自走式棉模运输车的结构设计与计算
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表 2 组件质量及重心坐标 组件 底盘 （M1） 链床 （M2） 履带 （M3） 棉模 （M4） 质量 M/kg 9 650 5 400 10 000 650 X/mm 3 850 6 430 6 560 Y/mm 1 135 1 245 2 428 820
10 270
θʎ
M4 M2 M1
连接销 M3
表1 棉模运输车型式 自走式 牵引式 工作效率参数对比 装/卸棉模速度 3.5 min/个 5 min/个 道路行驶速度 75 km/h 50 km/h
（五） 经济的使用模式 自走式棉模运输车在制作成本上会有增加， 因 此售价上可能会有 6 万元～10 万元的提升， 但是用 户不再需要额外购买牵引汽车 （新车 14 万元左右） ， 同时减少了一份购买手续和保险等费用， 对于用户 来说实际是更加经济实惠的一种选择。 除以上所述五点外， 自走式棉模运输车还具有 安全性高、 舒适性好、 相对环保等优点。为此自走式 棉模运输车必将成为运模车技术发展方向之一， 具 有广阔的应用前景。 三、 整机结构及计算过程 自走式棉模运输车采用汽车 Ⅱ 类底盘作为基 础， 加装链床组件和履带行走组件， 通过取力器获取 底盘发动机动力带动液压泵， 整机在装卸棉模时均 使用液压系统进行工作。 （一） 确定底盘结构尺寸 选取某型号载货汽车底盘为原型， 保证汽车道 路行驶最小转弯直径 24 m 的要求。经改进确定底 盘轴距尺寸为 6 600+1 300 （6 600 代表前轴中心与后 轴中心距离， 1 300 代表后轴中心与车尾的距离） ， 采 用 6ˑ4 载货结构， 最大行驶速度 75 km/h。
牵引式
0
11984
18842
自走式
6641
14435
1245
图1
牵引式 （上） 与自走式 （下） 对比
目前棉模运输车在新疆主要产棉区基本普及。 新疆天鹅现代农业机械装备有限公司自 2006 年在 农六师 103 团推广国内第一台棉模运输车以来， 至
基金项目： 工业高新技术科技攻关与成果转化 项目名称： 7MZ-10 自走式棉模运输车的研制 （2015AB004）
2017 年
今市场保有量在 400 台以上， 目前也有多家企业生 产类似的棉模运输车。经过多年的产品推广， 棉农 和加工厂已经完全接受了机采棉棉模运输模式， 并 认识到三模设备在实际生产的优势。 然而， 目前国内的棉模运输车全为半挂牵引式， 2013 年以前， 国内还未有厂家涉足自走式棉模运输 车。该公司自 2013 年率先开展自走式棉模运输车 的可行性调研工作。 二、 自走式棉模运输车存在技术优势 自走式棉模运输车相对于牵引式棉模运输车结 构不同， 具有一定优点， 与牵引式运模车之间形成互 补， 可以细化棉模运输车市场， 用户可根据需求确定 使用哪种棉模运输车。 （一） 结构简单， 易操作 自走式棉模运输车采用一体式结构， 车头与车 体之间不需要牵引销铰接， 整体式布局使得驾驶员 的操控性有很大改善。在装卸棉模时， 需要一定对 正要求时， 其易操作性尤为突出。 （二） 动力足， 适应性好 自走式棉模运输车采用后驱型式。驱动桥同时 又是主承重桥， 轴荷较大， 大的轴荷带来更大的摩擦 力， 增加了在冰雪等摩擦力较低路面的行驶通过能 力。 （三） 动力可靠性高， 维护成本低 一体式棉模运输车在装卸棉模时采用取力器直 接从底盘发动机获取动力， 动力更充沛的同时， 节省 了一个发动机的购买成本以及维护成本。用户不再 需要同时维护两台发动机， 明显提高整体的可靠性 和降低维护成本。减少一台发动机也同时降低了驾
加工技术与应用
自走式棉模运输车的结构设计与计算
ʏ 赵鹏达
许江涛 冯全杰 吉祖双 邢 超
〔新疆天鹅现代农业机械装备有限公司， 新疆 五家渠 831300〕 一、 国内外的棉花运输设备现状 棉模运输是棉花机械化采收过程中的一环， 棉 模运输车是将棉模转场运输时必需的一种机械装 备。 美国、 澳大利亚等产棉大国棉花三模设备 （打 模、 运模、 开模） 已经普及多年， 产品种类与产品结构 基本定型。美国拥有全球领先的棉花加工技术及运 输设备， 代表着世界先进技术水平。在美国， 所有机 型中自走式棉模运输车所占的比例在 70% 以上， 其 余部分为半挂牵引式棉模运输车， 总体呈现由半挂 式棉模运输车向自走式棉模运输车过渡的趋势。可 见自走式棉模运输车是棉花运输设备的发展趋势 （详见图 1） 。
