溫室采摘車(chē)的機(jī)電一體化設(shè)計(jì)【畢業(yè)設(shè)計(jì)+開(kāi)題報(bào)告+文獻(xiàn)綜述】

1、<p>　　本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)</p><p><b>　　（二零 屆）</b></p><p>　　溫室采摘車(chē)的機(jī)電一體化設(shè)計(jì)</p><p>　　所在學(xué)院 </p><p>　　專(zhuān)業(yè)班級(jí) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化 </p>

2、<p>　　學(xué)生姓名 學(xué)號(hào) </p><p>　　指導(dǎo)教師 職稱(chēng) </p><p>　　完成日期 年 月 </p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　在21世

3、紀(jì)飛快的生活節(jié)奏中，人們對(duì)生活高科技的追求已經(jīng)達(dá)到了一個(gè)很高的程度。果蔬采摘是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)鏈中最耗時(shí)耗力的一個(gè)環(huán)節(jié)，其成本高、季節(jié)性強(qiáng)。本文針對(duì)人工采摘高度不滿(mǎn)足溫室農(nóng)業(yè)生產(chǎn)要求而帶來(lái)的問(wèn)題，設(shè)計(jì)一輛適用于溫室的采摘車(chē)。詳細(xì)介紹了溫室采摘車(chē)原動(dòng)部分、傳動(dòng)部分、工作部分、液壓系統(tǒng)和自動(dòng)控制系統(tǒng)等的設(shè)計(jì)過(guò)程和方法。</p><p>　　設(shè)計(jì)的溫室采摘車(chē)采用蓄電池為動(dòng)力源，以電動(dòng)機(jī)作為原動(dòng)機(jī)，通過(guò)鏈傳動(dòng)方式實(shí)現(xiàn)采摘車(chē)的縱向

4、行駛，采用四桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)采摘車(chē)的橫向行駛與縱向行駛的切換。通過(guò)液壓缸驅(qū)動(dòng)液壓剪叉機(jī)構(gòu)升降，來(lái)實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)的舉升。采摘車(chē)具有操作方便、價(jià)格實(shí)惠、結(jié)構(gòu)緊湊的特點(diǎn)，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中具有較高的實(shí)用價(jià)值。</p><p>　　關(guān)鍵詞 溫室；果蔬；采摘車(chē)；液壓系統(tǒng)</p><p>　　Mechanical and electrical integration design</p><p&

5、gt;　　of greenhouse picking truck</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　With the pace of life getting faster in the 21st century, people’s pursuit on advanced technology used in

6、 daily life has reached a very high degree. Fruit and vegetable picking  in agricultural production is the most time-consuming process, which is high cost and season

7、 dependent. Aiming at the problem that manual picking height is not enough for agricultural production in greenhouse, this paper proposed a design of picking truck used in greenhouse. The design method of

8、driving system, motion tr</p><p>　　Battery is used as power source of the greenhouse picking truck. An electric motor is adopted as driving unit. The motion is transferred from electric motor to ax

9、le on frame through roller chain. A four-bar linkage is used to switch the vertical movement and horizontal movement of greenhouse picking vehicle. A hydraulic cylinder drives a set of scissors to mak

10、e the picking table rising and falling. Picking truck is easy to operate, affordable and compact, thus it has a high practical value in ag</p><p>　　Key words: greenhouse; fruit

11、and vegetable; picking truck; hydraulic system</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要I</b></p><p>　　AbstractII</p><p><b>　　目 錄III</b

12、></p><p>　　第1章 緒 論1</p><p>　　1.1 本課題的背景1</p><p>　　1.2 本課題的研究意義1</p><p>　　1.3 國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究的最新成果和動(dòng)態(tài)2</p><p>　　1.3.1 國(guó)外的研究狀況2</p><p>　　1.3.2

13、國(guó)內(nèi)研究狀況2</p><p>　　1.4 研究?jī)?nèi)容和方法3</p><p>　　1.4.1 主要研究?jī)?nèi)容3</p><p>　　1.4.2 研究方法3</p><p>　　1.4.3 研究難點(diǎn)4</p><p>　　1.4.4 預(yù)期達(dá)到的目標(biāo)4</p><p>　　第2章 溫室采

14、摘車(chē)的總體設(shè)計(jì)6</p><p>　　2.1溫室采摘車(chē)的主要設(shè)計(jì)要求6</p><p>　　2.2溫室采摘車(chē)的總體設(shè)計(jì)6</p><p>　　第3章 溫室采摘車(chē)的原動(dòng)部分和傳動(dòng)部分設(shè)計(jì)8</p><p>　　3.1蓄電池的選型8</p><p>　　3.2溫室采摘車(chē)的原動(dòng)部分和傳動(dòng)部分選型設(shè)計(jì)8</

15、p><p>　　3.2.1溫室采摘車(chē)的原動(dòng)部分和傳動(dòng)部分選型設(shè)計(jì)8</p><p>　　3.2.2傳動(dòng)機(jī)構(gòu)選型設(shè)計(jì)9</p><p>　　3.3溫室采摘車(chē)原動(dòng)部分及傳動(dòng)部分參數(shù)計(jì)算9</p><p>　　3.3.1溫室采摘車(chē)縱向行駛機(jī)構(gòu)的選型9</p><p>　　3.3.2電動(dòng)機(jī)功率的計(jì)算9</p>

16、<p>　　3.3.3 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的計(jì)算10</p><p>　　3.3.4 電動(dòng)機(jī)扭矩的計(jì)算11</p><p>　　3.3.5 傳動(dòng)方式的參數(shù)選擇11</p><p>　　3.4蓄電池的容量選擇11</p><p>　　3.5減速器的選擇12</p><p>　　第4章 溫室采摘車(chē)工作部分

17、的設(shè)計(jì)14</p><p>　　4.1工作部分的設(shè)計(jì)要求14</p><p>　　4.2行走系統(tǒng)的設(shè)計(jì)14</p><p>　　4.2.1行走系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求14</p><p>　　4.2.2縱向行走系統(tǒng)的設(shè)計(jì)14</p><p>　　4.2.3橫向行走系統(tǒng)的設(shè)計(jì)15</p><p>

18、;　　4.3底盤(pán)車(chē)架的設(shè)計(jì)15</p><p>　　4.4舉升系統(tǒng)的設(shè)計(jì)16</p><p>　　4.4.1舉升系統(tǒng)的功能要求16</p><p>　　4.4.2舉升系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)選型16</p><p>　　4.4.3舉升系統(tǒng)的傳動(dòng)裝置的選擇17</p><p>　　4.4.4舉升系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)的設(shè)計(jì)17<

19、;/p><p>　　4.4.5舉升系統(tǒng)的力學(xué)分析及定型19</p><p>　　4.4.6舉升系統(tǒng)的力學(xué)分析19</p><p>　　4.4.7銷(xiāo)軸的設(shè)計(jì)22</p><p>　　4.5工作平臺(tái)的設(shè)計(jì)24</p><p>　　4.5.1工作平臺(tái)的總體設(shè)計(jì)24</p><p>　　4.5.2

