一种可以原地转向的多地形作业拖拉机的制作方法

1.本发明涉及拖拉机技术领域，特别涉及一种可以原地转向的多地形作业拖拉机。


背景技术：

2.本发明对于背景技术的描述与本发明相关的相关技术，仅仅是用于说明和便于理解本发明的内容，不应理解为申请人明确认为或推定申请人认为是本发明在首次提出申请的申请日的现有技术。
3.在农田作业时，拖拉机越小的转弯半径，越能提高作业效率，还有农田面积的限制因素等，都需要一辆拖拉机具有更短的轴距，更小的轮距以及更大的转向轮偏转角。受整体布置结构的限制，仅从这几个方面调整难以最优化拖拉机转向半径。在履带式拖拉机上，通过单边制动的方式实现了拖拉机原地转向，单边制动时需要制动内测车轮，速度快，内侧的车轮由于刹车的负荷和差速器的影响，处于与传动机构分离的状态，如果中途松刹车，内侧车轮立即高速运转很容易弄坏差速装置，且对制动器的伤害也大，易导致转向不足或转向过度。
4.近些年开，国内农业机械化水平逐渐提高，出现各类针对不同作物的拖拉机，大大地降低了人工劳作成本，提升了产量。但由于地形因素，国内农业机械的使用大部分集中在北方平原地区，我国南方尤其是西南地区气候良好，降雨量丰厚，很适合于农作物生长，不过由于大部分属于山地丘陵地形，崎岖不平，要求拖拉机有很好的通过性。市场上大部分拖拉机地盘都使用非独立悬架架构，前后桥为整体式的刚性桥，这种结构特点是结构简单，造价低廉，桥壳是一根支撑在左、右驱动车轮上的刚性空心梁，而主减速器、差速器及半轴等传动机件都装在其中。这时，整个驱动桥和驱动车轮的质量以及传动轴的部分质量都属于汽车的非悬挂质量，使拖拉机的非悬挂质量较大。南方省份的农业机械化水平低，目前几乎没有针对山地丘陵研发的农机。
5.随着智能自动控制技术在拖拉机行业的深入发展，用户对拖拉机的使用性能要求也不断提高。由于拖拉机特殊的使用性，动力切换机构远比一般汽车多，切换次数也很频繁，加上作业环境条件差，难免使用户感到疲劳，且随着导航技术的日益成熟，近些年市场上出现无人驾驶的拖拉机，这些对于自动控制技术的开发是很有必要的。
6.为此，我们提出一种可以原地转向的多地形作业拖拉机。


技术实现要素：

7.本发明要解决的技术问题是提供一种转弯半径小、可以原地转向的多地形作业拖拉机。
8.为了解决上述技术问题，本发明的技术方案为：
9.一种可以原地转向的多地形作业拖拉机，包括发动机、底盘传动系统和pto同步器，发动机纵置，发动机输出端连接有动力输入轴，动力输入轴一侧设置有离合器，动力输入轴另一侧设置有变速箱体，变速箱体内侧设置有第一齿轮，第一齿轮连接在动力输入轴
一侧，第一齿轮一侧啮合有第二齿轮，第二齿轮套装在中间传动轴上，中间传动轴远离第二齿轮一侧连接有第三齿轮和第四齿轮，底盘传动系统包括hst，hst动力输入轴上套装有第七齿轮，第七齿轮和第三齿轮啮合，hst动力输入轴上还套装有第八齿轮和第九齿轮，第八齿轮啮合有第十齿轮，第九齿轮啮合有第十一齿轮，第十齿轮和第十一齿轮均套装在变速驱动轴上，变速驱动轴一侧连接有可以将动力传递到差速机构上的后驱输入锥齿轮。
10.作为一种优选的技术方案，差速机构一侧设置有第十五齿轮和后桥右半轴齿轮，差速机构另一侧设置有第十六齿轮和后驱行星系外齿圈，差速机构右路出来的动力第十五齿轮传递给后桥右半轴齿轮，后桥右半轴齿轮直接带动半轴和车轮转动；差速机构左路第十六齿轮与后驱行星系外齿圈常啮合，后驱行星系行星轮架固定在后桥左半轴上，后驱行星系太阳轮固定在后驱反转轴上，后驱反转轴还连接有后驱反转齿轮和后驱液压制动器，后驱反转齿轮与后驱反转马达齿轮常啮合，后驱反转马达齿轮由后驱反转马达驱动。
11.作为一种优选的技术方案，所述变速箱体上设置有pto中间输出轴，pto中间输出轴上套装有第五齿轮，第四齿轮与pto中间输出轴上的第五齿轮啮合，第四齿轮同时与后端pto传动轴上的第六齿轮啮合，pto后端输出轴上连接有后端pto高低档同步器。
12.作为一种优选的技术方案，差速机构左路动力经第十六齿轮传递给后驱行星系行星轮架，后驱行星系行星轮架直接带动后桥左半轴和车轮转动；当后桥左右轮同速反转或差速反转时，差速机构右路的动力正常驱动后桥右半轴和车轮转动，后驱液压制动器松开，后驱反转马达驱动后驱行星系太阳轮反转，后驱行星系太阳轮通过行星轮带动后驱行星系行星轮架反向转动，带动后桥左半轴和车轮反转。
13.作为一种优选的技术方案，底盘传动系统上设置有可以断开或传递动力的2/4驱啮合套；当2/4驱啮合套啮合时，动力源可以从前驱动轴经万向传动轴传递给前转向驱动桥，前驱输入锥齿轮把动力输入到前驱差速器机构，第十八齿轮与前桥右半轴齿轮常啮合，前桥右半轴齿轮固定在前桥右半轴上，差速器右路动力经第十八齿轮传递给前桥右半轴齿轮，带动右半轴和车轮转动。
