專利名稱：農作車車架及相應車輪軌系的設計方案的制作方法
技術領域：
本發明是關于實現農田作業機械化方法的一種新的方案。
的用拖拉機懸掛裝載或牽引著各式農具在田中作業的方法不可避免地存在著①農機在作業中的偏行，②農機作業的深度不一致，③農機轉彎困難，④農機對土壤的嚴重刨刮和壓實等諸多弊病。
盡管有學者提出用拖拉機在田中行駛時留出兩條不作業地帶以作農機行駛的固定通道，或在田中用多孔石作填料構筑成低于或平行于田面的通道以作農機行駛作業的固定通道的方法來進行農田作業，但這些方法仍避免不了上述①、③兩方面的缺點。
而傳統的將飛機用于農田作業的方法，雖然在某些項目，例如直播、噴施化肥、農藥等方面具有不可否認的優越性，但我們又遺憾地看到其適用范圍的明顯局限性。它僅限于可用在某些項目，相當多的重要項目，例如田間的犁、耙、收獲等工作則根本無法進行;而且，迄今為止，飛機的作業方法還直接受地理環境的限制，它只適用于大面積的平原地區，而我們知道，非平原地區的農田面積在整個地球上農田總面積中所占的比例是不容我們有絲毫忽視的。除此之外，飛機的作業方法還受氣候的限制。
綜上所述，從問題的實質看，徹底解決農田作業機械化所面臨的困難的最根本、最可靠的方法只有采用在田中設置其軌道面高于田面的固定通道方法，盡管這要付出較大的代價，但除此別無他法。
基于這些狀況，蘇、澳、美、英、日、波蘭等一些國家于是興起了農田作業橋(也叫橋式車)的研究，并取得了一些令人振奮的成就，例如，有不少學者報道已經實驗證實，采用橋式車作業后，用工量成倍的減少，而作物的產量卻有成倍的增加。
但是，已有的橋式車在田中的軌道或水泥路上行駛作業的方法，由于其橋身的建造規模往往太大(橫跨作業區的跨度約10-30m)的限制，更主要的是由于其橋式車車架、行走系的結構及供其行駛的軌道、道路的構筑設置存在的問題，一則使橋式車轉彎性能和農具轉向性能不良，因而只適用于大塊的方形田的作業，它們對于小塊田以及非方形田的作業均表現出無能為力;二則使軌道道路的構筑成本巨大及一旦建成便不易修改，影響了橋式車作業方法的應用推廣。
本發明的目的，是為了提供一類方便車體轉彎、農具轉向的，從而既適用于方形田的作業，又適用于各種非方形田的作業，既適用于大塊田的作業，又適用于小塊田作業的農作車的車架及與它們相應的車輪、軌系的設計方案，并在相應的軌系設計中，提供一種較為簡便價廉又易改建的軌道構筑方法。
本發明的主要內容是變架農作車車架及相應車輪和軌系的設計、固架農作車車架及相應車輪和軌系的設計。下面分別敘述它們的設計方案，并對其意義和用途進行分析說明。
一，變架農作車車架及相應車輪、軌系的設計以及它們的意義和用途(一)變架農作車車架的設計車架主要由水平安置的橫架件和垂直安置的豎架件組成。
1.橫架件橫架件主要由內、外套件，內套件等長伸縮調節齒輪、橫-豎連接套、擋圈、中央軸組成。車架的平面主要由若干橫架件組成。位于車架平面邊緣的叫周邊橫架件，位于周邊橫架件內側的叫中間橫架件。中間橫架件主要起承載部份機構的作用。周邊橫架件除有承載部分機構的作用外，還起著規定農作車車架平面形狀的作用。每一橫架件的長度都是可伸縮的。每一件橫架件的基本結構均由三節或三節以上的數節套件組成。套件可是圓筒、條盒、扁盒狀，最中心的套件可以是實心的。按套件橫斷面形狀細分，套件有回字形，口字形，口字內花鍵形(
)，花鍵形(
)，口字內單圓形(
)，圓形(◎)，口字內雙圓形(
)，口字內凸圓形(
)，凸圓形(
)，口字內凹圓形(
)，凹圓形(
)等形式。其中的口字內單圓形及圓形形式橫套件中的外套件是可繞軸心旋轉的，其余形式的外套件是不能繞軸心旋轉的。每件橫架件中位于最外側的套件叫中央套件，其內面的套件叫內套件。在一件橫架件中，內套件可有兩件或兩件以上，由外到內依次可稱內套件1.內套件2……。每件橫架件在伸縮時，中央套件是不主動相對于內套件伸縮的，橫架件長度的改變是由中央套件內的內套件從中央套件的兩端同時等長伸縮實現的。為了使中央套件內的內套件能同時等長地從中央套件的兩端伸縮，內套件上的一側可為縱向地有齒，以便配合安裝在中央套件上的內套件等長伸縮調節齒輪進行自動調節控制。內套件等長伸縮調節齒輪可以是二個齒輪或二個齒輪以上齒輪組合而成的輪系，并可借用鏈條傳動參與組合。為了在必要時可鎖定部份或全部橫架件使不能伸縮，在橫架件的各套件上可有鎖定孔以便用插銷鎖定，但也可用控制中央套件上的內套件等長伸縮調節齒輪的方法對橫架件的長度進行鎖定。橫架件中套件間的相對移動，可采用滾動式的，也可為滑動式的。為了防止套件過度伸出，安置有擋圈。為了便于在橫架件的中央套件上安裝機件，橫架件的中央套件的表面最好為平面。