20、槽鋼的校核計(jì)算24</p><p>　　第5章 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)26</p><p>　　5.1液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求26</p><p>　　5.2液壓系統(tǒng)的基本回路26</p><p>　　5.3液壓系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)裝置的選型26</p><p>　　5.4液壓系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)裝置參數(shù)的計(jì)算27</p>&l

21、t;p>　　5.4.1系統(tǒng)額定工作壓力的計(jì)算27</p><p>　　5.4.2系統(tǒng)額定流量的計(jì)算27</p><p>　　5.4.3液壓包電機(jī)功率的計(jì)算27</p><p>　　5.4.4液壓包電機(jī)電源種類(lèi)的選擇27</p><p>　　5.4.5液壓包中油箱容積的選擇28</p><p>　　5.4

22、.6 液壓系統(tǒng)的工作原理圖28</p><p>　　第6章 電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)30</p><p>　　6.1電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求30</p><p>　　6.2控制系統(tǒng)的工作原理30</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)32</b></p><p>　　致謝錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。&l

23、t;/p><p><b>　　第1章 緒 論</b></p><p>　　1.1 本課題的背景</p><p>　　果蔬采摘是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)鏈中最耗時(shí)耗力的一個(gè)環(huán)節(jié)，其成本高、季節(jié)性強(qiáng)、需要大量勞動(dòng)力高強(qiáng)度的工作。但是由于工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展分流了大量農(nóng)業(yè)勞動(dòng)力以及人口老齡化加劇等原因，使得能夠從事農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的勞動(dòng)力越來(lái)越少，單靠人工勞作已經(jīng)不能滿(mǎn)足現(xiàn)有的

24、需要。</p><p>　　隨著電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，智能機(jī)器人已在許多領(lǐng)域得到日益廣泛的應(yīng)用。尤其是農(nóng)業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用，更是如雨后春筍般的迅速興起，農(nóng)業(yè)采摘機(jī)器人是21世紀(jì)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的重要裝備之一。采摘機(jī)器人是一類(lèi)針對(duì)水果和蔬菜，可以通過(guò)編程來(lái)完成這些作物的采摘、轉(zhuǎn)運(yùn)、打包等相關(guān)作業(yè)任務(wù)的具有感知能力的自動(dòng)化機(jī)械收割系統(tǒng)，是集機(jī)械、電子、信息、智能技術(shù)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、農(nóng)業(yè)和生物等學(xué)科于一體的交叉邊緣性科學(xué)，涉及

25、機(jī)械結(jié)構(gòu)、機(jī)械運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)、控制技術(shù)等多方面的學(xué)科領(lǐng)域知識(shí)。果蔬收獲屬于一類(lèi)勞動(dòng)密集型工作，在很多國(guó)家，由于勞動(dòng)力的高齡化和人力資源越來(lái)越缺乏，勞動(dòng)力不僅成本高．而且還不容易得到，而人工收獲的成本在果蔬的整個(gè)生產(chǎn)成本中所占的比例高達(dá)33～50％，因此實(shí)現(xiàn)果蔬采摘的機(jī)械化變得越來(lái)越迫切。</p><p>　　1.2 本課題的研究意義</p><p>　　果蔬采摘的機(jī)械化作業(yè)最早可以追溯到上

26、個(gè)世紀(jì)六十年代，但由于簡(jiǎn)單的機(jī)械收獲易造成果蔬損傷，因此在收獲柔軟、新鮮的果蔬方面還存在很大的局限性；而且果蔬收獲往往需要有選擇性地進(jìn)行，此外市場(chǎng)對(duì)果蔬的新鮮度也有很高的要求，這就要求果蔬的收獲要有很高的時(shí)效性。因此，在果蔬收獲中采用機(jī)器人作業(yè)，實(shí)現(xiàn)果蔬收獲的自動(dòng)化和智能化，是解決上述問(wèn)題的最好方式。</p><p>　　研究和開(kāi)發(fā)果蔬收獲的智能機(jī)器人技術(shù)對(duì)于解放勞動(dòng)力、提高勞動(dòng)生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本、保證新鮮果

27、蔬品質(zhì)，以及滿(mǎn)足作物生長(zhǎng)的實(shí)時(shí)性要求等方面都有著重要的意義。但當(dāng)時(shí)開(kāi)發(fā)的收獲機(jī)器人樣機(jī)只能算是半自動(dòng)化的收獲機(jī)械。隨著計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)、工業(yè)機(jī)器人技術(shù)以及人工智能控制等技術(shù)的發(fā)展和日趨成熟，日本、美國(guó)、荷蘭、法國(guó)、英國(guó)、意大利、以色列、西班牙等國(guó)家在采摘機(jī)器人的研究上做了大量研究工作，并且試驗(yàn)成功了多種具有人工智能的采摘機(jī)器人。但是由于采摘對(duì)象的復(fù)雜性和采摘環(huán)境的特殊性，目前市場(chǎng)上仍沒(méi)有商品化的采摘機(jī)器人。</p>&l

28、t;p>　　1.3 國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究的最新成果和動(dòng)態(tài)</p><p>　　1.3.1 國(guó)外的研究狀況</p><p><b>　　1）甜瓜收獲機(jī)器人</b></p><p>　　以色列和美國(guó)科技人員聯(lián)合開(kāi)發(fā)研制了一臺(tái)甜瓜采摘機(jī)器人。該機(jī)器人主體架設(shè)在以拖拉機(jī)牽引為動(dòng)力的移動(dòng)平臺(tái)上，采用黑白圖像處理的方法進(jìn)行甜瓜的識(shí)別和定位，并根據(jù)甜瓜的特殊

29、性來(lái)增加識(shí)別的成功率。經(jīng)過(guò)2個(gè)季節(jié)和2個(gè)品種的田間試驗(yàn)證明，甜瓜采摘機(jī)器人可以完成85％以上的田間甜瓜的識(shí)別和采摘工作。</p><p><b>　　2）蘋(píng)果收獲機(jī)器人</b></p><p>　　韓國(guó)慶北大學(xué)研制了蘋(píng)果采摘機(jī)器人，具有4個(gè)自由度，包括3個(gè)旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)和1個(gè)移動(dòng)關(guān)節(jié)。采用三指夾持器作為末端執(zhí)行器，內(nèi)有壓力傳感器避免損傷蘋(píng)果。利用CCD攝像機(jī)和光電傳感器識(shí)別

30、果實(shí)，從樹(shù)冠外部識(shí)別蘋(píng)果的識(shí)別率達(dá)85％，速度達(dá)5個(gè)／s。該機(jī)器人無(wú)法繞過(guò)障礙物摘取蘋(píng)果；對(duì)于葉莖完全遮蓋的蘋(píng)果，也沒(méi)有給出識(shí)別和采摘的解決方法,如圖1.1所示蘋(píng)果收獲機(jī)器人。</p><p>　　圖1.1 蘋(píng)果收獲機(jī)器人</p><p>　　1.3.2 國(guó)內(nèi)研究狀況</p><p>　　國(guó)內(nèi)在農(nóng)業(yè)機(jī)器人方面的研究始于20世紀(jì)90年代中期，相對(duì)于發(fā)達(dá)國(guó)家起步較晚。但

