CN106976476A - 一种扒谷机转向装置及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种扒谷机转向装置，包括：驱动转轴，其包括前驱动转轴和后驱动转轴，驱动转轴两端设置有蜗杆，并包括套设在驱动转轴上的内螺纹直齿轮；机体支撑叉，其可旋转支撑在轮轴上，机体支撑叉顶部设置有涡轮，涡轮与蜗杆啮合；前作用力杆，其一端设置有第一齿条，并与内螺纹直齿轮啮合，用于驱动前驱动转轴旋转；后作用力杆，其一端设置有第二齿条，并与内螺纹直齿轮啮合，用于驱动后驱动转轴旋转，另一端可拆卸式连接前作用力杆的另一端；方向盘，其可旋转式设置在前作用力杆顶部，用于驱动所述前作用力杆前后移动，本发明能够使扒谷机以任意角度行驶，最大可达到横向行驶，减少扒谷机移动次数，方便扒谷机的移动，并提供一种扒谷机转向装置控制方法，以防止转向过快，发生侧倾。

Description

一种扒谷机转向装置及控制方法

技术领域

本发明涉及扒谷机械技术领域，尤其涉及一种扒谷机转向装置和一种扒谷机转向装置控制方法。

背景技术

近年来，国家对农业的大力支持与发展，粮食产量增加，粮食库存严重，发展粮食现代化物流显得尤为重要。发展粮食现代物流的主要内容是推进粮食由包粮运输向散储、散运、散装、散卸“四散化”运输的变革，而我国的粮食现代物流业还处于发展阶段，粮库粮仓出仓机械化程度不高。如何提高粮库粮食出仓的机械化、自动化、系统化，如何提高设施的现代化水平、减轻劳动力、改善作业环境更加重要。扒谷机是当今应用最广泛的农用机械之一，用于散粮收装倒仓、粮库使用时与输送机配合，还可以堆囤、装车，节省劳动力，操作方便，是房式仓库散装粮食在发放、运转、倒仓、打包等作业中不可缺少的装运设备。

相较于过去50年，现有的扒谷机功能有了大步提升，但还存在诸多问题需要解决，我国储备粮库、加工企业的作业流程还没有高度机械化、现代化。现有的螺旋扒谷机械在功能上还是存在着一定的缺陷，其主要表现在：扒谷机转向系统单一，扒谷机只能直线行走来扒谷，限制了其活动范围，移动不方便，移动次数多；在仓房内由于受到平房仓内粮堆的限制，行走区域受到限制，扒粮范围小，不能任意角度移动，影响扒谷机工作效率低；自动化程度低，机动性能差，辅助工作量大、工人操作劳动强度大，不能满足现代粮库的作业要求,因此，现有技术还有待于更进一步的改进和发展。

