CN103600655B - 前桥摆转式水田四驱底盘转向系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种前桥摆转式水田四驱底盘转向系统，包括前桥、后桥、左前轮、右前轮、左后轮和右后轮，左前轮和右前轮设于前桥左右两端，左后轮和右后轮设于后桥左右两端，前桥和后桥固定于车架上；左前轮、右前轮、左后轮和右后轮分别设有独立的液压马达，为左前液压马达、右前液压马达、左后液压马达和右后液压马达，各液压马达与液压油路连接；左前液压马达与右前液压马达串联，并组成前液压马达组接入液压油路，左后液压马达、右后液压马达分别与前液压马达组并联接入液压油路。本四轮底盘转向系统具有结构简单、牵引附着能力好、操作性好、作业灵活、底盘稳定性好、性价比高、在水田地头或地角均能实现小转弯半径转弯等特点。

Description

前桥摆转式水田四驱底盘转向系统

技术领域

本发明涉及水田用的农业机械技术领域，特别涉及一种前桥摆转式水田四驱底盘转向系统。

背景技术

国土资源部2012年发布的相关数据显示，我国水稻种植面积约为4.52亿亩，种植户1.5亿户，户均约3亩。由于水田对土地平整度要求比较高，田块面积增大时会增加平整的难度，故使我国水田耕作地块面积小。山区丘陵因地形影响，田块面积大多小于2亩，甚至有很多1亩以下的小田块。在连片平地水田一般规划长度为100～120米，宽度为50～60米，最大也很少超过200米×100米。不规整的小块水田对田间作业机械的机动性与操纵性要求较高，目前已有的水田机械还不能满足要求，限制了水田机械的推广应用，使得大部分地区的水田机械化程度不高，特别是水稻播插机械化水平难以提高，严重影响着水稻生产机械化的发展。据农业部农机化管理司统计，全国水稻机械化种植水平约为20%，其中主要原因是部分丘陵山区水稻田块小且分散，不利于大型机械作业。因此，研究适合我国小块水田作业、且具有较好的机动性和操纵性的农机底盘，对提高我国水稻生产机械化水平有着极其重要的意义。

目前，用于水稻播插机械的底盘主要是引进于日本，在进行播插作业时，主要采用前轮偏转的方式进行转向，需要助力装置进行辅助转向，由于其大多数的转弯半径的大小都是在3.5～4米之间，需要大于4米以上的地头宽度才能实现转向，作业时增加了空行时间，并且无法实现直接掉头转入下一畦作业，影响了播插作业效率。所以，该结构形式的水稻播插机械并不适用于我国现阶段不规整、小地块的水田结构。四轮拖拉机在水田、湿地进行机械作业时，由于土壤含水率高，轮式拖拉机存在以下缺陷：或不能下水田、或作业时形成较深的轮辙，还经常发生打滑、下陷等问题，特别是在转向的过程中，拖拉机主要以前轮偏转的方式转弯，一方面使得其车轮下陷严重，转向费力，需要增加液压或电控的助力转向器辅助，才能实现转弯；另一方面偏转的转弯半径大，需要较大的地头宽度，并且在地头要实现转弯时需要多次换挡，导致拖拉机功效难以充分发挥，同时还容易破坏土壤物理结构，故偏转的四轮拖拉机不适合在水田中转向。

而在丘陵山区地带，目前主要使用手扶式的插秧机，手扶式的插秧机由于转弯半径小、操作灵活而在丘陵地带广泛使用，但其机械化程度低、劳动强度大。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种操作性好、作业灵活、作业效率较高的前桥摆转式水田四驱底盘转向系统。