31、不少院校、研究所都在進(jìn)行采摘車(chē)和智能農(nóng)業(yè)機(jī)械相關(guān)的研究。在國(guó)內(nèi)，果蔬采摘機(jī)器人的研究剛剛起步。東北林業(yè)大學(xué)的陸懷民研制了林木球果采摘車(chē)，主要由5自由度機(jī)械手、行走機(jī)構(gòu)、液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和單片機(jī)控制系統(tǒng)組成。采摘時(shí)，機(jī)器人停在距離母樹(shù)3～5 m處，然后單片機(jī)控制系統(tǒng)控制機(jī)械手大、小臂同時(shí)柔性升起達(dá)到一定高度，采摘爪張開(kāi)并擺動(dòng)，對(duì)準(zhǔn)要采集的樹(shù)枝，大小臂同時(shí)運(yùn)動(dòng)，使采摘爪沿著樹(shù)枝生長(zhǎng)方向趨近1.52 m，然后采摘爪的梳齒夾攏果枝，大小臂帶動(dòng)采集爪

32、按原路向后返回，梳下枝上的球果，完成一次采摘。這種機(jī)器人的效率是人工采摘的30—50倍，而且，采摘時(shí)對(duì)母樹(shù)的破壞較小，采凈率高。</p><p>　　另外，曹其新等運(yùn)用彩色圖像處理技術(shù)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論，開(kāi)發(fā)了草莓揀選機(jī)器人，采用氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)器將草莓推到不同的等級(jí)方向。云山等研究了蘑菇采摘機(jī)器人。該系統(tǒng)主要由蘑菇傳送帶、攝像機(jī)、采摘機(jī)器手、三自由度氣動(dòng)伺服機(jī)構(gòu)、機(jī)器手抓取控制系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)等組成。計(jì)算機(jī)視覺(jué)系統(tǒng)為蘑菇采摘機(jī)

33、器提供分類(lèi)所需的尺寸、面積信息，并且引導(dǎo)機(jī)器手準(zhǔn)確抵達(dá)待采摘蘑菇的中心位置，防止對(duì)不準(zhǔn)，以致影響吸盤(pán)的密封，造成抓取失敗或損傷蘑菇的現(xiàn)象。中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)張鐵中等在草莓、黃瓜、西紅柿、茄子等果蔬采摘機(jī)器人方面做了較深入地研究，研制出了試驗(yàn)樣機(jī)。</p><p>　　1.4 研究?jī)?nèi)容和方法</p><p>　　由前面的分析可知，由于果蔬采摘車(chē)具有工作環(huán)境復(fù)雜多變、作業(yè)對(duì)象隨機(jī)分布、果實(shí)個(gè)體差異明

34、顯，以及果實(shí)柔軟易損等特點(diǎn)，而且農(nóng)業(yè)生產(chǎn)利潤(rùn)又較低，因此，完全沿用或照搬工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)或研究思路并不可行。果蔬采摘車(chē)的結(jié)構(gòu)要更加簡(jiǎn)單、操作性必須要更好、可靠性必須要更高。這些特點(diǎn)，都對(duì)果蔬采摘車(chē)的研究提出了更高的要求。 </p><p>　　1.4.1 主要研究?jī)?nèi)容</p><p>　　根據(jù)對(duì)國(guó)外果蔬采摘車(chē)研究進(jìn)展的全面分析，確定本論文的主要研究?jī)?nèi)容如下：</p><

35、p>　　采摘車(chē)的研究在滿(mǎn)足作業(yè)性能的情況下，結(jié)構(gòu)須盡可能簡(jiǎn)單、緊湊、輕巧和可靠。從采摘車(chē)需滿(mǎn)足的條件入手，依次對(duì)各部分結(jié)構(gòu)做必要的設(shè)計(jì)，最終根據(jù)計(jì)算、選型來(lái)確定采摘車(chē)的總體構(gòu)造方案。</p><p>　　本論文對(duì)采摘車(chē)的各項(xiàng)相關(guān)技術(shù)進(jìn)行較為深入的研究，為采摘車(chē)的進(jìn)一步產(chǎn)業(yè)化，以及其它類(lèi)型果蔬采摘車(chē)的研究和開(kāi)發(fā)提供理論基礎(chǔ)和關(guān)鍵技術(shù)支撐。</p><p>　　1.4.2 研究方法<

36、;/p><p>　　根據(jù)我國(guó)溫室果蔬的實(shí)際生產(chǎn)情況，利用現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)、現(xiàn)代制造技術(shù)及優(yōu)化技術(shù)，首先從采摘車(chē)的原動(dòng)部分、傳動(dòng)部分著手，根據(jù)相應(yīng)的計(jì)算，然后結(jié)合市場(chǎng)上的實(shí)際情況來(lái)確定選型，工作部分結(jié)合設(shè)計(jì)需滿(mǎn)足的要求來(lái)確定升降方法和行走系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，其次就是針對(duì)工作臺(tái)實(shí)現(xiàn)升降來(lái)確定動(dòng)力源，最后就是對(duì)于控制部分進(jìn)行選型。</p><p>　　1.4.3 研究難點(diǎn)</p><p>

37、;　　采摘車(chē)是一類(lèi)工作于非結(jié)構(gòu)環(huán)境中的典型的復(fù)雜光機(jī)電一體化產(chǎn)品，需要涉及多門(mén)學(xué)科的知識(shí)。一輛采摘車(chē)必須具備下述特征：1、為了能在溫室環(huán)境中行走，采摘車(chē)必須緊湊，轉(zhuǎn)彎靈活；2、需實(shí)現(xiàn)采摘車(chē)的正反向移動(dòng)，工作臺(tái)升降的實(shí)現(xiàn)方式；3、成本應(yīng)比較低。</p><p>　　1.4.4 預(yù)期達(dá)到的目標(biāo)</p><p>　　本文根據(jù)需求設(shè)計(jì)一輛采摘車(chē)，它可以實(shí)現(xiàn)在溫室中行間自由靈活穿梭，同時(shí)實(shí)現(xiàn)正反向行

38、駛，采摘車(chē)可以通過(guò)液壓驅(qū)動(dòng)裝置實(shí)現(xiàn)連續(xù)升降來(lái)滿(mǎn)足不同的采摘高度，這樣節(jié)省了大量的人工、時(shí)間，并且整個(gè)裝置能平穩(wěn)的完成負(fù)載任務(wù)，免去了因人工采摘上下帶來(lái)的不便。</p><p>　　第2章 溫室采摘車(chē)的總體設(shè)計(jì)</p><p>　　2.1溫室采摘車(chē)的主要設(shè)計(jì)要求</p><p>　　所設(shè)計(jì)的采摘車(chē)是在溫室中工作的，由于環(huán)境條件限制,采摘車(chē)行走路徑和道路寬度、高度等都

