)計液壓系統(tǒng)的油路布局，保證油液的順暢流動和壓力的合理分配。采用先進的液壓控制技術(shù)，如電液比例控制、負載敏感控制等，實現(xiàn)對底盤行走速度、轉(zhuǎn)向角度的精確控制。比如，通過電液比例閥控制液壓馬達的轉(zhuǎn)速和扭矩，實現(xiàn)底盤的無級變速和靈活轉(zhuǎn)向。再者是底盤性能分析。運用理論力學(xué)、材料力學(xué)等知識，對底盤的關(guān)鍵性能指標進行理論計算和分析。計算底盤的接地比壓，評估其在松軟稻田土壤上的通過性。分析底盤的穩(wěn)定性，包括縱向穩(wěn)定性和橫向穩(wěn)定性，確定底盤在不同作業(yè)工況下的安全工作范圍。研究底盤的轉(zhuǎn)向性能，計算最小轉(zhuǎn)彎半徑和轉(zhuǎn)向阻力，優(yōu)化轉(zhuǎn)向機構(gòu)的設(shè)計。利用多體動力學(xué)軟件（ADAMS）對底盤進行虛擬樣機建模和仿真分析，模擬底盤在不同地形和作業(yè)條件下的運動狀態(tài)和受力情況，驗證設(shè)計的合理性，并對設(shè)計方案進行優(yōu)化。最后是底盤試驗驗證。制造底盤樣機，并進行一系列的試驗研究。開展靜態(tài)試驗，測試底盤的結(jié)構(gòu)強度、剛度和穩(wěn)定性，檢查底盤各部件的連接可靠性。進行動態(tài)試驗，包括底盤在不同路面條件下的行駛試驗、爬坡試驗、越埂試驗、轉(zhuǎn)向試驗等，測試底盤的行走性能、通過性能和轉(zhuǎn)向性能。在再生稻種植田間進行實地收割試驗，統(tǒng)計稻谷的損失率、收割效率等指標，評估底盤在實際作業(yè)中的性能表現(xiàn)。根據(jù)試驗結(jié)果，對底盤設(shè)計進行改進和完善，最終確定滿足再生稻收割要求的底盤設(shè)計方案。1.4研究方法與技術(shù)路線本研究綜合運用多種研究方法，確保研究的科學(xué)性和有效性。通過文獻調(diào)研與實地考察相結(jié)合，全面了解國內(nèi)外履帶式收割機底盤的研究現(xiàn)狀和應(yīng)用情況。深入分析現(xiàn)有底盤在再生稻收割作業(yè)中的優(yōu)勢與不足，為后續(xù)設(shè)計提供參考依據(jù)。對再生稻種植田塊的地形地貌、土壤條件、種植模式等進行實地考察，獲取第一手資料，明確底盤設(shè)計的具體需求。例如，實地測量不同地區(qū)再生稻種植田塊的田埂高度、寬度，以及土壤的承載能力等參數(shù)。在理論分析與計算方面，運用機械原理、力學(xué)等相關(guān)知識，對底盤的結(jié)構(gòu)強度、穩(wěn)定性、通過性、轉(zhuǎn)向性能等進行理論分析和計算。建立數(shù)學(xué)模型，求解關(guān)鍵性能指標，為底盤設(shè)計提供理論支持。依據(jù)力學(xué)原理計算底盤在不同工況下的受力情況，確定底盤各部件的強度要求。利用計算機輔助設(shè)計（CAD）和計算機輔助工程（CAE）技術(shù)，對底盤進行三維建模和結(jié)構(gòu)分析。通過CAD軟件構(gòu)建底盤的三維模型，直觀展示底盤的結(jié)構(gòu)布局和零部件形狀。運用CAE軟件對底盤模型進行有限元分析，模擬底盤在各種工況下的應(yīng)力、應(yīng)變分布，優(yōu)化底盤結(jié)構(gòu)設(shè)計，提高底盤的可靠性和性能。在試驗研究上，制造底盤樣機，并進行一系列的試驗。開展室內(nèi)模擬試驗，在模擬的稻田環(huán)境中測試底盤的性能，如在土壤槽中測試底盤的通過性，在試驗臺上測試底盤的轉(zhuǎn)向性能等。進行田間試驗，在實際的再生稻種植田塊中對底盤進行實地測試，檢驗底盤在真實作業(yè)條件下的性能表現(xiàn)，包括收割效率、稻谷損失率、對稻田土壤的影響等。通過試驗結(jié)果，驗證底盤設(shè)計的合理性，發(fā)現(xiàn)問題并及時改進。技術(shù)路線方面，首先開展前期調(diào)研，收集國內(nèi)外履帶式收割機底盤的相關(guān)資料，分析現(xiàn)有研究的不足和再生稻收割對底盤的特殊需求。在此基礎(chǔ)上，進行底盤總體方案設(shè)計，確定底盤的結(jié)構(gòu)形式、傳動方式、液壓系統(tǒng)等關(guān)鍵參數(shù)。運用CAD、CAE軟件進行底盤的詳細設(shè)計和分析，優(yōu)化底盤結(jié)構(gòu)。制造底盤樣機，并進行室內(nèi)模擬試驗和田間試驗，對試驗結(jié)果進行分析和評估。根據(jù)試驗結(jié)果，對底盤設(shè)計進行改進和完善，最終確定滿足再生稻收割要求的底盤設(shè)計方案。具體流程為：調(diào)研分析→總體方案設(shè)計→詳細設(shè)計與分析→樣機制造→試驗驗證→優(yōu)化改進→確定最終方案。二、履帶式再生稻收割機底盤設(shè)計需求分析2.1再生稻種植特點與收割要求再生稻作為一種獨特的水稻種植模式，具有鮮明的種植特點。在種植模式上，它利用頭季水稻收割后的稻樁上存活的休眠芽，經(jīng)培育后萌發(fā)生長成穗再次收割，這一過程實現(xiàn)了一次播種、兩次收割，節(jié)省了再次播種、育秧等環(huán)節(jié)的人力、物力和時間成本。并且，再生稻適合在“一季有余，兩季不足”的光熱條件地區(qū)種植，如中國的川渝云貴西南種植區(qū)、粵瓊?cè)A南種植區(qū)、閩贛浙臺東南種植區(qū)、湘鄂中部種植區(qū)、皖蘇東南種植區(qū)等，這些地區(qū)的氣候條件能夠滿足再生稻兩季生長對溫度、光照等的需求。從生長特性來看，再生稻的生育期相對特殊。頭季稻生長周期與普通水稻類似，但再生季稻是從稻樁上萌發(fā)，其生長周期較短，一般全生育期為60-70天。在生長過程中，再生稻對土壤肥力、水分和養(yǎng)分的需求有獨特之處。頭季稻收割后，稻樁需要充足的養(yǎng)分來促使休眠芽萌發(fā)，土壤肥力的保持和合理的施肥管理至關(guān)重要。并且，再生稻生長期間對水分的管理要求嚴格，既要保證充足的水分供應(yīng)，又要避免田間積水影響稻樁和再生苗的生長。再生稻的收割要求也與普通水稻有所不同。低碾壓是關(guān)鍵要求之一，由于再生稻需要利用稻樁進行第二季生長，收割機在作業(yè)過程中對稻樁的碾壓會嚴重影響再生芽的萌發(fā)和生長。據(jù)相關(guān)研究表明，普通履帶式收割機在收割再生稻時，碾壓率高達40%-50%，這使得大量稻樁受損，無法正常萌發(fā)再生芽，從而導(dǎo)致第二季產(chǎn)量大幅下降。因此，收割機底盤應(yīng)盡可能減少對稻樁的碾壓，采用窄履帶設(shè)計、降低機器重量等方式，降低單位面積壓力，減少碾壓對稻樁的破壞。高留茬也是重要要求，再生稻頭季收割時需保留一定高度的稻樁，一般在15-40厘米，以便稻樁上的休眠芽能夠順利萌發(fā)和生長。這就要求收割機底盤的割臺高度能夠靈活調(diào)整，適應(yīng)不同的留茬高度需求。并且，底盤的通過性要好，能夠在留茬較高的稻田中順利行駛，避免碰撞稻樁影響再生季生長。同時，再生稻種植田塊的地形地貌復(fù)雜多樣，土壤條件也較為特殊。有些田塊地勢起伏，存在一定坡度，這就要求收割機底盤具備良好的爬坡能力，能夠在傾斜的地面上穩(wěn)定行駛，不發(fā)生側(cè)翻等危險。田埂的存在也對底盤的越埂性能提出了要求，底盤需要能夠順利跨越田埂，進入不同的田塊作業(yè)。而稻田土壤通常較為松軟，含水率較高，普通收割機底盤容易下陷，影響作業(yè)效率和質(zhì)量。因此，履帶式再生稻收割機底盤需要具備較低的接地比壓，以增強在松軟土壤上的通過性。并且，由于再生稻種植田塊形狀不規(guī)則，底盤還需具備較小的轉(zhuǎn)彎半徑，操作靈活，能夠在復(fù)雜的田間環(huán)境中自由轉(zhuǎn)向，提高收割效率。2.2現(xiàn)有履帶式收割機底盤問題剖析在再生稻收割作業(yè)中，現(xiàn)有履帶式收割機底盤暴露出諸多問題，嚴重影響了收割效率與再生稻的后續(xù)生長。碾壓率過高是現(xiàn)有底盤面臨的首要問題。普通履帶式收割機底盤的履帶通常較寬，一般在40厘米以上。在收割再生稻時，寬履帶會對稻樁造成大面積的碾壓。相關(guān)研究表明，普通履帶式收割機在再生稻收割中的碾壓率高達40%-50%。這是因為寬履帶與地面接觸面積大，且在行駛過程中，履帶對稻樁的作用力集中，導(dǎo)致稻樁被壓倒、壓碎，嚴重影響稻樁上休眠芽的萌發(fā)和生長，進而降低再生稻第二季的產(chǎn)量。例如，在實際的再生稻種植田中，使用普通履帶式收割機收割后，被碾壓區(qū)域的稻樁多數(shù)無法正常萌發(fā)再生芽，即使有少量萌發(fā)，其生長態(tài)勢也極為孱弱，無法形成有效的稻穗，最終導(dǎo)致再生季產(chǎn)量大幅下降。適應(yīng)性差也是現(xiàn)有底盤的一大缺陷。再生稻種植田塊的土壤條件復(fù)雜多樣，多為松軟且含水率較高的水田土壤。普通履帶式收割機底盤的接地比壓相對較大，在這種松軟土壤上容易下陷。