14.作为一种优选的技术方案，底盘传动系统上还设置有第十七齿轮和前驱行星系齿圈，第十七齿轮与前驱行星系齿圈常啮合，前驱行星轮架固定在前驱左半轴上，前驱行星系太阳轮、前驱反转齿轮、前驱液压制动器依次固定在前驱反转轴上，前驱反转马达齿轮与前驱反转齿轮常啮合，前驱反转马达齿轮由前驱反转马达驱动；当前桥左右轮同速同向或差速同向转动时，前驱液压制动器制动前驱反转轴，前驱行星系太阳轮被固定，差速器机构左路动力由齿轮17经前驱行星系外齿圈传递到前驱行星轮架，带动前桥左半轴和车轮与右半轴同向同速或同向差速转动。当前桥左右轮反向同速或反向差速转动时，前驱液压制动器松开，前驱反转马达驱动前驱行星系太阳轮反转，前驱行星系太阳轮带动前驱行星轮架反向转动。
15.作为一种优选的技术方案，动力输入轴右端通过轴承固定在变速箱体上。
16.采用上述技术方案，用自动控制机构通过电控程序自动控制，自动控制机构采用电推杆，相比其他自动控制机构，电推杆可以精确地接收反馈信号。根据实际工作需求，离合器自动控制机构通过推动离合器操纵机构使离合器分离使之柔和结合，进而切断或传递来自发动机的动力源，拖拉机起动行走、换挡、怠速等工况都执行于此过程。根据实际行走工况反馈，hst耳轴自动控制机构推动hst耳轴转动，控制hst液压流速大小，达到降速增扭
或者降扭增速的作用，拖拉机行走时自动升速或降速，实现拖拉机行走过程中的无级变速。挡位同步器拨叉自动控制机构根据hst输出的转速和扭矩的大小，推动挡位同步器拨叉，向左与第十齿轮啮合或向右与第十一齿轮相啮合，从而更好地匹配hst输出的功率。当拖拉机在作业时陷入凹凸地带需要脱困时，发动机加大油门，2/4驱拨叉自动控制机构根据电控反馈，推动2/4驱拨叉使2/4驱啮合套与2/4驱齿轮啮合，拖拉机四轮驱动。机具作业时，自动控制机构推动pto同步器拨叉，使pto同步器与齿轮4啮合，为中间或后端pto输送动力，机具开始工作；机具作业完成，自动控制机构根据反馈，自动推动pto同步器拨叉，使pto同步器与齿轮4分离，切断pto中间输出轴和pto后端输出轴动力源，机具停止作业。
17.前后驱动桥半轴采用断开式设计，搭配主动独立悬架，悬架结构使用双作用油缸，油缸上端固定在变速箱体上，下端固定在下摆臂上，上下摆臂横置，上下摆臂两端分别铰接在变速箱体侧面和转向节臂上。与上摆臂相比，下摆臂相对较宽，为油缸安装留出空间，同时也有很好的挡泥效果。左右半轴采用球笼万向节，球笼万向节可以实现等速传动，拖拉机行驶在崎岖不平的路面时，断开的半轴可以相对的做空间运动，球笼万向节可提供足够的转角，万向节可沿轴相对运动，补偿悬架摆动引起的轴向位移，可以省去其他万向传动装置中必须有的滑动花键，滑动阻力小，适用于断开式驱动桥。智能控制程序控制车身姿态。该智能控制技术是基于车身液压系统的模糊pid遗传智能控制算法，建立一套车身液压系统调整车身姿态的运动模型，包括液压系统、控制系统；其关系是控制系统来控制液压系统，液压泵供油使得车身高度和角度发生改变。通过姿态传感器实时采集车身运动时相对于车身水平位置的高度差以及角度偏移量。
附图说明
18.图1为一种可以原地转向的多地形作业拖拉机的结构示意图。
19.图中：1
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发动机；2
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动力输入轴；3
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离合器；4
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第一齿轮；5
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第二齿轮；6
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第三齿轮；7
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第四齿轮；8
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hst动力输入轴；9
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第七齿轮；10
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第八齿轮；11
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第九齿轮；12
