一種扒谷機轉向裝置及控制方法與流程
本發明涉及扒谷機械技術領域，尤其涉及一種扒谷機轉向裝置和一種扒谷機轉向裝置控制方法。
背景技術：
近年來，國家對農業的大力支持與發展，糧食產量增加，糧食庫存嚴重，發展糧食現代化物流顯得尤為重要。發展糧食現代物流的主要內容是推進糧食由包糧運輸向散儲、散運、散裝、散卸“四散化”運輸的變革，而我國的糧食現代物流業還處于發展階段，糧庫糧倉出倉機械化程度不高。如何提高糧庫糧食出倉的機械化、自動化、系統化，如何提高設施的現代化水平、減輕勞動力、改善作業環境更加重要。扒谷機是當今應用最廣泛的農用機械之一，用于散糧收裝倒倉、糧庫使用時與輸送機配合，還可以堆囤、裝車，節省勞動力，操作方便，是房式倉庫散裝糧食在發放、運轉、倒倉、打包等作業中不可缺少的裝運設備。
相較于過去50年，現有的扒谷機功能有了大步提升，但還存在諸多問題需要解決，我國儲備糧庫、加工企業的作業流程還沒有高度機械化、現代化。現有的螺旋扒谷機械在功能上還是存在著一定的缺陷，其主要表現在：扒谷機轉向系統單一，扒谷機只能直線行走來扒谷，限制了其活動范圍，移動不方便，移動次數多；在倉房內由于受到平房倉內糧堆的限制，行走區域受到限制，扒糧范圍小，不能任意角度移動，影響扒谷機工作效率低；自動化程度低，機動性能差，輔助工作量大、工人操作勞動強度大，不能滿足現代糧庫的作業要求,因此，現有技術還有待于更進一步的改進和發展。
技術實現要素：
本發明設計開發了一種扒谷機轉向裝置，能使扒谷機任意角度行駛，最大可達到橫向行駛，減少扒谷機移動次數，方便扒谷機的移動。
本發明還提供一種扒谷機轉向裝置控制方法，給出方向盤輸入轉角與轉向角的關系式，減小機械結構帶來的轉向誤差，能夠有效防止扒谷機側傾。
本發明提供的技術方案為：
一種扒谷機轉向裝置，包括：
前驅動轉軸，其兩端設置有第一蝸桿，所述前驅動轉軸上還設置第一直齒輪；
后驅動轉軸，其兩端設置有第二蝸桿，所述后驅動轉軸上還設置第二直齒輪；
機體支撐叉，其分別設置在所述前驅動轉軸和后驅動轉軸的兩端，并且頂部設置有蝸輪，所述蝸輪與所述蝸桿嚙合；
前作用力桿，其一端設置有第一齒條，并與所述第一直齒輪嚙合，用于驅動前驅動轉軸旋轉；
后作用力桿，其一端設置有第二齒條，并與所述第二直齒輪嚙合，用于驅動后驅動轉軸旋轉，另一端可拆卸式連接所述前作用力桿的另一端；
方向盤，其連接前作用力桿，用于驅動所述前作用力桿前后移動。
優選的是，所述直齒輪內部設置有內螺紋，所述驅動轉軸上設置有外螺紋，以使所述內螺紋直齒輪固定設置在所述驅動轉軸上。
優選的是，還包括齒輪固定件，其固定在所述內螺紋直齒輪兩端，用于阻止所述內螺紋直齒輪隨所述驅動轉軸軸向移動。
優選的是，所述前作用力桿中間位置為齒條結構，并與設置在所述方向盤底部的齒輪嚙合。
優選的是，所述前作用力桿和所述后作用力桿通過可拆卸式銷釘連接，所述前作用力桿能夠沿所述后作用力桿方向滑動。
優選的是，所述直齒輪套設在靠近所述驅動轉軸一端的1/4處。
優選的是，設置在所述驅動轉軸上的外螺紋長度為，l1＝lw+dn
其中，l1為驅動轉軸上的外螺紋長度；lw為驅動軸兩端蝸桿的有效長度；dn為內螺紋直齒輪的寬度。
優選的是，所蝸桿的有效長度等于渦輪分度圓周長的一半。