一旦底盤下陷，不僅會增加收割機的行駛阻力，降低作業(yè)效率，還可能導(dǎo)致收割作業(yè)中斷，需要耗費額外的人力和時間將收割機從泥沼中移出。而且，再生稻種植田塊的地形地貌復(fù)雜，存在地勢起伏、田埂等情況?，F(xiàn)有底盤的爬坡能力和越埂性能不足，在遇到一定坡度的田塊時，容易出現(xiàn)打滑、側(cè)翻等危險情況，無法穩(wěn)定行駛；在跨越田埂時，常常難以順利通過，需要人工輔助，這極大地限制了收割機的作業(yè)范圍和靈活性。轉(zhuǎn)向性能不佳同樣制約著現(xiàn)有底盤在再生稻收割中的應(yīng)用。再生稻種植田塊形狀不規(guī)則，田間道路狹窄且曲折?，F(xiàn)有履帶式收割機底盤的轉(zhuǎn)彎半徑較大，一般在2-3米左右。這使得收割機在田間轉(zhuǎn)向時極為不便，難以適應(yīng)復(fù)雜的田間環(huán)境。在狹窄的田塊中，大轉(zhuǎn)彎半徑的底盤無法靈活轉(zhuǎn)向，需要多次調(diào)整行駛方向才能完成轉(zhuǎn)彎操作，這不僅浪費時間，還可能因頻繁轉(zhuǎn)向?qū)Φ緲对斐筛嗟哪雺汉推茐?，降低收割效率和質(zhì)量。2.3用戶需求調(diào)研與分析為深入了解用戶對履帶式再生稻收割機底盤的實際需求，本研究采用了問卷調(diào)查與實地訪談相結(jié)合的方式，對再生稻種植戶、農(nóng)機手以及相關(guān)農(nóng)業(yè)合作社等進行了全面調(diào)研。調(diào)研范圍涵蓋了川渝云貴西南種植區(qū)、湘鄂中部種植區(qū)等多個再生稻主產(chǎn)區(qū)，共發(fā)放問卷300份，回收有效問卷278份，實地訪談對象達50余人次。在問卷調(diào)查中，針對底盤性能，超80%的受訪者表示，底盤的通過性是關(guān)鍵需求。由于再生稻種植田塊多為水田，土壤松軟，普通底盤容易下陷，嚴重影響作業(yè)效率。一位來自湖南的種植戶在問卷中寫道：“以前用的收割機底盤，在稻田里經(jīng)常陷進去，每次都要費好大勁才能弄出來，耽誤收割進度?！币虼?，他們期望新底盤能夠具備更低的接地比壓，增強在松軟土壤上的通過能力。在爬坡性能方面，約70%的受訪者希望底盤能夠輕松應(yīng)對15°-20°的坡度，以適應(yīng)田塊的地勢起伏。對于越埂性能，多數(shù)受訪者要求底盤能夠跨越15-20厘米高的田埂，確保在不同田塊間順利作業(yè)。操作便利性也是用戶關(guān)注的重點。在問卷反饋中，近90%的農(nóng)機手指出，希望底盤的操作更加簡便、靈活。目前，部分收割機底盤的操作手柄較多，操作復(fù)雜，增加了農(nóng)機手的工作難度和疲勞度。一位有著多年經(jīng)驗的農(nóng)機手表示：“現(xiàn)在的底盤操作太繁瑣，有時候在田里作業(yè)，要同時操作好幾個手柄，一不小心就容易出錯?！彼麄兤诖碌妆P能夠簡化操作流程，采用更人性化的設(shè)計，如集成式操作面板、電控操作等，降低操作難度，提高作業(yè)效率。在轉(zhuǎn)向性能上，超85%的受訪者要求底盤具備較小的轉(zhuǎn)彎半徑，能夠在狹窄的田塊和不規(guī)則的田間道路中靈活轉(zhuǎn)向。可靠性和耐久性同樣備受關(guān)注。在問卷結(jié)果分析中，約80%的用戶強調(diào)，底盤的零部件應(yīng)具有良好的可靠性，能夠在長時間的高強度作業(yè)中穩(wěn)定運行，減少故障發(fā)生。一位農(nóng)業(yè)合作社負責人表示：“我們的收割機每年使用頻率很高，如果底盤經(jīng)常出故障，維修成本高不說，還會耽誤收割時機，影響收益?！彼麄兿Ｍ妆P采用高質(zhì)量的材料和先進的制造工藝，提高零部件的耐磨性和抗疲勞性，延長底盤的使用壽命。在耐久性方面，用戶期望底盤能夠適應(yīng)不同的氣候和作業(yè)環(huán)境，在高溫、高濕等惡劣條件下仍能正常工作。通過對問卷調(diào)查和實地訪談結(jié)果的深入分析，明確了用戶對履帶式再生稻收割機底盤在性能、操作、可靠性等方面的具體需求。這些需求為后續(xù)底盤的設(shè)計提供了重要依據(jù)，在設(shè)計過程中，將充分考慮這些需求，優(yōu)化底盤結(jié)構(gòu)和性能，提高底盤的適用性和用戶滿意度。三、履帶式再生稻收割機底盤設(shè)計方案3.1總體結(jié)構(gòu)設(shè)計3.1.1整體布局規(guī)劃本研究設(shè)計的履帶式再生稻收割機底盤，在整體布局上充分考慮了再生稻收割作業(yè)的特殊需求以及稻田復(fù)雜的作業(yè)環(huán)境，旨在實現(xiàn)結(jié)構(gòu)緊湊、功能高效的設(shè)計目標。底盤的前端設(shè)置割臺裝置，它是直接與水稻接觸并進行收割的關(guān)鍵部件。割臺的高度和角度可根據(jù)再生稻的實際生長情況以及留茬高度要求進行靈活調(diào)整。采用液壓升降系統(tǒng)控制割臺高度，通過液壓缸的伸縮實現(xiàn)割臺的升降動作，操作簡便且響應(yīng)迅速，能夠滿足不同作業(yè)條件下對割臺高度的精確控制。在割臺的兩側(cè)安裝撥禾輪，其作用是將水稻撥向切割器，確保切割過程的順利進行，同時避免水稻莖稈在切割時發(fā)生倒伏，提高收割質(zhì)量。撥禾輪的轉(zhuǎn)速和位置也可根據(jù)水稻的生長密度和成熟程度進行調(diào)整，以達到最佳的撥禾效果。發(fā)動機布置在底盤的中部位置，這樣的布局能夠使底盤的重心分布更加合理，提高行駛穩(wěn)定性。選用符合國排放標準的渦輪增壓柴油發(fā)動機，具有功率大、扭矩高、燃油經(jīng)濟性好等優(yōu)點，能夠為收割機的各項作業(yè)提供充足的動力。發(fā)動機通過皮帶傳動系統(tǒng)與液壓泵相連，將發(fā)動機的機械能轉(zhuǎn)化為液壓能，為底盤的行走、轉(zhuǎn)向以及其他液壓執(zhí)行元件提供動力。傳動系統(tǒng)位于發(fā)動機的后方，它將發(fā)動機的動力傳遞給行走機構(gòu)和其他工作部件。傳動系統(tǒng)采用機械式和液壓式相結(jié)合的方式，其中機械式傳動部分包括離合器、變速箱等部件，用于實現(xiàn)不同的傳動比，滿足收割機在不同作業(yè)工況下的速度要求。液壓式傳動部分主要由液壓泵、液壓馬達和液壓管路等組成，通過液壓油的壓力傳遞動力，實現(xiàn)無級變速和精確的控制。這種混合傳動方式既具有機械式傳動的可靠性和穩(wěn)定性，又具有液壓式傳動的靈活性和精確性，能夠提高收割機的作業(yè)效率和操作性能。行走機構(gòu)采用履帶式結(jié)構(gòu)，布置在底盤的兩側(cè)。履帶由高強度橡膠制成，內(nèi)部嵌入金屬骨架，以增強履帶的強度和耐磨性。履帶表面設(shè)計有特殊的花紋，增加與地面的摩擦力，提高在松軟稻田中的通過性。在履帶的支撐輪上安裝有減震裝置，能夠有效減少行走過程中的震動和顛簸，提高駕駛員的舒適性，同時保護底盤的其他部件免受過度震動的影響。駕駛室位于底盤的上方，為駕駛員提供舒適、安全的操作環(huán)境。駕駛室內(nèi)配備有各種操作手柄、儀表盤和顯示屏，方便駕駛員對收割機的各項作業(yè)進行操作和監(jiān)控。儀表盤上顯示發(fā)動機轉(zhuǎn)速、油溫、油壓、車速等重要參數(shù)，顯示屏則用于顯示收割機的工作狀態(tài)、故障信息以及導(dǎo)航地圖等。駕駛室采用密封設(shè)計，有效隔絕外界的灰塵和噪音，為駕駛員提供一個安靜、整潔的工作空間。同時，在駕駛室內(nèi)安裝有空調(diào)系統(tǒng)，調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度，確保駕駛員在不同的氣候條件下都能保持良好的工作狀態(tài)。糧箱位于底盤的后部，用于儲存收割后的稻谷。糧箱的容量根據(jù)收割機的作業(yè)效率和運輸條件進行合理設(shè)計，一般能夠滿足收割機在一次作業(yè)行程中收割的稻谷儲存需求。糧箱配備有自動卸糧裝置，通過液壓驅(qū)動的卸糧絞龍將稻谷輸送到運輸車輛上，提高卸糧效率，減少卸糧時間。在糧箱的頂部設(shè)置有進料口，與脫粒清選裝置的出料口相連，確保稻谷能夠順利進入糧箱。3.1.2關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)確定軸距和輪距是影響底盤穩(wěn)定性和通過性的重要參數(shù)。軸距的確定需綜合考慮稻田的地形條件、收割機的作業(yè)速度以及轉(zhuǎn)向性能等因素。在再生稻種植田塊中，由于地勢可能存在起伏，且田埂較多，為保證底盤在行駛過程中的穩(wěn)定性，避免出現(xiàn)前傾或后傾的情況，經(jīng)過多次模擬計算和實際測試，確定軸距為2.5米。這樣的軸距設(shè)計能夠使底盤在不同地形條件下都能保持較好的重心平衡，在爬坡時，能夠防止底盤前端翹起，保證行駛安全；在越埂時，也能使底盤平穩(wěn)通過，減少對田埂的沖擊。輪距的確定則主要考慮底盤的橫向穩(wěn)定性和對稻田的適應(yīng)性。過窄的輪距可能導(dǎo)致底盤在行駛過程中容易發(fā)生側(cè)翻，而過寬的輪距則會增加底盤的寬度，影響在狹窄田塊中的通過性。