水稻收割機(jī)橡膠履帶行走系快速設(shè)計(jì)及仿真分析-開(kāi)題報(bào)告.doc

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中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué) 碩士研究生論文開(kāi)題報(bào)告 所在院系 工學(xué)院 專(zhuān) 業(yè) 車(chē)輛工程 學(xué)生姓名 入學(xué)時(shí)間 2010.09 導(dǎo)師姓名 課題名稱(chēng) 水稻收割機(jī)橡膠履帶行走系 快速設(shè)計(jì)及仿真分析 中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)研究生院制 填表時(shí)間2011 年05月04日 一、立論依據(jù)（以下各項(xiàng)均可加頁(yè)） （包括課題的研究意義，國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析，附主要的參考文獻(xiàn)） 1、研究意義 履帶行走系是一種傳統(tǒng)的行走裝置，是人類(lèi)繼發(fā)明車(chē)輪之后又跨出的一大步,擴(kuò)展了車(chē)輛由“線”到“面”的活動(dòng)范圍。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中,履帶行走裝置不僅用于拖拉機(jī)、農(nóng)田基本建設(shè)車(chē)輛,還用于農(nóng)業(yè)機(jī)械上[3]。中國(guó)是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó),拖拉機(jī)對(duì)農(nóng)田作業(yè)發(fā)揮的作用是極其巨大的。特別是在農(nóng)業(yè)機(jī)械收獲領(lǐng)域，履帶式拖拉機(jī)發(fā)揮著重要作用[4]。 實(shí)際農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用的行走裝置主要是輪子和履帶。而履帶拖拉機(jī)由于其牽引力大,接地比壓低,附著性能好等優(yōu)點(diǎn)占據(jù)著農(nóng)業(yè)機(jī)械中重要的位置[1]。履帶拖拉機(jī)行走系對(duì)其各方面性能的發(fā)揮起著至關(guān)重要的作用。既加強(qiáng)了離開(kāi)道路的越野能力, 同時(shí)也增大了負(fù)重能力。 履帶式車(chē)輛行走系統(tǒng)與輪式車(chē)輛具有明顯的不同。履帶車(chē)輛不像輪式車(chē)輛那樣用前后輪支承，而是靠?jī)蓷l履帶與地面接觸[2]。履帶車(chē)輛的左、右兩側(cè)各有一個(gè)驅(qū)動(dòng)輪來(lái)驅(qū)動(dòng)該側(cè)履帶實(shí)現(xiàn)行駛。履帶式行走系與輪胎式行走系相比較有如下特點(diǎn): 1.支承面積大、接地比壓小。 2.履帶板支承面上有履齒，不易打滑，牽引附著性能好。 3.結(jié)構(gòu)復(fù)雜、重量大，運(yùn)動(dòng)慣性大，減震功能弱，使部件易受損壞[5]。 因此履帶車(chē)輛行駛速度不能太高，機(jī)動(dòng)性差。履帶式行走裝置現(xiàn)在被廣泛應(yīng)用在水稻聯(lián)合收割機(jī)上。這樣，履帶式水稻聯(lián)合收割機(jī)既可以在旱田中收割也可以在水田中收割，同時(shí)滿足了南方和北方的需要，可以被廣泛采用。 履帶式行走機(jī)構(gòu)由履帶、驅(qū)動(dòng)輪和臺(tái)車(chē)組成。臺(tái)車(chē)由臺(tái)車(chē)架、支重輪、托帶輪、引導(dǎo)輪（張緊輪）和履帶張緊一緩沖裝置組成。履帶式行走系的功用是支承車(chē)體, 并將由傳動(dòng)系輸入的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)矩變成車(chē)輛在地面上移動(dòng)時(shí)的牽引力。履帶式行走機(jī)構(gòu)是整機(jī)的支承件，用來(lái)支承整機(jī)的重量，承受機(jī)構(gòu)在作業(yè)過(guò)程中產(chǎn)生作用力，并完成整機(jī)行進(jìn)、后退、轉(zhuǎn)向和作業(yè)移動(dòng)。 實(shí)踐證明，橡膠履帶式行走裝置是水稻濕田收獲機(jī)械的最佳行走機(jī)構(gòu)。橡膠履帶行走系統(tǒng)是現(xiàn)代高新工業(yè)技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物。橡膠履帶行走系統(tǒng)的發(fā)展拓寬了履帶車(chē)輛的應(yīng)用范圍，克服了金屬履帶行走系統(tǒng)固有缺點(diǎn)，使履帶車(chē)輛可以上路行駛，無(wú)需專(zhuān)用運(yùn)載車(chē)輛。