1、引言小四轮拖拉机是广大农民广泛使用的机械，但随着农村现代化建设、小型施工及装卸机械化的发展，需要通过小四轮拖拉机的改进，进一步拓展小四轮拖拉机的功能，是一种显著的节本增效的工程技术，具有很强的实用性。农业的大发展，农业基础设施的改善与农业生产效率的提高是农业发展的必要条件，农业机械在这个发展过程中将具有决定性的作用。自20 世纪90 年代以来，国外农业机械进入了一个新的发展时期，在广泛应用新技术的同时，不断涌现出新结构和新产品。同时，继完成提高整机可靠性任务后，技术发展的重点在于增加产品的电子信息技术含量和智能化程度，努力完善产品的标准化、系列化和通用化，改善驾驶人员的工作条件，向节能、环保方
2、向发展。随着微电子技术向农业机械的渗透，现代大功率农用拖拉机日益向智能化和机电一体化方向发展。目前，我国农业机械化在调整和反哺中快速、健康地发展进入了快速发展的战略机遇期。国内一些大型企业，不断学习国外的先进经验和技术，加大技术改造和升级换代力度，推进了国产农业机械产品质量的提高，但我国的制造水平与上述发达国家存在着较大的差距。因此，了解发达国家动力机械的特点与优势，寻找差距，发挥自己的长处是我国拖拉机制造业的当务之急。随着变型运输拖拉机和农用运输车的发展，原来依靠农村运输业发展起来的小四轮拖拉机逐步转向田间地头。然而，目前小四轮拖拉机田间作业能力差，又没有很多配套的农业机械，农忙季节短，致使
3、大量小四轮拖拉机一年中作业时间短，被迫长期闲置着。这影响了农村专业户的作业效益，也造成了不应该有的资源浪费。针对这些情况，我们在原有小四轮拖拉机的基础上稍微作些改动，使它的功能延伸。譬如可在原来小四轮拖拉机的基础上，改变座位、方向盘、离合、油门、刹车的方位，把拖拉机变成倒开式，在变速箱后安装挖掘装置、铲运装置或装载装置而成。本次毕业设计是对机械专业学生在毕业前的一次全面训练，目的在于巩固和扩大学生在校期间所学的基础知识和专业知识，训练学生综合运用所学知识分析和解决问题的能力。是培养、锻炼学生独立工作能力和创新精神之最佳手段。毕业设计要求每个学生在工作过程中，要独立思考，刻苦钻研，有所创造的分析
4、、解决技术问题。通过毕业设计，使学生掌握改造方案的拟定、比较、分析及进行必要的计算。1.拖拉机变速箱的发展现状随着农村水利建设及小型施工、装卸场所机械化的发展，挖掘机、铲运机、装载机等工程机械被普遍采用。由于工程机械价格较高。农民纷纷购买由小四轮拖拉机改装而成的挖掘机、铲运机。这些机型结构简单， 价格较低， 可在原来小四轮拖拉机的基础上.改变座位、方向盘、离合、油门、刹车的方位，把拖拉机变成倒开式，在变速箱后安装挖掘装置、铲运装置或装载装置而成。1.1 拖拉机发展状况1.1.1 结构型式的发展1）前轮小、后轮大、前轮转向轮式拖拉机这种标准型轮式拖拉机在欧美获得最广泛使用。在美国主要采用后轮驱动
5、，大型拖拉机采用双排驱动轮胎，但四轮驱动也逐渐增多，主要带后悬挂具作业。多数四轮驱动机型上可选装前悬挂装置和前动力输出轴， 可以前后都悬挂机具进行复式作业。2）平台式四轮驱动拖拉机和自走底盘为了在拖拉机上能安装播种、施肥、施药的机具，有的四轮驱动拖拉机的驾驶室偏前布置，后部有一平台可以安装机具； 有的为四轮驱动自走底盘， 发动机卧置在驾驶室下面，可以在驾驶室前部和后部的梁架上安装机具。3）前后轮相同，折腰转向四轮驱动拖拉机在美国这种结构型式用于特大型一般用途拖拉机上，采用前后双排轮胎。在西欧，这种结构型式适用于中小型果园拖拉机。4）橡胶履带拖拉机欧美金属履带拖拉机农业用量很少，1987 年后相