39、有具體要求和固定數(shù)據(jù)，該采摘車(chē)設(shè)計(jì)的主要要求如下：</p><p>　　(1)采摘車(chē)沿縱向軌道前進(jìn)和后退行駛時(shí)，應(yīng)實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速；</p><p>　　(2)橫向行走機(jī)構(gòu)獨(dú)立于縱向行走機(jī)構(gòu)，通過(guò)手動(dòng)操作實(shí)現(xiàn)橫向行走；</p><p>　　(3)升降平臺(tái)可實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)、連續(xù)地垂直升降，最大可采摘3m高度的果實(shí)；</p><p>　　(4)操作人員既可

40、在采摘車(chē)上對(duì)采摘車(chē)進(jìn)行縱向行走、垂直升降等控制，也可在車(chē)體外的一定范圍內(nèi)對(duì)采摘車(chē)進(jìn)行遙控。</p><p>　　(5)采摘車(chē)裝載量：200kg．</p><p>　　2.2溫室采摘車(chē)的總體設(shè)計(jì) </p><p>　　根據(jù)采摘車(chē)的功能、設(shè)計(jì)參數(shù)和運(yùn)動(dòng)要求，確定其組成包括：原動(dòng)部分、傳動(dòng)部分、工作部分、液壓系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，并應(yīng)實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速、縱橫向行走、工作平臺(tái)自動(dòng)升降等

41、功能。采摘車(chē)的基本組成如圖2.l所示。</p><p>　　圖2.1 采摘車(chē)的構(gòu)成</p><p>　　(1) 原動(dòng)部分和傳動(dòng)部分設(shè)計(jì)</p><p>　　由于采摘車(chē)主要工作于溫室大棚內(nèi)，若采用固定電源。在不同位置作業(yè)時(shí)將需要大量的電纜追隨，限制其工作范圍和行走路徑。為了便于工作，在設(shè)計(jì)該采摘車(chē)時(shí)采用蓄電池作為自帶動(dòng)力源，選擇電動(dòng)機(jī)為原動(dòng)機(jī)。動(dòng)力的傳遞采用鏈傳動(dòng)機(jī)

42、構(gòu)完成。</p><p><b>　　(2) 底盤(pán)車(chē)架</b></p><p>　　底盤(pán)車(chē)架為采摘機(jī)械承重主體，上面應(yīng)安裝縱向行走機(jī)構(gòu)和橫向行走機(jī)構(gòu)。通過(guò)操作來(lái)實(shí)現(xiàn)采摘車(chē)縱向正、反向行走或橫向(與縱向垂直方向)沿硬地面行走，實(shí)現(xiàn)行間采摘，移行作業(yè)。采摘車(chē)是在水泥地面上行走，行走阻力相對(duì)較小，所以行走部分采用輪式結(jié)構(gòu)。</p><p>　　(3)

43、采摘車(chē)的舉升系統(tǒng)</p><p>　　綜合本課題的設(shè)計(jì)需求，抬升高度3米左右、載荷重量300公斤不是很高，造價(jià)要求低廉，考慮到液壓剪叉式升降平臺(tái)能充分滿(mǎn)足載人高空作業(yè)，將其用在溫室采摘中安全可靠，所以采用它。</p><p>　　(4)采摘車(chē)的工作臺(tái)</p><p>　　工作平臺(tái)直接與載荷接觸，操作人員站在工作平臺(tái)上采摘果實(shí)，并且在工作平臺(tái)上需要布置操作面板、電路控

44、制柜等物品，所以工作平臺(tái)要求結(jié)構(gòu)安全可靠。</p><p>　　(5)采摘車(chē)的液壓系統(tǒng)</p><p>　　采摘車(chē)工作臺(tái)的升降采用液力傳動(dòng)，其中液壓動(dòng)力包為動(dòng)力源，液壓缸為執(zhí)行元件。液壓動(dòng)力包是一種用螺紋插裝閥塊把電機(jī)、泵、閥、油箱緊湊地連接在一起的微型液壓動(dòng)力源。其體積小、結(jié)構(gòu)緊湊，適用于采摘車(chē)這類(lèi)小型設(shè)備。</p><p>　　(6)采摘車(chē)的控制系統(tǒng)</p

45、><p>　　控制系統(tǒng)主要需要完成采摘車(chē)縱向方向的行駛功能，液壓升降臺(tái)的上升下降功能通過(guò)無(wú)線(xiàn)遙控實(shí)現(xiàn)?？紤]到成本要求，采用了操縱簡(jiǎn)單方便，價(jià)格較低的繼電器邏輯控制作為溫室采摘車(chē)的電氣控制系統(tǒng)，并且要使采摘車(chē)的縱向行駛速度在0~30m／min的范圍內(nèi)無(wú)級(jí)調(diào)速。</p><p>　　第3章 溫室采摘車(chē)的原動(dòng)部分和傳動(dòng)部分設(shè)計(jì)</p><p><b>　　3.1蓄

46、電池的選型</b></p><p>　　經(jīng)過(guò)市場(chǎng)調(diào)查，得出：鎳氫、鋰離子等高能電池和一些燃料電池重量輕、容量大，但是其價(jià)格較高，最便宜的鎳氫電池與等容量的普通鉛酸電池相比，其價(jià)格也高出一倍以上，而且充電技術(shù)更為復(fù)雜?？紤]到溫室采摘車(chē)的用戶(hù)為普通農(nóng)民或農(nóng)業(yè)經(jīng)營(yíng)者，力求價(jià)格低廉使用可靠方便，所以選擇普通鉛酸免維護(hù)蓄電池為采摘車(chē)的動(dòng)力源。</p><p>　　3.2溫室采摘車(chē)的原動(dòng)部

47、分和傳動(dòng)部分選型設(shè)計(jì)</p><p>　　3.2.1溫室采摘車(chē)的原動(dòng)部分和傳動(dòng)部分選型設(shè)計(jì)</p><p>　　由于溫室采摘車(chē)主要工作于溫室大棚內(nèi)，有一定的重量，且設(shè)計(jì)任務(wù)要求溫室采摘車(chē)行駛速度為0～30m／min，若采用人力驅(qū)動(dòng)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。所以選擇電動(dòng)機(jī)為原動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)溫室采摘車(chē)縱向行駛。由于蓄電池輸出的為直流電壓，所以電動(dòng)機(jī)須定為直流電動(dòng)機(jī)。又由于設(shè)計(jì)任務(wù)要求縱向行駛過(guò)程中速度

48、可以無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)，經(jīng)過(guò)市場(chǎng)調(diào)研，發(fā)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速總的來(lái)說(shuō)有如下兩種方案：方案l是配合電子式無(wú)級(jí)凋速器(即驅(qū)動(dòng)器)，使用普通直流電動(dòng)機(jī)；方案2是在普通直流電機(jī)上加機(jī)械式無(wú)級(jí)調(diào)速器。兩種方案比較見(jiàn)表3.1。</p><p>　　表3.1 常見(jiàn)直流電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速方案比較</p><p>　　通過(guò)表3.1中的比較，可以看出電子式無(wú)級(jí)調(diào)速方案雖然比純機(jī)械式無(wú)級(jí)調(diào)速方案價(jià)格稍貴，但由于為了安全美觀(guān)，電