本发明的技术方案为：一种前桥摆转式水田四驱底盘转向系统，包括前桥、后桥、左前轮、右前轮、左后轮和右后轮，左前轮和右前轮分别设于前桥的左右两端，左后轮和右后轮分别设于后桥的左右两端，前桥和后桥分别固定于车架上；左前轮、右前轮、左后轮和右后轮分别设有独立的液压马达，各液压马达分别与液压油路连接；与左前轮对应的液压马达为左前液压马达，与右前轮对应的液压马达为右前液压马达，与左后轮对应的液压马达为左后液压马达，与右后轮对应的液压马达为右后液压马达；其中，左前液压马达与右前液压马达串联，并组成前液压马达组接入液压油路，左后液压马达、右后液压马达分别与前液压马达组并联接入液压油路。其中，每个车轮上独立设置一个液压马达，两个前轮的驱动液压马达采取串联形式，可确保底盘的直行度；两个后轮的驱动马达采用并联的形式连接，同时与两个前轮的油路并联连接，转向时，转向内侧的前轮制动停止，转向内侧的后轮空转，倒车时两个后轮空转。

所述左前液压马达设于左前轮内侧的前桥上，左前液压马达通过安装板固定于前桥上；右前液压马达设于右前轮内侧的前桥上，右前液压马达通过安装板固定于前桥上；左后液压马达设于左后轮内侧的后桥上，左后液压马达通过安装板固定于后桥上；右后液压马达设于右后轮内侧的后桥上，右后液压马达通过安装板固定于后桥上。对底盘上各轮分别设置独立的液压马达，使底盘转向系统在转向过程中能根据各轮的运动要求，准确控制各轮对应的液压马达的动力输出，可实现沿着前桥的中心作任何角度的转动，能确保底盘的四个车轮均能同时着地，安全性高、适应性强；并能够在转向时实现零转向半径，可直接转入下一畦。

所述左前液压马达、右前液压马达、左后液压马达和右后液压马达均为低速直驱式液压马达。

所述前桥与后桥之间通过联动轴连接，联动轴与前桥的相接处设有铰接浮动装置。铰接浮动装置的设置，可以保证各轮在转弯时不产生显著轴向滑移，在机器内部结构不发生变形、损坏的条件下，可采取最小的转弯半径进行转向。

所述铰接浮动装置包括相连接的转向组件和浮动组件；转动组件包括转向轴和方座轴承，转向轴外周通过方座轴承与车架连接；浮动组件包括浮动轴和浮动轴承，浮动轴两端分别通过浮动轴承与前桥连接，浮动轴中部开有通孔，转向轴一端与浮动轴的通孔处连接。这样使前桥绕着转向轴进行任意角度的旋转；并能使机架绕浮动轴旋转，从而保证底盘的四个车轮均能同时着地。

所述液压油路内设有液压油泵、油箱、总换向阀、左前换向阀、右前换向阀、左后换向阀和右后换向阀，液压油泵和油箱分别与总换向阀连接，左前轮与液压油泵及油箱连接的管路上设置左前换向阀，右前轮与液压油泵及油箱连接的管路上设置右前换向阀，左后轮与液压油泵及油箱连接的管路上设置左后换向阀，右后轮与液压油泵及油箱连接的管路上设置右后换向阀。

所述总换向阀为三位四通换向阀；左前换向阀的出油口与左前液压马达连接，右前换向阀的出油口与右前液压马达连接；右前换向阀的压力口与三位四通换向阀的第一出油口连接，右前换向阀的回油口与左前换向阀的压力口连接，左前换向阀的回油口与三位四通换向阀的第一出油口连接，形成左前液压马达和右前液压马达串联的前液压马达组；左后换向阀的出油口与左后液压马达连接，右后换向阀的出油口与右后液压马达连接；左后换向阀的压力口与三位四通换向阀的第二出油口连接，右后换向阀的压力口与三位四通换向阀的第二出油口连接；左后换向阀的回油口与三位四通换向阀的第一出油口连接，右后换向阀的回油口与三位四通换向阀的第一出油口连接。其中，总换向阀用于控制底盘的前进、后退或停止；当其位于中位时，底盘处于停车状态；当其位于左位时，底盘处于前进状态；当其位于右位时，底盘处于后退状态。