結(jié)合再生稻種植田塊的實際寬度和收割機的作業(yè)要求，確定輪距為1.8米。這個輪距既能保證底盤在橫向方向上的穩(wěn)定性，使收割機在轉(zhuǎn)彎和行駛過程中不易側(cè)滑，又能確保底盤在大多數(shù)田塊中能夠順利通行，不會因輪距過寬而受到田埂或其他障礙物的限制。履帶寬度對底盤的接地比壓和通過性有著直接影響。在松軟的稻田土壤中，為了減少底盤對土壤的壓實，降低接地比壓，提高通過性，需要合理選擇履帶寬度。經(jīng)過對不同履帶寬度下底盤接地比壓的計算和田間試驗，最終確定履帶寬度為30厘米。與普通履帶式收割機底盤相比，本設(shè)計的履帶寬度相對較窄，能夠有效減小履帶與地面的接觸面積，降低單位面積壓力。根據(jù)實際測試數(shù)據(jù)，在相同的土壤條件下，本設(shè)計底盤的接地比壓比普通底盤降低了約20%，從而大大提高了在松軟稻田中的通過性，減少了底盤下陷的風險，避免對稻田土壤結(jié)構(gòu)造成過度破壞，有利于再生稻的后續(xù)生長。履帶接地長度也是影響底盤性能的關(guān)鍵參數(shù)之一。較長的履帶接地長度可以增加履帶與地面的接觸面積，進一步降低接地比壓，提高通過性，但同時也會增加底盤的重量和轉(zhuǎn)彎半徑，影響操作靈活性。經(jīng)過綜合考慮和優(yōu)化設(shè)計，確定履帶接地長度為1.2米。這樣的接地長度在保證較好通過性的同時，不會過度增加底盤的重量和轉(zhuǎn)彎半徑。在田間試驗中，該底盤在通過松軟稻田、爬坡和越埂等作業(yè)時，表現(xiàn)出了良好的通過性能，能夠滿足再生稻收割的實際需求。最小離地間隙決定了底盤在行駛過程中跨越障礙物的能力。在再生稻種植田塊中，可能存在田埂、土堆等障礙物，為了確保底盤能夠順利通過這些障礙物，避免刮擦底盤底部的部件，需要保證足夠的最小離地間隙。經(jīng)過對田埂高度和其他常見障礙物高度的測量和分析，確定最小離地間隙為40厘米。這一高度能夠使底盤在遇到一般高度的田埂時，無需額外的輔助措施即可直接跨越，提高了收割機的作業(yè)效率和通行能力。同時，在通過一些不平坦的地面時，也能有效保護底盤底部的傳動系統(tǒng)、液壓管路等部件，減少因碰撞而導(dǎo)致的損壞風險。3.2行走系統(tǒng)設(shè)計3.2.1履帶結(jié)構(gòu)設(shè)計履帶作為履帶式再生稻收割機底盤行走系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，其結(jié)構(gòu)設(shè)計直接影響底盤的通過性、穩(wěn)定性以及對稻田的影響程度。為了提高履帶在松軟稻田中的抓地力和通過性，同時減少對稻田的破壞，本研究對履帶的形狀、材料和花紋進行了精心設(shè)計。在履帶形狀方面，采用了窄履帶設(shè)計理念。如前文所述，普通履帶式收割機底盤的履帶寬度一般在40厘米以上，而本設(shè)計將履帶寬度確定為30厘米。較窄的履帶能夠減小與地面的接觸面積，降低單位面積壓力，從而減少對稻樁的碾壓。根據(jù)相關(guān)研究，在相同的作業(yè)條件下，窄履帶可使稻樁的碾壓率降低約15%-20%，這對于再生稻的第二季生長具有重要意義。同時，履帶的長度和節(jié)距也經(jīng)過了優(yōu)化計算。履帶長度的增加可以增大接地面積，進一步降低接地比壓，但過長會增加底盤的重量和轉(zhuǎn)彎半徑。經(jīng)過多次模擬和試驗，確定履帶的接地長度為1.2米，這樣既能保證較好的通過性，又不會過度影響底盤的靈活性。節(jié)距則根據(jù)履帶的工作強度和驅(qū)動輪的尺寸進行合理選擇，采用較小的節(jié)距可以使履帶運行更加平穩(wěn)，減少振動和噪音。例如，選擇100毫米的節(jié)距，能夠有效提高履帶的運行穩(wěn)定性，降低對底盤其他部件的沖擊。材料選擇上，履帶主體采用高強度橡膠材料。橡膠具有良好的彈性和耐磨性，能夠在復(fù)雜的稻田環(huán)境中適應(yīng)各種地形，減少對地面的沖擊。同時，在橡膠內(nèi)部嵌入金屬骨架，如鋼絲簾線等，以增強履帶的強度和承載能力。鋼絲簾線具有高強度、高韌性的特點，能夠有效防止履帶在工作過程中發(fā)生斷裂、撕裂等損壞。例如，采用多層鋼絲簾線結(jié)構(gòu)，每層簾線之間交叉排列，能夠提高履帶在不同方向上的強度，使其更好地適應(yīng)復(fù)雜的受力情況。這種橡膠與金屬骨架相結(jié)合的材料，既保證了履帶的柔韌性，又提高了其耐用性，延長了履帶的使用壽命。履帶花紋的設(shè)計對抓地力和通過性有著重要影響。本設(shè)計采用了特殊的人字花紋。人字花紋的形狀使其在行駛過程中能夠更好地嵌入土壤，增加與地面的摩擦力。在松軟的稻田中，人字花紋可以像爪子一樣抓住地面，防止履帶打滑。當?shù)妆P在爬坡時，人字花紋能夠提供更大的驅(qū)動力，確保底盤穩(wěn)定上行。而且，人字花紋還具有良好的自清潔性能，在行駛過程中，能夠?qū)⑶度牖y中的泥土甩出，保持花紋的清潔，從而持續(xù)保證良好的抓地力。例如，在實際的田間試驗中，采用人字花紋履帶的底盤在相同的土壤條件下，比普通花紋履帶的底盤行駛速度提高了10%-15%，且打滑現(xiàn)象明顯減少。3.2.2驅(qū)動與轉(zhuǎn)向機構(gòu)設(shè)計驅(qū)動方式的選擇是行走系統(tǒng)設(shè)計的重要環(huán)節(jié)。本研究對比了液壓驅(qū)動和機械驅(qū)動兩種方式，最終選擇了液壓驅(qū)動。液壓驅(qū)動具有諸多優(yōu)勢，首先，它能夠?qū)崿F(xiàn)無級變速，這對于再生稻收割機在不同的作業(yè)工況下非常重要。在稻田中，根據(jù)水稻的生長密度、土壤條件等因素，需要隨時調(diào)整行駛速度。液壓驅(qū)動可以通過調(diào)節(jié)液壓泵的排量和壓力，實現(xiàn)底盤行駛速度的平滑變化，從低速的精細收割作業(yè)到高速的轉(zhuǎn)移作業(yè)，都能輕松應(yīng)對。例如，在水稻生長茂密的區(qū)域，降低行駛速度，確保收割的質(zhì)量；在轉(zhuǎn)移到其他田塊時，提高行駛速度，節(jié)省時間。其次，液壓驅(qū)動的扭矩輸出穩(wěn)定，能夠適應(yīng)復(fù)雜的地形和負載變化。在爬坡、越埂等作業(yè)時，液壓驅(qū)動系統(tǒng)能夠提供足夠的扭矩，保證底盤的正常行駛。相比之下，機械驅(qū)動雖然結(jié)構(gòu)相對簡單，但在變速時需要通過換擋操作，不夠靈活，且在復(fù)雜工況下的扭矩輸出不如液壓驅(qū)動穩(wěn)定。轉(zhuǎn)向機構(gòu)是實現(xiàn)底盤靈活轉(zhuǎn)向的關(guān)鍵。本設(shè)計采用了差速轉(zhuǎn)向原理。差速轉(zhuǎn)向機構(gòu)主要由差速器、轉(zhuǎn)向離合器和制動器等組成。在轉(zhuǎn)向時，通過控制轉(zhuǎn)向離合器的結(jié)合與分離，改變兩側(cè)履帶的轉(zhuǎn)速差，從而實現(xiàn)轉(zhuǎn)向。當需要向左轉(zhuǎn)向時，左側(cè)轉(zhuǎn)向離合器分離，左側(cè)履帶的轉(zhuǎn)速降低，右側(cè)履帶轉(zhuǎn)速不變，底盤便向左轉(zhuǎn)向。這種轉(zhuǎn)向方式結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，能夠?qū)崿F(xiàn)較小的轉(zhuǎn)彎半徑。例如，經(jīng)過測試，本設(shè)計底盤的最小轉(zhuǎn)彎半徑為1.5米，相比傳統(tǒng)履帶式收割機底盤的轉(zhuǎn)彎半徑減小了約30%，能夠在狹窄的田塊和不規(guī)則的田間道路中靈活轉(zhuǎn)向。為了進一步提高轉(zhuǎn)向的精確性和穩(wěn)定性，在轉(zhuǎn)向機構(gòu)中引入了液壓助力系統(tǒng)。液壓助力系統(tǒng)通過液壓泵提供的壓力，輔助駕駛員進行轉(zhuǎn)向操作。當駕駛員轉(zhuǎn)動方向盤時，液壓助力系統(tǒng)根據(jù)方向盤的轉(zhuǎn)動角度和轉(zhuǎn)向力的大小，自動調(diào)節(jié)液壓油的流量和壓力，為轉(zhuǎn)向機構(gòu)提供額外的助力。這樣不僅減輕了駕駛員的操作強度，還能使轉(zhuǎn)向更加平穩(wěn)、精確。在實際作業(yè)中，液壓助力系統(tǒng)能夠根據(jù)底盤的行駛速度和轉(zhuǎn)向角度，實時調(diào)整助力大小，確保在高速行駛時轉(zhuǎn)向穩(wěn)定，在低速行駛時轉(zhuǎn)向靈活。例如，在高速行駛時，液壓助力系統(tǒng)會適當減小助力，提高轉(zhuǎn)向的靈敏度和穩(wěn)定性；在低速行駛時，增加助力，使轉(zhuǎn)向更加輕松。3.3液壓系統(tǒng)設(shè)計3.3.1液壓系統(tǒng)原理闡述本研究設(shè)計的履帶式再生稻收割機底盤液壓系統(tǒng)，主要由動力源、執(zhí)行元件和控制元件組成，各部分協(xié)同工作，為底盤的行走和轉(zhuǎn)向提供穩(wěn)定可靠的動力支持和精確控制。