中間橫架件的中央套件的平面形狀可有方形、圓形、不規則形等多種形式。有交叉的中間橫架件的中央套件可為可繞軸心旋轉的，也可為不可繞軸心旋轉的。但無交叉的中間橫架件的中央套件必須是不可繞軸心旋轉的。中間橫架件如為兩件或兩件以上而且相互間有交叉的可在中央套件的交叉點開孔，孔中插入中央軸活動連接，該中央軸可用作安裝一些其他部件用(例如將圓盤的中央孔套在此軸上等)，內套件有齒的一側可開貫穿滑槽。相互有交叉的中間橫架件，為了使交叉的上、下橫架件的中央套件能自由相對移動，可在下層中央套件的上部或上層中央套件的下部安置滾珠或滾柱。每件周邊橫架件的兩端，均有一內套件的外側端借連接套與豎架件的外豎套的上部以轉動副的方式相連接，這種連接套可稱之為橫-豎連接套。豎架件的外豎套能在此連接套中作360度平面范圍內的任意角轉動。為了使車架穩固不傾斜，這些連接套應盡量為管筒狀(即套壁的高度要足夠)而且堅實，連接套的內壁與其相鄰接的豎架件外豎套外壁間的間隙要盡可能小，也就是說銜接的精確度要盡可能高，但此種鄰接既可是直接的，也可是間接式的-即可采用滑動式或滾動軸承式的。橫-豎連接套的上下端有擋圈。為了使與同一豎架件相連接的兩件或三件的橫架件當與豎架件連接后高度一致，橫-豎連接套可分為單圈式的及雙圈式的兩種。可根據變架農作車的種類，靈活選用橫-豎連接套的種類。例如在周邊橫架件為四件，中間橫架件為兩件且這兩件需作十字形交叉時，周邊橫架件的橫-豎連接套可均用單圈式的，使該變架農作車的周邊橫架件與豎架件連接后，左右側的周邊橫架件相對于前后側的周邊橫架件的高度不同，以便使兩端與周邊橫架件的中央套件相連接的該兩件需作十字形交叉的中間橫架件一件高、一件低，便于交叉安置。
某些中間橫架件的端頭也需有內套件的外側端借連接套與豎架件的外豎套的上部相連接。如上所述，某些中間橫架件的端頭，需有內套件的外側端與周邊橫架件的中央套件相連接，這種連接也是活動性的轉動副式的連接。橫架件的件數、組合形式及橫架件上的其它一些有關設施決定著變架農作車的分類。變架農作車的種類如按橫架件的層數分，有雙層的及單層的兩種;依橫架件上有無供農具主動轉向的圓軌和圓盤，分有盤式和無盤式兩種;如根據車輪數分，可有三輪型、四輪型兩種。如依周邊橫架件的件數和組合形式分，以單層橫架件的變架農作車為例，有兩件的ㄒ字形、三件的三角形(△)和四件的方形(□)、
字形四大類。如依周邊橫架件與中間橫架件的合計總件數和組合形式分，以單層橫架件的變架農作車為例，則可分四件的雙三角型(
)，五件的日字形、斜日字形(
)、用字形，六件的田字形及目字形，七件的雙目字形(
)，八件的口井字形(
)等多種類型。以上各型變架農作車的結構和性能，除有盤式與無盤式的有較大區別外，其余的其實質均相近似。
2.豎架件裝配好了的豎架件的大體外形是柱狀，它與地面垂直安置。豎架件主要由外豎套、內豎套及其上的鎖定孔、插銷、車輪轉向絞索(或鏈)套環、農具作業幅寬調節器拉鉤套環組成。外豎套及內豎套可均為圓筒，也可為其他樣式，不論是什么樣式，其原則是①外豎套的上部的外形必須是圓柱形，②內、外豎套均必須是空心體，且內豎套的上部約至少2/3的外形與外豎套的內空形狀相一致以便相互套疊和伸縮。內豎套套入外豎套的中空內。內豎套的下部中空供安裝車輪用，其余中空供安裝液壓馬達及與其相聯的軟管用。每一豎架件的高度都是可調的，并可固定的，即內、外豎套的相套疊部份可在一定范圍內相對上下移動，并開有鎖定孔，以便按作業需要升高或降低與其相連接的橫架件的高度(如當犁、耙、種時降低，作物莖桿較高時施藥時提高)，并在鎖定孔內插入插銷將內外豎套聯結成一整體固定橫架件高度。當然也可用液壓裝置的方式調節控制豎架件的高度。豎架件高度的升降具體地是由將外豎套相對于內豎套升高或降低實現的。外豎套的上端附近安有車輪轉向絞索套環和農具作業幅寬調節器拉鉤套環。這些套環也可作調整橫架件高度時不使外豎套下落使用。
(二)與變架農作車車架相應的車輪的設計車輪借輪軸安裝在豎架件內豎套的下部中空內。每只車輪均為驅動輪。關于車輪的驅動方式問題在作了詳細的研究之后，發現如采用機械式的，因將使結構復雜且工作性能不十分可靠及存在對車架的穩定性的不利因素等其他弊端而不適宜;如采用液壓式的，則簡便而可靠，可以免除與車輪驅動有關的機械式制動器、離合器、變速器、倒檔機構(但如欲用較小的液壓泵和液壓馬達而低速時獲得較大的車輪驅動扭矩，可將液壓系統與多速齒輪箱結合使用)。液壓馬達可安裝在車輪內部或內豎套的中空內。橫架件上的油泵發出的動力可經由軟管傳遞到各個車輪相關的液壓馬達。車輪的輪面有由凹槽壁、凹槽底組成的縱向凹槽(即車輪的大體外形近似于啞鈴狀，也可稱這種車輪為凹槽式車輪)，車輪以此凹槽騎跨在軌上行駛。