所述总换向阀、左前换向阀、右前换向阀、左后换向阀和右后换向阀均为常开式电磁阀。通过改变各电磁阀的工作位置，可改变各相应液压马达的工作状态。另外，在液压油路上安装控制装置（如遥控器、控制芯片等），即可以实现自动化行驶。

本前桥摆转式水田四驱底盘转向系统使用时，当水稻播插机械需要在地头转向时，一种方式是：在底盘距离地头为一个轮距时，让作为前驱动轮的左前轮或右前轮停转，让另一侧的车轮继续转弯，则可使底盘直接转入相邻的下一畦，这种转向方式可实现最短的转弯时间。另一种方式是：采取分段式的方式，底盘直接走到地头，转向内侧的前驱动轮（即左前轮或右前轮）倒转，带动前桥转到与原前进方向成九十度，然后再直线行走到下一畦的位置，位于内侧的前驱动轮停止，位于外侧的另一车轮继续转动，带动前桥进入下一畦，这种方式可实现更小的地头宽度。当水稻播插机械需要在地角转向时，可采用分段式转向的方法，实现地角转向的功能。

本发明相对于现有技术，具有以下有益效果：

1、本前桥摆转式水田四驱底盘转向系统通过对底盘上各车轮分别设置独立的液压马达，两个前轮的驱动液压马达采取串联形式，可确保底盘的直行度，实现在不需要安装机械式转向装置的情况下，保证底盘的直线行驶以及掉头转弯、倒退等动作，操作灵活且方便；两个后轮的驱动马达采用并联的形式连接，同时与两个前轮的油路并联连接，转向时，转向内侧的前轮制动停止，转向内侧的后轮空转，倒车时两个后轮空转。各液压马达通过液压油路进行控制，具有结构简单、牵引附着能力好、操作性好、作业灵活、底盘稳定性好、性价比高、在水田地头或地角均能实现小转弯半径转弯等特点。

2、本前桥摆转式水田四驱底盘转向系统中，在前桥上增设铰接浮动装置，可以实现后桥沿着前桥的中心作任意角度的转动，转动非常的灵活，并可以确保底盘上的四个车轮均能同时着地，安全性高、适应性强。

3、本前桥摆转式水田四驱底盘转向系统中，在液压油路中设置与各个液压马达对应的电磁阀，对各个液压马达的控制更为灵活，通过改变各电磁阀的工作位置，可改变各相应液压马达的工作状态。另外，在液压油路上安装控制装置（如遥控器、控制芯片等），即可以实现自动化行驶，使用方便。

附图说明

图1为本前桥摆转式水田四驱底盘转向系统的原理示意图。

图2为前桥上增设铰接浮动装置时的结构示意图。

图3为图2中A方向上铰接浮动装置的结构示意图。

图4为液压油路的原理示意图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图，对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例

本实施例一种前桥摆转式水田四驱底盘转向系统，包括前桥1、后桥2、左前轮3、右前轮4、左后轮5和右后轮6，左前轮和右前轮分别设于前桥的左右两端，左后轮和右后轮分别设于后桥的左右两端，前桥和后桥分别固定于车架上；左前轮、右前轮、左后轮和右后轮分别设有独立的液压马达，各液压马达分别与液压油路连接；与左前轮对应的液压马达为左前液压马达7，与右前轮对应的液压马达为右前液压马达8，与左后轮对应的液压马达为左后液压马达9，与右后轮对应的液压马达为右后液压马达10；其中，如图4所示，左前液压马达与右前液压马达串联，并组成前液压马达组接入液压油路，左后液压马达、右后液压马达分别与前液压马达组并联接入液压油路。其中，每个车轮上独立设置一个液压马达，两个前轮的驱动液压马达采取串联形式，可确保底盘的直行度；两个后轮的驱动马达采用并联的形式连接，同时与两个前轮的油路并联连接，转向时，转向内侧的前轮制动停止，转向内侧的后轮空转，倒车时两个后轮空转。

