新型拖拽式甘蔗转运车的设计及研发

黄家伟柴瑞谦罗光钦卢 龙

(1.防城港市防城区农机技术推广服务中心，广西 防城港 538000；2.燕山大学车辆与能源学院，河北 秦皇岛 0660042；3.广西合浦县惠来宝机械制造有限公司，广西 合浦 536100)

新型拖拽式甘蔗转运车的设计及研发

黄家伟1柴瑞谦2罗光钦3卢 龙3

(1.防城港市防城区农机技术推广服务中心，广西 防城港 538000；2.燕山大学车辆与能源学院，河北 秦皇岛 0660042；3.广西合浦县惠来宝机械制造有限公司，广西 合浦 536100)

针对“推进甘蔗生产全程机械化”这一重要举措，文章提出一种新型拖拽式甘蔗转运车，该车为一款用于收集甘蔗的运输车辆。文章首先对区内外同类车型进行调研和对比研究。在此基础上，完成整车结构设计、主要技术参数、侧翻机构设计及牵引用车选型等工作，随后分析其整车稳定性，最后进行了样机试制及试车试验，并对其进一步优化改进提出了展望。

甘蔗转运车；整车设计；样机试制

经过多年的发展，广西已成为全国最大的原料蔗种植和蔗糖生产省份，糖料蔗种植面积、原料蔗和食糖产量均超全国总量的 60%。但是广西平地少、山地多，零散农户种植零散，在生产、收获、运输等方面都难以发挥规模效益，这些都制约了广西糖业的发展。为此，广西壮族自治区人民政府出台了《关于促进我区糖业可持续发展的意见》，其中建设甘蔗生产全程机械化示范区，是广西农机部门突破甘蔗机收、机种“瓶颈”，推进甘蔗生产全程机械化的一项重要举措。

针对这一举措，本文提出了一种新型拖拽式甘蔗转运车，根据设计要求，完成了整车结构和侧翻机构设计以及整车稳定性分析，并制造出了样车，通过试车试验改进了原有方案。

1 区内外同类车型对比

在设计之初，首先对区内外几种同类车型进行了调研和对比研究。通过分析，发现其中部分车型重心靠前，稳定性较差，多数车辆采用两组液压缸，成本较高，结构复杂，并且，这些转运车只适合田间甘蔗转运，只能在甘蔗收获季节使用，使用率较低。与上述车型相比，本文提出的新型拖拽式甘蔗转运车具有以下优点：（1）采用全挂牵引形式，可以适应多种牵引车型，实现一机多用。（2）轮胎为工程平面胎，对甘蔗宿根破坏较小。（3）设计的轮距和甘蔗种植行距相匹配，减少对宿根的破坏。（4）采用两个液压缸，结构简单、成本较低、安全可靠、转运效率较高。

2 整车结构及参数设计

2.1设计要求

（1）配套拖拉机功率100hp

（2）外形尺寸：长×宽×高约为 7000mm×2200mm× 3600mm

（3）转弯半径≤12m

（4）满载质量3000kg

（5）举升高度≥4000mm

（6）物料卸净率达100%

（7）轮距适应甘蔗种植农艺要求

2.2整车结构设计

本转运车属于拖拽式的运输车，其由牵引车和挂车两部分组成，牵引车和挂车之间通过牵引销进行链接，牵引车的输出动力通过牵引销传递到挂车，从而带动挂车行驶。由于该转运车属于全挂车，因此可以通过更换牵引用车实现一机多用。本转运车底盘设计简单，由两道200×100的工字型纵梁和三道横梁焊接而成，车桥从工字梁中间腹板位置穿过，这样可以有效降低底盘的离地间隙。该转运车车厢高度为 2米，一侧为钢板，另外 3面由钢丝网围绕焊接而成，其目的是为了减轻车身重量，同时便于清晰的观察甘蔗实际装载量。整车效果如图1所示。