優選的是，第一齒條長度為：
其中，l2為前作用力桿下方齒條長度；r1為機體支撐輪叉上方渦輪分度圓半徑；r2為內螺紋直齒輪外直齒輪分度圓半徑；p為內螺紋直齒輪內螺紋的螺距。
一種扒谷機轉向裝置控制方法，所述扒谷機轉向裝置包括前輪轉向和前后輪同時轉向兩種工作模式：
首先，通過設置在方向盤下方的角度傳感器，測量方向盤轉角；
當扒谷機行駛中的轉向角α＜45°時，扒谷機轉向裝置進入前輪轉向模式，為保證扒谷機行駛平穩，不發生側傾，控制轉向電機的最大轉角：
l1為驅動轉軸上的外螺紋長度；ω為方向盤轉動角速度；
當扒谷機行駛中的轉向角α≥45°時，處轉向裝置處于前后輪同時轉向模式時，為保證扒谷機行駛平穩，不發生側傾，控制轉轉向電機的最大轉角：
其中，fh為方向盤輸入的切向力，
fmax為方向盤輸入的最大切向力；
ic為總傳動比；f為前輪輪胎和路面間的滑動摩擦系數；g1為前輪的法向力；p1為前輪輪胎氣壓；g2為后輪的法向力；
本發明的有益效果
1、本發明提供的扒谷機轉向裝置通過旋轉方向盤帶動作用力桿來回移動，從而帶動內螺紋直齒輪轉動而使驅動轉軸徑向旋轉，使驅動轉軸來回移動而帶動與之是蝸輪蝸桿嚙合的機體支撐輪叉上方的渦輪轉動，從而帶動車輪的旋轉來改變車輪的方向，實現轉向，其結構簡單，操作方便，運作效率高。
2、本發明的驅動轉軸兩端蝸桿的有效長度等于機體支撐輪叉上方渦輪分度圓周長的一半，從而能使機體支撐輪叉旋轉最大范圍達到180度，實現車輪的180度范圍內旋轉，當四輪同時旋轉90度時，最大可達到橫向行駛。
3、本發明提供扒谷機轉向裝置能使扒谷機以任意角度行駛，減少扒谷機移動次數，方便扒谷機的移動。
附圖說明
圖1為本發明所述的扒谷機轉向裝置總體設計示意圖。
圖2為本發明所述的扒谷機轉向裝置的前作用力桿與機體支撐輪叉和方向盤的嚙合結構示意圖。
圖3為本發明所述的扒谷機轉向裝置的內螺紋直齒輪的嚙合結構示意圖。
圖4為連接銷釘處連接示意圖。
圖5為本發明所述的另一實施例方向盤由助力轉向電機驅動的結構示意圖。
具體實施方式
下面結合附圖對本發明做進一步的詳細說明，以令本領域技術人員參照說明書文字能夠據以實施。
如圖1所示，本發明提供的扒谷機轉向裝置，包括：前驅動轉軸110、后驅動轉軸120、內螺紋直齒輪200，內螺紋直齒輪固定件300，機體支撐輪叉400，車輪500，前作用力桿600，方向盤700，連接銷釘800和后作用力桿900。
其中，機體支撐輪叉400上方為圓柱體且具有渦輪結構，前驅動轉軸110兩端具有蝸桿結構，前驅動轉軸100與機體支撐輪叉400上方的圓柱體是蝸輪蝸桿嚙合，且蝸桿結構的有效長度等于渦輪分度圓周長的一半，前驅動轉軸110一端的四分之一處為螺紋結構，且螺紋的長度等于兩端蝸桿有效長度與內螺紋直齒輪200寬度之和；內螺紋直齒輪固定件300固定于內螺紋直齒輪200兩端，其作用是阻止內螺紋直齒輪200隨驅動轉軸軸向移動；
如圖4所示，前作用力桿600的一端通過可卸式銷釘800與后作用力桿900連接，前后兩作用力桿的另一端為齒條結構，當可拆卸式銷釘800拔出時，前作用力桿600能夠在后作用力桿900的方向上前后滑動。
如圖2所示，方向盤700底部具有齒輪，前作用力桿600下方具有齒條，方向盤700底部的齒輪與前作用力桿600下方的齒條嚙合，且齒條長度滿足：