橡膠履帶式行走裝置比金屬履帶式，輪胎式行走裝置相比，在對(duì)路面破壞性，噪聲，接地壓力和行走速度等方面有很大的優(yōu)越性。實(shí)驗(yàn)表明，橡膠履帶具有重量輕，行走阻力小，行駛平順，拆裝簡(jiǎn)便等性能優(yōu)點(diǎn)，能較好的滿足泥腳15cm左右水田的收獲作業(yè)要求。目前已定型的水稻聯(lián)合收割機(jī)大部分采用了橡膠履帶行走裝置。橡膠履帶用橡膠的彈性變形代替了銷(xiāo)軸、銷(xiāo)套間的轉(zhuǎn)動(dòng)摩擦，故內(nèi)行走阻力減少，因此總行走阻力也相應(yīng)減少[6]。 南方水稻產(chǎn)區(qū)土壤含水率高，田里有較多積水，承壓能力低，因此履帶式聯(lián)合收割機(jī)的行走裝置工作條件非常惡劣，負(fù)荷重，沖擊大，其支重輪、導(dǎo)向輪、驅(qū)動(dòng)輪等長(zhǎng)期帶有泥水，容易損壞，稻草很容易壓入各輪與履帶的間隙中，造成履帶的滑脫。因此，有必要對(duì)履帶行走系進(jìn)行仿真分析，得到其優(yōu)化方案，從而為其設(shè)計(jì)和改進(jìn)提供依據(jù)。 總之，對(duì)于土壤潮濕又粘重的地區(qū)，以及南方地區(qū)多起伏的丘陵地帶，履帶式拖拉機(jī)都具有較好的行駛穩(wěn)定性和復(fù)雜地形適應(yīng)性。履帶行走系作為履帶車(chē)輛底盤(pán)的重要總成之一，其優(yōu)劣直接影響到履帶車(chē)輛的行駛平順性、穩(wěn)定性和附著性能[7[8]]。履帶式行走機(jī)構(gòu)也是水稻聯(lián)合收割機(jī)設(shè)計(jì)的難題之一，因此有必要對(duì)履帶行走系進(jìn)行設(shè)計(jì)和仿真分析，以實(shí)現(xiàn)優(yōu)化結(jié)構(gòu)和提高性能的目的。 2、國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析 履帶式行走系主要應(yīng)用于軍用車(chē)輛，工程車(chē)輛和農(nóng)業(yè)車(chē)輛等領(lǐng)域。在農(nóng)業(yè)方面的應(yīng)用主要集中在水稻收獲機(jī)上。因此，就履帶式行走系的研究現(xiàn)狀，對(duì)國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)進(jìn)行了分析。 1.國(guó)外研究現(xiàn)狀 當(dāng)今世界實(shí)現(xiàn)了水稻收獲機(jī)械化的國(guó)家有美國(guó)、澳大利亞、日本、韓國(guó)、東南亞局部地區(qū)已全面實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化，其中日本的水稻收獲機(jī)械在世界上一直處于領(lǐng)先水平，生產(chǎn)機(jī)型有久保田、洋馬以及三菱公司生產(chǎn)的半喂入水稻聯(lián)合收割機(jī)等，這些機(jī)型幾乎都采用履帶式行走系[9]。 由于金屬履帶工藝復(fù)雜、磨損嚴(yán)重、振動(dòng)大、轉(zhuǎn)移時(shí)破壞路面等原因，現(xiàn)水稻聯(lián)合收割機(jī)已全部采用整體式橡膠履帶。橡膠履帶部分克服了普通金屬履帶拖拉機(jī)行駛速度低、噪聲大、金屬耗量大、對(duì)地面破壞嚴(yán)重等缺點(diǎn)，這種履帶最早用于脫水后的水田、沼澤地、雪地和灘涂地，現(xiàn)在已經(jīng)開(kāi)始用于常規(guī)拖拉機(jī)。 國(guó)外對(duì)橡膠履帶拖拉機(jī)的開(kāi)發(fā)研制起步較早，二十世紀(jì)四十年代以來(lái)，意大利、美國(guó)和前蘇聯(lián)等國(guó)家相繼進(jìn)行了橡膠履帶的研制，歐美的研究始于20世紀(jì)50年代中期[10]。20世紀(jì)60年代日本一家農(nóng)業(yè)機(jī)械制造商ISEKI公司提出設(shè)想并委托橡膠生產(chǎn)商普利司通公司開(kāi)發(fā)了第1條替代金屬履帶的橡膠履帶, 最初是為了解決農(nóng)用聯(lián)合收割機(jī)金屬履帶易被稻草、麥桿和泥土堵塞,橡膠輪胎易在水田中打滑以及金屬履帶會(huì)對(duì)瀝青和混凝土路面造成破壞的情況而設(shè)計(jì)的。并將其成功應(yīng)用于水稻收割機(jī)械上。經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展,日本已經(jīng)成為橡膠履帶的主要生產(chǎn)國(guó)家之一[11]。 目前世界上使用橡膠履帶最多的國(guó)家和地區(qū)依次為日本、歐洲和北美。美國(guó)是北美的主要水稻生產(chǎn)國(guó)，主要分布在美國(guó)東南部的阿肯色、路易斯安娜、密西西比、得克薩斯和西部的加得福尼亞等州，水稻收獲都使用大型輪式聯(lián)合收割機(jī)，也有半履帶式和履帶式聯(lián)合收割機(jī)[12]。 