49、動(dòng)機(jī)被安裝在采摘車(chē)罩一個(gè)幾乎封閉的機(jī)殼內(nèi)，不易操作，且要求在采摘車(chē)行駛過(guò)程中快速頻繁調(diào)速，而純機(jī)械調(diào)速方式只能在每次電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)前進(jìn)行調(diào)速，在電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)過(guò)程中無(wú)法進(jìn)行調(diào)速。所以按照使用要求，選擇電子式無(wú)級(jí)調(diào)速器配套普通直流電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)采摘車(chē)的無(wú)級(jí)調(diào)速功能。</p><p>　　3.2.2傳動(dòng)機(jī)構(gòu)選型設(shè)計(jì)</p><p>　　在機(jī)械結(jié)構(gòu)中，常用的傳動(dòng)類(lèi)型有帶傳動(dòng)、鏈傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)以及蝸桿傳動(dòng)。鏈

50、傳動(dòng)的特點(diǎn)：①和齒輪傳動(dòng)比較,它可以在兩軸中心相距較遠(yuǎn)的情況下傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力；②能在低速、重載和高溫條件下及灰土飛揚(yáng)的不良環(huán)境中工作；③和帶傳動(dòng)比較,它能保證準(zhǔn)確的平均傳動(dòng)比,傳遞功率較大,且作用在軸和軸承上的力較?。虎軅鬟f效率較高,一般可達(dá)0.95～0.97；⑤鏈條的鉸鏈磨損后,使得節(jié)距變大造成脫落現(xiàn)象；⑥安裝和維修要求較高，鏈輪材料一般是結(jié)構(gòu)鋼等。</p><p>　　由于采摘車(chē)工作空間較為狹小，要求采摘車(chē)整

51、體精簡(jiǎn)，安全可靠，成本低廉等，且可用在低速重載有沖擊振動(dòng)的工作條件下，因此行走傳動(dòng)機(jī)構(gòu)選用鏈傳動(dòng)。</p><p>　　3.3溫室采摘車(chē)原動(dòng)部分及傳動(dòng)部分參數(shù)計(jì)算</p><p>　　3.3.1溫室采摘車(chē)縱向行駛機(jī)構(gòu)的選型</p><p>　　目前常用的移動(dòng)式行走機(jī)構(gòu)有3種：即車(chē)輪式、履帶式和模擬人的行走結(jié)構(gòu)．車(chē)輪式行走機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)彎半徑小，轉(zhuǎn)向靈活，缺點(diǎn)是對(duì)于復(fù)雜地形抓

52、地力不夠；履帶式行走機(jī)構(gòu)適應(yīng)性較強(qiáng)，但由于其轉(zhuǎn)彎半徑過(guò)大，轉(zhuǎn)向不靈活。采摘車(chē)的行走環(huán)境是水泥地面。而且要求在植物通道之間轉(zhuǎn)向，本設(shè)計(jì)選用的是輪式行走機(jī)構(gòu)。</p><p>　　3.3.2電動(dòng)機(jī)功率的計(jì)算</p><p>　　采摘車(chē)由靜止到啟動(dòng)，電動(dòng)機(jī)所需要克服的靜摩擦阻力F最大，根據(jù)采摘車(chē)的行走方式，阻力主要由車(chē)輪與地面的靜摩擦阻力構(gòu)成。</p><p><b

53、>　　靜摩擦阻力公式為</b></p><p>　　F=fG (3-1)</p><p>　　式中，f為滑動(dòng)靜摩擦系數(shù)；</p><p>　　G為負(fù)載機(jī)械的重力(N)。</p><p>　　車(chē)輪與硬地面材質(zhì)問(wèn)的滑動(dòng)靜摩擦系數(shù)是0.3，采摘車(chē)的最大載重量200公斤，假

54、設(shè)自重為300公斤，則負(fù)載機(jī)械的全部重量為500公斤。則負(fù)載機(jī)械的最大靜摩擦阻力為：</p><p>　　F=fG=0.3×500×10=1500(N)</p><p>　　其負(fù)載機(jī)械所需輸入功率為：</p><p>　　P=FV／1000／η (3-2)</p><p>

55、;　　式中，P—最大輸入功率(Kw)；</p><p>　　V—機(jī)械的線(xiàn)速度(m／s)；</p><p>　　F—負(fù)載機(jī)械的最大靜摩擦阻力(N)；</p><p>　　η—負(fù)載機(jī)械總的傳動(dòng)效率。</p><p>　　電動(dòng)機(jī)與采摘車(chē)機(jī)構(gòu)之間是鏈傳動(dòng)，并且屬于齒形鏈傳動(dòng)，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)</p><p>　　可得到機(jī)械效率η

56、為O.97。按照之前計(jì)算出的機(jī)械的最大靜摩擦阻力F =1500N，</p><p>　　按設(shè)計(jì)要求，負(fù)載機(jī)械的最大線(xiàn)速度V = 0.5 m／s，所以，機(jī)械的最大輸入功率為：</p><p>　　P=FV／1000／η=1500×0.5/1000/0.97=0.77(KW)</p><p>　　根據(jù)已計(jì)算出的負(fù)載機(jī)械所需最大輸入功率，可以初步選定行駛電動(dòng)機(jī)的

57、額</p><p>　　定功率只需要大于770W。</p><p>　　3.3.3 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的計(jì)算</p><p>　　電動(dòng)機(jī)容量(額定功率)一定時(shí)，轉(zhuǎn)速越低，電動(dòng)機(jī)尺寸越大、價(jià)格越高，效率也較低。另一方面，若選用高速電動(dòng)機(jī)，雖然電動(dòng)機(jī)的功率得到提高，但需要加機(jī)械減速機(jī)構(gòu)，如果電動(dòng)機(jī)速度過(guò)高，會(huì)加大機(jī)械減速機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比，從而導(dǎo)致機(jī)械傳動(dòng)部分結(jié)構(gòu)復(fù)雜。</p&

58、gt;<p>　　按照負(fù)載機(jī)械轉(zhuǎn)速要求和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的合理傳動(dòng)比范圍，可以推算電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速</p><p>　　的可選范圍。電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速計(jì)算公式：</p><p><b>　　(3-3)</b></p><p>　　式中，i—傳動(dòng)機(jī)構(gòu)總傳動(dòng)比；</p><p>　　—負(fù)載機(jī)械轉(zhuǎn)速(r／min)。</p>

59、;<p>　　通常限制鏈傳動(dòng)的傳動(dòng)比i≤6，選取采摘車(chē)的鏈傳動(dòng)的傳動(dòng)比為2，負(fù)載機(jī)</p><p>　　械轉(zhuǎn)速n’可按采摘車(chē)線(xiàn)速度粗略推算得到。負(fù)載機(jī)械轉(zhuǎn)速計(jì)算公式為：</p><p>　　=60V/(πd) (3-4)</p><p>　　式中，V—負(fù)載機(jī)械的線(xiàn)速度(m／s)；</p>