凹槽的寬度為等于與其相應的軌的寬度。凹槽的深度以一般情況下不易出軌為宜，因此凹槽如為或近似圓形則凹槽為超半圓的深度。凹槽的形狀與與其相應的軌道的軌面相吻合。為了增加車輪對軌的附著力，除凹槽壁與軌外側沿的接觸部分為金屬質外，凹槽與軌面接觸的其余部份為橡膠質。為了便于車輪能在公路和田塊之間的路上行駛，凹槽壁的周面即觸地部分為橡膠質。車輪的所有橡膠部分可為充氣輪胎。車輪的直徑以車輪轉向時不刮倒周圍作物為宜。每只車輪均可隨外豎套的轉動而作任意角度轉向。車輪的主動轉向與定向由操縱臺發出的轉向拉桿經轉向絞索(或絞鏈)轉動與定住豎架件的內、外豎套實現。車輪的被動轉向是在車輪主動轉向機構規定了大方向的前提下由軌道導向實現。
(三)變架農作車其他機構在車架上的安置1.架駛座與操縱臺依變架農作車的種類及適用范圍和特征，架駛座與操縱臺的安置有以下幾種一種是安置在中間橫架件的中央套件上，適用于無盤式變架農作車，缺點是占據了農作車部分中央承載平面。第二種是安置在中間橫架件中央套件上的圓軌上的圓盤上，適用于有盤式變架農作車，其缺點也是占據了車架部分中央承載平面。第三種是安置在周邊橫架件或中間橫架架件與豎架件外套相連接的連接套的外側延展部分上，此較適用于三輪式變架農作車。第四種是安置在一側的周邊橫架件的中央套件上，此可用于各作車，此方式的伏點與第三種方式一樣，即不占據農作車的中央承載平面。
2.原動機構原動機構指內燃機或電動機或蒸氣機或太陽能發動機。其安置位置一般與操縱臺、架駛座相同，即都可在同一部件上，以使操縱臺與中央傳動主動件等被操縱機構的相關位置穩定利于操縱控制。如果不是這樣，那么與之有關的操縱桿等操縱件就必須是長度可調的。
3.原動機的變速機構安裝在原動機構的動力輸出端。原動機所產生的動力通過變速箱傳遞給中央傳動主動件。變速機構也可采用魔輪式的。變速機構所在部件與原動機同。
4.中央傳動主動件指原動機構的變速機構的動力輸出端，安裝位置同原動機構。
5.車輪液壓驅動系統的油泵安裝位置與中央傳動主動件相同。
6.車輪液壓驅動系統的油泵與各驅動輪液壓馬達間的傳動件是具有足夠長度的軟管，由油泵通向各豎架件的內豎套內。
7.農具安裝其安置必須是可替換式的，多數農具應是懸掛式的。農具的具體的安裝位置，要依變架農作車的種類及其他一些構件的安置位置而定。如果駕駛座、操縱臺未占據車架平面的中部，各種農具可在車架主平面的整個范圍內選擇安置。駕駛座、操縱臺安置在中間橫架件中央套件上的無盤式變架農作車的農具安置位置是收獲時置于車架平面的前部、側部和后部，其他作業時置于車架平面的后部和側部。有盤式變架農作車的農具是安置在圓軌上的圓盤上。圓軌設置在中間橫架件的中央套件上，與中央套件緊固聯結。圓軌和中央軸支承著圓盤，圓盤可作360度的順時和反時旋轉(圓軌、圓盤的設計與固架農作車車架部份所述的圓軌和圓盤相同)。動力機構啟動圓盤，加上圓盤上的液壓或機械式農具的升降裝置的作用，農具便可按作業需要象旋轉炮塔上的炮筒一樣左右前后轉動和升降。
8.動力輸出裝置指中央傳動主動件與農具之間的傳動件，既可采用機械式的，也可采取液壓式的，其安置一般與農具同在一個部件上。
9.農具作業幅寬的調節機構安置在變架農作車上的農具必須是作業幅寬可調式的。農具的作業幅寬由在農具的兩端從農具作業幅寬調節器發出的栓件栓在左右兩豎架件外豎套上的栓環上，由兩側豎架件的間距進行控制調節。
10、車架上機構的繁化與簡化如欲實現變架農作車的行駛作業完全自動化，必須在車架上安置電腦，光電控制設備及向電腦輸入預編好的行程作業程序。反之，如欲實現人力的變架農作車，則可保留液壓系統簡化其他一些機構。
(四)與變架農作車車架、車輪相應軌系的設計包括供變架農作車車輪行駛的行駛軌及轉向用的轉向軌及其配件的設計，以及行駛軌在田中的設置方式、軌的構造材料和建筑方法、軌在田中的固定方式。
1.行駛軌的形狀行駛軌的橫切面是如是土石結構的為等腰梯形(
)、等腰圓頂梯形(
)，其他材料的可為圓頂方形(
)、蘑菇形(
)、圓形(○)、超半圓形(
)。為增加附著力，軌面為糙面。軌面高于田面5-60厘米。為了方便農田排水、灌水、行駛軌間隔性地開設過水洞。