國(guó)外對(duì)履帶式水稻收獲機(jī)械行走系的研究主要集中于理論層面，如對(duì)于履帶式行走系在水田中行駛阻力的研究，對(duì)土壤的剪切力的計(jì)算，以及對(duì)整車(chē)性能的分析，如行駛平順性，轉(zhuǎn)彎的穩(wěn)定性等。對(duì)于行走系本身及相關(guān)部件的設(shè)計(jì)和分析相對(duì)較少[13]。 2.國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀 我國(guó)從1954年開(kāi)始實(shí)驗(yàn)研究水田行走機(jī)構(gòu)，到目前為止已研究出多種類(lèi)型的行走機(jī)構(gòu)。最早的履帶是金屬履帶，這種履帶在我國(guó)的應(yīng)用范圍較廣，其主要缺點(diǎn)是使用很短時(shí)間鉸鏈就會(huì)產(chǎn)生過(guò)度磨損[14]。為了克服這一缺點(diǎn)，人們研制了橡膠金屬履帶，它通過(guò)橡膠將一塊塊金屬履帶板連接成一條履帶，在沙漠和沼澤中壽命較長(zhǎng)，但重量較大，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜[15]。橡膠履帶是1969年開(kāi)發(fā)的，用橡膠制造的一種環(huán)形軌道帶。該帶開(kāi)始主要用于農(nóng)業(yè)機(jī)械，爾后因其具有免費(fèi)修理、耐久性、振動(dòng)和噪音小等優(yōu)點(diǎn)而擴(kuò)大應(yīng)用，逐步用于搬運(yùn)車(chē)輛、除雪機(jī)、鏟土機(jī)、不平整地面搬運(yùn)車(chē)輛和推土機(jī)等多方面。 目前，我國(guó)在橡膠履帶應(yīng)用方面發(fā)展緩慢，工程機(jī)械仍多采用金屬履帶[16]。我國(guó)生產(chǎn)的履帶拖拉機(jī)絕大部分是金屬履帶結(jié)構(gòu)。國(guó)內(nèi)采用橡膠履帶的機(jī)械大多都是進(jìn)口的。我國(guó)于1975年研制出20馬力級(jí)橡膠履帶，配在上海---120聯(lián)合收割機(jī)上，此外，遼寧撫順曾研制出12馬力級(jí)橡膠履帶，配在遼4LB90聯(lián)合收割機(jī)上。一拖在1994年4月試制出第一臺(tái)東方紅802R橡膠履帶拖拉機(jī)。在隨后30多年的時(shí)間里，該公司著重在東方紅802及東方紅1002拖拉機(jī)上進(jìn)行了橡膠履帶性能和壽命試驗(yàn)，獲得了大量的試驗(yàn)資料。2000 年中國(guó)一拖集團(tuán)有限公司研制了 95.6kW 的東方紅-1302R 型橡膠履帶車(chē)輛，由于采用了橡膠履帶行走系統(tǒng)噪聲低、振動(dòng)小、乘坐舒適。我國(guó)橡膠履帶的使[17]用還局限在很小的領(lǐng)域，僅僅在收獲機(jī)上得到使用，拖拉機(jī)上的使用還不廣泛。橡膠履帶幾經(jīng)改進(jìn)，性能日趨完善[18]。 由于履帶車(chē)輛自身以及使用環(huán)境的復(fù)雜性，傳統(tǒng)的研究模式導(dǎo)致研制費(fèi)用高、周期長(zhǎng)。地面力學(xué)以及多體動(dòng)力學(xué)的發(fā)展和完善，為履帶車(chē)輛的建模仿真提供了理論與技術(shù)支持[19]。但軟土地與履帶之間相互作用復(fù)雜，建模困難。以往研究履帶車(chē)輛都假設(shè)在剛性路面上行走，也主要集中在軍用機(jī)械和工程機(jī)械領(lǐng)域，如吉林大學(xué)的王水林對(duì)挖掘機(jī)履帶行走裝置在硬地面上進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)分析，對(duì)滑轉(zhuǎn)滑移條件下履帶車(chē)輛在堅(jiān)實(shí)路面上的轉(zhuǎn)向過(guò)程進(jìn)行了仿真和分析[20]。吉林大學(xué)李海偉等針對(duì)礦用挖掘機(jī)履帶行走裝置動(dòng)力學(xué)展開(kāi)研究，建立了礦用挖掘機(jī)履帶行走裝置的虛擬樣機(jī)模型，在ADAMS/View 虛擬環(huán)境下對(duì)平道和坡道運(yùn)行情況下的履帶行走裝置進(jìn)行了仿真分析，基于 ANSYS 對(duì)驅(qū)動(dòng)輪進(jìn)行有限元強(qiáng)度分析，建立了具有不同齒數(shù)的驅(qū)動(dòng)輪模型，分別進(jìn)行了仿真試驗(yàn)優(yōu)化，得到了滿足靜、動(dòng)態(tài)特性要求的最佳齒數(shù)驅(qū)動(dòng)輪參數(shù)[21]；太原理工大學(xué)梁健等對(duì)連續(xù)采煤機(jī)履帶行走裝置展開(kāi)研究，建立了連續(xù)采煤機(jī)履帶行走裝置的虛擬樣機(jī)模型，在 ADAMS/View 虛擬環(huán)境下對(duì)前進(jìn)、后退、爬坡、轉(zhuǎn)向等各種運(yùn)行情況下的履帶行走裝置進(jìn)行動(dòng)力學(xué)仿真分析，最后基于 UG 軟件的 NX Nastran 模塊對(duì)驅(qū)動(dòng)輪進(jìn)行有限元強(qiáng)度及疲勞可靠性分析[22]。