60、<p>　　d—采摘車(chē)車(chē)輪直徑，已知d=150mm。</p><p>　　所以 ， =60V/(πd) =64（r/min）</p><p>　　由于選取的采摘車(chē)的鏈傳動(dòng)的傳動(dòng)比n=2，由式(3-3)可計(jì)算出電動(dòng)機(jī)的</p><p><b>　　最大轉(zhuǎn)速是：</b></p><p>　　n=i=2

61、15;64=128（r/min）</p><p>　　3.3.4 電動(dòng)機(jī)扭矩的計(jì)算</p><p><b>　　電動(dòng)機(jī)扭矩為：</b></p><p>　　T=P×9.55/n≥770×9.55/128=57.4(N·m)。</p><p>　　綜上考慮，行駛電動(dòng)機(jī)需選擇為普通直流電動(dòng)機(jī)，配

62、套電子式無(wú)級(jí)調(diào)速器，電動(dòng)機(jī)功率大于770w，轉(zhuǎn)速約為128 r／min，扭矩大于等于57.4N·m。</p><p>　　經(jīng)過(guò)市場(chǎng)調(diào)查，選擇泰安泰山新動(dòng)力電機(jī)有限公司生產(chǎn)的型號(hào)為XDL-XX的無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)額定功率為1000W，工作額定電壓為24伏。</p><p>　　3.3.5 傳動(dòng)方式的參數(shù)選擇</p><p>　　考慮到采摘車(chē)的傳動(dòng)方式已選

63、擇了鏈傳動(dòng)，并且是滾子鏈傳動(dòng)，又因?yàn)槲覈?guó)主要適用A系列滾子鏈傳動(dòng)的設(shè)計(jì)，又依據(jù)設(shè)計(jì)的鏈輪大小，通過(guò)計(jì)算得到節(jié)距大小范圍，因此選擇08A型滾子，鏈條滾子直徑是7.92mm,節(jié)距p=12.7mm。設(shè)定電動(dòng)機(jī)鏈輪齒數(shù)=13，主動(dòng)輪軸上的大鏈輪齒數(shù)=26，初選中心距=(30-50)p,兩鏈輪之間的中心距=240mm,所以滾子鏈鏈節(jié)數(shù)為：</p><p><b>　　Lp==57.52</b><

64、/p><p>　　由于當(dāng)鏈節(jié)數(shù)為奇數(shù)時(shí)，在鏈條接頭處需采用過(guò)渡鏈節(jié)，過(guò)渡鏈節(jié)的鏈板要受附加彎矩的作用，所以一般情況下不使用奇數(shù)鏈節(jié)。當(dāng)鏈節(jié)數(shù)為偶數(shù)時(shí)，接頭處可用開(kāi)口銷(xiāo)或彈簧卡片固定。因此，選擇鏈節(jié)數(shù)為58的08A型滾子鏈，其鏈條長(zhǎng)度L為：</p><p>　　L= =730.5mm</p><p>　　3.4蓄電池的容量選擇</p><p>　　

65、容量和壽命是衡量蓄電池的主要指標(biāo)，容量一般以放電電流大小(A)和能放電的時(shí)間(h)之積(Ah)安培小時(shí)表示，稱(chēng)為安時(shí)，這表明蓄電池儲(chǔ)備能量的能力。數(shù)值越大，則存儲(chǔ)的電量就越多。</p><p>　　根據(jù)選擇的行駛電動(dòng)機(jī)的額定功率和額定電壓大小，可以計(jì)算出電動(dòng)機(jī)的額</p><p>　　定工作電流為42安。按照上述蓄電池容量計(jì)算方法，假設(shè)當(dāng)采摘車(chē)行駛電動(dòng)機(jī)連續(xù)工作每6小時(shí)之后進(jìn)行充電，則蓄電

66、池容量至少需要250Ah。如果考慮到液壓系統(tǒng)的電動(dòng)機(jī)，則上述250Ah容量的蓄電池能保證兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)連續(xù)工作3小時(shí)后再進(jìn)行充電。另外，一般一只蓄電池可提供的電壓為12伏，所以采摘車(chē)中需要將兩只12伏，容量為250Ah的蓄電池串聯(lián)形成電池組使用。</p><p><b>　　3.5減速器的選擇</b></p><p>　　根據(jù)傳動(dòng)比，通過(guò)計(jì)算比較電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，選擇三級(jí)圓柱

67、齒輪減速器可以滿(mǎn)足轉(zhuǎn)速在128r/min的要求。</p><p>　　第4章 溫室采摘車(chē)工作部分的設(shè)計(jì)</p><p>　　4.1工作部分的設(shè)計(jì)要求</p><p>　　溫室采摘車(chē)的工作部分分為底盤(pán)車(chē)架、行走系統(tǒng)、舉升系統(tǒng)以及工作平臺(tái)。底盤(pán)車(chē)身為采摘車(chē)承重主體，它下面裝有電驅(qū)動(dòng)和人力驅(qū)動(dòng)行走部分，通過(guò)變換驅(qū)動(dòng)方式，可實(shí)現(xiàn)縱向沿導(dǎo)軌電驅(qū)動(dòng)采摘車(chē)正、反向行走或橫向(與

68、縱向垂直方</p><p>　　向)人力驅(qū)動(dòng)沿硬地面(如混凝土路面)行走，以實(shí)現(xiàn)行間采摘，移行或運(yùn)輸作業(yè)。工作平臺(tái)可以承載采摘員和收獲物等載荷。溫室采摘車(chē)的工作部分需要完成以下功能：</p><p>　　(1)采摘車(chē)能夠沿地面軌道縱向前進(jìn)和后退行駛；</p><p>　　(2)能夠依靠橫向行走機(jī)構(gòu)人工完成通道的轉(zhuǎn)換；</p><p>　　(3

69、)采摘車(chē)的工作平臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)垂直升降，平臺(tái)最大舉升高度達(dá)到3m，并可在一定范圍內(nèi)調(diào)整其高度來(lái)適應(yīng)不同的采摘高度；</p><p>　　(4)當(dāng)采摘載重量最高負(fù)荷達(dá)到200kg時(shí)，采摘車(chē)的縱向行駛功能和垂直升降功能可以正常工作。</p><p>　　4.2行走系統(tǒng)的設(shè)計(jì)</p><p>　　4.2.1行走系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求</p><p>　　因?yàn)榭?/p>

70、慮到果實(shí)的植株的固定的，所以要讓采摘車(chē)實(shí)現(xiàn)移動(dòng)來(lái)完成果實(shí)的采摘工作，因此就會(huì)要求溫室采摘車(chē)具備自動(dòng)行走的功能。根據(jù)具體的溫室作業(yè)環(huán)境，要求采摘車(chē)能夠?qū)崿F(xiàn)沿地面軌道縱向前進(jìn)和后退行駛。</p><p>　　另外，在溫室采摘車(chē)的設(shè)計(jì)內(nèi)容中明確要求當(dāng)采摘車(chē)在一個(gè)通道內(nèi)完成作業(yè)</p><p>　　后需要移動(dòng)到與此通道平行的另一個(gè)通道作業(yè)時(shí)，依靠橫向行走機(jī)構(gòu)完成通道的轉(zhuǎn)換，橫向行走機(jī)構(gòu)獨(dú)立于縱向行