2.轉向軌及其配件轉向軌分ㄒ字形轉向軌、一字形轉向軌及轉碗三種。ㄒ形轉向軌正視為ㄒ字形，其水平部分與垂直部分相交處為緊固結構。ㄒ形轉向軌水平部分的橫斷面形狀種類、在田中安裝后的軌面高度及軌面要求與行駛軌相同。ㄒ形轉向軌水平部分的兩端為凸弧斜切面。與ㄒ形轉向軌水平部分兩端相銜接的行駛軌的端頭是凹弧斜切面。ㄒ形轉向軌的垂直部分為圓柱狀，且下端為水平切面或呈圓珠狀。轉向軌的配件包括ㄒ形轉向軌的配件、一形轉向軌配件、轉碗的配件以及安全擋件。ㄒ形轉向軌的配件為平底或平底上有滾珠的豎孔件，豎孔底及壁必須堅實。此豎孔件的下部埋入田中，其上部豎孔的開口處高于田面，裝配時ㄒ形轉向軌的垂直部分插入此豎孔中。車輪駛至ㄒ形轉向軌的水平部分上面停住后可轉向，轉向時，ㄒ形轉向軌的垂直部分隨車輪一起旋轉當ㄒ形轉向軌水平部分的斜切面端頭與行駛軌的斜切面端頭吻合，車輪即可駛入新的行駛軌中。一字形轉向軌的實質是ㄒ形轉向軌的另一形式。一形轉向軌是在一根長約10-30厘米的短軌的中部開一個不貫穿的洞，其配件為一實體性的底座上有一根垂直向上的堅實的固定的軸，裝配時該軸的上端插入一字形轉向軌中部的洞中，一字形轉向軌即可繞該軸作旋轉運動。一字形轉向軌的橫斷面形狀及在田中安裝后軌面高度與ㄒ形轉向軌水平部分相同。轉碗為淺碗狀的一短段凹軌，該“淺碗”的直徑略大于車輪的厚度，車輪在這圓形淺碗狀凹坑內可轉動。轉碗依是否有缺口而分為有缺口無缺口的兩種，依是否隨在其上轉向的車輪而旋轉又可分為固定性的及活動性的兩種。固定性地安置在田中的轉碗除必要時應該設置安全擋件外不需其他配件。活動性的轉碗為當車輪在其上轉向時轉碗隨車輪一起旋轉，此種轉碗必須是有缺口的，由于車輪轉向時它要旋轉，因此其下部必須有允許其旋轉的配件。固定性的轉碗也可為有缺口的。安全擋件是為了使車輪不致在彎道處、特別是在彎度較大的彎道處駛過頭出軌而在ㄒ形、一形轉向軌或轉碗的端頭外的田中安置的對車輪起阻擋性作用的擋體，此擋體垂直固定埋入田中，高度略超過車輪半徑，寬度等于或略大于車輪厚度。
3.行駛軌在田中的設置方式分為交叉軌和非交叉軌兩大類。交叉軌是指軌道有交叉的軌。交叉軌依其兩軌相交叉所形成的交角是直角還是斜角而分為直角彎式交叉軌及斜角彎式交叉軌兩類。直角彎式交叉軌(例如
形)適用于方形田。斜角彎式交叉軌有多種類型，但其基本形式是斜交叉的斜開字形(如
等)。斜角彎式交叉軌適用于面積形狀的周邊為直線性或近似直線性相交而有明顯交角的非方形田。非交叉軌分為并行式雙軌和一根到底式的環軌兩種(一根到底式的環軌具有渦線性質)。并行式雙軌適用于窄小的方形田和窄小的非方形田。一根到底式的環軌分為交角彎式環軌及非交角彎式環軌兩種。交角彎式環軌即指有交角性彎道的環軌，交角彎即指軌道的彎道是由軌道突然改變方向形成的彎道。交角彎式環軌的彎道是由彎道處前后軌道的明顯交角所形成的。依彎道處的軌道交角是直角還是斜角，又將交角彎式環軌分為直角彎式交角性環軌(例如回形針形
)及斜角彎式交角性環軌(例如開口三角形
、開口梯形
)兩種。直角彎式交角性環軌適用于方形田，斜角彎式交角性環軌適用于面積形狀的周邊為直線性或近似直線性相交的有明顯交角的非方形田。非交角彎式環軌即指其彎道處的軌道的方向是逐漸改變的，沒有明顯的交角，沒有由軌道突然改變方向所形成的轉折性彎道。非交角彎式環軌的彎道為弧形、圓形或近似弧形、圓形的彎道。非交角彎式環軌適用于面積形狀的周邊為或近似為弧形、圓形相交的非方形田。對于面積形狀的周邊既有交角性相交又有弧形、圓形或近似弧形、圓形相交的非方形田，可綜合性地選擇設置交叉軌和環軌，也可單用環軌。在具體的某一塊田中，可單用上述軌道設置中的某一種，也可根據田面形狀選擇上述軌道設置中的二種或二種以上的方式綜合性地對行駛軌進行設置。概括而言，依田的平面形狀及在該田中行駛作業的變架農作車的種類，行駛軌在田中的設置可按以下原則實行①在方形田中，如用有盤式變架農作車作業，應設置直角彎式交叉軌;如用無盤式變架農作車作業，可設置直角彎式環軌，也可設置直角彎式交叉軌，也可兩者結合設置。②在周邊有明顯交角的非方形田中，如用有盤式變架農作車作業，應設置斜角彎式交叉軌;如用無盤式變架農作車作業，可設置斜角彎式環軌，也可設置斜角彎式交叉軌，也可兩者結合設置。③在周邊為或近似弧形、圓形相交的非方形田中，應設置非交角彎式環軌，其終端也可結合設置少量交叉軌，無盤及有盤式變架農作車均可在其上作業。④在窄小的方形及非方形田中，應設置并行式雙軌，無盤及有盤式變架農作車均可在其上作業。由上述六種行駛軌的設置中可以看出，非交叉軌適用性最強，可用于一切形狀的田;同時也可看出，無盤式變架農作車能適用于各種非交叉軌和交叉軌，因此也適用于一切形狀的田。當然，有盤式變架農作車也適用于各種交叉和非交叉軌和一切形狀的田，但它的結構比無盤式復雜。交叉軌和非交叉軌的優缺點交叉軌的優點是車身轉彎快;缺點是農具作業將受到兩軌距間的中間軌的干涉。非交叉軌的優點是農具作業區域始終無中間軌干涉;缺點是無盤式變架農作車在非交叉軌中的環軌上作過渡式轉彎較費時。
4.軌的構造材料和建筑方法行駛軌可為金屬、水泥、陶瓷、木料、竹、燒結磚、硬塑料、石料、土。ㄒ形及一形轉向軌和轉碗可為金屬、水泥、陶瓷、木料、硬塑料、石料。ㄒ形及一形轉向軌的配件可用水泥、木料、硬塑料、燒結磚、石料。滾珠可為金屬、石料、水泥、陶瓷。安全擋件可為水泥、石料。
