一種適用于收獲機的液力驅動轉向橋的研制

郝曉飛　王鐵新　董杰　管月花

為了提高玉米收獲機在東北地區、西北地區、內蒙地區的偏坡作業、濕洼地作業、土壤沙化地作業等惡劣工況下的高效作業通過性能，確保收獲機在發生陷車時能夠可靠脫困，設計了一種適用于收獲機的液力驅動轉向橋。該液力驅動轉向橋采用輪邊馬達（POCLAIN）直接驅動轉向輪的形式，動力傳遞平穩可靠;采用電磁閥“通、斷”實現液力后驅的使用和不使用，一鍵操縱，方便快捷;專門設計了防打滑閥，確保收獲機陷車時，有效脫困。針對橋架、轉向節、油缸等關鍵部件和承載能力、結構強度、轉向阻力、轉向角等關鍵參數進行了系統的設計與優化。產品經過試制驗證，表明該液力驅動轉向橋完全可滿足玉米收獲機在惡劣工況下工作的需要，符合相關行業標準要求。

我國玉米收獲機研制始于1960年，2004年國家出臺農機補貼政策以來，我國農業機械事業得到了迅猛發展，我國玉米機收率得到了極大提高，特別是北方玉米區（黑龍江省、吉林省、山東省、內蒙古自治區、河南省及河北省等）機收率達到了約70%。但正是在這部分區域，存在偏坡作業、濕洼地作業、土壤沙化地作業等狀況，收割難度大，阻礙著玉米機收率的進一步提高。

市場上目前能適應上述工況的四驅玉米收獲機多為機械后驅結構，技術來源于約翰迪爾機型。機械后驅結構動力由驅動橋通過傳動軸傳遞至轉向橋，轉向橋體包含中間差速器和邊減速箱裝置，結構復雜，空間布局困難。同時，由于不同款式玉米收獲機的輪胎直徑、胎壓、整機重量、作業工況等均不一致，需要針對每一款玉米收獲機機型進行傳動速比匹配，計算繁瑣而困難、零部件通用性差，使用過程中經常出現“前拉后”或“后推前”的情況，故障率高，可靠性差。

為此，通過整合借鑒國外先進的液壓驅動元件，結合玉米收獲機轉向橋架的結構特點和行業標準要求，研制了一種適用于收獲機的液力驅動轉向橋，并進行了性能測試、整作業季可靠性試驗，試驗表明符合相關行業標準要求，可增大收獲機械產品的適用范圍，進一步提高北方玉米區的機械化收獲水平，為百姓帶來經濟價值。

1.液力驅動轉向橋的設計

液力驅動轉向橋是在原有非動力轉向橋的基礎上，通過調整轉向橋支架結構及轉向油缸結構，并增加輪邊馬達、液壓控制閥體等液壓原件來實現的。利用Solidworks建立三維模型如圖1所示。

機械部分由轉向橋支架、轉向節、轉向輪、轉向油缸連桿等組成。轉向橋支架橫梁采用160×80×10矩形管;轉向節為C型鑄造法蘭+Ф55內傾主銷結構，并與輪邊馬達連接。為提高空間利用率，降低液壓油管排布難度，轉向油缸由原有的兩側對稱油缸布置改為一個中置雙向液壓油缸機構，轉向油缸與轉向節用連桿連接，實現轉向橋的轉向功能。輪胎規格選用16.0/70-20R-1，理論外徑1050mm。

液壓部分由行走泵、輪邊馬達、兩/四驅切換閥、防打滑閥、液壓油箱、油管等組成。行走泵選用變量閉式泵，排量110cm3/r。輪邊馬達選用POCLAIN生產的MS-80進口馬達。設置兩/四驅切換閥，用戶可根據作業環境自由實現兩/四驅的切換。而防打滑閥可保證車輛在單側輪胎打滑時，另一側輪胎仍有可靠動力輸出。

①液壓原理

液壓部分是在兩驅液力驅動系統的基礎上，在轉向輪上增加液力驅動輪邊馬達及相關液壓控制元件，實現車輛的四驅功能。液壓原理圖如圖2所示。

工作時，行走泵為動力源，分別帶動前輪驅動馬達和輪邊馬達。液壓控制閥塊包括兩/四驅切換閥和防打滑閥。當電磁閥塊位于左側時，輪邊馬達回路斷開，此時為兩驅狀態;位于右側時回路接通，為四驅狀態。輪邊馬達處設有傳感器，當系統感應到單側馬達打滑時，防打滑閥通過改變兩側輪邊發達的流量，來保證未打滑側馬達仍有動力，實現轉向橋的防打滑功能。在系統回油油路中設有液壓油散熱器，保證系統的工作穩定性。

②橋體結構設計

轉向橋支架橫梁采用160×80×10矩形管;轉向節為C型鑄造法蘭+Ф55內傾主銷結構，并與輪邊馬達連接。液力驅動轉向橋中的轉向節采用球墨鑄鐵500-7整體鑄造而成，在整個轉向橋中連接轉向橋架及輪轂總成，受力較復雜。通過Solidworks三維建模，利用有限元分析法對其進行受力分析。

設置轉向節與輪轂總成連接一側為固定面。考慮車輛行走過程中顛簸及傾斜地面作業，將轉向橋架與轉向節的接觸面壓力設置為靜壓力的2倍，單個轉向節的靜壓力最大為25000N，故模擬壓力設置為50000N。對其進行網格劃分，如圖3所示。運算結果如圖4所示。

運算結構顯示，轉向節中應力最大部分為153.651MPa，而球墨鑄鐵500-7的屈服強度為320MPa-500MPa，可以滿足使用要求。

液力驅動轉向橋是在原非驅動型轉向橋的基礎上，通過改變轉向油缸，增加帶液壓馬達的轉向節，實現了轉向橋的驅動功能，通過理論計算及實物實驗表明，該轉向橋滿足設計要求，可以廣泛應用于玉米收獲機、谷物聯合收獲機等農用收獲機中，并能滿足特殊地形區域用戶的需求。

（作者單位：1.2.3.056800河北省宗申戈梅利農業機械制造有限公司;4.056000河北省哈克（邯鄲）農業機械裝備制造有限公司）