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第十齿轮；13
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第十一齿轮；14
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后驱输入锥齿轮；15
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第十五齿轮；16
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第十六齿轮；17
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后驱反转齿轮；18
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后驱液压制动器；19
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后驱反转马达；20
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pto中间输出轴；21
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pto高低档同步器；22
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2/4驱啮合套；23
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第十七齿轮；24
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第十八齿轮；25
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前桥右半轴齿轮；26
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前驱行星系齿圈；27
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前驱行星系太阳轮；28
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前驱反转齿轮；29
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前驱液压制动器；30
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前驱反转马达齿轮；31
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车轮。
具体实施方式
20.下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
21.需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
22.如图1所示，一种可以原地转向的多地形作业拖拉机，它包括发动机1、底盘传动系统，前、后驱动桥以及前后桥主动悬架等。发动机1纵置，离合器3在动力输入轴2左端，动力输入轴2右端通过轴承固定在变速箱体上，且箱体内侧有第一齿轮4连接在动力输入轴2右侧。中间传动轴上左端连接第二齿轮5，第二齿轮5与第一齿轮4啮合，右端连接第三齿轮6和第四齿轮7，pto同步器可以断开或传递中间传动轴与第四齿轮7之间的动力，控制中间pto和后端pto机具的起停。第四齿轮7与pto中间输出轴20上的第五齿轮啮合，pto中间输出轴20通过轴承固定在变速箱体上；第四齿轮7同时与后端pto传动轴上的第六齿轮啮合，pto后端输出轴上连接有后端pto高低档同步器21，机具作业时可以根据工况需求选择作业挡位。第三齿轮6与hst动力输入轴8上的第七齿轮9常啮合。
23.hst是液压泵与马达一体的无级变速装置，通过操控hst外部耳轴，可以实现对来自hst动力输入轴8的速度与转矩大小的无级调控。