左前液压马达设于左前轮内侧的前桥上，左前液压马达通过安装板固定于前桥上；右前液压马达设于右前轮内侧的前桥上，右前液压马达通过安装板固定于前桥上；左后液压马达设于左后轮内侧的后桥上，左后液压马达通过安装板固定于后桥上；右后液压马达设于右后轮内侧的后桥上，右后液压马达通过安装板固定于后桥上。对底盘上各轮分别设置独立的液压马达，使底盘转向系统在转向过程中能根据各轮的运动要求，准确控制各轮对应的液压马达的动力输出，可实现沿着前桥的中心作任何角度的转动，能确保底盘的四个车轮均能同时着地，安全性高、适应性强；并能够在转向时实现零转向半径，可直接转入下一畦。

左前液压马达、右前液压马达、左后液压马达和右后液压马达均为低速直驱式液压马达。

前桥与后桥之间通过联动轴11连接，联动轴与前桥的相接处设有铰接浮动装置12。铰接浮动装置的设置，可以保证各轮在转弯时不产生显著轴向滑移，在机器内部结构不发生变形、损坏的条件下，可采取最小的转弯半径进行转向。

如图2或图3所示，铰接浮动装置包括相连接的转向组件和浮动组件；转动组件包括转向轴13和方座轴承14，转向轴外周通过方座轴承与车架15连接；浮动组件包括浮动轴16和浮动轴承17，浮动轴两端分别通过浮动轴承与前桥连接，浮动轴中部开有通孔，转向轴一端与浮动轴的通孔处连接。这样使前桥绕着转向轴进行任意角度的旋转；并能使机架绕浮动轴旋转，从而保证底盘的四个车轮均能同时着地。

如图4所示，液压油路内设有液压油泵18、油箱19、总换向阀20、左前换向阀21、右前换向阀22、左后换向阀23和右后换向阀24，液压油泵和油箱分别与总换向阀连接，左前轮与液压油泵及油箱连接的管路上设置左前换向阀，右前轮与液压油泵及油箱连接的管路上设置右前换向阀，左后轮与液压油泵及油箱连接的管路上设置左后换向阀，右后轮与液压油泵及油箱连接的管路上设置右后换向阀。

总换向阀为三位四通换向阀；左前换向阀的出油口与左前液压马达连接，右前换向阀的出油口与右前液压马达连接；右前换向阀的压力口与三位四通换向阀的第一出油口B连接，右前换向阀的回油口与左前换向阀的压力口连接，左前换向阀的回油口与三位四通换向阀的第一出油口B连接，形成左前液压马达和右前液压马达串联的前液压马达组；左后换向阀的出油口与左后液压马达连接，右后换向阀的出油口与右后液压马达连接；左后换向阀的压力口与三位四通换向阀的第二出油口A连接，右后换向阀的压力口与三位四通换向阀的第二出油口A连接；左后换向阀的回油口与三位四通换向阀的第一出油口B连接，右后换向阀的回油口与三位四通换向阀的第一出油口B连接。其中，总换向阀用于控制底盘的前进、后退或停止；当其位于中位时，底盘处于停车状态；当其位于左位时，底盘处于前进状态；当其位于右位时，底盘处于后退状态。

总换向阀、左前换向阀、右前换向阀、左后换向阀和右后换向阀均为常开式电磁阀。通过改变各电磁阀的工作位置，可改变各相应液压马达的工作状态。另外，在液压油路上安装控制装置（如遥控器、控制芯片等），即可以实现自动化行驶。

本前桥摆转式水田四驱底盘转向系统使用时，当水稻播插机械需要在地头转向时，让一侧（即左侧或右侧）的车轮停转，让另一侧的车轮继续转弯，则可使底盘直接转入相邻的下一畦。当水稻播插机械需要在地角转向时，可采用分段式转向的方法，实现地头转向的功能；首先，在到达地头时，让转向方向的一侧（即左侧或右侧）驱动车轮倒转，另一侧驱动车轮停转；然后，当车轮倒转到理想的位置，让该侧的车轮前行，另一侧的车轮停转；当前桥到达与底线田埂平行的位置时，再驱动两侧的车轮直线行驶，即可实现在地角的转向。