发明内容

本发明设计开发了一种扒谷机转向装置，能使扒谷机任意角度行驶，最 大可达到横向行驶，减少扒谷机移动次数，方便扒谷机的移动。

本发明还提供一种扒谷机转向装置控制方法，给出方向盘输入转角与转向角的关系式，减小机械结构带来的转向误差，能够有效防止扒谷机侧倾。

本发明提供的技术方案为：

一种扒谷机转向装置，包括：

前驱动转轴，其两端设置有第一蜗杆，所述前驱动转轴上还设置第一直齿轮；

后驱动转轴，其两端设置有第二蜗杆，所述后驱动转轴上还设置第二直齿轮；

机体支撑叉，其分别设置在所述前驱动转轴和后驱动转轴的两端，并且顶部设置有蜗轮，所述蜗轮与所述蜗杆啮合；

前作用力杆，其一端设置有第一齿条，并与所述第一直齿轮啮合，用于驱动前驱动转轴旋转；

后作用力杆，其一端设置有第二齿条，并与所述第二直齿轮啮合，用于驱动后驱动转轴旋转，另一端可拆卸式连接所述前作用力杆的另一端；

方向盘，其连接前作用力杆，用于驱动所述前作用力杆前后移动。

优选的是，所述直齿轮内部设置有内螺纹，所述驱动转轴上设置有外螺纹，以使所述内螺纹直齿轮固定设置在所述驱动转轴上。

优选的是，还包括齿轮固定件，其固定在所述内螺纹直齿轮两端，用于阻止所述内螺纹直齿轮随所述驱动转轴轴向移动。

优选的是，所述前作用力杆中间位置为齿条结构，并与设置在所述方向盘底部的齿轮啮合。

优选的是，所述前作用力杆和所述后作用力杆通过可拆卸式销钉连接，所述前作用力杆能够沿所述后作用力杆方向滑动。

优选的是，所述直齿轮套设在靠近所述驱动转轴一端的1/4处。

优选的是，设置在所述驱动转轴上的外螺纹长度为，L₁＝l_w+D_n

其中，L₁为驱动转轴上的外螺纹长度；l_w为驱动轴两端蜗杆的有效长度；D_n为内螺纹直齿轮的宽度。

优选的是，所蜗杆的有效长度等于涡轮分度圆周长的一半。

优选的是，第一齿条长度为：

其中，L₂为前作用力杆下方齿条长度；r₁为机体支撑轮叉上方涡轮分度圆半径；r₂为内螺纹直齿轮外直齿轮分度圆半径；p为内螺纹直齿轮内螺纹的螺距。

一种扒谷机转向装置控制方法，所述扒谷机转向装置包括前轮转向和前后轮同时转向两种工作模式：

首先，通过设置在方向盘下方的角度传感器，测量方向盘转角；

当扒谷机行驶中的转向角α＜45°时，扒谷机转向装置进入前轮转向模式，为保证扒谷机行驶平稳，不发生侧倾，控制转向电机的最大转角：

L₁为驱动转轴上的外螺纹长度；ω为方向盘转动角速度；

当扒谷机行驶中的转向角α≥45°时，处转向装置处于前后轮同时转向模式时，为保证扒谷机行驶平稳，不发生侧倾，控制转转向电机的最大转角：

其中，F_h为方向盘输入的切向力，

F_max为方向盘输入的最大切向力；

i_c为总传动比；f为前轮轮胎和路面间的滑动摩擦系数；G₁为前轮的法向力；P₁为前轮轮胎气压；G₂为后轮的法向力；为附着系数；r为后轮的自由半径；r_j为后轮的静力半径；D为方向盘直径，L为前作用力杆总长度；P_h为前作用力杆下方齿条长度；ω为助力转向电机转速；t_λ为根据齿轮参数推算出的时间常数，r₂为内螺纹直齿轮外直齿轮分度圆半径；P为内螺纹直齿轮内螺纹的螺距，G前作用力杆材料的剪切模量；J为前作用力杆的截面惯性矩。

本发明的有益效果

1、本发明提供的扒谷机转向装置通过旋转方向盘带动作用力杆来回移动，从而带动内螺纹直齿轮转动而使驱动转轴径向旋转，使驱动转轴来回移动而带动与之是蜗轮蜗杆啮合的机体支撑轮叉上方的涡轮转动，从而带动车轮的旋转来改变车轮的方向，实现转向，其结构简单，操作方便，运作效率高。

2、本发明的驱动转轴两端蜗杆的有效长度等于机体支撑轮叉上方涡轮分度圆周长的一半，从而能使机体支撑轮叉旋转最大范围达到180度，实现车轮的180度范围内旋转，当四轮同时旋转90度时，最大可达到横向行驶。

3、本发明提供扒谷机转向装置能使扒谷机以任意角度行驶，减少扒谷机移动次数，方便扒谷机的移动。

附图说明

图1为本发明所述的扒谷机转向装置总体设计示意图。

图2为本发明所述的扒谷机转向装置的前作用力杆与机体支撑轮叉和方向盘的啮合结构示意图。

图3为本发明所述的扒谷机转向装置的内螺纹直齿轮的啮合结构示意图。

图4为连接销钉处连接示意图。

图5为本发明所述的另一实施例方向盘由助力转向电机驱动的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

如图1所示，本发明提供的扒谷机转向装置，包括：前驱动转轴110、后驱动转轴120、内螺纹直齿轮200，内螺纹直齿轮固定件300，机体支撑轮叉400，车轮500，前作用力杆600，方向盘700，连接销钉800和后作用力杆900。

其中，机体支撑轮叉400上方为圆柱体且具有涡轮结构，前驱动转轴110两端具有蜗杆结构，前驱动转轴100与机体支撑轮叉400上方的圆柱体是蜗轮蜗杆啮合，且蜗杆结构的有效长度等于涡轮分度圆周长的一半，前驱动转轴110一端的四分之一处为螺纹结构，且螺纹的长度等于两端蜗杆有效长度与内螺纹直齿轮200宽度之和；内螺纹直齿轮固定件300固定于内螺纹直齿轮200两端，其作用是阻止内螺纹直齿轮200随驱动转轴轴向移动；