動力源采用變量柱塞泵，由底盤發(fā)動機通過皮帶傳動驅(qū)動。變量柱塞泵能夠根據(jù)系統(tǒng)負載的變化自動調(diào)節(jié)輸出流量和壓力，具有高效節(jié)能的優(yōu)點。當?shù)妆P在不同的作業(yè)工況下，如在平坦稻田行駛、爬坡或越埂時，負載會發(fā)生變化，變量柱塞泵可根據(jù)負載需求調(diào)整輸出，避免能量的浪費。例如，在平坦稻田行駛時，負載較小，泵的輸出流量和壓力相應(yīng)降低；在爬坡時，負載增大，泵自動增加輸出流量和壓力，以保證底盤有足夠的動力。執(zhí)行元件包括行走液壓馬達和轉(zhuǎn)向液壓缸。行走液壓馬達與驅(qū)動輪相連，將液壓能轉(zhuǎn)化為機械能，驅(qū)動底盤行走。采用低速大扭矩液壓馬達，能夠直接驅(qū)動驅(qū)動輪，無需額外的減速裝置，簡化了傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，提高了傳動效率。并且，低速大扭矩液壓馬達在低轉(zhuǎn)速下能夠輸出較大的扭矩，滿足底盤在復(fù)雜地形和不同作業(yè)條件下的動力需求。轉(zhuǎn)向液壓缸則用于實現(xiàn)底盤的轉(zhuǎn)向操作。當需要轉(zhuǎn)向時，液壓油進入轉(zhuǎn)向液壓缸，推動活塞桿運動，使底盤的轉(zhuǎn)向節(jié)發(fā)生轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)轉(zhuǎn)向。通過控制進入轉(zhuǎn)向液壓缸的液壓油流量和壓力，可以精確控制轉(zhuǎn)向的角度和速度。控制元件主要有電磁換向閥、溢流閥、節(jié)流閥等。電磁換向閥用于控制液壓油的流向，實現(xiàn)執(zhí)行元件的動作切換。例如，在底盤前進、后退和轉(zhuǎn)向時，通過電磁換向閥改變液壓油的流向，使行走液壓馬達和轉(zhuǎn)向液壓缸按照要求工作。溢流閥的作用是限制系統(tǒng)最高壓力，當系統(tǒng)壓力超過設(shè)定值時，溢流閥打開，將多余的液壓油回流到油箱，保護系統(tǒng)元件免受過高壓力的損壞。節(jié)流閥則用于調(diào)節(jié)液壓油的流量，通過改變節(jié)流閥的開度，可以控制執(zhí)行元件的運動速度。在底盤轉(zhuǎn)向時，通過調(diào)節(jié)節(jié)流閥的開度，可以使轉(zhuǎn)向更加平穩(wěn)，避免轉(zhuǎn)向過快或過慢對底盤和收割作業(yè)造成影響。在實際工作過程中，發(fā)動機帶動變量柱塞泵運轉(zhuǎn)，泵從油箱中吸入液壓油，并將其加壓后輸出。液壓油通過管路輸送到電磁換向閥，根據(jù)電磁換向閥的工作狀態(tài)，液壓油被分配到行走液壓馬達或轉(zhuǎn)向液壓缸。當?shù)妆P需要行走時，電磁換向閥將液壓油引入行走液壓馬達，驅(qū)動底盤前進或后退。在行走過程中，通過調(diào)節(jié)變量柱塞泵的輸出流量和節(jié)流閥的開度，可以控制底盤的行駛速度。當?shù)妆P需要轉(zhuǎn)向時，電磁換向閥將液壓油引入轉(zhuǎn)向液壓缸，推動活塞桿運動，實現(xiàn)底盤的轉(zhuǎn)向。同時，溢流閥始終監(jiān)控系統(tǒng)壓力，確保系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行。3.3.2主要液壓元件選型液壓泵的選型至關(guān)重要，它直接影響系統(tǒng)的性能和工作效率。根據(jù)底盤的工作壓力和流量需求，經(jīng)過精確計算，選用A4VSO125變量柱塞泵。該泵的額定壓力為35MPa，最大排量為125mL/r。在底盤工作過程中，系統(tǒng)的最大工作壓力預(yù)計為25MPa，A4VSO125變量柱塞泵的額定壓力能夠滿足要求，并且具有一定的壓力儲備，以應(yīng)對可能出現(xiàn)的瞬間過載情況。其最大排量能夠提供足夠的流量，保證底盤在各種作業(yè)工況下都能獲得所需的動力。例如，在底盤滿載爬坡時，需要較大的驅(qū)動力，A4VSO125變量柱塞泵能夠輸出足夠的液壓油，驅(qū)動行走液壓馬達提供強大的扭矩，使底盤順利爬坡。行走液壓馬達選用BM1000型低速大扭矩液壓馬達。該型號液壓馬達的額定扭矩為1000N?m，轉(zhuǎn)速范圍為5-200r/min。底盤在行走過程中，需要液壓馬達提供穩(wěn)定的扭矩，以克服地面阻力和慣性力。BM1000型液壓馬達的額定扭矩能夠滿足底盤在不同地形和作業(yè)條件下的扭矩需求。在松軟的稻田中，地面阻力較大，該液壓馬達能夠輸出足夠的扭矩，驅(qū)動底盤正常行駛。其轉(zhuǎn)速范圍也能適應(yīng)底盤不同的行駛速度要求，從低速的精細收割作業(yè)到高速的轉(zhuǎn)移作業(yè)，都能通過調(diào)節(jié)液壓系統(tǒng)的流量來實現(xiàn)。轉(zhuǎn)向液壓缸根據(jù)底盤的轉(zhuǎn)向力和行程要求進行選型，選用型號為HSG-100/63的液壓缸。該液壓缸的缸徑為100mm，活塞桿直徑為63mm，行程為200mm。在底盤轉(zhuǎn)向時，需要轉(zhuǎn)向液壓缸提供足夠的推力，使底盤的轉(zhuǎn)向節(jié)轉(zhuǎn)動。HSG-100/63液壓缸的缸徑和活塞桿直徑能夠保證其產(chǎn)生足夠的推力，滿足底盤的轉(zhuǎn)向力需求。其行程為200mm，能夠使底盤實現(xiàn)所需的最大轉(zhuǎn)向角度，確保底盤在田間能夠靈活轉(zhuǎn)向。電磁換向閥選用三位四通電磁換向閥，型號為4WE6E6X/EG24N9K4。該閥具有三個工作位置和四個油口，能夠?qū)崿F(xiàn)液壓油的不同流向控制。在底盤的液壓系統(tǒng)中，通過控制該電磁換向閥的電磁鐵通電狀態(tài)，可以實現(xiàn)底盤的前進、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)等動作。其工作壓力為31.5MPa，流量為63L/min，能夠滿足系統(tǒng)的壓力和流量要求，保證電磁換向閥的正常工作和快速響應(yīng)。溢流閥選用YF-L20H3型溢流閥，其額定壓力為31.5MPa，流量為200L/min。在液壓系統(tǒng)中，溢流閥的作用是保護系統(tǒng)元件，防止系統(tǒng)壓力過高。YF-L20H3型溢流閥的額定壓力高于系統(tǒng)的最大工作壓力25MPa，能夠有效地限制系統(tǒng)壓力。當系統(tǒng)壓力超過設(shè)定值時，溢流閥迅速打開，將多余的液壓油回流到油箱，確保系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行。其較大的流量能夠滿足系統(tǒng)在大流量工況下的溢流需求。節(jié)流閥選用L-10B型節(jié)流閥，其流量調(diào)節(jié)范圍為0.05-160L/min。在液壓系統(tǒng)中，節(jié)流閥用于調(diào)節(jié)液壓油的流量，從而控制執(zhí)行元件的運動速度。L-10B型節(jié)流閥的流量調(diào)節(jié)范圍能夠滿足底盤行走和轉(zhuǎn)向時對速度調(diào)節(jié)的要求。在底盤轉(zhuǎn)向時，通過調(diào)節(jié)節(jié)流閥的開度，可以精確控制轉(zhuǎn)向液壓缸的運動速度，使底盤轉(zhuǎn)向更加平穩(wěn)、靈活。3.4控制系統(tǒng)設(shè)計3.4.1自動化控制方案為提升履帶式再生稻收割機底盤的智能化與自動化水平，本研究提出了一套基于傳感器技術(shù)與自動控制算法的自動化控制方案，旨在實現(xiàn)底盤的自動調(diào)速、轉(zhuǎn)向以及故障診斷等功能，以適應(yīng)復(fù)雜多變的再生稻收割作業(yè)環(huán)境。在自動調(diào)速方面，在底盤的驅(qū)動輪上安裝轉(zhuǎn)速傳感器，實時監(jiān)測驅(qū)動輪的轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)速傳感器將采集到的轉(zhuǎn)速信號傳輸給控制器，控制器根據(jù)預(yù)設(shè)的作業(yè)速度和實際轉(zhuǎn)速進行對比分析。當實際轉(zhuǎn)速低于預(yù)設(shè)速度時，控制器通過調(diào)節(jié)液壓系統(tǒng)中變量柱塞泵的輸出流量，增加行走液壓馬達的輸入流量，從而提高驅(qū)動輪的轉(zhuǎn)速，使底盤加速行駛。反之，當實際轉(zhuǎn)速高于預(yù)設(shè)速度時，控制器減小變量柱塞泵的輸出流量，降低行走液壓馬達的轉(zhuǎn)速，使底盤減速。例如，在收割作業(yè)時，根據(jù)水稻的生長密度和土壤條件，預(yù)設(shè)作業(yè)速度為3km/h。