而對(duì)于履帶車(chē)輛與軟土接觸情況的研究則較少，相關(guān)文獻(xiàn)利用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，就履帶預(yù)張緊力對(duì)車(chē)輛軟土通過(guò)性能的影響規(guī)律進(jìn)行研究，以及分析履帶預(yù)張緊力對(duì)高速履帶車(chē)輛的平順性的影響，但都沒(méi)有涉及不同土壤特性條件下履帶板和支重輪的受力分析。 20多年來(lái)，國(guó)內(nèi)部分院校、研究院所和企業(yè)對(duì)橡膠履帶車(chē)輛做了一定的研究，如：天津工程機(jī)械研究所對(duì)橡膠履帶兩棲車(chē)輛的研究，中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究院及南京農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所對(duì)水稻收割機(jī)橡膠履帶的研究，吉林大學(xué)對(duì)差速轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的研究，江蘇大學(xué)對(duì)橡膠履帶嚙合的研究，青島建筑工程學(xué)院對(duì)橡膠履帶接地齒接地壓力的試驗(yàn)研究，中國(guó)一拖集團(tuán)有限公司對(duì)橡膠履帶拖拉機(jī)的研究和杭州永固橡膠廠對(duì)橡膠履帶的研究等[23]。 趙文生對(duì)履帶式拖拉機(jī)行走機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)原則和運(yùn)動(dòng)受力進(jìn)行分析，總結(jié)履帶行走機(jī)構(gòu)在行走時(shí)的影響因素[24]；湖南省農(nóng)業(yè)機(jī)械鑒定站的成詩(shī)瑜對(duì)水稻聯(lián)合收割機(jī)履帶行走裝置中的履帶在水平面內(nèi)的接地長(zhǎng)度、寬度和軌距以及履帶與割臺(tái)的配置關(guān)系等設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行初步分析，為履帶行走裝置的設(shè)計(jì)提供依據(jù)[25]；廣西大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院的蔡龍等利用PRO ／ E 分別建立水稻收割機(jī)履帶轉(zhuǎn)向行走機(jī)構(gòu)各部分模型并裝配，導(dǎo)入 ADAMS中建立的水稻收割機(jī)履帶轉(zhuǎn)向行走機(jī)構(gòu)模型，為水稻收割機(jī)物理樣機(jī)試驗(yàn)及其轉(zhuǎn)向行走機(jī)構(gòu)中各部件受力情況及性能的研究分析提供參考[26]；安陽(yáng)工學(xué)院的朱艷芳等針對(duì)某型履帶車(chē)輛，運(yùn)用機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)自動(dòng)分析軟件(ADAMS)建立其行走系統(tǒng)的虛擬樣機(jī)模型，解決車(chē)輛在高速行駛過(guò)程中的“脫輪”問(wèn)題，為履帶車(chē)輛的設(shè)計(jì)提供參考依據(jù)[27]。還有一些關(guān)于履帶張緊緩沖裝置的特性分析，履帶支重輪的動(dòng)力學(xué)及疲勞壽命分析，履帶銷(xiāo)疲勞壽命估算，履帶脫輪問(wèn)題的動(dòng)力學(xué)仿真分析等相關(guān)研究均相對(duì)較多。 目前的研究熱點(diǎn)包括履帶式車(chē)輛行走系的動(dòng)力學(xué)建模和仿真、履帶式車(chē)輛操縱機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)、轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的分析與設(shè)計(jì)、先進(jìn)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)在履帶式車(chē)輛上的應(yīng)用、新型多功率流履帶式車(chē)輛開(kāi)發(fā)等方面[28]。 目前，用于履帶車(chē)輛動(dòng)力學(xué)仿真的軟件主要有ADAMS和Recur-Dyn兩種。ADAMS專(zhuān)門(mén)有分析履帶車(chē)輛的模塊ATV，新一代多體動(dòng)力學(xué)分析軟件Recur-Dyn則提供了高速和低速履帶車(chē)輛的建模工具。近年來(lái)對(duì)履帶拖拉機(jī)的磨損問(wèn)題研究較少，導(dǎo)致履帶拖拉機(jī)行走機(jī)構(gòu)中支重輪的磨損現(xiàn)象日益突出[29]。