可以多用土石結構的軌道。土石結構的軌道即指行駛軌為將土夯實而成的高于田面的硬土埂(其硬度當車輪多次碾壓后還會增高)，在急及較急的彎道處安置石質轉碗或石質的ㄒ形、一形轉向軌，必要時安置石質的安全擋件;行駛軌每間隔一定距離用石塊搭一個過水洞;為了增強土軌的堅固性和減少車輪在其上摩擦以及雨水澆淋造成的泥土損失，可在軌上植草。土石結構的行駛軌和轉向軌及其配件既可用于方形田也可用于非方形田，既可供各式變架農作車使用也可供固架農作車使用。土石結構的整個軌系可以根本不用金屬及其他非土石材料而大大減少軌道的用材成本，因其構筑的容易性又可大大減少軌道的建筑用工成本，而且一旦情況變化要將軌道改型或改建也非常容易。
5.軌在田中的固定方式根據軌的構成材料的不同可選擇采用地面構筑間有孔洞式、深根式、深根間有孔洞式、架橋式、插定式。例如用土石構成的行駛軌可用地面構筑間有孔洞式，鋼筋混凝土的行駛軌可用深根間有孔洞式、插定式，金屬木料竹料的行駛軌可用架橋式。轉向軌的基座、石洞的基座及安全擋件的基座可用深根式。
(五)變架農作車車架及相應車輪、軌系設計的意義和用途這些設計為變架農作車的研制成功和推廣應用打下了基礎，以這些設計為基礎研制而成的變架農作車將具有以下工作性能由于變架農作車的橫架件的長度是可伸縮的，變架農作車的車架形狀可在行駛中依照輪距的改變而改變，變架農作車的輪距即可隨軌距的改變而改變，因此，變架農作車可在軌距寬窄不一的不規則軌道上行駛，這使變架農作車可在非交叉的一根到底式的非交角彎式環軌上行駛并轉各種彎。當單純為了使變架農作車在軌距不規則的軌道上能更順利地行駛時，可以將變架農作車兩側的橫架件的長度鎖定，然后只驅動前輪或只驅動后輪將變架農作車拉著走或推著走(此是指四輪式的。如是三輪式的，則只須鎖定三角形車架平面的任意一只角，然后三輪驅動或一側雙輪驅動便可)。變架農作車允許駕駛員根據需要使某些或某只車輪停駛而某些或某只車輪行駛，變架農作車的每只車輪都可在轉向軌上作任意角轉向，因此，變架農作車既可在交叉軌上用側身式的轉彎方法以及環轉式的轉彎方法轉直角彎及各種斜角彎，也可在非交叉的交角彎式環軌上用將車輪在同側軌道上向彎道的一方逐步過渡的過渡式轉彎方法轉各種交角彎。由于變架農作車上的作業幅寬可調式農具的作業幅寬可由兩側的豎架件或可伸縮的橫架件控制調節，變架農作車可在軌距不規則的軌道上行駛，變架農作車的全部橫架件的長度也可鎖定從而使變架農作車能在軌距不變的軌道上行駛，變架農作車可以是某只或某些車輪停駛而某些或某只車輪行駛，因此，變架農作車能對斜角地頭及地段作業，能在轉彎時作業，能在軌距規則及不規則的軌道上行駛作業，變架農作車的農具的作業幅寬的調節可符合作業要求，能對方形及非方形田的全部面積進行全面積作業而不留空白。當變架農作車在各種非交叉軌上行駛作業時，由于其前進方向始終不變，故變架農作車上的農具不需轉向。當變架農作車在各種交叉軌上行駛作業時，農具的轉向就由前述的將農具安放在橫架件上的圓軌上或圓盤上的方法解決;應當特別指出的是，前述的變架農作車在交叉軌上的環轉式轉彎方法即指變架農作車可在交叉軌中的縱向軌與橫向軌所組成的口字形或近似口字形的密閉式軌道上以三只車輪或四只車輪同時或先后繞該種軌道環轉行駛的方法將整個車身掉轉方向，從而也使農具轉向，這一特性可使變架農作車能方便地對任何形狀的田的最后地塊進行作業，也使無盤式變架農作車可在各種交叉軌上轉彎行駛作業。由于變架農作車上安置的農具是可替換式的，因此變架農作車許可根據當時的作業需要選擇安置各種農田作業農具。此外，可用在軌上作標記結合鎖定變架農作車車架的方法使變架農作車在方形田的同一地段的前后兩次及多次的農具作業行跡相一致;可用在軌上作標記以及鎖定變架農作車車架平面的任意一只角的方法使變架農作車在非方形田的同一地段的前后兩次及多次的農具作業行跡相一致。對于平原區域的方形田，可盡量延伸直軌，即直軌可從此一塊直接延伸到彼一塊。使高度差別不大的田塊塊塊相連，有利于減少橫軌和彎道，提高農作車工作效率。
綜合以上，可將變架農作車工作性能的主要特征歸納為以下幾點①能轉各種彎，并在轉彎時作業，能適用于各種設置方式的軌道;
②能在軌距規則及不規則的軌道上行駛并作業;
③作業幅寬可調式農具的安置方向、轉向以及作業幅寬的調節可符合作業的要求;
④能對斜角地頭及地段作業;
⑤能對方形田及非方形田的全部面積進行作業而不留空白;
⑥能使農具在方形及非方形田上的前后兩次及多次作業的行跡相一致;
⑦可在車架上根據需要安置犁、耙、種、施肥、施藥、中耕、收獲等各種農田作業農具;