71、走機(jī)構(gòu)。</p><p>　　本節(jié)分縱向行走系統(tǒng)和橫向行走系統(tǒng)兩個(gè)方面介紹具體的設(shè)計(jì)過(guò)程。</p><p>　　4.2.2縱向行走系統(tǒng)的設(shè)計(jì)</p><p>　　溫室采摘車(chē)縱向行駛的技術(shù)指標(biāo)是采摘車(chē)沿地面軌道縱向前進(jìn)和后退行駛，由第3章的分析已知車(chē)輪式的行走機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)彎半徑小，轉(zhuǎn)向靈活，采摘車(chē)的行走環(huán)境是水泥地面，本設(shè)計(jì)選用的是輪式行走機(jī)構(gòu)?？蓪?shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速并可剎車(chē)，不需

72、爬坡，車(chē)速范圍為0-30m/min，所以縱向行走驅(qū)動(dòng)裝置選擇的是無(wú)級(jí)調(diào)速電動(dòng)機(jī)，通過(guò)鏈傳動(dòng)將動(dòng)力傳遞到采摘車(chē)的驅(qū)動(dòng)軸，驅(qū)動(dòng)軸帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)車(chē)輪轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)從動(dòng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)采摘車(chē)的縱向前進(jìn)、后退運(yùn)動(dòng)。</p><p>　　4.2.3橫向行走系統(tǒng)的設(shè)計(jì)</p><p>　　因?yàn)椴烧?chē)在溫室中轉(zhuǎn)換工作通道時(shí)，需要橫向移動(dòng)，溫室內(nèi)兩通道間距比較小，為了實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單方便，簡(jiǎn)單可靠，盡量降低加工成本，所以

73、橫向行走機(jī)構(gòu)采用了一種四連桿機(jī)構(gòu)。</p><p>　　橫向行走的具體結(jié)構(gòu)是：支撐板B焊接在傳動(dòng)軸上，滾輪通過(guò)雙頭螺柱與支撐板B聯(lián)接，或者通過(guò)橫向行走固定架直接與底盤(pán)車(chē)架聯(lián)接，滾輪之間用連板B聯(lián)接形成四連桿機(jī)構(gòu)，傳動(dòng)軸被軸承座固定在傳動(dòng)軸固定方管上，傳動(dòng)軸固定方管焊接在底盤(pán)車(chē)架上。另外，傳動(dòng)軸上焊接有帶有自鎖機(jī)構(gòu)的手柄。</p><p>　　若要實(shí)現(xiàn)在不同行間進(jìn)行作業(yè)，首先將采摘車(chē)從一條軌

74、道上下到硬化路面上</p><p>　　(如果軌道比硬化路面高，則須加設(shè)過(guò)渡架)，然后劃開(kāi)擋板，向下壓手動(dòng)手柄，</p><p>　　使四個(gè)滾輪將采摘車(chē)電動(dòng)驅(qū)動(dòng)軸脫離地面，用掛鉤將手柄鎖死，防止手柄反彈，</p><p>　　然后人力橫向推動(dòng)采摘車(chē)，使之實(shí)現(xiàn)橫向行走，將采摘車(chē)推到下一軌道時(shí)，摘下</p><p>　　掛鉤，輕輕將采摘車(chē)放下，然

75、后用擋板將手柄擋死，將采摘車(chē)推上軌道，即可進(jìn)</p><p><b>　　行電動(dòng)操作。</b></p><p>　　4.3底盤(pán)車(chē)架的設(shè)計(jì)</p><p>　　底盤(pán)車(chē)架是溫室采摘車(chē)主要的承重部件，各種設(shè)備如電動(dòng)機(jī)、液壓動(dòng)力包等都需固定在底盤(pán)上，舉升系統(tǒng)和工作平臺(tái)的重量也間接由底盤(pán)承重，所以底盤(pán)的設(shè)計(jì)需要可靠牢固。而且出于采摘車(chē)的使用壞境主要是溫室

76、，工作空間受到限制，比較狹小，采摘車(chē)的寬度必須要小于通道的寬度，否則無(wú)法工作。所以，底盤(pán)的尺寸受到限制，寬約為O.9m，長(zhǎng)為1.8m。</p><p>　　在底盤(pán)這個(gè)1.8m×O.9m的矩形空間內(nèi)要布置行駛電動(dòng)機(jī)、液壓動(dòng)力包、蓄電池、腳踏板，以及縱向行走系統(tǒng)和橫向行走系統(tǒng)的各種固定管，這就要求必須合理安排各部件位置以及固定方式，并且在購(gòu)買(mǎi)外購(gòu)件時(shí)需要綜合考慮性能指標(biāo)、尺寸大小以及價(jià)格等多種因素，以求在滿(mǎn)

77、足使用要求的前提下最大限度地合理利用底盤(pán)空間并且盡可能降低成本。底盤(pán)車(chē)架結(jié)構(gòu)如圖4.1所示。</p><p>　　圖4.1 底盤(pán)車(chē)架結(jié)構(gòu)示意圖</p><p>　　4.4舉升系統(tǒng)的設(shè)計(jì)</p><p>　　4.4.1舉升系統(tǒng)的功能要求</p><p>　　根據(jù)溫室立體栽培的具體使用要求，采摘車(chē)舉升系統(tǒng)的設(shè)計(jì)任務(wù)是：</p>&l

78、t;p>　　采摘車(chē)的工作平臺(tái)實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)連續(xù)垂直升降，平臺(tái)舉升高度為2m，最高可采摘3m處的果實(shí)；</p><p>　　平臺(tái)在升降過(guò)程中可通過(guò)控制自動(dòng)停留在任意高度位置，以適應(yīng)不同采摘作業(yè)高度，降低采摘時(shí)人體的疲勞；</p><p>　　采摘載重量：200kg。</p><p>　　另外，由于溫室采摘車(chē)應(yīng)用在溫室環(huán)境中。主要用戶(hù)為農(nóng)民，所以在舉升系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程中也

79、要秉承在滿(mǎn)足使用功能的前提下，盡量實(shí)現(xiàn)低成本，操作方便，結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單等設(shè)計(jì)原則。</p><p>　　4.4.2舉升系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)選型</p><p>　　通過(guò)查閱資料，垂直升降的工作結(jié)構(gòu)類(lèi)型較多，各種結(jié)構(gòu)都具有自身優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，現(xiàn)市場(chǎng)上應(yīng)用較廣泛的主要有下列三種升降平臺(tái)：剪叉式升降臺(tái)、鋁合盒液壓升降臺(tái)、曲臂式液壓升降臺(tái)，由于溫室采摘車(chē)抬升高度不是非常高、承載重量不是很大，并且考慮到經(jīng)濟(jì)因數(shù)，所