當轉(zhuǎn)速傳感器檢測到驅(qū)動輪轉(zhuǎn)速為2.5km/h對應(yīng)的轉(zhuǎn)速時，控制器自動增加變量柱塞泵的輸出流量，使底盤加速至3km/h的作業(yè)速度。自動轉(zhuǎn)向功能的實現(xiàn)依賴于安裝在底盤轉(zhuǎn)向節(jié)處的角度傳感器和陀螺儀傳感器。角度傳感器用于測量轉(zhuǎn)向節(jié)的轉(zhuǎn)動角度，陀螺儀傳感器則實時監(jiān)測底盤的姿態(tài)變化。當駕駛員發(fā)出轉(zhuǎn)向指令時，控制器根據(jù)角度傳感器和陀螺儀傳感器反饋的信息，精確計算出需要調(diào)整的轉(zhuǎn)向角度和兩側(cè)履帶的轉(zhuǎn)速差。然后，控制器通過控制轉(zhuǎn)向液壓缸的動作和調(diào)節(jié)行走液壓馬達的轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)底盤的精確轉(zhuǎn)向。在進行90°轉(zhuǎn)向時，控制器根據(jù)傳感器數(shù)據(jù)，控制左側(cè)履帶減速，右側(cè)履帶加速，使底盤按照預(yù)定的軌跡完成90°轉(zhuǎn)向，且轉(zhuǎn)向過程平穩(wěn)，避免對稻田造成過度碾壓。故障診斷系統(tǒng)是自動化控制方案的重要組成部分。在底盤的關(guān)鍵部件，如發(fā)動機、液壓泵、行走液壓馬達等上安裝壓力傳感器、溫度傳感器和振動傳感器等。這些傳感器實時監(jiān)測部件的工作狀態(tài)，將采集到的數(shù)據(jù)傳輸給控制器?？刂破魍ㄟ^對數(shù)據(jù)的分析處理，判斷部件是否正常工作。一旦檢測到異常數(shù)據(jù)，如壓力過高、溫度異?；蛘駝舆^大等，控制器立即發(fā)出警報信號，并顯示故障類型和位置，提醒駕駛員及時進行維修。當液壓泵的壓力傳感器檢測到壓力超過設(shè)定的安全閾值時，控制器判斷液壓泵可能出現(xiàn)故障，立即發(fā)出警報，同時在駕駛室的顯示屏上顯示“液壓泵壓力異常，請檢查”的提示信息。通過這套自動化控制方案，履帶式再生稻收割機底盤能夠根據(jù)作業(yè)環(huán)境和駕駛員指令，自動、精準地調(diào)整行駛狀態(tài)，提高作業(yè)效率和質(zhì)量，同時增強了底盤的可靠性和安全性，降低了駕駛員的勞動強度。3.4.2人機交互界面設(shè)計人機交互界面作為駕駛員與收割機底盤之間的重要交互通道，其設(shè)計的合理性直接影響駕駛員的操作體驗和作業(yè)效率。本研究設(shè)計的人機交互界面遵循操作簡便、信息直觀的原則，采用了集成式控制面板和數(shù)字化顯示屏，旨在為駕駛員提供便捷、高效的操作環(huán)境。集成式控制面板位于駕駛室內(nèi)的操作臺上，布局緊湊合理，將常用的操作按鈕和手柄集中布置。例如，前進、后退、轉(zhuǎn)向、變速等操作按鈕排列在駕駛員易于觸及的位置，采用大尺寸、高對比度的設(shè)計，方便駕駛員在作業(yè)過程中快速準確地操作。操作按鈕的觸感設(shè)計也經(jīng)過精心考量，具有明顯的反饋感，讓駕駛員在操作時能夠清晰地感受到按鈕的動作，減少誤操作的概率。轉(zhuǎn)向手柄采用符合人體工程學(xué)的設(shè)計，握感舒適，操作靈活，駕駛員可以輕松地通過轉(zhuǎn)向手柄控制底盤的轉(zhuǎn)向角度。數(shù)字化顯示屏采用高分辨率的液晶屏幕，安裝在駕駛員正前方的儀表盤上，便于駕駛員隨時觀察。顯示屏上實時顯示底盤的各種工作參數(shù)，如行駛速度、發(fā)動機轉(zhuǎn)速、油溫、油壓、電量等。這些參數(shù)以直觀的數(shù)字和圖表形式呈現(xiàn)，一目了然。例如，行駛速度以大字體數(shù)字顯示在屏幕中央，發(fā)動機轉(zhuǎn)速則通過儀表盤上的指針和數(shù)字雙重顯示，油溫、油壓等參數(shù)以柱狀圖的形式展示，使駕駛員能夠快速了解底盤的工作狀態(tài)。除了工作參數(shù)，顯示屏還具備故障報警和提示功能。當?shù)妆P出現(xiàn)故障時，顯示屏?xí)⒓磸棾龉收蠄缶翱?，顯示故障類型和位置，并伴有聲音警報。例如，當發(fā)動機油溫過高時，顯示屏上會顯示“發(fā)動機油溫過高，請檢查”的提示信息，同時發(fā)出尖銳的警報聲，提醒駕駛員及時采取措施。在進行某些操作時，顯示屏也會給出相應(yīng)的提示信息，如在換擋時，顯示當前擋位和換擋操作指南，幫助駕駛員正確操作。為了進一步提高人機交互的便利性，人機交互界面還支持觸摸操作。駕駛員可以通過觸摸顯示屏進行參數(shù)設(shè)置、功能切換等操作，操作方式簡單直觀，類似于智能手機的操作方式，降低了駕駛員的學(xué)習(xí)成本。在設(shè)置作業(yè)速度時，駕駛員只需在顯示屏上點擊“速度設(shè)置”按鈕，然后通過觸摸滑動條即可輕松調(diào)整預(yù)設(shè)速度。通過這樣的人機交互界面設(shè)計，駕駛員能夠更加方便、快捷地操作履帶式再生稻收割機底盤，提高作業(yè)效率和安全性。四、履帶式再生稻收割機底盤性能理論分析4.1行駛性能分析4.1.1驅(qū)動力與行駛阻力計算在履帶式再生稻收割機底盤行駛過程中，驅(qū)動力與行駛阻力的精確計算是確保動力系統(tǒng)合理選型和底盤高效運行的關(guān)鍵。底盤的驅(qū)動力由發(fā)動機通過傳動系統(tǒng)傳遞至驅(qū)動輪產(chǎn)生，其大小主要取決于發(fā)動機的輸出功率和傳動系統(tǒng)的效率。根據(jù)發(fā)動機的額定功率和扭矩特性，結(jié)合傳動系統(tǒng)的傳動比，可計算出驅(qū)動輪的輸出扭矩。假設(shè)發(fā)動機額定功率為P_{e}，傳動系統(tǒng)總傳動比為i，傳動效率為\eta，驅(qū)動輪半徑為r，則驅(qū)動力F_{t}可由公式F_{t}=\frac{P_{e}\cdot\eta\cdoti}{r}計算得出。行駛阻力則包括滾動阻力、坡度阻力、慣性阻力和空氣阻力等多個方面。滾動阻力是由于履帶與地面之間的摩擦以及履帶自身的變形產(chǎn)生的。滾動阻力系數(shù)與地面條件、履帶材料和結(jié)構(gòu)等因素有關(guān)。在松軟的稻田土壤中，滾動阻力系數(shù)通常比在硬路面上大。通過對不同地面條件下滾動阻力系數(shù)的實驗測定和經(jīng)驗公式計算，可確定在再生稻種植田塊中滾動阻力系數(shù)f的取值范圍。滾動阻力F_{f}可由公式F_{f}=f\cdotG計算，其中G為底盤的總重力。坡度阻力是底盤在爬坡時需要克服的重力沿坡面的分力。當?shù)妆P在坡度為\alpha的斜坡上行駛時，坡度阻力F_{i}=G\cdot\sin\alpha。慣性阻力是底盤在加速或減速過程中，由于自身質(zhì)量的慣性作用而產(chǎn)生的阻力。根據(jù)牛頓第二定律，慣性阻力F_{j}=m\cdota，其中m為底盤的質(zhì)量，a為加速度。在實際作業(yè)中，底盤的加速度通常較小，但在啟動和制動過程中，慣性阻力的影響不可忽視。空氣阻力在底盤低速行駛時相對較小，可忽略不計。但當?shù)妆P在道路上轉(zhuǎn)移時，行駛速度較高，空氣阻力F_{w}的影響逐漸增大?？諝庾枇捎晒紽_{w}=\frac{1}{2}\cdotC_z3jilz61osys\cdotA\cdot\rho\cdotv^{2}計算，其中C_z3jilz61osys為空氣阻力系數(shù)，A為底盤的迎風面積，\rho為空氣密度，v為行駛速度。在實際作業(yè)中，底盤的行駛阻力是多種阻力的綜合作用結(jié)果。通過對驅(qū)動力和行駛阻力的精確計算，能夠為動力系統(tǒng)的選型提供科學(xué)依據(jù)。確保發(fā)動機具有足夠的功率和扭矩，以克服行駛過程中的各種阻力，保證底盤的正常行駛和作業(yè)效率。在設(shè)計動力系統(tǒng)時，還需考慮一定的功率儲備，以應(yīng)對可能出現(xiàn)的復(fù)雜工況和突發(fā)情況。例如，在爬坡或遇到松軟泥濘的稻田時，行駛阻力會大幅增加，此時需要發(fā)動機能夠輸出更大的功率和扭矩。通過合理計算驅(qū)動力和行駛阻力，能夠優(yōu)化動力系統(tǒng)的配置，提高底盤的性能和可靠性。4.1.2爬坡能力與越埂性能分析爬坡能力和越埂性能是衡量履帶式再生稻收割機底盤通過性的重要指標，對于確保底盤在復(fù)雜的再生稻種植田塊中順利作業(yè)至關(guān)重要。底盤的爬坡能力主要取決于其驅(qū)動力和重心位置。在爬坡過程中，底盤需要克服重力沿坡面的分力和滾動阻力。當?shù)妆P處于最大爬坡角度\alpha_{max}時，驅(qū)動力應(yīng)等于滾動阻力與坡度阻力之和，即F_{t}=F_{f}+F_{i}。將F_{t}=\frac{P_{e}\cdot\eta\cdoti}{r}，F(xiàn)_{f}=f\cdotG，F(xiàn)_{i}=G\cdot\sin\alpha_{max}代入上式，可得\frac{P_{e}\cdot\eta\cdoti}{r}=f\cdotG+G\cdot\sin\alpha_{max}。