⑧由于具有上述性能，所以變架農作車既適用于方形田的各種各種非方形田的各種作業;既適用于大塊田的各種作業適用于小塊田的各種作業;所以換言之，也可稱變架農作車為萬能農作車。
二、固架農作車車架及相應車輪、軌系的設計以及它們的意義和用途(一)固架農作車車架及與此車架相應的車輪的設計固架農作車的車架也主要由水平安置的橫架件和垂直安置的豎架件組成。
固架農作車車架的平面形狀為固定的方形，構成車架平面形狀的橫架件可以是一塊整塊的或上下兩塊各自為一整塊的形狀為固定方形的底板。此方形底板的四個角上開有與豎架件上部外豎套的外周直徑相等大的孔，此孔為圓管狀。安裝時，方形底板四只角上的此圓管狀孔即活動性地套在四件豎架件外豎套的上部。安裝后，固架農作車的四件豎架件可以在此孔內轉動(即底板四角與豎架件是轉動副的形式連接的)，在田中軌道上，一部固架農作車的所有豎架件在此孔內的轉動是在車輪轉向機構的控制下同步地進行的。固架農作車的高度是可調的，隨著豎架件的升高和降低，方形底板也升高和降低。每一豎架件的下部均安有驅動車輪。四只驅動車輪的觸軌點的連線所構成的圖形為方形，此方形圖形的兩條邊線的長度必須與供其行駛用的縱向軌軌距和橫向軌軌距相等，車輪在高于田面的軌道上行駛。固架農作車在行駛作業中及轉彎時輪距始終不變，車架的平面形狀不變，“固架”二字即由此而來。每一固架農作車必須有圓軌和一個圓盤。圓軌安裝在底板上面的主平面上，圓軌與底板緊固聯結。圓軌可為同心圓式的兩個或多個，也可是單個。圓軌上是圓盤，圓盤的下面正對圓軌處有滾動行走裝置供圓盤在圓軌上旋轉。圓盤的中央孔套在與底板的中央緊固聯結的中央軸上，圓盤可經盤轉齒輪與中央軸的主動齒輪的嚙合而繞此軸轉動。圓盤上及底板上相對地開有孔洞，以便必要時插入插銷固定圓盤使不能繞此軸轉動。圓盤的轉動也可經驅動圓盤的周沿或以鏈條，絞索驅動圓盤中心軸的方式實現。農具必須安裝在圓盤上，圓盤象旋轉炮塔一樣可以作360度范圍內的任意角轉向，農具可提升、降下，并隨圓盤一起旋轉而改變作業方向。雙層式固架農作車(即底板為兩層，有若干支柱將上、下兩層底板緊固連接)的原動機構、油泵、車輪轉向機構安置在下層底板上;圓軌、圓盤、農具轉向(實質是圓盤轉向)機構安置在上層底板上;農具、動力輸出機構安置在圓盤上;駕駛座及操縱臺可安置在下層或上層底板的一側延展板上，也可安置在圓盤上。單層固架農作車的原動機、油泵、駕駛座、操縱臺、車輪轉向機構、農具、圓盤旋轉機構、動力輸出機構可均安置在圓盤上;也可只將農具和部分動力輸出機構安置在圓盤上，而將部分動力輸出機構及其余機構均安置在底板的一側延展板上。固架農作車車架的另一種形式是豎架件的高度為固定的不可調的。前述的豎架件高度可調的固架農作車的豎架件及豎架件的高度調節方式、車輪、車輪驅動機構、動力輸出機構，車輪轉向機構、原動機構、農具的可替換性等設計均與變架農作車的相同，但固架農作車上的農具可以是作業幅寬不可調的。
(二)與固架農作車車架車輪相應的軌系的設計行駛軌的形狀、轉向軌及其配件、軌的構造材料和建筑方法、軌在田中的固定方式均跟與變架農作車車架車輪相應的軌系設計相同。但供固架農作車使用的行駛軌在田中的設置方式只有一種，即為直角彎式交叉軌(例如單橫向軌
，雙橫向軌
)。供固架農作車行駛作業的此種直角彎式交叉軌具有以下特征只適用于設置在方形田中;其所有行駛軌均為直軌;在方形田中的縱向軌軌距要一致，橫向軌的軌距也必須一致;縱向軌軌距與橫向軌軌距可以相同也可以不同。但縱向軌的軌距及橫向軌的軌距必須與固架農作車的輪距相符(縱、橫向軌軌距相等的軌道適用于輪距構圖為正方形的固架農作車，縱、橫向軌軌距不相等的軌道適用于輪距構圖為長方形的固架農作車);在軌的所有轉彎處，均必須安置轉向軌(不限哪一種);轉向軌的端頭外側田中必須安置安全擋件。如欲減少軌的數量，固架農作車在縱向軌行駛作業時，作業幅寬可為兩軌間距的三倍，但這就必須安置作業幅寬可調式農具。
(三)固架農作車車架及相應車輪、軌系設計的意義和用途這些設計為固架農作車的研制和推廣應用打下了基礎，在此基礎上研制而成的固架農作車將具以下工作性能可在直角彎式交叉軌上作側身式轉彎，農具可在車上主動轉向，適用于大塊及小塊方形田的各種作業。
與已有的橋式農田作業車車架及與其相應的行走系、軌道道路的設計相比，本設計方案主要有以下優點一、在本設計方案基礎上研制而成的變架農作車能轉各種彎道，農具不需主動轉向，可適用于各種田面形狀及各種面積的農田的作業;
二、在本設計方案基礎上研制而成的固架農作車轉彎迅速，農具可按作業需要主動轉向，可適用于各種面積的方形田;
三、本設計方案提供的土石結構軌系構筑成本低廉、易改，因此有利于大面積推廣應用。