6、继出现了橡胶履带拖拉机和折腰转向履带拖拉机采用 4 个三角形橡胶履带装置代替驱动轮胎，这种机型的最高运输速度为 30 千米每小时。俄罗斯也在研究采用三角形橡胶履带驱动型式的大功率拖拉机。1.1.2 各系统的技术发展1）发动机 大中功率拖拉机发动机普遍采用直喷燃烧室，标定转速一般为22002500转每分钟哪个采用不同缸径、缸数和自然吸气、增压或增压中冷达到的标定功率范围。2）传动系 （1）变速箱。在大中型拖拉机变速箱中，比较经济的结构方案是采用主变速（3 挡4 挡） 加倒挡器，啮合套换挡，可选装两挡动力换挡和爬行挡。较完善的方案采用主变速 4 挡动力换挡和副变速 4 挡8 挡同步器换挡，具有啮合
7、套或液压离合器换挡的倒挡器和可选装爬行挡。更完善的采用全动力换挡 16+4 挡或 18+8 挡。动力换挡装置有行星式和定轴齿轮式，可利用液压离合器换接。 （2）驱动桥。大中型拖拉机前后驱动桥普遍采用湿式盘式制动器和行星最终传动。前驱动桥采用摩擦式自锁差速器或液压差速锁，后驱动桥大多采用液压差速锁，以提高牵引附着性能，前轮驱动离合也采用液压操纵。（3）动力输出轴。美国生产的拖拉机，其后动力输出轴是按不同功率采用540，540/1000 转每分钟或单独 1000 转每分钟标准转速和相应型轴头。西欧生产的拖拉机广泛采用变速后动力输出轴，前动力输出轴为 1.2.3 型轴头。大中型拖拉机动力输出普遍为全
8、独立式，与变速箱动力换挡装置相对应，也采用液压离合器换挡。3）行走转向系 在大中型拖拉机上采用宽断面的子午线轮胎约占 2/3。四轮驱动拖拉机一般前轮最大转角达 50 度。前驱动液压转向普遍采用穿心油缸， 即转向油缸和横拉杆合成一体。4）液压悬挂系统 （1）在大中型拖拉机上，载荷传感的闭心液压系统已被普遍应用，变量泵供油压力和流量可按工况需要自动适应。“许多新研制生产的系列拖拉机已广泛采用电子液压悬挂系统。 （2）前后三点悬挂，普遍采用快速挂接装置。5）驾驶室 密封、隔声驾驶室装有空调设备。转向盘的倾角和高低以及减振座椅的位置可按驾驶员身材调整，所有传动、液压悬挂的操纵全部集中在右侧操纵台上（有
9、的可随座椅一起转动） ，均用按钮或旋钮操纵。在仪表板上除了有多种常规的温度、压力、电流、燃油量等和各种操纵状态（前轮驱动、制动、动力输出轴、灯光等）的显示或警示信号外，还可通过机载计算机数显重要性能参数。1.2 变速箱的发展状况虽然目前国际市场上5速、6速甚至7速自动变速箱价格昂贵且结构复杂，但是改善燃油经济性和降低排放污染的优点正在驱使汽车厂商日益对其加以重视。 现在摆在厂商面前的难题就是如何降低成本。相比之下无级变速箱(CVT)也存在同样困难。尽管CVT在市场上已经非常普遍，但是其可靠性仍然存在一定问题。 很长一段时间内大多数自动变速箱均采用三挡或四挡，美国市场上仅有极少数用于高档轿车的五
10、挡和六挡自动变速箱。现在由于传输发动机和变速箱间信号的电控技术不断进步，已经为五挡或更多挡位的自动变速箱准确调整换挡时间提供了可能。从而在降低有害排放的同时改进了加速性、平顺性和燃油经济性。 据有关咨询机构预测，汽车厂商可能今后会跳过五速变速箱而直接应用六速自动变速箱，并在短时间内使其成为行业标准。 数据显示，德国主要变速箱制造商ZF的六速变速箱产量正在日益增加，2003年共计生产25万台，而今年公司预计销售90万台。 技术文件表明，拥有先进技术的通用、福特六速变速箱将使两个公司同时拥有超越其他竞争对手的产品。通用动力系统部副总裁却认为，其实消费者根本不会考虑其购买的变速箱到底有多少挡位，他们
11、真正关注的是车辆是否可以保持始终如一的燃油经济性，是否能够保证每次发动机都能够正常启动，是否每次驾驶时感受到平稳而安静，是否每次超车或并道时感受到安全。而汽车厂商的任务就是满足他们的愿望，同时还要保证把成本和价格降到最低。 2.奔牛150拖拉机变速箱的结构组成关系2.1 变速箱的结构奔牛150拖拉机主要有6个前进档和1个倒档，小四轮拖拉机变速箱的传动结构如图2.1所示：1一轴齿轮2.副变速高速齿轮3.副变速低速齿轮4.副变速双联滑移齿轮5. 二，五档齿轮6.四、六档齿轮7. 一、三档齿轮8.二、五档滑移齿轮9.一、三、四、六档双联滑移齿轮图2.1 小四轮拖拉机变速箱传动示意图其变速箱内的各轴之