其中，l2為前作用力桿下方齒條長度，單位為cm；r1為機體支撐輪叉400上方渦輪分度圓半徑，單位為厘米cm；r2為內螺紋直齒輪200外直齒輪分度圓半徑，單位為厘米cm；p為內螺紋直齒輪內螺紋的螺距，單位為厘米cm。
如圖3所示，內螺紋直齒輪200內表面為內螺紋機構，外表面為直齒輪結構，且內螺紋直齒,200與前作用力桿600為齒輪齒條嚙合，與前驅動轉軸110為螺紋嚙合。
如圖5所示，在另一實施例中，方向盤700底部具有齒輪，前作用力桿600下方具有齒條，方向盤700轉動通過助力轉向電機710驅動，并在方向盤700底部設置有角速度傳感器720，用于檢測方向盤轉動角速度，助力轉向電機710的輸出軸與711前作用力桿600下方的齒條嚙合。
實施以扒谷機轉向裝置的工作過程為例，作進一步說明
第一種情況，當連接銷釘800斷開前作用力桿600和后作用力桿900的連接時，整個機體只能實現機頭的轉向，此時，通過旋轉方向盤700，帶動前作用力桿600前后移動，在作用力桿的推動下帶動內螺紋直齒輪200旋轉，內螺紋直齒輪200兩端被固定，其旋轉時內螺紋推動前驅動轉軸100來回移動，前驅動轉軸100兩端的蝸桿結構帶動機體支撐輪叉400上方的渦輪結構轉動，從而帶動車輪500的旋轉，由于前驅動轉軸100兩端蝸桿的有效長度等于機體支撐輪叉400上方渦輪分度圓周長的一半，所以車輪500能在180度范圍內旋轉。
第二種情況，當連接銷釘800連接前作用力桿600和后作用力桿900的連接時，其后輪轉向工作過程與第一種情況相同，此時，前后輪在全部旋轉90度時，整個機體能實現橫向行駛。
一種扒谷機轉向裝置控制方法，包括以下步驟：
通過設置在方向盤下方的角度傳感器720，測量方向盤轉角；
當扒谷機行駛中的轉向角α＜45°時，扒谷機轉向裝置進入前輪轉向模式，為保證扒谷機行駛平穩，不發生側傾，通過助力轉向電機710帶動方向盤旋轉，轉向電機710的最大輸入轉角：
l1為驅動轉軸上的外螺紋長度；ω為方向盤轉動角速度，g為重力加速度；
當扒谷機行駛中的轉向角α≥45°時，扒谷機轉向裝置進入前后輪同時轉向模式時，為保證扒谷機行駛平穩，不發生側傾，通過助力轉向電機710帶動方向盤旋轉，轉向電機710的最大輸入轉角：
其中，fh為方向盤輸入的切向力，
fmax為方向盤輸入的最大切向力；
式中，ic為總傳動比；f為前輪輪胎和路面間的滑動摩擦系數，一般取0.7左右；g1為前輪的法向力，單位為n；p1為前輪輪胎氣壓，單位為mpa；g2為后輪的法向力，單位為n；
本發明能使扒谷機任意角度行駛，既能單獨前輪轉彎，也能實現前后輪同時旋轉，當四輪同時旋轉90度時，可達到最大橫向行駛，減少扒谷機移動次數，方便扒谷機的移動，操作方便，運轉靈活。
盡管本發明的實施方案已公開如上，但其并不僅僅限于說明書和實施方式中所列運用，它完全可以被適用于各種適合本發明的領域，對于熟悉本領域的人員而言，可容易地實現另外的修改，因此在不背離權利要求及等同范圍所限定的一般概念下，本發明并不限于特定的細節和這里示出與描述的圖例。
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