如图4所示，前作用力杆600的一端通过可卸式销钉800与后作用力杆900连接，前后两作用力杆的另一端为齿条结构，当可拆卸式销钉800拔出时，前作用力杆600能够在后作用力杆900的方向上前后滑动。

如图2所示，方向盘700底部具有齿轮，前作用力杆600下方具有齿条，方向盘700底部的齿轮与前作用力杆600下方的齿条啮合，且齿条长度满足：

其中，L₂为前作用力杆下方齿条长度，单位为cm；r₁为机体支撑轮叉400上方涡轮分度圆半径，单位为厘米cm；r₂为内螺纹直齿轮200外直齿轮分度圆半径，单位为厘米cm；p为内螺纹直齿轮内螺纹的螺距，单位为厘米cm。

如图3所示，内螺纹直齿轮200内表面为内螺纹机构，外表面为直齿轮结构，且内螺纹直齿,200与前作用力杆600为齿轮齿条啮合，与前驱动转轴110为螺纹啮合。

如图5所示，在另一实施例中，方向盘700底部具有齿轮，前作用力杆600下方具有齿条，方向盘700转动通过助力转向电机710驱动，并在方向盘700底部设置有角速度传感器720，用于检测方向盘转动角速度，助力转向电机710的输出轴与711前作用力杆600下方的齿条啮合。

实施以扒谷机转向装置的工作过程为例，作进一步说明

第一种情况，当连接销钉800断开前作用力杆600和后作用力杆900的连接时，整个机体只能实现机头的转向，此时，通过旋转方向盘700，带动前作用力杆600前后移动，在作用力杆的推动下带动内螺纹直齿轮200旋转，内螺纹直齿轮200两端被固定，其旋转时内螺纹推动前驱动转轴100来回移动，前驱动转轴100两端的蜗杆结构带动机体支撑轮叉400上方的涡轮结构 转动，从而带动车轮500的旋转，由于前驱动转轴100两端蜗杆的有效长度等于机体支撑轮叉400上方涡轮分度圆周长的一半，所以车轮500能在180度范围内旋转。

第二种情况，当连接销钉800连接前作用力杆600和后作用力杆900的连接时，其后轮转向工作过程与第一种情况相同，此时，前后轮在全部旋转90度时，整个机体能实现横向行驶。

一种扒谷机转向装置控制方法，包括以下步骤：

通过设置在方向盘下方的角度传感器720，测量方向盘转角；

当扒谷机行驶中的转向角α＜45°时，扒谷机转向装置进入前轮转向模式，为保证扒谷机行驶平稳，不发生侧倾，通过助力转向电机710带动方向盘旋转，转向电机710的最大输入转角：

L₁为驱动转轴上的外螺纹长度；ω为方向盘转动角速度，g为重力加速度；

当扒谷机行驶中的转向角α≥45°时，扒谷机转向装置进入前后轮同时转向模式时，为保证扒谷机行驶平稳，不发生侧倾，通过助力转向电机710带动方向盘旋转，转向电机710的最大输入转角：

其中，F_h为方向盘输入的切向力，

F_max为方向盘输入的最大切向力；

式中，i_c为总传动比；f为前轮轮胎和路面间的滑动摩擦系数，一般取0.7左右；G₁为前轮的法向力，单位为N；P₁为前轮轮胎气压，单位为Mpa；G₂为后轮的法向力，单位为N；为附着系数，取0.85～0.9；r为后轮的自由半径，r_j为后轮的静力半径，r_j近似取r_j＝0.96r；D为方向盘直径，单位为m；L为前作用力杆总长度，其单位为m；P_h为前作用力杆下方齿条长度，其单位为m；ω为助力转向电机转速；单位为rad/s；t_λ为根据齿轮参数推算出的 时间常数，其数值为0.58s，r₂为内螺纹直齿轮外直齿轮分度圆半径，其单位为mm；P为内螺纹直齿轮内螺纹的螺距，G前作用力杆材料的剪切模量，其单位为N/m²；J为前作用力杆的截面惯性矩，单位为m⁴。