12、间的关系如图2.21.一轴 2. 二轴 3.二轴 4.五轴 5.四轴图2.2 小四轮拖拉机变速箱结构示意图2.2 各档位的传动路线一档：1 23 “47 “910 1112 13二档：1 23 “45 810 1112 13三档：1 23 47 “910 1112 13四档：1 23 “46910 1112 13五档：1 23 45 810 1112 13六档：1 22 46 910 1112 13倒档：1 23 810 1112 132.3 其各档位的传动比及其速度2.3.1 各档位的传动比“91324137029zzzi“81324135027zzzi“91324313702izzz“91
13、3244136025izzz8132451502i913241602zi813213026zzi倒2.3.2 各档位的速度拖拉机的车轮标准为 7.5-16，则其直径为 750mm，则各档位的速度为： =4.5Km/h =4.89 Km/h =13.6 Km/h =11.8 Km/h 1V2V3V4V=15.29 Km/h =35.4 Km/h =5.04 Km/h5 6 倒3.变速箱的变形设计及其应用针对我国农村小四轮拖拉机大量闲置的实际情况和农用小型机械装备的配套要求，我们对拖拉机的变速箱进行改进设计。这种变形设计把拖拉机由牵引型变为农用小型机械配套型，拓展了拖拉机的用途。随着变型运输拖拉机
14、和农用运输车的发展，原来依靠农村运输业发展起来的小四轮拖拉机逐步转向田间地头。然而，目前小四轮拖拉机田间作业能力差，又没有很多配套的农业机械，农忙季节短，致使大量小四轮拖拉机一年中作业时间短，被迫长期闲置着。这影响了农村专业户的作业效益，也造成了不应该有的资源浪费。针对这些情况，我们在原有小四轮拖拉机的基础上稍微作些改动，使它的功能延伸。譬如可在原来小四轮拖拉机的基础上，改变座位、方向盘、离合、油门、刹车的方位，把拖拉机变成倒开式，在变速箱后安装挖掘装置、铲运装置或装载装置而成。3.1 小四轮拖拉机主要部件的变型设计把普通牵引型拖拉机改制成易于安装其它农用机械装备的变型拖拉机，需要把原拖拉机牵
15、引板拆去，并在此位置处加装后置发动机架，将发动机后移至该架上，发动机排气管及油门控制线稍加改装后，就可在原发动机位置处安装所需农用小型机械设备。3.1.1 后置发动机架的设计与安装后置发动机架由主梁、连接板和支撑等部件组成。两根主梁平行放置，焊接在连接板上，用于安装发动机，主梁下边加支撑与连接板焊合在一起。与拖拉机配合安装时，先把拖拉机牵引板拆下，连接板安装在原拖拉机牵引板位置处与拖拉机变速箱连接，用原 6 只螺栓把该架紧固，然后再把柴油发动机从前部移至机架上固定牢固，机架改制和安装即完成。3.1.2 发动机排气管及油门控制线的改装原发动机排气管为 L 形设计，发动机后置以后，拖拉机离合器 V
16、 带轮位置不变，V 形带由发动机向前传动，这时，发动机排气管与 V 形带相互干涉，排气管就需要改装了。我们把排气管设计成向上倾斜型，以避开 V 形带，再将柴油机油门控制线改向后方。这样，一台变型拖拉机改制完成。3.2 变型拖拉机与农用小型机械的配套方法变型拖拉机可以与碾米机、饲草粉碎机、喷药机、喷灌机、装载机、液压升降台等多种农用小型机械装备方便连接。应用于农副产品加工、植保、抗旱、农田水利、果园管理及短途搬运等行业。3.2.1 与小型农副产品加工机械的配套与小型农副产品加工机械的配套方法是把需要的机械安装在拖拉机原柴油机位置上，由拖拉机左置动力输出轴输出动力，带动加工机械运转，必要时，可加装