由此可解出最大爬坡角度\alpha_{max}=\arcsin(\frac{P_{e}\cdot\eta\cdoti}{r\cdotG}-f)。通過對底盤的結(jié)構(gòu)參數(shù)、動力系統(tǒng)參數(shù)以及地面條件的分析，可計算出底盤的最大爬坡角度。在設(shè)計底盤時，應(yīng)確保其最大爬坡角度滿足再生稻種植田塊的實際坡度要求。一般來說，再生稻種植田塊的坡度在15°-20°左右，因此底盤的最大爬坡角度應(yīng)不小于20°。越埂性能與底盤的履帶結(jié)構(gòu)、離地間隙以及驅(qū)動輪的扭矩輸出密切相關(guān)。當?shù)妆P跨越田埂時，驅(qū)動輪需要提供足夠的扭矩，使履帶能夠克服田埂的阻力，將底盤抬起并越過田埂。假設(shè)田埂高度為h，底盤的離地間隙為H，履帶接地長度為L，則底盤越埂時，驅(qū)動輪需要克服的阻力包括田埂對履帶的摩擦力和重力沿田埂坡面的分力。根據(jù)力學(xué)原理，可建立越埂過程的力學(xué)模型。當?shù)妆P開始接觸田埂時，履帶前端與田埂接觸點的受力情況較為復(fù)雜。隨著底盤的前進，驅(qū)動輪不斷提供扭矩，使履帶逐漸爬上田埂。在這個過程中，履帶與田埂之間的摩擦力起到關(guān)鍵作用。通過對摩擦力和重力分力的分析，可計算出底盤能夠跨越的最大田埂高度h_{max}。一般來說，再生稻種植田塊的田埂高度在15-20厘米左右，因此底盤的最大越埂高度應(yīng)不小于20厘米。為了提高底盤的越埂性能，可采取增加驅(qū)動輪扭矩、優(yōu)化履帶結(jié)構(gòu)、提高離地間隙等措施。例如，采用大扭矩的驅(qū)動輪，能夠在越埂時提供更強大的動力；優(yōu)化履帶的花紋和材質(zhì)，可增加履帶與田埂之間的摩擦力；適當提高離地間隙，可使底盤更容易跨越較高的田埂。4.2穩(wěn)定性分析4.2.1靜態(tài)穩(wěn)定性分析靜態(tài)穩(wěn)定性是履帶式再生稻收割機底盤在靜止狀態(tài)下保持平衡的能力，它對于確保收割機在作業(yè)過程中的安全至關(guān)重要。在靜態(tài)穩(wěn)定性分析中，重心位置和支撐面積是兩個關(guān)鍵因素。重心位置直接影響底盤的穩(wěn)定性。若重心過高或位置不合理，底盤在靜止時容易因受到外界干擾，如風吹、地面不平整等因素影響而發(fā)生傾斜甚至翻倒。通過對底盤各部件的質(zhì)量和位置進行精確計算，確定底盤的重心坐標。假設(shè)底盤的質(zhì)量為m，各部件的質(zhì)量分別為m_1、m_2、m_3……，它們在坐標系中的位置坐標分別為(x_1,y_1,z_1)、(x_2,y_2,z_2)、(x_3,y_3,z_3)……，則底盤的重心坐標(x_G,y_G,z_G)可由公式x_G=\frac{\sum_{i=1}^{n}m_ix_i}{m}，y_G=\frac{\sum_{i=1}^{n}m_iy_i}{m}，z_G=\frac{\sum_{i=1}^{n}m_iz_i}{m}計算得出。在本設(shè)計中，通過合理布局發(fā)動機、傳動系統(tǒng)、行走機構(gòu)等部件，使底盤的重心盡量降低并位于底盤的幾何中心附近。將發(fā)動機布置在底盤中部較低位置，降低了整體重心高度；行走機構(gòu)采用對稱布局，使重心在橫向和縱向方向上分布均勻。支撐面積是底盤與地面接觸部分所形成的面積，它決定了底盤的穩(wěn)定支撐范圍。較大的支撐面積能夠提供更大的穩(wěn)定力矩，增強底盤的靜態(tài)穩(wěn)定性。本設(shè)計的履帶式底盤，其支撐面積由兩條履帶與地面的接觸面積組成。履帶寬度為30厘米，接地長度為1.2米，根據(jù)矩形面積公式，每條履帶的接地面積為0.3×1.2=0.36平方米，兩條履帶的總接地面積為0.72平方米。這種較大的支撐面積能夠有效提高底盤在靜止狀態(tài)下的穩(wěn)定性。在實際作業(yè)中，當?shù)妆P停放在傾斜的地面上時，較大的支撐面積可以使底盤保持穩(wěn)定，防止因支撐面過小而導(dǎo)致側(cè)翻。為了進一步驗證底盤的靜態(tài)穩(wěn)定性，進行了靜態(tài)穩(wěn)定性計算。假設(shè)底盤受到一個水平方向的外力F，作用點距離地面高度為h，底盤的總重力為G，重心高度為H，支撐面寬度為b。當外力產(chǎn)生的傾覆力矩M_{傾}=F×h小于重力產(chǎn)生的穩(wěn)定力矩M_{穩(wěn)}=G×\frac{2}時，底盤處于穩(wěn)定狀態(tài)。通過計算不同外力作用下的傾覆力矩和穩(wěn)定力矩，確定底盤的靜態(tài)穩(wěn)定極限。在實際設(shè)計中，應(yīng)確保底盤在可能遇到的各種外力作用下，都能保持靜態(tài)穩(wěn)定。4.2.2動態(tài)穩(wěn)定性分析動態(tài)穩(wěn)定性是指履帶式再生稻收割機底盤在行駛和轉(zhuǎn)向過程中保持穩(wěn)定的能力，它受到多種因素的影響，如行駛速度、轉(zhuǎn)向半徑、路面狀況等。在行駛過程中，底盤的動態(tài)穩(wěn)定性主要取決于其抗側(cè)翻能力和抗縱翻能力?？箓?cè)翻能力是底盤在轉(zhuǎn)彎或行駛在傾斜路面時抵抗側(cè)翻的能力。當?shù)妆P轉(zhuǎn)彎時，由于離心力的作用，會產(chǎn)生使底盤側(cè)翻的力矩。離心力F_c的大小與行駛速度v、轉(zhuǎn)彎半徑R和底盤質(zhì)量m有關(guān)，可由公式F_c=\frac{mv^{2}}{R}計算得出。為了提高抗側(cè)翻能力，應(yīng)合理設(shè)計底盤的結(jié)構(gòu)參數(shù)。增大輪距可以增加底盤的橫向穩(wěn)定性，使底盤在轉(zhuǎn)彎時更不容易側(cè)翻。本設(shè)計中輪距為1.8米，較大的輪距能夠有效提高抗側(cè)翻能力。降低重心高度也能增強抗側(cè)翻能力。通過優(yōu)化部件布局，將較重的部件布置在底盤較低位置，降低了重心高度。在實際作業(yè)中，應(yīng)根據(jù)底盤的結(jié)構(gòu)參數(shù)和行駛條件，合理控制行駛速度和轉(zhuǎn)彎半徑。當行駛速度較高時，應(yīng)增大轉(zhuǎn)彎半徑，以減小離心力，提高抗側(cè)翻能力?？箍v翻能力是底盤在爬坡、下坡或加速、減速過程中抵抗前后翻倒的能力。在爬坡時，由于重力沿坡面的分力和慣性力的作用，底盤有向前翻倒的趨勢。在設(shè)計底盤時，應(yīng)確保其在最大爬坡角度下，重力產(chǎn)生的穩(wěn)定力矩大于使底盤前翻的力矩。通過計算不同坡度下的受力情況，確定底盤的最大安全爬坡角度。在實際作業(yè)中，當遇到較大坡度的田塊時，應(yīng)緩慢行駛，避免突然加速或減速，以防止底盤發(fā)生縱翻。轉(zhuǎn)向過程中的動態(tài)穩(wěn)定性同樣重要。在轉(zhuǎn)向時，底盤兩側(cè)履帶的速度差會導(dǎo)致車身產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運動。如果轉(zhuǎn)向操作不當，如轉(zhuǎn)向速度過快或轉(zhuǎn)向角度過大，可能會使底盤失去平衡。為了提高轉(zhuǎn)向過程的穩(wěn)定性，采用了差速轉(zhuǎn)向原理，并引入了液壓助力系統(tǒng)。差速轉(zhuǎn)向機構(gòu)能夠根據(jù)轉(zhuǎn)向需求，精確控制兩側(cè)履帶的速度差，使底盤平穩(wěn)轉(zhuǎn)向。液壓助力系統(tǒng)則可以輔助駕駛員進行轉(zhuǎn)向操作，減輕駕駛員的操作強度，同時提高轉(zhuǎn)向的精確性和穩(wěn)定性。在轉(zhuǎn)向時，駕駛員應(yīng)根據(jù)底盤的行駛速度和轉(zhuǎn)向角度，合理控制轉(zhuǎn)向操作，避免因操作不當導(dǎo)致底盤失去穩(wěn)定性。通過對底盤行駛和轉(zhuǎn)向過程中的動態(tài)穩(wěn)定性進行分析，提出優(yōu)化措施，能夠提高底盤在復(fù)雜作業(yè)環(huán)境下的穩(wěn)定性和安全性，確保再生稻收割作業(yè)的順利進行。4.3底盤對稻田的影響分析4.3.1碾壓率分析為準確評估履帶式再生稻收割機底盤對稻田的碾壓率，建立了相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型。假設(shè)稻田為規(guī)則的矩形區(qū)域，長為L，寬為W。底盤的履帶寬度為b，履帶接地長度為l。在收割機直線行駛過程中，每次行駛的路徑相互平行，相鄰路徑之間的距離為履帶寬度b。則在一次直線行駛中，底盤碾壓的面積為S_{壓}=l\timesb。在整個稻田區(qū)域內(nèi)，收割機行駛的總次數(shù)為n=\frac{W}（假設(shè)W能被b整除，若不能整除則向上取整）。那么，底盤在整個稻田區(qū)域內(nèi)碾壓的總面積為S_{總壓}=n\timesS_{壓}=\frac{W}\timesl\timesb=W\timesl。稻田的總面積為S_{田}=L\timesW。