o
倾斜油缸
x
经公式计算结果： 空载时， 后轴轴荷 G2= 10 835 kg， 前轴轴荷 G1= 4 865 kg； 满载时， 后轴轴荷 G2= 19 882 kg， 前轴轴荷 G1= 5 818 kg， 重心高度 H= 1 653 mm。 在空载与满载情况下， 前后轴轴荷均符合供应 商对于轴荷数据的要求。 2. 根据重心高度 H 和轮宽 B （2400） 计算安全角 度： tanβ=B/2H （3） 则β=35ʎ， 满足βȡ32ʎ的使用要求。 （四） 计算主要连接点强度 在自走式运模车整个工作过程中， 链床组件与 底盘联接的连接销受力最为集中， 成为整车最薄弱 环节， 需要重点对其进行力学分析。 1. 装卸棉模时的最大受力位置是当倾斜角度 13ʎ ， 且棉模重心位于连接销正上方时， 此时受力 F1 为： 式中： F2x 、 F2y 为 倾 斜 时 链 床 组 件 作 用 在 连 接 销 上 水 平分力和竖直分力， 根 据 公 式 计 算 此 时 F1= （4）
中国棉花加工 第 1 期
11
加工技术与应用
驶员的操作复杂度， 驾驶员只需在驾驶室内就可以 进行装卸棉模的操作。 （四） 举升方式简化， 提高装卸效率 因为采用一体式底盘， 也就是不再需要采用移 动式轮滑结构， 操作时只需要直接进行链床的举升 动作， 同时微调履带位置， 从而减少了装卸棉模的操 作时间， 提高了装卸棉模的工作效率 （表 1） ， 明显提 高地区棉花储运进度。
y
11 mm， 最大倾斜角度 13ʎ ， 确定了底盘与链床的连 接位置为前轴后方 7 885 mm。 （三） 计算前后轴荷、 重心高度和安全角度 1. 运模车主要部件分为底盘、 链床组件、 履带组 件， 计算满载时需要包括重 10 t 的标准棉模。根据 各个组件的质量与重心坐标 （表 2） 及以下公式计算 各轴轴荷与重心高度： G2=������MiXi/L （1） H=������MiXi/G （2） 式中： L——运模车前后轴距尺寸； G——空载时的整车质量， 满载时为整车质量 加标准棉模质量之和。
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M4 M2 M1
连接销 M3
表1 棉模运输车型式 自走式 牵引式 工作效率参数对比 装/卸棉模速度 3.5 min/个 5 min/个 道路行驶速度 75 km/h 50 km/h
（五） 经济的使用模式 自走式棉模运输车在制作成本上会有增加， 因 此售价上可能会有 6 万元～10 万元的提升， 但是用 户不再需要额外购买牵引汽车 （新车 14 万元左右） ， 同时减少了一份购买手续和保险等费用， 对于用户 来说实际是更加经济实惠的一种选择。 除以上所述五点外， 自走式棉模运输车还具有 安全性高、 舒适性好、 相对环保等优点。为此自走式 棉模运输车必将成为运模车技术发展方向之一， 具 有广阔的应用前景。 三、 整机结构及计算过程 自走式棉模运输车采用汽车 Ⅱ 类底盘作为基 础， 加装链床组件和履带行走组件， 通过取力器获取 底盘发动机动力带动液压泵， 整机在装卸棉模时均 使用液压系统进行工作。 （一） 确定底盘结构尺寸 选取某型号载货汽车底盘为原型， 保证汽车道 路行驶最小转弯直径 24 m 的要求。经改进确定底 盘轴距尺寸为 6 600+1 300 （6 600 代表前轴中心与后 轴中心距离， 1 300 代表后轴中心与车尾的距离） ， 采 用 6ˑ4 载货结构， 最大行驶速度 75 km/h。
牵引式
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18842
自走式
6641
14435
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图1
牵引式 （上） 与自走式 （下） 对比
目前棉模运输车在新疆主要产棉区基本普及。 新疆天鹅现代农业机械装备有限公司自 2006 年在 农六师 103 团推广国内第一台棉模运输车以来， 至
基金项目： 工业高新技术科技攻关与成果转化 项目名称： 7MZ-10 自走式棉模运输车的研制 （2015AB004）
2017 年