17、 V 形带张紧轮离合，以分离动力传动。由于各种加工机械设备的安装尺寸不尽相同，需要设计专用机架。应用中，我们把常用加工机械的安装尺寸孔预先在机架上钻出，把专用机架改造成通用机架，预先安装在拖拉机原柴油机位置上，便于各种加工机械的互换。该机架也可同时合理布局安装多台加工机械，变成农副产品的“流动加工厂” 。当通用机架上安装的加工机械重量较轻时，必须增加配重，以防止变型拖拉机后倾及转向失控。3.2.2 与植保、抗旱机械的配套与植保、抗旱类机械配套的主要是喷药机、喷雾机、喷灌机、水泵等。可利用前述通用机架方便安装。在进行喷药、喷雾时，有时需要操作人员与机同行，这时要注意合理布置药箱和操作人员的位置，
18、注意操作人员安全。3.2.3 安装农田水利作业机械安装农田水利作业机械主要指安装装载机、挖掘机等。首先应根据拖拉机动力及机架的规格参数设计出合适的液压机械，固定在拖拉机前端机架上。然后把液压泵安装在侧动力输出轴上，在便于操作的位置固定好多路换向阀，连接高压油管即可。安装挖掘机时要加固机架，并安装液压支撑支承地面。它可用于农田挖沟取土、矿场、基建、道路修筑等作业。3.2.4 安装液压升降台升降台可用于果园管理、摘果等作业。其安装方法与装载机基本一致，区别只在于把装载机变为升降台，采用液压升降，平台上设置防护栏。3.2.5 安装简易车厢安装简易车厢可用于田间地头与家庭之间的短距离轻量运输，减轻农民
19、的劳动量。只需按拖拉机机架尺寸用角钢等材料焊一个长方形箱体固定于机架上就行了，制作相当简便。由普通牵引型拖拉机改制成易于安装农用机械装备的变型拖拉机，不需改动拖拉机底盘，结构简单，成本低，适应性强，拓展了小四轮拖拉机的功能，是一种显著的节本增效的工程技术，具有很强的实用性。适用于农村专业户流动性作业，在农忙季节，还可以随时根据需要转换成原来的配置，不耽误耕作、播种、收获，真正实现一机多用，成为农民致富的得力助手。4.倒开式改进方案的确定小四轮拖拉机是广大农民广泛使用的机械，但随着农村现代化建设、小型施工及装卸机械化的发展，需要通过小四轮拖拉机的改进，进一步拓展小四轮拖拉机的功能，是一种显著的节
20、本增效的工程技术，具有很强的实用性。现通过对奔牛 150 拖拉机的变速箱改进设计，实现小四轮拖拉机变成倒开式，适应多种用途。4.1 改进的具体方案具体实现将奔牛 150 拖拉机变速箱中 6 个前进档，1 个倒挡改成 3 个前进档和 2 个倒挡的设计。实现变速箱的结构设计。4.2 改进设计及使用注意事项(1) 二轴按照836326 花键轴设计，两端安装轴承处的尺寸不变。(2) 图3 中档齿轮(6a)和档齿轮(7a)的安装位置与图1 中IV，档齿轮(6)和，档齿轮(7)分别对齐，中间用隔套分开，以保证原变速箱操纵机构不变。(3) 倒I、倒档靠副变速杆控制，这时I、倒I、倒档滑移齿轮(8)必须与倒、
21、倒档齿轮(5)啮合，即主变速杆放在原，V 档位置处。(4) 档和倒档共用一个齿轮，即、倒档齿轮(3)。在使用档时，一定要先把副变速杆放在、倒档的位置上，然后再把主变速杆放在档的位置上。4.3 改进设计后的效果经过改进后的倒开式小四轮拖拉机增加了2 个前进档，改变了原来只有1 个前进速度的状况，其3个前进速度分别为5.04km/h 、8.96km/h 和15.28km/h，能够满足小型挖掘机、铲运机、装载机等工程机械的使用要求。同时，该改进设计具有结构改动小、改造费用低、安装使用方便等特点，可以把现有闲置的小四轮拖拉机改装成小型挖掘机、铲运机、装载机等工程机械，最大限度地发挥小四轮拖拉机的使用效能，满足广大农村水利建设及小型施工、装卸场所机械化的需要。
