一种适用于收获机的液力驱动转向桥的研制
郝晓飞 王铁新 董杰 管月花
为了提高玉米收获机在东北地区、西北地区、内蒙地区的偏坡作业、湿洼地作业、土壤沙化地作业等恶劣工况下的高效作业通过性能，确保收获机在发生陷车时能够可靠脱困，设计了一种适用于收获机的液力驱动转向桥。该液力驱动转向桥采用轮边马达（POCLAIN）直接驱动转向轮的形式，动力传递平稳可靠;采用电磁阀“通、断”实现液力后驱的使用和不使用，一键操纵，方便快捷;专门设计了防打滑阀，确保收获机陷车时，有效脱困。针对桥架、转向节、油缸等关键部件和承载能力、结构强度、转向阻力、转向角等关键参数进行了系统的设计与优化。产品经过试制验证，表明该液力驱动转向桥完全可满足玉米收获机在恶劣工况下工作的需要，符合相关行业标准要求。
我国玉米收获机研制始于1960年，2004年国家出台农机补贴政策以来，我国农业机械事业得到了迅猛发展，我国玉米机收率得到了极大提高，特别是北方玉米区（黑龙江省、吉林省、山东省、内蒙古自治区、河南省及河北省等）机收率达到了约70%。但正是在这部分区域，存在偏坡作业、湿洼地作业、土壤沙化地作业等状况，收割难度大，阻碍着玉米机收率的进一步提高。
市场上目前能适应上述工况的四驱玉米收获机多为机械后驱结构，技术来源于约翰迪尔机型。机械后驱结构动力由驱动桥通过传动轴传递至转向桥，转向桥体包含中间差速器和边减速箱装置，结构复杂，空间布局困难。同时，由于不同款式玉米收获机的轮胎直径、胎压、整机重量、作业工况等均不一致，需要针对每一款玉米收获机机型进行传动速比匹配，计算繁琐而困难、零部件通用性差，使用过程中经常出现“前拉后”或“后推前”的情况，故障率高，可靠性差。
为此，通过整合借鉴国外先进的液压驱动元件，结合玉米收获机转向桥架的结构特点和行业标准要求，研制了一种适用于收获机的液力驱动转向桥，并进行了性能测试、整作业季可靠性试验，试验表明符合相关行业标准要求，可增大收获机械产品的适用范围，进一步提高北方玉米区的机械化收获水平，为百姓带来经济价值。
1.液力驱动转向桥的设计
液力驱动转向桥是在原有非动力转向桥的基础上，通过调整转向桥支架结构及转向油缸结构，并增加轮边马达、液压控制阀体等液压原件来实现的。利用Solidworks建立三维模型如图1所示。
机械部分由转向桥支架、转向节、转向轮、转向油缸连杆等组成。转向桥支架横梁采用160×80×10矩形管;转向节为C型铸造法兰+Ф55内倾主销结构，并与轮边马达连接。为提高空间利用率，降低液压油管排布难度，转向油缸由原有的两侧对称油缸布置改为一个中置双向液压油缸机构，转向油缸与转向节用连杆连接，实现转向桥的转向功能。轮胎规格选用16.0/70-20R-1，理论外径1050mm。
液压部分由行走泵、轮边马达、两/四驱切换阀、防打滑阀、液压油箱、油管等组成。行走泵选用变量闭式泵，排量110cm3/r。轮边马达选用POCLAIN生产的MS-80进口马达。设置两/四驱切换阀，用户可根据作业环境自由实现两/四驱的切换。而防打滑阀可保证车辆在单侧轮胎打滑时，另一侧轮胎仍有可靠动力输出。
①液压原理
液压部分是在两驱液力驱动系统的基础上，在转向轮上增加液力驱动轮边马达及相关液压控制元件，实现车辆的四驱功能。液压原理图如图2所示。
工作时，行走泵为动力源，分别带动前轮驱动马达和轮边马达。液压控制阀块包括两/四驱切换閥和防打滑阀。当电磁阀块位于左侧时，轮边马达回路断开，此时为两驱状态;位于右侧时回路接通，为四驱状态。轮边马达处设有传感器，当系统感应到单侧马达打滑时，防打滑阀通过改变两侧轮边发达的流量，来保证未打滑侧马达仍有动力，实现转向桥的防打滑功能。在系统回油油路中设有液压油散热器，保证系统的工作稳定性。
②桥体结构设计
转向桥支架横梁采用160×80×10矩形管;转向节为C型铸造法兰+Ф55内倾主销结构，并与轮边马达连接。液力驱动转向桥中的转向节采用球墨铸铁500-7整体铸造而成，在整个转向桥中连接转向桥架及轮毂总成，受力较复杂。通过Solidworks三维建模，利用有限元分析法对其进行受力分析。
设置转向节与轮毂总成连接一侧为固定面。考虑车辆行走过程中颠簸及倾斜地面作业，将转向桥架与转向节的接触面压力设置为静压力的2倍，单个转向节的静压力最大为25000N，故模拟压力设置为50000N。对其进行网格划分，如图3所示。运算结果如图4所示。
运算结构显示，转向节中应力最大部分为153.651MPa，而球墨铸铁500-7的屈服强度为320MPa-500MPa，可以满足使用要求。
液力驱动转向桥是在原非驱动型转向桥的基础上，通过改变转向油缸，增加带液压马达的转向节，实现了转向桥的驱动功能，通过理论计算及实物实验表明，该转向桥满足设计要求，可以广泛应用于玉米收获机、谷物联合收获机等农用收获机中，并能满足特殊地形区域用户的需求。
（作者单位：1.2.3.056800河北省宗申戈梅利农业机械制造有限公司;4.056000河北省哈克（邯郸）农业机械装备制造有限公司）