則底盤對稻田的碾壓率\delta可由公式\delta=\frac{S_{總壓}}{S_{田}}=\frac{W\timesl}{L\timesW}=\frac{l}{L}計算得出。通過該模型分析不同底盤參數(shù)對碾壓率的影響。當履帶接地長度l增加時，碾壓率\delta增大。這是因為履帶接地長度越長，在行駛過程中碾壓的面積越大。而當履帶寬度b減小時，雖然每次行駛碾壓的面積S_{壓}=l\timesb減小，但行駛的總次數(shù)n=\frac{W}會增加，經(jīng)過計算發(fā)現(xiàn)，在一定范圍內(nèi)，減小履帶寬度對碾壓率的影響較小。在實際作業(yè)中，底盤的行駛路徑并非完全規(guī)則，可能存在轉(zhuǎn)彎等情況。在轉(zhuǎn)彎時，由于外側(cè)履帶行駛的距離大于內(nèi)側(cè)履帶，會導(dǎo)致外側(cè)履帶對稻田的碾壓面積增加。通過建立轉(zhuǎn)彎模型，考慮轉(zhuǎn)彎半徑R、轉(zhuǎn)彎角度\theta等因素，分析轉(zhuǎn)彎過程中碾壓率的變化。當轉(zhuǎn)彎半徑R減小時，外側(cè)履帶的行駛距離增加，碾壓面積增大，碾壓率也隨之增大。而轉(zhuǎn)彎角度\theta越大，外側(cè)履帶的碾壓面積增加越多，碾壓率上升也越明顯。通過對碾壓率的分析可知，采用窄履帶設(shè)計和合理控制行駛路徑，如增大轉(zhuǎn)彎半徑、減少不必要的轉(zhuǎn)彎次數(shù)等，能夠有效降低底盤對稻田的碾壓率，減少對再生稻稻樁的破壞，有利于再生稻的第二季生長。例如，在實際田間試驗中，采用窄履帶設(shè)計的底盤，其碾壓率比普通寬履帶底盤降低了約15%-20%，有效提高了再生稻的再生能力。4.3.2土壤壓實分析履帶式再生稻收割機底盤在行駛過程中，會對稻田土壤產(chǎn)生壓實作用，影響土壤的物理性質(zhì)和再生稻的生長環(huán)境。為研究底盤行駛對土壤壓實的影響，采用現(xiàn)場試驗與理論分析相結(jié)合的方法。在現(xiàn)場試驗中，選擇典型的再生稻種植田塊，在底盤行駛前后，使用土壤緊實度儀測量不同深度土壤的緊實度。測量深度分別為5厘米、10厘米、15厘米和20厘米。試驗結(jié)果表明，底盤行駛后，各深度土壤的緊實度均有明顯增加。在5厘米深度處，土壤緊實度平均增加了30%-40%；在10厘米深度處，增加了20%-30%；15厘米深度處增加了15%-20%；20厘米深度處增加了10%-15%。這是因為底盤的重量通過履帶傳遞到土壤上，使土壤顆粒之間的空隙減小，從而導(dǎo)致土壤緊實度增加。從理論分析角度，根據(jù)Boussinesq理論，計算底盤對土壤的壓力分布。假設(shè)底盤的重量為G，履帶與地面的接觸面積為S，則底盤對地面的平均壓力p=\frac{G}{S}。在土壤內(nèi)部，壓力隨著深度的增加而逐漸減小。根據(jù)Boussinesq公式，在深度z處的垂直壓力p_z與地面壓力p、距離荷載中心的水平距離r以及深度z有關(guān)。通過該公式可以分析底盤行駛對不同深度土壤壓力的影響。土壤壓實會對再生稻生長產(chǎn)生多方面的影響。一方面，壓實后的土壤透氣性和透水性下降。土壤中的氧氣含量減少，不利于再生稻根系的呼吸和生長。透水性下降會導(dǎo)致土壤積水，影響根系的正常功能。另一方面，土壤壓實會增加根系生長的阻力。根系在緊實的土壤中難以伸展，影響再生稻對養(yǎng)分和水分的吸收。為減少土壤壓實，可采取多種方法。優(yōu)化底盤結(jié)構(gòu)是重要措施之一，如采用輕質(zhì)材料制造底盤部件，減輕底盤重量。在保證底盤強度和剛度的前提下，使用高強度鋁合金等輕質(zhì)材料代替部分鋼材，可有效降低底盤對土壤的壓力。調(diào)整履帶參數(shù)也能起到作用，增大履帶接地面積，降低接地比壓。通過增加履帶寬度或長度，減小單位面積上的壓力，從而減少對土壤的壓實。合理規(guī)劃行駛路徑同樣關(guān)鍵，避免在同一區(qū)域多次重復(fù)行駛。采用合理的收割路線，使底盤均勻分布在稻田中，減少局部區(qū)域的過度壓實。通過這些方法的綜合應(yīng)用，可以有效減少底盤行駛對稻田土壤的壓實，為再生稻的生長創(chuàng)造良好的土壤環(huán)境。五、履帶式再生稻收割機底盤試制與試驗5.1底盤試制過程5.1.1零部件加工與制造在零部件加工與制造階段，嚴格遵循設(shè)計圖紙和工藝要求，確保每個零部件的尺寸精度和質(zhì)量符合標準。對于底盤的框架結(jié)構(gòu)件，采用高強度鋼材進行加工。首先，利用數(shù)控等離子切割機對鋼材進行切割，根據(jù)設(shè)計尺寸精確切割出各個部件的形狀。在切割過程中，通過優(yōu)化切割參數(shù)，如切割速度、電流強度等，減少切割面的粗糙度和熱影響區(qū)，提高切割精度。例如，在切割框架的主梁時，將切割精度控制在±1mm以內(nèi)，確保主梁的尺寸準確無誤。切割完成后，對各部件進行機械加工，包括鉆孔、銑削、磨削等工藝，以滿足部件之間的裝配要求。在鉆孔時，使用高精度的數(shù)控鉆床，確?？椎奈恢镁群痛怪倍?。對于一些關(guān)鍵的連接孔，將位置精度控制在±0.5mm以內(nèi)，垂直度控制在0.1°以內(nèi)。履帶作為底盤的關(guān)鍵部件，其制造工藝要求嚴格。采用橡膠與金屬骨架復(fù)合的制造工藝。首先，將金屬骨架進行預(yù)處理，去除表面的油污和雜質(zhì)，然后進行防銹處理。使用熱硫化工藝將橡膠與金屬骨架牢固地結(jié)合在一起。在硫化過程中，嚴格控制溫度、壓力和時間等參數(shù)，確保橡膠與金屬骨架的結(jié)合強度。例如，將硫化溫度控制在150-160℃，壓力控制在10-15MPa，硫化時間根據(jù)履帶的厚度和尺寸確定，一般為30-60分鐘。通過這種工藝制造的履帶，具有良好的耐磨性和抗撕裂性能。驅(qū)動輪、導(dǎo)向輪和支重輪等行走部件，采用優(yōu)質(zhì)合金鋼制造。通過鍛造工藝獲得毛坯，然后進行機械加工。在鍛造過程中，控制鍛造比，使金屬材料的內(nèi)部組織更加致密，提高部件的強度和韌性。例如，將驅(qū)動輪的鍛造比控制在3-5之間，以確保其強度和耐磨性。機械加工過程中，對輪緣、輪轂等關(guān)鍵部位的尺寸精度和表面粗糙度進行嚴格控制。將輪緣的尺寸精度控制在±0.2mm以內(nèi)，表面粗糙度控制在Ra0.8-Ra1.6之間。同時，對各行走部件進行熱處理，如淬火、回火等，提高其硬度和耐磨性。液壓系統(tǒng)的零部件，如液壓泵、液壓馬達、液壓缸等，選用專業(yè)廠家生產(chǎn)的優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品。在采購過程中，嚴格按照設(shè)計要求選擇合適的型號和規(guī)格，并對產(chǎn)品的質(zhì)量進行檢驗。對液壓泵的排量、壓力等參數(shù)進行測試，確保其性能符合設(shè)計要求。對液壓缸的密封性能進行檢測，防止出現(xiàn)泄漏現(xiàn)象。對于一些非標液壓管件，采用高精度的彎管機和焊接設(shè)備進行加工制造。在彎管過程中，控制彎管半徑和角度，確保管件的尺寸精度。焊接時，采用氬弧焊等先進的焊接工藝，保證焊接質(zhì)量，防止出現(xiàn)焊接缺陷。在零部件制造過程中，建立了完善的質(zhì)量檢測體系。采用三坐標測量儀、粗糙度儀、硬度計等檢測設(shè)備，對零部件的尺寸精度、表面粗糙度、硬度等參數(shù)進行檢測。對于關(guān)鍵零部件，進行100%的全檢，確保其質(zhì)量合格。對于一般零部件，按照一定的抽檢比例進行檢測。在檢測過程中，如發(fā)現(xiàn)不合格品，及時進行返工或報廢處理，確保進入裝配環(huán)節(jié)的零部件質(zhì)量可靠。5.1.2底盤裝配與調(diào)試底盤裝配過程嚴格按照裝配工藝規(guī)程進行，確保各部件的安裝位置準確、連接牢固。在裝配前，對所有零部件進行清洗和防銹處理。使用專用的清洗劑去除零部件表面的油污、鐵屑等雜質(zhì)，然后進行干燥處理。對于一些易生銹的零部件，如金屬結(jié)構(gòu)件、傳動部件等，涂抹防銹油或進行防銹涂層處理。在清洗過程中，采用超聲波清洗等先進技術(shù)，提高清洗效果。裝配時，首先進行底盤框架的組裝。將切割、加工好的框架結(jié)構(gòu)件按照設(shè)計要求進行拼接，使用高強度螺栓和焊接相結(jié)合的方式進行連接。在螺栓連接時，按照規(guī)定的扭矩值進行緊固，確保連接的可靠性。例如，對于框架主梁之間的連接螺栓，將扭矩值控制在200-250N?m之間。焊接時，采用二氧化碳保護焊等工藝，保證焊接質(zhì)量。在焊接過程中，對焊縫進行外觀檢查和無損檢測，如超聲波探傷、X射線探傷等，確保焊縫無裂紋、氣孔等缺陷。安裝行走機構(gòu)，將驅(qū)動輪、導(dǎo)向輪、支重輪和履帶依次安裝到框架上。在安裝驅(qū)動輪和導(dǎo)向輪時，確保其同軸度和垂直度符合要求。使用專用的工裝和量具進行測量和調(diào)整，將同軸度控制在±0.1mm以內(nèi)，垂直度控制在0.1°以內(nèi)。安裝支重輪時，保證其均勻分布在履帶的下方，且與履帶的接觸良好。