图1　整车效果

2.3整车参数设计

（1）整车外形尺寸：长×宽×高约为8000mm×2210mm ×2632mm；

（2）车厢尺寸：长×宽×高约为 5200mm×2210mm× 2632mm；

（3）牵引形式：挂车（拖拽式）；

（4）重量：挂车重量为2690Kg，额定载重量为4000Kg；

（5）轮距：1680mm；

（6）轮胎型号：17.5-25工程平面胎，胎面宽445mm。

3 主要部件设计及选型

3.1侧翻机构

本转运车的侧翻机构由液压操纵系统和举升翻转机构两部分组成，通过控制液压系统来实现车厢的举升和翻转，侧翻机构如图2所示。

图2　侧翻机构

液压操纵系统主要由液压油箱、液压缸、液压泵、液压管路以及手动换向阀组成，通过液压泵的作用，将液压油输送到各液压缸中，以实现液压缸的伸缩动作。该转运车采用两个相同的液压油缸，其型号为HSG100-70-2000×2400，并将两个液压缸分别斜置安装在车厢前后两侧，通过液压缸的伸缩实现车厢的举升和翻转。

该转运车的举升翻转机构由垂直支撑架、纵向支撑架、导轨、导向杆和油缸安装底座组成。导轨与垂直支撑架通过焊接成为一体，并与车架相连。纵向支撑位于车箱翻转一侧，通过螺栓与垂直支撑架连在一起，起到了很好的支撑和加强作用。导向杆与导轨共同组成了转运车的举升翻转机构，当导向杆上升到导轨限位点时车厢开始翻转，从而完成整个举升翻转动作，整个举升翻转过程用时约为1分15秒。

3.2液压缸的选型

应用相关软件对车厢的举升和翻转过程进行分析，液压缸的受力情况如图3所示。

图3　液压缸受力分析

从图 3中可以看出，液压缸的受力可以分为三个阶段。第一阶段是车厢均匀上升阶段，油缸受力比较均匀，约为57010N，第二阶段是翻转点至车厢稍微翻转的短暂过程，约为 237800N，由于翻转时油缸会受到冲击，所以经实际计算，可知油缸受力为 184370N，第三阶段是甘蔗倾卸过程，在此过程中，液压缸推力逐渐减小直到翻转完成。

根据常用油缸情况，选取液压缸的额定压力P=16MPa，已知液压缸的最大受力F=184370N，根据公式(1)可以计算出液压缸内径

经计算可得：D=85.67mm，因此，可选液压缸内径D=100mm。根据设计要求，选用行程为2000mm的液压缸，所选液压缸的主要参数如表1所示。

表1　液压缸的主要参数

3.3牵引车选型

转运车在甘蔗地作业时，不计道路坡度，干燥地面附着系数f=0.2，泥泞地面附着系数f′=0.15。已知满载时挂车和货物总质量为6960kg，所以拖动挂车所需最大牵引力为：

根据式（2）计算可得，F=13.46KN。已知沃得奥龙 604拖拉机标定牵引力为15KN，输出轴功率为37.5KW，网报价格5.8万元，其不仅满足牵引力要求，而且价格适中，所以该转运车选用沃得奥龙604拖拉机作为牵引用车。

4 整车稳定性分析

由于本转运车采用侧翻的形式，翻转高度为4100mm，在翻转过程中，整车重心位置会发生横向移动，当重心横向移动量较大时，会导致整车侧翻，因此需要对整车的稳定性进行分析，以确保转运车的工作安全可靠。

应用三维软件建立甘蔗转运车的三维模型，对各零部件赋予材料属性，以挂车两车轮中心对称点为参考坐标原点，分别对整车满载未举升、举升到导轨终点、开始倾卸、完全翻转四种状态的重心位置进行计算分析。

4.1整车满载未举升时

整车在满载未举升时，测得重心坐标为（-1132.12，-2.44，719.09），即整车重心横向偏移量仅为2.44mm，由于转运车轮距为1680mm，所以重心的横向偏移量可以忽略不计，即车辆重心位于两侧车轮的中间位置，挂车两侧车轮载荷基本相同，车辆处于稳定状态，如图4(a)所示。

4.2举升到导轨终点时

当车辆满载沿导轨上升至导轨终点时，测得重心坐标为（-1132.12，-196.20，1339.46），整车重心向车厢翻转一次偏移，其横向偏移量为196.20mm，如图4(b)所示。