而履帶拖拉機(jī)目前的一個(gè)主要缺點(diǎn)是其行走機(jī)構(gòu)如支重輪、導(dǎo)向輪、驅(qū)動(dòng)輪及履帶板(俗稱(chēng)“三輪一板”)磨損較快。隨著履帶車(chē)輛速度的提高，橡膠履帶的脫輪問(wèn)題也成為人們考慮的重點(diǎn)。目前關(guān)于脫輪問(wèn)題的研究主要集中在設(shè)計(jì)防脫輪裝置，而對(duì)于行走系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)和脫輪問(wèn)題的動(dòng)力學(xué)分析還有待研究。 履帶式行走機(jī)構(gòu)在機(jī)械行業(yè)已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，影響其行走的因素不僅和機(jī)械的結(jié)構(gòu)、參數(shù)有關(guān)，而且還和地面土壤的性質(zhì)有著密切的關(guān)系[30]。進(jìn)行設(shè)計(jì)和分析時(shí)要綜合地分析和研究，認(rèn)真分析各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)，才能保證履帶行走機(jī)構(gòu)使用狀態(tài)良好，完全滿足使用要求[31[32]]。 3.國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀總結(jié) 總之，目前國(guó)內(nèi)外對(duì)履帶車(chē)輛的研究主要集中在軍用車(chē)輛和工程機(jī)械方面，特別是重型機(jī)械如坦克，起重機(jī)，挖掘機(jī)等。研究多以整機(jī)為研究對(duì)象，分析也主要側(cè)重整機(jī)的平順性，行駛穩(wěn)定性以及與路面相互作用機(jī)理等，大多局限在理論水平，而對(duì)于履帶行走系本身的設(shè)計(jì)及相關(guān)研究則相對(duì)較少[33]。在農(nóng)用機(jī)械方面，對(duì)履帶式行走系的研究主要是集中在各個(gè)關(guān)鍵部件的性能仿真分析，對(duì)于行走系總成的設(shè)計(jì)及相關(guān)分析也相對(duì)較少[34]。因此，對(duì)履帶式行走系進(jìn)行設(shè)計(jì)及相關(guān)分析是必要的。 主要參考文獻(xiàn)： [1]A.C.安東諾夫.履帶行駛裝置原理[M].國(guó)防工業(yè)出版社，1957 [2]陳秉聰.土壤-車(chē)輛系統(tǒng)力學(xué)[M].中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械出版社，1981 [3]歐陽(yáng)東，吳耘，張文鳳.半喂入聯(lián)合收獲機(jī)橡膠履帶行走裝置的探討[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，1983.09 [4]李春英,趙瑞萍.兩種履帶行走機(jī)構(gòu)的討論[J].煤礦機(jī)電，2008.04 [5]鞏青松，董阿忠，陳靖芯，秦永法等.履帶式車(chē)輛關(guān)鍵機(jī)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)[J].農(nóng)業(yè)裝備與車(chē)輛工程,2008.04 [6]周漢林,黃雄輝,鄒詩(shī)洋,劉維孟.履帶式聯(lián)合收割機(jī)行走裝置的研究[J].研究學(xué)苑 [7]趙瑜,閆宏偉.履帶式行走機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)分析和研究[J].數(shù)字技術(shù)與機(jī)械加工工藝裝備,2010.5 [8]武真.農(nóng)機(jī)和工程車(chē)輛用橡膠履帶[J]. 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研究集成知識(shí)工程與CAD參數(shù)化模型的底盤(pán)行走系零部件建模方法，建立橡膠履帶行走系零部件參數(shù)化設(shè)計(jì)模型庫(kù)。 3. 對(duì)橡膠履帶行走系總成進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)的仿真分析。 3、 擬采用的研究方法 1. 以橡膠履帶式行走系為研究對(duì)象，查閱國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)資料和國(guó)家有關(guān)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)規(guī)范等現(xiàn)有知識(shí)，收集總結(jié)履帶式行走系的現(xiàn)有設(shè)計(jì)準(zhǔn)則并進(jìn)行分析、比較、整理、分類(lèi)，形成履帶式行走系的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。 