今市场保有量在 400 台以上， 目前也有多家企业生 产类似的棉模运输车。经过多年的产品推广， 棉农 和加工厂已经完全接受了机采棉棉模运输模式， 并 认识到三模设备在实际生产的优势。 然而， 目前国内的棉模运输车全为半挂牵引式， 2013 年以前， 国内还未有厂家涉足自走式棉模运输 车。该公司自 2013 年率先开展自走式棉模运输车 的可行性调研工作。 二、 自走式棉模运输车存在技术优势 自走式棉模运输车相对于牵引式棉模运输车结 构不同， 具有一定优点， 与牵引式运模车之间形成互 补， 可以细化棉模运输车市场， 用户可根据需求确定 使用哪种棉模运输车。 （一） 结构简单， 易操作 自走式棉模运输车采用一体式结构， 车头与车 体之间不需要牵引销铰接， 整体式布局使得驾驶员 的操控性有很大改善。在装卸棉模时， 需要一定对 正要求时， 其易操作性尤为突出。 （二） 动力足， 适应性好 自走式棉模运输车采用后驱型式。驱动桥同时 又是主承重桥， 轴荷较大， 大的轴荷带来更大的摩擦 力， 增加了在冰雪等摩擦力较低路面的行驶通过能 力。 （三） 动力可靠性高， 维护成本低 一体式棉模运输车在装卸棉模时采用取力器直 接从底盘发动机获取动力， 动力更充沛的同时， 节省 了一个发动机的购买成本以及维护成本。用户不再 需要同时维护两台发动机， 明显提高整体的可靠性 和降低维护成本。减少一台发动机也同时降低了驾
加工技术与应用
自走式棉模运输车的结构设计与计算
ʏ 赵鹏达
许江涛 冯全杰 吉祖双 邢 超
〔新疆天鹅现代农业机械装备有限公司， 新疆 五家渠 831300〕 一、 国内外的棉花运输设备现状 棉模运输是棉花机械化采收过程中的一环， 棉 模运输车是将棉模转场运输时必需的一种机械装 备。 美国、 澳大利亚等产棉大国棉花三模设备 （打 模、 运模、 开模） 已经普及多年， 产品种类与产品结构 基本定型。美国拥有全球领先的棉花加工技术及运 输设备， 代表着世界先进技术水平。在美国， 所有机 型中自走式棉模运输车所占的比例在 70% 以上， 其 余部分为半挂牵引式棉模运输车， 总体呈现由半挂 式棉模运输车向自走式棉模运输车过渡的趋势。可 见自走式棉模运输车是棉花运输设备的发展趋势 （详见图 1） 。
o
倾斜油缸
x
经公式计算结果： 空载时， 后轴轴荷 G2= 10 835 kg， 前轴轴荷 G1= 4 865 kg； 满载时， 后轴轴荷 G2= 19 882 kg， 前轴轴荷 G1= 5 818 kg， 重心高度 H= 1 653 mm。 在空载与满载情况下， 前后轴轴荷均符合供应 商对于轴荷数据的要求。 2. 根据重心高度 H 和轮宽 B （2400） 计算安全角 度： tanβ=B/2H （3） 则β=35ʎ， 满足βȡ32ʎ的使用要求。 （四） 计算主要连接点强度 在自走式运模车整个工作过程中， 链床组件与 底盘联接的连接销受力最为集中， 成为整车最薄弱 环节， 需要重点对其进行力学分析。 1. 装卸棉模时的最大受力位置是当倾斜角度 13ʎ ， 且棉模重心位于连接销正上方时， 此时受力 F1 为： 式中： F2x 、 F2y 为 倾 斜 时 链 床 组 件 作 用 在 连 接 销 上 水 平分力和竖直分力， 根 据 公 式 计 算 此 时 F1= （4）
中国棉花加工 第 1 期
11
加工技术与应用
驶员的操作复杂度， 驾驶员只需在驾驶室内就可以 进行装卸棉模的操作。 （四） 举升方式简化， 提高装卸效率 因为采用一体式底盘， 也就是不再需要采用移 动式轮滑结构， 操作时只需要直接进行链床的举升 动作， 同时微调履带位置， 从而减少了装卸棉模的操 作时间， 提高了装卸棉模的工作效率 （表 1） ， 明显提 高地区棉花储运进度。
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11 mm， 最大倾斜角度 13ʎ ， 确定了底盘与链床的连 接位置为前轴后方 7 885 mm。 （三） 计算前后轴荷、 重心高度和安全角度 1. 运模车主要部件分为底盘、 链床组件、 履带组 件， 计算满载时需要包括重 10 t 的标准棉模。根据 各个组件的质量与重心坐标 （表 2） 及以下公式计算 各轴轴荷与重心高度： G2=������MiXi/L （1） H=������MiXi/G （2） 式中： L——运模车前后轴距尺寸； G——空载时的整车质量， 满载时为整车质量 加标准棉模质量之和。