圖1為變架農作車的橫架件結構示意圖。圖中，1為中央套件，2為內套件1，3為限圈，4為內套件2，5為橫-豎連接套，6為中央軸，7為中央套件交叉點處的孔，8為內套件等長伸縮調節齒輪，9為內套件上有齒一側的齒條，10為供固定限圈用的孔。橫架件裝配的程序為將內套件1套入中央套件內，將限圈套入中央套件的右側端頭內面并固定，將內套件2套入內套件1內，將中央軸插入中央套件交叉點的孔內，最后安裝內套件等長伸縮調節齒輪。內套件1及2有齒一側的貫穿滑槽可使內套件從中央套件兩端伸縮時不受中央軸的干涉。有關橫架件的其他細小結構本圖未畫出。
圖2為變架農作車豎架件縱向全剖視圖及車輪結構示意圖。圖中，11為外豎套，12為內豎套，13為鎖定孔，14為插銷，15為雙圈式橫-豎連接套，16為單圈式橫-豎連接套，17為擋圈，18為車輪軸，19為車輪，21為車輪凹槽的底，22為車輪凹槽的內壁。
圖3為圖2中20的局部放大圖。圖中，23為車輪觸軌面的橡膠質部分，24為車輪的金屬質部分，25為車輪觸地面的橡膠質部分。
圖4為雙圈式橫-豎連接套結構示意圖。圖中，26為雙圈式橫-豎連接套的柄。
為單圈式橫-豎連接套結構示意圖。圖中27為單圈式橫-豎連接套的柄。
圖6為ㄒ字形轉向軌及其配件的結構示意圖。圖中，28為ㄒ形轉向軌的水平部分，29為ㄒ形轉向軌的垂直部分，30為ㄒ形轉向軌水平部分兩端的凸弧形斜切面，31為ㄒ形轉向軌的平底豎孔配件。
圖7為一字形轉向軌及其配件的結構示意圖。圖中，32為一字形轉向軌的水平部分，33為一字形轉向軌的實體性配件，34為32的剖面圖，35為33的剖面圖。
圖8中，上圖為無缺口的固定式轉碗的外形圖，圖中，36為轉碗的壁，37為轉碗的淺碗狀凹坑，38為圓形行駛軌;圖8中，下圖為上圖的A-A剖視圖。
圖9為有缺口的固定式轉碗的結構示意圖。圖中，39為轉碗的缺口。
圖10為圓頂等腰梯形行駛軌及轉碗結構示意圖。圖中，40為圓頂梯形行駛軌。
圖11、圖12及圖13為超半圓形行駛軌在農田中的插定式固定示意圖。其中，圖11為主視圖，圖12為圖11的俯視圖，圖13為圖11的A-A剖視圖。此三圖中，41為超半圓形行駛軌，42為豎插片，43為豎插孔，44為橫插銷。
圖14、圖15及圖16為使用ㄒ形轉向軌、斷面為圓形的行駛軌、用架橋式固定方法在方形田中的直角彎式交叉軌的設置三視圖。其中圖14為主視圖，圖15為圖14的俯視圖，圖16為左視圖。圖15中，45為將行駛軌與豎孔件固定聯結的插銷，46為將行駛軌與支件固定聯結的插銷，47為與ㄒ形轉向軌水平部分端頭相應的凹弧形斜切面。圖16中，48為行駛軌的支件，起支持和固定行駛軌的作用。
圖17、18、19、20、21、22、23均為俯視圖。
圖17為在方形田中的雙橫向軌的直角彎式交叉軌的設置示意圖。圖中箭頭示農作車進出田方向，49為田埂，50為轉碗，51為橫向軌，52為縱向軌，53為田埂缺口。
圖18為斜角彎式交叉軌在面積形狀的周邊為直線性相交而有明顯交角的非方形田中的設置示意圖。圖中54為行駛軌。
圖19為田形無盤四輪變架農作車在面積形狀的周邊為直線性相交而有明顯交角的非方形田中的斜角彎式交角性環軌上以過渡式轉彎方法轉彎的程序示意圖。圖中，A、B、C、D各點分別代表變架農作車的四個驅動輪及它們某一時刻在軌上的軌跡。A B C D的虛線連線所組成的圖形為變架農作車的車架平面。具體轉彎程序如下①A B C D分別行至A1B1C1D1使車架平面成A1B1C1D1;②A1B1同時前行分別至A2B2使車架平面成A2B2C1D1;③B2及C1驅動輪轉向并各行至B3C2使車架平面成A2B3C2D1;④A2及D1分別駛至A3D2使車架平面成A3B3C2D2;⑤A3及D2驅動輪轉向以后，A3B3分別駛至A4B4使車架平面成A4B4C2D2轉彎即告完成。
圖20為田形無盤四輪變架農作車在交角及非交角彎均有的綜合性環軌上對非方形田最后地段作業時的轉彎方法程序示意圖。圖中，并行雙虛線在后面說明，54所指為行駛軌(畫粗一點是因為此處假設它是土軌)，A B C D代表農作車四只車輪及它們在軌上的軌跡，圖中最先出現的A輪所處位置的軌是一小段寬度大于車輪厚度、高度略低于其前后行駛軌的平軌。此刻轉彎的總的原則是將四輪變架農作車當作三輪變架農作車用，具體方法依農具是在車架的前部還是后部而分為兩種。第一種方法農具在車架前部時的轉彎方法;此時由于農作車的重心在前，可暫置A輪于不顧并允許其出軌，當作車架平面為BCD的三輪農作車轉彎，停駛并剎住B輪，驅動CD輪使BCD三輪連線平面先后成BC1D1、BC2D2、BC3D3，D3前行至D4成BC3D4，然后C3駛至C4使成BC4D4，最后地段的作業即告完成。第二種方法農具在車架后部時的轉彎方法使位于環軌終端處的B輪朝前駛出軌，使A輪駛至環軌終端處，然后停駛并剎住A輪，驅動CD輪完成轉彎。從以上也可看出，三角形式或雙三角式的三輪變架農作車的優點之一是在非方形田的環軌上轉彎以及對非方形田的最后地段的作業較之田形四輪變架農作車方便一些。但如在非方形田的最后地段，將環軌與交叉軌結合設置，則四輪式變架農作車對這最后地段的作業也可用環轉式轉彎的方法方便地進行而不須上述較繁瑣的轉彎程序，圖20中的并行雙虛線即指出了這種綜合性的軌道設置方法。