本发明能使扒谷机任意角度行驶，既能单独前轮转弯，也能实现前后轮同时旋转，当四轮同时旋转90度时，可达到最大横向行驶，减少扒谷机移动次数，方便扒谷机的移动，操作方便，运转灵活。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (10)

1.一种扒谷机转向装置，其特征在于，包括：

前驱动转轴，其两端设置有第一蜗杆，所述前驱动转轴上还设置第一直齿轮；

后驱动转轴，其两端设置有第二蜗杆，所述后驱动转轴上还设置第二直齿轮；

机体支撑叉，其分别设置在所述前驱动转轴和后驱动转轴的两端，并且顶部设置有蜗轮，所述蜗轮与所述蜗杆啮合；

前作用力杆，其一端设置有第一齿条，并与所述第一直齿轮啮合，用于驱动前驱动转轴旋转；

后作用力杆，其一端设置有第二齿条，并与所述第二直齿轮啮合，用于驱动后驱动转轴旋转，另一端可拆卸式连接所述前作用力杆的另一端；

方向盘，其连接前作用力杆，用于驱动所述前作用力杆前后移动。

2.根据权利要求1所述的扒谷机转向装置，其特征在于，所述直齿轮内部设置有内螺纹，所述驱动转轴上设置有外螺纹，以使所述直齿轮固定设置在所述驱动转轴上。

3.根据权利要求1或2所述的扒谷机转向装置，其特征在于，还包括齿轮固定件，其固定在所述直齿轮两端，用于阻止所述直齿轮随所述驱动转轴轴向移动。

4.根据权利要求1所述的扒谷机转向装置，其特征在于，所述前作用力杆中间位置为齿条结构，并与设置在所述方向盘底部的齿轮啮合，所述方向盘采用助力转向电机驱动。

5.根据权利要求1或4所述的扒谷机转向装置，其特征在于，所述前作用力杆和所述后作用力杆通过可拆卸式销钉连接，所述前作用力杆能够沿所述后作用力杆方向滑动。

6.根据权利要求1或2所述的扒谷机转向装置，其特征在于，所述直齿轮套设在靠近所述驱动转轴一端的1/4处。

7.根据权利要求6所述的扒谷机转向装置，其特征在于，设置在所述驱 动转轴上的外螺纹长度为，L₁＝l_w+D_n

其中，L₁为驱动转轴上的外螺纹长度；l_w为驱动轴两端蜗杆的有效长度；D_n为直齿轮的宽度。

8.根据权利要求1或7所述的扒谷机转向装置，其特征在于，所蜗杆的有效长度等于涡轮分度圆周长的一半。

9.根据权利要求7所述的扒谷机转向装置，其特征在于，第一齿条长度为：

其中，L₂为前作用力杆下方齿条长度；r₁为机体支撑轮叉上方涡轮分度圆半径；r₂为直齿轮外直齿轮分度圆半径；p为直齿轮内螺纹的螺距。

10.一种扒谷机转向装置控制方法，其特征在于，所述扒谷机转向装置包括前轮转向和前后轮同时转向两种工作模式：

通过设置在方向盘下方的角度传感器，测量方向盘转角；

当扒谷机行驶中的转向角α＜45°时，扒谷机转向装置进入前轮转向模式，为保证扒谷机行驶平稳，不发生侧倾，控制转向电机的最大转角：

L₁为驱动转轴上的外螺纹长度；ω为方向盘转动角速度；g为重力加速度；

当扒谷机行驶中的转向角α≥45°时，处转向装置处于前后轮同时转向模式时，为保证扒谷机行驶平稳，不发生侧倾，转向电机的最大转角：

其中，F_h为方向盘输入的切向力，

F_max为方向盘输入的最大切向力；

i_c为总传动比；f为前轮轮胎和路面间的滑动摩擦系数；G₁为前轮的法向力；P₁为前轮轮胎气压；G₂为后轮的法向力；为附着系数；r为后轮的自由 半径；r_j为后轮的静力半径；D为方向盘直径，L为前作用力杆总长度；P_h为前作用力杆下方齿条长度；ω为助力转向电机转速；t_λ为根据齿轮参数推算出的时间常数，r₂为内螺纹直齿轮外直齿轮分度圆半径；P为内螺纹直齿轮内螺纹的螺距，G前作用力杆材料的剪切模量；J为前作用力杆的截面惯性矩。