2. 運(yùn)用人工智能技術(shù)，基于面向?qū)ο蠹夹g(shù)的框架表示和產(chǎn)生式表示的混合知識(shí)表達(dá)模式，研究設(shè)計(jì)知識(shí)的表達(dá)方法，建立履帶式行走系設(shè)計(jì)資料庫(kù)、參數(shù)庫(kù)、規(guī)則庫(kù)和實(shí)例庫(kù)，開(kāi)發(fā)知識(shí)管理系統(tǒng)，在此基礎(chǔ)上，構(gòu)建履帶行走系數(shù)字化快速設(shè)計(jì)知識(shí)庫(kù)。 3. 分析主流CAD軟件的建模方式、分析特點(diǎn)及數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，應(yīng)用其參數(shù)化建模技術(shù)，依據(jù)履帶式行走系的功能要求、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)步驟，結(jié)合推理機(jī)制，研究基于知識(shí)工程的履帶式行走系及各零部件參數(shù)化建模方法。 4. 分析主流CAD/CAE軟件的特點(diǎn)和并行協(xié)同設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)方法。提出履帶式行走系數(shù)字化并行協(xié)同設(shè)計(jì)規(guī)范方法。 5.運(yùn)用動(dòng)力學(xué)分析軟件adams對(duì)橡膠履帶行走系總成進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)的仿真分析。 4、技術(shù)路線 本課題將采用以下技術(shù)路線來(lái)開(kāi)展研究工作，見(jiàn)下圖： 5、實(shí)驗(yàn)方案 （一）履帶式行走系的設(shè)計(jì) 1. 組成：驅(qū)動(dòng)輪，履帶，支重輪，張緊裝置和導(dǎo)向輪，托輪，以及懸架等。 2. 設(shè)計(jì)內(nèi)容： 1）驅(qū)動(dòng)輪設(shè)計(jì) 2）履帶設(shè)計(jì) 3）支重輪設(shè)計(jì) 4）張緊裝置設(shè)計(jì) 5）導(dǎo)向輪（張緊輪）設(shè)計(jì) 6）托輪設(shè)計(jì) 7）密封裝置設(shè)計(jì) 3. 履帶式行走系各部件設(shè)計(jì)方案 1）典型結(jié)構(gòu)配置 分為兩種： a) 近似對(duì)稱(chēng)型 b) 非對(duì)稱(chēng)型 橡膠履帶式行走系常用設(shè)計(jì)形式 2） 驅(qū)動(dòng)輪設(shè)計(jì) a） 分為兩種驅(qū)動(dòng)形式：前驅(qū)動(dòng)，后驅(qū)動(dòng) b） 齒數(shù)的確定：多采用奇數(shù)齒 c） 齒形，齒距（一般為履帶節(jié)距的一半）的確定 3）履帶設(shè)計(jì) a)按材料分為兩種：橡膠履帶（橡膠履帶為不可拆開(kāi)的環(huán)形整體），金屬履帶 二者比較情況見(jiàn)下表： b)橡膠履帶按結(jié)構(gòu)形式分為三種：輪齒式，輪孔式，無(wú)芯金式 c)橡膠履帶按驅(qū)動(dòng)方式分為鏈輪型，橡膠凸起驅(qū)動(dòng)型，摩擦驅(qū)動(dòng)型 d)按結(jié)構(gòu)形式分為：整體式，組合式 e)履帶接地長(zhǎng)度的確定（要求在結(jié)構(gòu)布置允許、滿足使用性能的條件下，盡量縮短履帶長(zhǎng)度以降低造價(jià)） f)履帶節(jié)距，節(jié)數(shù)的確定 g)履帶厚度的確定 h)履帶花紋的選擇 4）支重輪設(shè)計(jì) a)布置，數(shù)量（通常為3~5個(gè)），軸距，結(jié)構(gòu)及直徑的設(shè)計(jì) b)與行走裝置的連接形式（一般為螺栓） c)避免與履帶節(jié)距成整數(shù)倍，提高通過(guò)性及減小振動(dòng) 5）張緊裝置設(shè)計(jì) 分為兩種張緊方式： a)固定張緊：通過(guò)改變絲杠和絲母來(lái)改變導(dǎo)向輪的位置，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，為剛性連接（應(yīng)用較多） b)彈簧張緊：通過(guò)彈簧的伸縮來(lái)調(diào)節(jié)張緊度 6）導(dǎo)向輪（張緊輪）設(shè)計(jì) 導(dǎo)向輪直徑的設(shè)計(jì) 7）托輪設(shè)計(jì) 一般為1~2個(gè)：軸距2米以下的一般用1個(gè)，2米以上的一般為2個(gè)，小型作業(yè)機(jī)械若下垂度很小時(shí)可不用 8）密封裝置設(shè)計(jì) （二）履帶式行走系的多工況仿真分析 從模型庫(kù)中調(diào)用橡膠履帶行走系總成進(jìn)行多工況的仿真分析。