如上所述，便可较好地实现本发明，上述实施例仅为本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的实施范围；即凡依本发明内容所作的均等变化与修饰，都为本发明权利要求所要求保护的范围所涵盖。

Claims (6)

1.前桥摆转式水田四驱底盘转向系统，包括前桥、后桥、左前轮、右前轮、左后轮和右后轮，左前轮和右前轮分别设于前桥的左右两端，左后轮和右后轮分别设于后桥的左右两端，前桥和后桥分别固定于车架上；其特征在于，左前轮、右前轮、左后轮和右后轮分别设有独立的液压马达，各液压马达分别与液压油路连接；与左前轮对应的液压马达为左前液压马达，与右前轮对应的液压马达为右前液压马达，与左后轮对应的液压马达为左后液压马达，与右后轮对应的液压马达为右后液压马达；其中，左前液压马达与右前液压马达串联，并组成前液压马达组接入液压油路，左后液压马达、右后液压马达分别与前液压马达组并联接入液压油路；

所述液压油路内设有液压油泵、油箱、总换向阀、左前换向阀、右前换向阀、左后换向阀和右后换向阀，液压油泵和油箱分别与总换向阀连接，左前轮与液压油泵及油箱连接的管路上设置左前换向阀，右前轮与液压油泵及油箱连接的管路上设置右前换向阀，左后轮与液压油泵及油箱连接的管路上设置左后换向阀，右后轮与液压油泵及油箱连接的管路上设置右后换向阀；

所述总换向阀为三位四通换向阀；左前换向阀的出油口与左前液压马达连接，右前换向阀的出油口与右前液压马达连接；右前换向阀的压力口与三位四通换向阀的第一出油口连接，右前换向阀的回油口与左前换向阀的压力口连接，左前换向阀的回油口与三位四通换向阀的第一出油口连接，形成左前液压马达和右前液压马达串联的前液压马达组；左后换向阀的出油口与左后液压马达连接，右后换向阀的出油口与右后液压马达连接；左后换向阀的压力口与三位四通换向阀的第二出油口连接，右后换向阀的压力口与三位四通换向阀的第二出油口连接；左后换向阀的回油口与三位四通换向阀的第一出油口连接，右后换向阀的回油口与三位四通换向阀的第一出油口连接。

2.根据权利要求1所述前桥摆转式水田四驱底盘转向系统，其特征在于，所述左前液压马达设于左前轮内侧的前桥上，左前液压马达通过安装板固定于前桥上；右前液压马达设于右前轮内侧的前桥上，右前液压马达通过安装板固定于前桥上；左后液压马达设于左后轮内侧的后桥上，左后液压马达通过安装板固定于后桥上；右后液压马达设于右后轮内侧的后桥上，右后液压马达通过安装板固定于后桥上。

3.根据权利要求1所述前桥摆转式水田四驱底盘转向系统，其特征在于，所述左前液压马达、右前液压马达、左后液压马达和右后液压马达均为低速直驱式液压马达。

4.根据权利要求1所述前桥摆转式水田四驱底盘转向系统，其特征在于，所述前桥与后桥之间通过联动轴连接，联动轴与前桥的相接处设有铰接浮动装置。

5.根据权利要求4所述前桥摆转式水田四驱底盘转向系统，其特征在于，所述铰接浮动装置包括相连接的转向组件和浮动组件；转动组件包括转向轴和方座轴承，转向轴外周通过方座轴承与车架连接；浮动组件包括浮动轴和浮动轴承，浮动轴两端分别通过浮动轴承与前桥连接，浮动轴中部开有通孔，转向轴一端与浮动轴的通孔处连接。

6.根据权利要求1所述前桥摆转式水田四驱底盘转向系统，其特征在于，所述总换向阀、左前换向阀、右前换向阀、左后换向阀和右后换向阀均为常开式电磁阀。