24.hst动力输出轴上的第八齿轮10和第九齿轮11分别与变速驱动轴上的第十齿轮12和第十一齿轮13啮合，第十二齿轮与第十三齿轮常啮合，2/4驱啮合套22可以断开或传递第十四齿轮的动力。变速驱动轴右端连接后驱输入锥齿轮14，后驱输入锥齿轮14可以把动力传递到差速器机构，第十五齿轮15与后桥右半轴齿轮常啮合，从差速机构右路出来的动力经第十五齿轮15传递给后桥右半轴齿轮，后桥右半轴齿轮直接带动半轴和车轮31转动。差速机构左路第十六齿轮16与后驱行星系外齿圈常啮合，后驱行星系行星轮架固定在后桥左半轴上，后驱行星系太阳轮固定在后驱反转轴上，后驱反转轴还被连接有后驱反转齿轮17和后驱液压制动器18，后驱反转齿轮17与后驱反转马达19齿轮常啮合，后驱反转马达19齿轮由后驱反转马达19驱动。当后桥左右轮同向同速或同向差速行驶时，后驱液压制动器18制动后驱行星系太阳轮，差速机构左路动力经第十六齿轮16传递给后驱行星系行星轮架，后驱行星系行星轮架直接带动后桥左半轴和车轮31转动；当后桥左右轮同速反转或差速反转时，差速机构右路的动力正常驱动后桥右半轴和车轮31转动，后驱液压制动器18松开，后驱反转马达19驱动后驱行星系太阳轮反转，后驱行星系太阳轮通过行星轮带动后驱行星系行星轮架反向转动，带动后桥左半轴和车轮31反转。
25.当2/4驱啮合套22啮合时，动力源可以从前驱动轴经万向传动轴传递给前转向驱动桥。前驱输入锥齿轮把动力输入到前驱差速器机构，第十八齿轮24与前桥右半轴齿轮25常啮合，前桥右半轴齿轮25固定在前桥右半轴上，差速器右路动力经第十八齿轮24传递给前桥右半轴齿轮25，带动右半轴和车轮31转动。第十七齿轮23与前驱行星系齿圈26常啮合，前驱行星轮架固定在前驱左半轴上，前驱行星系太阳轮27、前驱反转齿轮28、前驱液压制动器29依次固定在前驱反转轴上，前驱反转马达齿轮30与前驱反转齿轮28常啮合，前驱反转马达齿轮30由前驱反转马达驱动。
26.当前桥左右轮同速同向或差速同向转动时，前驱液压制动器29制动前驱反转轴，前驱行星系太阳轮27被固定，差速器机构左路动力由第十七齿轮23经前驱行星系外齿圈传递到前驱行星轮架，带动前桥左半轴和车轮31与右半轴同向同速或同向差速转动。当前桥左右轮反向同速或反向差速转动时，前驱液压制动器29松开，前驱反转马达驱动前驱行星系太阳轮27反转，前驱行星系太阳轮27带动前驱行星轮架反向转动。实现了前桥左右轮反向同速或反向差速转动。当拖拉机处于四驱状态时，前后桥左右轮都可以反转，理论上可以实现以车辆质心为中心的原地转向半径为零。
27.本发明整机的动力切换处均用自动控制机构通过电控程序自动控制，自动控制机构采用电推杆，相比其他自动控制机构，电推杆可以精确地接收反馈信号。根据实际工作需求，离合器3自动控制机构通过推动离合器3操纵机构使离合器3分离使之柔和结合，进而切断或传递来自发动机1的动力源，拖拉机起动行走、换挡、怠速等工况都执行于此过程。根据实际行走工况反馈，hst耳轴自动控制机构推动hst耳轴转动，控制hst液压流速大小，达到降速增扭或者降扭增速的作用，拖拉机行走时自动升速或降速，实现拖拉机行走过程中的无级变速。
28.挡位同步器拨叉自动控制机构根据hst输出的转速和扭矩的大小，推动挡位同步器拨叉，向左与第十齿轮12啮合或向右与第十一齿轮13相啮合，从而更好地匹配hst输出的功率。
29.当拖拉机在作业时陷入凹凸地带需要脱困时，发动机1加大油门，2/4驱拨叉自动控制机构根据电控反馈，推动2/4驱拨叉使2/4驱啮合套22与2/4驱齿轮啮合，拖拉机四轮驱动。机具作业时，自动控制机构推动pto同步器拨叉，使pto同步器与齿轮4啮合，为中间或后端pto输送动力，机具开始工作；机具作业完成，自动控制机构根据反馈，自动推动pto同步器拨叉，使pto同步器与第四齿轮7分离，切断pto中间输出轴20和pto后端输出轴动力源，机具停止作业。
30.前后驱动桥半轴采用断开式设计，搭配主动独立悬架，悬架结构使用双作用油缸，油缸上端固定在变速箱体上，下端固定在下摆臂上，上下摆臂横置，上下摆臂两端分别铰接在变速箱体侧面和转向节臂上。与上摆臂相比，下摆臂相对较宽，为油缸安装留出空间，同时也有很好的挡泥效果。左右半轴采用球笼万向节，球笼万向节可以实现等速传动，拖拉机行驶在崎岖不平的路面时，断开的半轴可以相对的做空间运动，球笼万向节可提供足够的转角，万向节可沿轴相对运动，补偿悬架摆动引起的轴向位移，可以省去其他万向传动装置中必须有的滑动花键，滑动阻力小，适用于断开式驱动桥。智能控制程序控制车身姿态。该智能控制技术是基于车身液压系统的模糊pid遗传智能控制算法，建立一套车身液压系统调整车身姿态的运动模型，包括液压系统、控制系统；其关系是控制系统来控制液压系统，液压泵供油使得车身高度和角度发生改变。通过姿态传感器实时采集车身运动时相对于车身水平位置的高度差以及角度偏移量。
31.以上结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但本发明不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本发明的保护范围内。