多工況包括：靜止?fàn)顟B(tài)，勻速運(yùn)動(dòng)，加速運(yùn)動(dòng)，減速運(yùn)動(dòng)，轉(zhuǎn)彎等工況，進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)的仿真分析。 對(duì)履帶式行走系總成進(jìn)行結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，建立力學(xué)分析模型，對(duì)其進(jìn)行多工況下的力學(xué)分析，計(jì)算出在各工況下的履帶的張緊力；進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析（履帶的驅(qū)動(dòng)效率，行動(dòng)阻力，附著性能等）和動(dòng)力學(xué)仿真分析（系統(tǒng)的速度，加速度，質(zhì)心位置的變化及功率譜密度等），并實(shí)現(xiàn)行走系總成的動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)仿真。 6、可行性分析 （1） 目前，許多水稻收割機(jī)廠家偏重于對(duì)工作裝置的研究而忽視了對(duì)行走系的認(rèn)真分析，從而導(dǎo)致產(chǎn)品出現(xiàn)水田通過(guò)性能差、轉(zhuǎn)向性能不好、傳動(dòng)系負(fù)荷過(guò)重等問(wèn)題。水稻收割機(jī)的研制首先要解決的就是水田通過(guò)性能的問(wèn)題。水稻收割機(jī)行走系的設(shè)計(jì)涉及的因素很多，行走系設(shè)計(jì)的好壞,不僅直接影響收割機(jī)的水田通過(guò)性、轉(zhuǎn)向性能、傳動(dòng)載荷，而且也影響整機(jī)的作業(yè)性能、收割效率和工作可靠性等。因此，決不能對(duì)行走系的設(shè)計(jì)掉以輕心。 （2） 我國(guó)在行走機(jī)構(gòu)方面的研究側(cè)重于理論方面，而實(shí)際使用方面的研究比較少，大都處于研究階段，推廣還需一定的時(shí)間。橡膠履帶是目前履帶拖拉機(jī)(不僅僅是農(nóng)業(yè)，包括工業(yè))發(fā)展的方向，對(duì)該行走系做進(jìn)一步的分析、研究，改進(jìn)技術(shù)，優(yōu)化結(jié)構(gòu)，縮小與國(guó)外產(chǎn)品的差距，同時(shí)向多系列、多用途方面擴(kuò)展，履帶拖拉機(jī)才會(huì)有一個(gè)更好的明天。 （3） 履帶式行走系的工作環(huán)境一般比較惡劣，如主要承載部件支重輪常受交變載荷，產(chǎn)生擠壓變形及疲勞裂紋，張緊緩沖裝置常受沖擊力，容易發(fā)生結(jié)構(gòu)失效和疲勞破壞，還有履帶銷(xiāo)，驅(qū)動(dòng)輪等均會(huì)發(fā)生疲勞破壞等相關(guān)問(wèn)題。因此，對(duì)履帶行走系的相關(guān)部件進(jìn)行分析，對(duì)于部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)優(yōu)化、材料選擇以及疲勞壽命預(yù)估都具有十分重要的指導(dǎo)作用。 （4） 雖然履帶車(chē)已有200多年歷史，但由于其自身及其使用環(huán)境的復(fù)雜性使得研究一直停留在經(jīng)驗(yàn)公式和大量試驗(yàn)基礎(chǔ)之上，這種傳統(tǒng)的研制模式費(fèi)用高、周期長(zhǎng)?，F(xiàn)代多體動(dòng)力學(xué)的發(fā)展為履帶車(chē)研究提供了理論基礎(chǔ),而虛擬現(xiàn)實(shí)仿真技術(shù)則為其研究提供了一定的分析手段。研究表明，通過(guò)虛擬樣機(jī)仿真技術(shù),進(jìn)行履帶系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，分析和優(yōu)化是可行的。 （5） 本實(shí)驗(yàn)室研究虛擬樣機(jī)仿真技術(shù)已有多年，研究工作經(jīng)驗(yàn)豐富，并取得了一定的成績(jī)，具有深厚的研究基礎(chǔ)。同時(shí)，本課題所采用的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和計(jì)算機(jī)輔助分析設(shè)備齊全，為研究工作提供了必要條件。 