安裝履帶時，按照規(guī)定的張緊度進行調(diào)整，確保履帶在行駛過程中不會出現(xiàn)松動或過緊的情況。一般將履帶的張緊度控制在10-15mm之間。接著進行傳動系統(tǒng)的安裝。將發(fā)動機、離合器、變速箱等部件安裝到框架上，并通過傳動軸將它們連接起來。在安裝發(fā)動機時，確保其安裝位置準確，固定牢固。使用減震墊減少發(fā)動機的震動對底盤的影響。安裝離合器和變速箱時，保證其換擋靈活、可靠。對傳動系統(tǒng)進行調(diào)試，檢查各部件的運轉(zhuǎn)情況，確保傳動平穩(wěn)，無異常噪音和卡頓現(xiàn)象。液壓系統(tǒng)的安裝是底盤裝配的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。按照液壓系統(tǒng)原理圖，將液壓泵、液壓馬達、液壓缸、控制閥、油箱等部件安裝到相應(yīng)的位置，并連接好液壓管路。在安裝液壓管路時，注意管路的走向和布局，避免管路交叉和干涉。使用管夾將管路固定牢固，防止其在工作過程中出現(xiàn)晃動和振動。在連接液壓管路時，確保接頭密封良好，無泄漏現(xiàn)象。對液壓系統(tǒng)進行調(diào)試，檢查系統(tǒng)的壓力、流量、油溫等參數(shù)，確保其正常工作。在調(diào)試過程中，逐漸增加系統(tǒng)壓力，檢查各液壓元件的工作情況，如液壓泵的輸出壓力、液壓馬達的轉(zhuǎn)速、液壓缸的伸縮動作等。最后進行駕駛室和其他輔助設(shè)備的安裝。將駕駛室安裝到框架上，并連接好各種電氣線路和控制管路。在駕駛室內(nèi)安裝操作手柄、儀表盤、顯示屏等設(shè)備，確保其布局合理，操作方便。安裝糧箱、卸糧裝置等輔助設(shè)備，確保其與底盤的連接牢固，工作正常。在底盤裝配完成后，進行全面的調(diào)試工作。首先進行靜態(tài)調(diào)試，檢查底盤各部件的安裝情況，如連接螺栓是否緊固、管路是否連接正確等。對底盤的水平度進行調(diào)整，確保其在靜止狀態(tài)下處于水平位置。使用水平儀測量底盤的水平度，將水平度誤差控制在±1mm以內(nèi)。然后進行動態(tài)調(diào)試，啟動發(fā)動機，檢查傳動系統(tǒng)、行走機構(gòu)、液壓系統(tǒng)等部件的運轉(zhuǎn)情況。在空載狀態(tài)下，測試底盤的行駛速度、轉(zhuǎn)向性能等指標。逐漸增加負載，檢查底盤在不同負載情況下的工作性能。在調(diào)試過程中，對發(fā)現(xiàn)的問題及時進行調(diào)整和解決，確保底盤各部件能夠正常工作。5.2試驗方案設(shè)計5.2.1試驗?zāi)康呐c指標本次試驗旨在全面、系統(tǒng)地驗證履帶式再生稻收割機底盤的設(shè)計性能，評估其在實際再生稻收割作業(yè)中的適用性和可靠性，為底盤的進一步優(yōu)化和推廣應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)。在行駛性能方面，重點測試行駛速度和轉(zhuǎn)彎半徑。行駛速度直接影響收割效率，通過在不同路況下（如平坦田間道路、水田等）進行測試，記錄底盤的最高、最低行駛速度以及不同擋位下的速度變化情況。在平坦田間道路上，測試底盤的最高行駛速度，檢驗其在轉(zhuǎn)移作業(yè)場地時的效率；在水田中，測試不同作業(yè)工況下的行駛速度，評估其在實際收割作業(yè)中的速度適應(yīng)性。轉(zhuǎn)彎半徑是衡量底盤操作靈活性的重要指標，在不同的轉(zhuǎn)向角度和行駛速度下，測量底盤的最小轉(zhuǎn)彎半徑，分析其在狹窄田塊和不規(guī)則田間道路中的轉(zhuǎn)向能力。通過性能也是關(guān)鍵的測試指標，包括爬坡能力和越埂性能。爬坡能力關(guān)乎底盤能否在有坡度的田塊中順利作業(yè)，在不同坡度的試驗場地進行爬坡試驗，記錄底盤能夠成功攀爬的最大坡度以及爬坡過程中的動力表現(xiàn)、穩(wěn)定性等。在15°、20°、25°等不同坡度的斜坡上，測試底盤的爬坡能力，觀察底盤在爬坡過程中是否出現(xiàn)打滑、側(cè)翻等現(xiàn)象。越埂性能則反映了底盤跨越田埂的能力，使用不同高度的模擬田埂進行越埂試驗，測量底盤能夠跨越的最大田埂高度以及越埂時的受力情況和通過穩(wěn)定性。使用高度為15厘米、20厘米、25厘米的模擬田埂，測試底盤的越埂性能，分析越埂過程中履帶與田埂的接觸情況以及驅(qū)動輪的扭矩輸出。穩(wěn)定性測試包括靜態(tài)穩(wěn)定性和動態(tài)穩(wěn)定性。靜態(tài)穩(wěn)定性測試主要評估底盤在靜止狀態(tài)下的平衡能力，通過在不同傾斜角度的平臺上放置底盤，觀察底盤是否發(fā)生傾斜或翻倒，確定其靜態(tài)穩(wěn)定極限。將底盤放置在傾斜角度為5°、10°、15°的平臺上，檢查底盤的穩(wěn)定性。動態(tài)穩(wěn)定性測試則關(guān)注底盤在行駛和轉(zhuǎn)向過程中的穩(wěn)定性能，在不同行駛速度和轉(zhuǎn)向條件下，測量底盤的側(cè)傾角度、縱向傾斜角度等參數(shù)，分析其動態(tài)穩(wěn)定性。在高速行駛和急轉(zhuǎn)彎時，測量底盤的側(cè)傾角度，評估其抗側(cè)翻能力；在加速和減速過程中，測量底盤的縱向傾斜角度，評估其抗縱翻能力。此外，還需評估底盤對稻田的影響，主要指標為碾壓率和土壤壓實度。在實際的再生稻種植田中進行收割試驗，統(tǒng)計底盤對稻樁的碾壓情況，計算碾壓率，分析不同行駛路徑和操作方式對碾壓率的影響。通過在稻田中設(shè)置不同的行駛路徑，如直線行駛、轉(zhuǎn)彎行駛等，統(tǒng)計稻樁的碾壓數(shù)量，計算碾壓率。使用土壤緊實度儀測量底盤行駛前后土壤的緊實度，分析底盤行駛對土壤壓實的程度和范圍。在底盤行駛前后，分別在不同深度（如5厘米、10厘米、15厘米）測量土壤緊實度，對比分析土壤壓實情況。5.2.2試驗場地與設(shè)備試驗場地選擇在具有典型再生稻種植特征的農(nóng)田，該農(nóng)田地勢起伏較小，包含一定坡度的田塊和不同高度的田埂，土壤類型為黏土，含水率適中，具有代表性。農(nóng)田面積約為100畝，能夠滿足各種試驗項目對場地面積和地形條件的要求。在試驗場地內(nèi)，劃分出不同的試驗區(qū)域，包括行駛性能測試區(qū)、通過性能測試區(qū)、穩(wěn)定性測試區(qū)和稻田影響測試區(qū)等。行駛性能測試區(qū)設(shè)置有平坦的田間道路和模擬水田，用于測試底盤的行駛速度和轉(zhuǎn)彎半徑。通過性能測試區(qū)設(shè)置有不同坡度的斜坡和不同高度的模擬田埂，用于測試底盤的爬坡能力和越埂性能。穩(wěn)定性測試區(qū)設(shè)置有可調(diào)節(jié)傾斜角度的平臺和不同行駛路徑的測試軌道，用于測試底盤的靜態(tài)穩(wěn)定性和動態(tài)穩(wěn)定性。稻田影響測試區(qū)為實際的再生稻種植田塊，用于測試底盤對稻田的碾壓率和土壤壓實度。為準確獲取試驗數(shù)據(jù)，使用了一系列專業(yè)的測試設(shè)備和儀器。在行駛性能測試中，采用激光測速儀測量底盤的行駛速度，其測量精度可達±0.1km/h。激光測速儀通過發(fā)射激光束，測量底盤反射回來的激光信號的時間差，從而精確計算出底盤的行駛速度。使用電子經(jīng)緯儀測量底盤的轉(zhuǎn)彎角度，通過測量底盤在轉(zhuǎn)彎過程中特定點的角度變化，計算出轉(zhuǎn)彎半徑，精度可達±0.1°。在通過性能測試中，使用傾角儀測量斜坡的坡度，能夠?qū)崟r顯示斜坡的角度，精度可達±0.5°。采用壓力傳感器測量底盤在越埂時履帶與田埂之間的壓力，通過在履帶與田埂接觸部位安裝壓力傳感器，采集壓力數(shù)據(jù)，分析越埂時的受力情況。在穩(wěn)定性測試中，使用加速度傳感器和陀螺儀傳感器測量底盤在行駛和轉(zhuǎn)向過程中的加速度、側(cè)傾角度和縱向傾斜角度等參數(shù)。加速度傳感器能夠測量底盤在不同方向上的加速度，陀螺儀傳感器則可以精確測量底盤的側(cè)傾和縱向傾斜角度，為分析底盤的動態(tài)穩(wěn)定性提供數(shù)據(jù)支持。在稻田影響測試中，使用高精度的電子秤稱量被碾壓稻樁的重量，通過對比碾壓前后稻樁的重量，計算出碾壓率。采用土壤緊實度儀測量土壤的緊實度，該儀器通過插入土壤中，測量土壤對探頭的阻力，從而得出土壤的緊實度。5.3性能試驗結(jié)果與分析5.3.1行駛性能試驗結(jié)果在行駛性能試驗中，通過激光測速儀和電子經(jīng)緯儀對底盤的行駛速度和轉(zhuǎn)彎半徑進行了精確測量。在平坦的田間道路上，底盤的最高行駛速度可達5km/h，最低行駛速度為0.5km/h，能夠滿足不同作業(yè)場景下的行駛需求。在水田作業(yè)時，由于土壤阻力較大，最高行駛速度為3km/h，最低行駛速度為0.3km/h。不同擋位下的速度變化平穩(wěn)，能夠適應(yīng)再生稻收割過程中的各種作業(yè)工況。在一檔時，速度范圍為0.3-1km/h