圖21為直角彎式環軌在方形田中的設置示意圖。虛線表示可設置出田軌，為了方便對最后地段的作業，在此種類型的軌道設置中，在田塊的最后地段，也可采用上述將環軌與交叉軌結合設置的方法。
圖22為非交角彎式環軌在非方形田中的設置示意圖，虛線意義與圖21的相同。
圖23為并行式雙軌在窄小田中的設置示意圖。
圖24為俯視圖，示意描述了田字形變架農作車車架的周邊橫架件中間橫架件、豎架件的相互連接。圖中，1(A)為周邊橫架件的中央套件，1(B)為中央橫架件的中央套件，2為內套件1的外側端頭，4為內套件2的外側端頭，6為中間橫架件中央套件交叉點處孔中的中央軸，12為豎架件的內豎套，11為豎架件的外豎套，16為單圈式橫-豎連接套，55為中央橫架件兩端內套件的外側端頭與周邊橫架件中央套件的轉動副式連接。在實際制造中，中間橫架件的中央套件，特別是位于上方的中間橫架件的中央套件可以盡可能寬，以增加平面便于安置和承載部件。
權利要求
1.農作車車架及相應車輪軌系的設計方案，其特征在于車架由橫架件和豎架件組成；橫架件組成車架的平面形狀，車架的平面形狀為可變的變架農作車式或固定不變的固架農作車式；凹槽式車輪設置在豎架件的下部，車輪以凹槽騎跨在高于田面的行駛軌上，借液壓馬達驅動在行駛軌上行駛；豎架件與橫架件的連接為轉動副式，豎架件可作任意角度轉動，因此可帶動車輪在轉向軌和地面上作任意角度轉向；豎架件高度為可調式；農具的轉向可經隨車轉向及經在車架上安置圓軌和旋轉圓盤實現；變架農作車車架平面的改變是隨輪距的變化而變化的，其輪距可隨軌距的改變而改變。
2.如權利要求1所述的變架農作車車架的橫架件，其特征在于它是由數節套件組成，套件的相對伸縮形成橫架件長度的改變，橫架件長度的改變形成車架平面形狀的改變，橫架件的長度可隨輪距的改變而改變。位于最外側的套件即中央套件的兩端有內套件的外側端借橫-豎連接套以轉動副的形式與豎架件相連接。
3.如權利要求2所述的變架農作車車架橫架件長度的改變，可經內套件等長伸縮調節齒輪調節。使內套件能同時等長地從中央套件的兩端伸縮。
4.如權利要求1所述的固架農作車車架的橫架件，其特征在于它是一塊整塊的或上下兩塊各自為一整塊的形狀為固定方形的底板，豎架件與底板四角以轉動副的形式相連接。
5.如權利要求1及4所述的固架農作車橫架件上，設有圓軌，圓軌上設有圓盤，農具在圓盤上可隨圓盤旋轉而轉向。
6.如權利要求1、2、4所述的變架農作車及固架農作車的豎架件，其特征在于它是由內、外豎套組成，豎架件高度的改變是由內、外豎套相對運動實現的。
7.如權利要求1所述的與變架及固架農作車車架相應的凹槽式車輪，其凹槽的形狀與與其相應的軌道的軌面相吻合;凹槽如為或近似圓形，則凹槽的深度為超半圓形。
8.如權利要求1所述的轉向軌包括ㄒ字形轉向軌、一字形轉向軌及轉碗。
9.如權利要求1所述的行駛軌的斷面可為圓形、超半圓形、蘑菇形、圓頂等腰梯形、等腰梯形。
10.如權利要求1及8、9所述的轉向軌可為石結構，等腰梯形、圓頂等腰梯形行駛軌可為土結構或石結構或土石結合的結構。
11.如權利要求1、9、10所述的行駛軌在田中的設置方式，有直角彎式交叉軌、直角彎式環軌、斜角彎式交叉軌、斜角彎式環軌、非交角彎式環軌、并行式雙軌六種，在具體的某一田塊中，可單用上述六種方式的某一種，也可根據田面形狀選擇上述六種中的二種或二種以上的方式綜合性地對行駛軌進行設置。
全文摘要
農作車車架及相應車輪軌系的設計方案是關于農田作業機械化方法的一種新方案。它主要包括變架及固架農作車車架，與它們相應的凹槽式車輪、轉碗和T字形等轉向軌以及斷面為超半圓形、等腰梯形等行駛軌的設計、行駛軌的交叉式以及非交叉式的設置方式、土石結構軌系的構筑方法和供農具在車上主動轉向的圓盤設計。變架農作車可在軌距寬窄不一的軌道上行駛及轉各種彎道，適用于大塊及小塊、方形及一切非方形田的作業；固架農作車可在直軌上行駛及轉直角彎。適用于小塊及大塊的各種方形田。
文檔編號A01B51/00GK1040477SQ89106199
公開日1990年3月21日 申請日期1989年7月25日 優先權日1989年7月25日
發明者吳明義 申請人:吳明義