基于ADAMS平臺下高地隙拖拉機轉向梯形的設計與仿真

王瑞平　張彬

摘要：高地隙拖拉機是一種現代專有農業機械，因其具備底盤離地間隙高、通過性能好的優點，而在玉米、高粱等高桿作物的噴藥過程中被廣泛應用。文章介紹了阿克曼公式對于高地隙拖拉機轉向梯形設計的重要性，并且根據阿克曼公式對高地隙拖拉機的轉系梯形關鍵結構進行了設計。

關鍵詞：高地隙拖拉機；阿克曼公式；ADAMS平臺；運動仿真；轉讓向梯形設計 文獻標識碼：A

中圖分類號：U463 文章編號：1009-2374（2016）08-0015-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.08.008

高地隙拖拉機是現代專有農業機械中的一種，因其具備底盤離地間隙高、通過性能好的優點，在玉米、高粱等高桿作物的噴藥過程中被廣泛應用。高地隙拖拉機駕駛艙、噴藥罐以及傳動系統往往布置于車輛上端，下端輪胎兩側間留出1.8～2m的空間用于通過農作物，因而能夠避免車輛在行駛過程中對農作物的損毀。

高地隙拖拉機轉向系統通常采用液壓助力轉向，整個轉向系統又分為兩個子系統，分別為液壓系統和機械系統。液壓系統由轉向器、液壓泵、液壓油缸、管路接頭等輔件組成，本文暫不做研究；機械系統包含轉向臂、梯形機構、轉向軸、輪胎、中間的連接零部件，如圖2所示。

整個系統的工作原理如下：液壓油缸提供轉向力，驅動轉向臂運動，轉向臂與梯形機構的直拉桿連接在一起，且焊接在一個圓形套筒上。該套筒又通過鍵與轉向軸連接在一起，因此當油缸伸出（縮回）時，會迫使左側轉向軸轉動，從而帶動左側輪胎向左（向右）轉動。與此同時，左側的直拉桿會以左側轉向軸為圓心轉動，推動橫拉桿右移（左移），右側輪胎左轉（右轉），從而完成車輛的轉向。

ADAMS是一款機械動力學分析軟件，其能夠完成機械系統性能測試、運動仿真、碰撞檢測等工作。本文將在ADAMS環境中建立轉向機械系統的簡化模型，通過仿真試驗找出內轉角為45°時梯形機構的合理結構形式，從而設計出較為合理的轉向系統梯形機構。圖3為在ADAMS中創建的轉向機械系統簡化模型：

為了簡化建模過程，對轉向機械系統結構進行了簡化。圖3為整車框架，分析過程中該部件可以默認為是靜止的，同時也是整個轉向系統的參照物，給出輪胎的示意圖是為了找出輪胎中心處的法線，從而找出轉向過程中法線的焦點。

模型創建完成后，根據實際情況及仿真需要添加相關約束，并且在轉向臂處添加一個轉向力。由于本文只研究結構形式，而不考慮結構強度，因此忽略了存在的各類摩擦力等。在加載了一個轉向力后，整個系統開始運動。剛開始由于橫拉桿和直拉桿的設計不夠合理，因此轉向過程無法滿足圖1所示要求，如圖4所示，經過對橫拉桿、直拉桿多次調整后，獲得如圖5所示的運動仿真過程，此時可以滿足圖1給出的轉向要求。

圖5中轉向系統橫拉桿長度為1900mm，直拉桿長度為205mm。由圖4和圖5可知，只有在轉向系統中橫拉桿和直拉桿設計合理時，才能夠保證整車有良好的轉向性能，同時最大程度地降低輪胎的磨損。

參考文獻

[1]劉國偉.小型高地隙拖拉機關鍵結構設計與三維建模[D].山東農業大學，2014.

[2]陳集豐.汽車轉向梯形機構最佳參數確定[J].西北工業大學學報，1995，13（4）.

[3]朱孔欣.一種高地隙拖拉機的行走裝置[P].專利號：CN203637454U.

作者簡介：王瑞平（1986-），男，內蒙古呼和浩特人，中船重工中南裝備有限責任公司助理工程師，碩士，研究方向：系統方案設計、結構設計與仿真；張彬（1987-），男，山東濰坊人，供職于山東勞動職業技術學院，初級職稱，研究方向：機械設計、機械制造。

（責任編輯：黃銀芳）