7、預(yù)期的研究進(jìn)展 （1）2011年4月-2011年5月 查閱履帶式行走系設(shè)計(jì)和仿真分析的相關(guān)資料，進(jìn)行資料分析，完成開(kāi)題報(bào)告； （2）2011年5月-2011年8月 收集并整理履帶式行走系設(shè)計(jì)的有關(guān)數(shù)據(jù)，完成行走系總成框架的搭建及各組成部件的設(shè)計(jì)； （3）2011年8月-2011年10月 橡膠履帶行走系知識(shí)分類(lèi)方法，知識(shí)表達(dá)方法的研究； （4）2011年10月-2011年11月 Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)及底盤(pán)行走系設(shè)計(jì)知識(shí)的存儲(chǔ)，知識(shí)庫(kù)的建立； （5）2011年11月-2011年12月 完成履帶式行走系總成及個(gè)關(guān)鍵部件的仿真分析，完成分析報(bào)告，并對(duì)分析結(jié)果進(jìn)行優(yōu)化； （6）2012年1月-2012年4月 完成畢業(yè)論文； （7）2012年5月-2012年6月 預(yù)答辯，修改論文，答辯。 三、 經(jīng)費(fèi)預(yù)算 支出科目 金額（萬(wàn)元） 計(jì)算根據(jù)及理由 論文課題業(yè)務(wù)費(fèi) 1.5 論文費(fèi)：1萬(wàn)元；答辯費(fèi)：0.5萬(wàn)元 實(shí)驗(yàn)材料費(fèi) 1 相關(guān)設(shè)計(jì)圖紙搜集，資料購(gòu)買(mǎi)，圖書(shū)購(gòu)買(mǎi) 培訓(xùn)及差旅費(fèi) 1 相關(guān)軟件培訓(xùn)和參觀工廠的旅行費(fèi)用 注：預(yù)算支出科目按下列順序填寫(xiě)：1、論文課題業(yè)務(wù)費(fèi)2、實(shí)驗(yàn)材料費(fèi)、3、儀器設(shè)備費(fèi) 四、論文選題評(píng)議 對(duì)論文選題評(píng)議：（結(jié)合大家意見(jiàn)，就選題的理論、實(shí)踐意義、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案、研究的預(yù)期結(jié)果及學(xué)生分析、綜合問(wèn)題的能力、表達(dá)能力等方面做出評(píng)議，并提出是否通過(guò)的建議）。 履帶行走系是一種傳統(tǒng)的行走裝置，由于其牽引力大，接地比壓低，附著性能好等優(yōu)點(diǎn)占據(jù)著農(nóng)業(yè)機(jī)械中重要的位置。對(duì)于土壤潮濕又粘重的地區(qū)，以及南方地區(qū)多起伏的丘陵地帶，履帶式拖拉機(jī)都具有較好的行駛穩(wěn)定性和復(fù)雜地形適應(yīng)性。履帶行走系作為履帶車(chē)輛底盤(pán)的重要總成之一，其優(yōu)劣直接影響到履帶車(chē)輛的行駛平順性、穩(wěn)定性和附著性能。履帶式行走機(jī)構(gòu)也是水稻聯(lián)合收割機(jī)設(shè)計(jì)的難題之一，因此有必要對(duì)履帶行走系進(jìn)行設(shè)計(jì)和仿真分析，以實(shí)現(xiàn)優(yōu)化結(jié)構(gòu)和提高性能的目的。 本課題來(lái)源于“十二五”國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目“現(xiàn)代多功能農(nóng)機(jī)裝備制造關(guān)鍵技術(shù)研究”的課題“農(nóng)機(jī)專(zhuān)業(yè)底盤(pán)數(shù)字化快速設(shè)計(jì)與復(fù)雜件精益制造”是國(guó)家未來(lái)五年的重點(diǎn)研究方向，具有重要意義。本課題通過(guò)對(duì)水稻收割機(jī)橡膠履帶行走系的設(shè)計(jì)知識(shí)進(jìn)行搜集和整理，運(yùn)用人工智能技術(shù)、VC++編程技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)等知識(shí)的表達(dá)，知識(shí)的存儲(chǔ)，最終構(gòu)建行走系的快速設(shè)計(jì)知識(shí)庫(kù)及推理機(jī)、三維模型庫(kù)。最后對(duì)模型庫(kù)中的行走系總成和關(guān)鍵部件進(jìn)行相應(yīng)的仿真分析，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行優(yōu)化，使其滿足實(shí)際的行駛條件和載荷條件。 論文選題背景清晰，內(nèi)容合理并具有創(chuàng)新性，擬采用的研究方法、技術(shù)路線、實(shí)驗(yàn)方案合理可行，能夠預(yù)期完成研究工作和達(dá)到預(yù)期結(jié)果。 開(kāi)題報(bào)告表明孫晶晶具有很強(qiáng)的分析、綜合問(wèn)題的能力和表達(dá)能力。 考核組成員經(jīng)過(guò)研究討論，一致通過(guò)孫晶晶的碩士論文選題。 考核主持人簽字： 年 月 日 考 核 組 成 員 姓 名 研究方向 職稱(chēng)、職務(wù) 工 作 單 位 簽 名 參加開(kāi)題報(bào)告的總?cè)藬?shù)：5 院（系）學(xué)位評(píng)定分委員會(huì)意見(jiàn)： 簽字（蓋章）： 年 月 日 備注：