4.3开始倾卸状态

将车厢斜板翻转到水平时定义为开始倾卸状态，测得重心坐标为（-1232.54，-174.82，2116.85），整车重心向车厢翻转一侧偏移，其横向偏移量为174.82mm，如图4(c)所示。

4.4完全翻转时

整车满载举升到完全翻转时，测得重心坐标为（-1998.39，-145.74，1125.04）。整车重心横向偏移为145.74mm，如图4(d)所示。

图4　整车重心偏移量

通过以上分析可知，当转运车满载时，从车厢开始举升到完全翻转，相对于坐标原点，整车重心经历了外移——内移的变化过程。与之相反，当甘蔗倾卸完成，车厢复位时，整车重心会随之回到初始位置。虽然整车重心发生了横向偏移，但是与轮距相比，该偏移量相对较小，所以转运车稳定性能良好，在倾斜甘蔗过程中不会出现侧翻危险。

5 试制与试验

5.1样机试制

通过对区内外同类车型的调研和对比研究，根据相关设计要求，首先确定了本转运车的设计方案，然后建立了三维设计模型，并运用相关软件对其各方面性能进行了分析研究，根据设计方案，经过零部件的加工和选型，最终制造出了第一批试验样机（1台）如图5所示。

图5　第一批试制样机

5.2试车试验

在第一批样车试制完成以后，对其进行了长达 200小时的试车试验，试验情况如图6所示。

图6　转运车试验图

通过试车试验，发现该样机还存在许多问题，如导轨与导向杆摩擦阻力较大，上升翻转过程速度较慢且不够平稳，两侧油缸进油时间不同步，油缸伸缩长度不同，车厢两侧上升高度有一定差距等。

针对试验中出现的问题，对其进行改进和优化，通过在导轨外侧增加滚轮，将滑动摩擦转换为滚动摩擦。另外，在车架底部布置三根油管使液压油先从油箱到车厢中间位置，然后再分流到两个油缸，从而避免了两侧油缸的进油时间差，实现了油缸的同步伸缩以及车厢的同步上升和翻转，提高了车辆的安全可靠性能。

经过改进，重新生产试制 2台样车，并交付广西崇左市扶绥金光农场。经试用，第二批甘蔗转运车得到了用户的一致好评，如图7所示。

图7　第二批样机

6 结论

目前，本转运车共有13台，其中第一批1台，第二批2台，第三批10台，且前两批已交付用户使用。与同类型转运机械相比，其具有装载量大、转弯半径小、轻巧灵活、安全可靠、转运效率高等优点。虽然如此，但还需要进一步改进，其中部分结构需要加固和轻量化设计，在降低成本的同时提高转运机的安全性能。另外，关键零部件的生产工艺需要改进，以提高产品批量化生产效率。

总之，该转运机的设计研发不仅填补了甘蔗收集转运专用机械领域的空白，满足了甘蔗全程机械化生产的现实需要，而且对加快我国农业机械化的前进步伐，推动农业机械化科学发展具有重大意义。

[1] 邓冲其.半挂侧翻式甘蔗运输车的开发与设计[J].技术与市场,2011,18(9):50-51.

[2] 罗国刚.新型全挂侧翻式自卸车的结构设计[J].专用汽车,2009,(2):62-63.

Design and development of a new type of drag-and-drop sugarcane transport vehicle

According to the important step of promoting the sugarcane fully mechanized production, a new type of drag-and-drop sugarcane transport vehicle is proposed in this paper. This vehicle is used for sugarcane collection. At first , on the basis of the research and comparative study of some domestic similar vehicles, the vehicle structure design, main technical parameters, rolling over mechanism design and traction vehicle type selection is completed. And then, the vehicle stability is analyzed. Finally, prototype and trial test has conducted, and further optimization and improvement is put forward in this paper.

Sugarcane transport vehicle; vehicle structure design; prototype test

S37

A

1008-1151(2015)07-0047-03

2015-06-09

“50万亩甘蔗基地全程机械化装备研发-小型甘蔗收集转运机的研制”（桂科攻1433001-7）。

黄家伟（1960－），男，广西防城港人，防城港市防城区农机技术推广服务中心工程师。