80、以舉升系統(tǒng)采用剪叉升降臺(tái)。</p><p>　　4.4.3舉升系統(tǒng)的傳動(dòng)裝置的選擇</p><p>　　液壓剪叉升降臺(tái)是靠剪刀式支承架的展開(kāi)與折疊來(lái)完成貨物平臺(tái)的升降，其動(dòng)力是通過(guò)油缸的伸縮來(lái)推動(dòng)剪刀的展開(kāi)與折疊。由于油缸的伸縮速度是由油泵的流量決定的，一般在設(shè)計(jì)油缸速度時(shí)速度很慢，其速度為200mm/分鐘，且與油缸相連的進(jìn)油管直徑為Φ6mm。萬(wàn)一油管斷裂，液壓油也只能從Φ6mm的進(jìn)油口回

81、油，所以下降速度也是很慢，因此不會(huì)造成破壞與損失，并且結(jié)構(gòu)緊湊、運(yùn)行平穩(wěn)、傳遞功率大、操作簡(jiǎn)單，價(jià)格實(shí)惠、堅(jiān)實(shí)耐用、便于維修保養(yǎng)等特點(diǎn)。</p><p>　　綜合以上因素考慮，本課題選擇液壓剪叉升降平臺(tái)作為舉升系統(tǒng)的主體。</p><p>　　液壓垂直升降臺(tái)使用油泵電機(jī)驅(qū)動(dòng)。選型參數(shù)有功率、轉(zhuǎn)數(shù)、電機(jī)電壓等</p><p>　　油缸、油管根據(jù)抬升高度和重量確定。液壓

82、系統(tǒng)的具體設(shè)計(jì)過(guò)程見(jiàn)第5章。</p><p>　　4.4.4舉升系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)的設(shè)計(jì)</p><p>　　采摘車(chē)所需升降最大高度為3m，車(chē)底盤(pán)高度約為1m，因此，剪叉結(jié)構(gòu)的舉升高度約為2m。在設(shè)計(jì)過(guò)程如果升降采用一副剪叉架時(shí)，勢(shì)必出現(xiàn)剪叉架臂過(guò)長(zhǎng)，導(dǎo)致采摘車(chē)的長(zhǎng)度較大，長(zhǎng)寬比例過(guò)大，在舉升過(guò)程中可能出現(xiàn)不平衡，同時(shí)在載重的情況下，叉架臂變形較大容易出現(xiàn)失穩(wěn)現(xiàn)象。因此，采用2級(jí)剪叉結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)即

83、能滿(mǎn)足升降要求的高度又可以保證工作時(shí)的穩(wěn)定和安全。</p><p>　　本課題采用的剪叉式升降臺(tái)由2級(jí)剪叉機(jī)構(gòu)、液壓傳動(dòng)裝置、工作平臺(tái)和底</p><p>　　盤(pán)車(chē)架等部件構(gòu)成，起著傳力和導(dǎo)向的作用，在液壓傳動(dòng)裝置的推動(dòng)下，使工作</p><p>　　平臺(tái)平穩(wěn)升降。在剪叉機(jī)構(gòu)中，兩幅2級(jí)剪叉結(jié)構(gòu)對(duì)稱(chēng)和置在采摘車(chē)底盤(pán)上。單</p><p>　　

84、側(cè)剪叉結(jié)構(gòu)的布置如圖4.2所示。圖中，剪叉臂ae、bf,ce、bd通過(guò)銷(xiāo)軸g、i、b、e鉸接成2級(jí)剪叉結(jié)構(gòu)，剪叉臂bd的一端d和bf的一端f分別鉸接于升降平臺(tái)或車(chē)架上，剪叉臂ae的一端a和ce的一端c分別于兩滾輪鉸接，滾輪在工作平臺(tái)和車(chē)架的槽鋼內(nèi)滾動(dòng)，如圖4.2所示。</p><p>　　圖4.2 單側(cè)剪叉結(jié)構(gòu)示意圖</p><p>　　現(xiàn)在根據(jù)用戶(hù)提供的數(shù)據(jù)，要求剪叉機(jī)構(gòu)的升降行程(

85、全升位置時(shí)，剪叉機(jī)</p><p>　　構(gòu)的下支撐面與工作臺(tái)的最大垂直距離)達(dá)到H=2m，已知溫室采摘車(chē)的最大貨物載荷為200kg，加上舉升系統(tǒng)的自重與采摘車(chē)的一部分自重，考慮農(nóng)民使用溫室采摘車(chē)時(shí)有可能超重負(fù)載情況，所以總計(jì)算載荷為G=400kg。</p><p>　　剪叉臂長(zhǎng)度L，L同起升的高度有關(guān)，起升高度越高，l越長(zhǎng)。一般當(dāng)升降臺(tái)達(dá)到最大高度時(shí)，剪叉臂與水平面的夾角α不大于45，按縱

86、向穩(wěn)定性慮，一般在30~40之間。若選取剪叉臂與水平面的夾角α為40，</p><p>　　由于 H=2Lsinα</p><p>　　所以 L=1555.7(mm)</p><p>　　初步選剪叉臂長(zhǎng)度L為1560mm,選取全升時(shí)，剪叉臂與水平面的夾角α為40，此時(shí)升降機(jī)構(gòu)升降行程H滿(mǎn)足2m的要求。</p>&

87、lt;p>　　升降機(jī)構(gòu)在最低位置時(shí)上下兩鉸點(diǎn)距離h h是根據(jù)剪叉臂的寬度而定，即在最低位置時(shí)，同側(cè)、同向兩支剪叉臂之間應(yīng)有20--50mm的間隙。一般雙剪式升降臺(tái)，起升高度在1800-2500m左右，h應(yīng)在400--600mm之間。</p><p>　　根據(jù)剪叉臂矩形管的尺寸規(guī)格50x30(mm)，且考慮到油路管路，電線(xiàn)布線(xiàn)空間，初步選h為約450mm。</p><p>　　在最低

88、位置時(shí)剪叉臂與水平面的夾角α 當(dāng)剪叉臂長(zhǎng)度L與最低位置時(shí)上下兩鉸點(diǎn)距離h確定后，α可用下式計(jì)算：</p><p>　　α=arcsin[h/(2L)]</p><p><b>　　按照已選參數(shù)計(jì)算：</b></p><p>　　α=arcsin[h/(2L)]=_arcsin(0.45/2/1.560)=</p><p&g

89、t;　　選取在最低位置時(shí)，剪叉臂與水平面的夾角α為8。經(jīng)過(guò)作圖法計(jì)算，h此時(shí)為442mm。</p><p>　　4.4.5舉升系統(tǒng)的力學(xué)分析及定型</p><p>　　為了確定舉升系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)力——液壓油缸的推力，以及對(duì)舉升系統(tǒng)的關(guān)鍵受</p><p>　　力部件進(jìn)行校核計(jì)算，我們需要對(duì)舉升系統(tǒng)進(jìn)行受力分析。</p><p>　　由上文的詳細(xì)分

90、析己知舉升系統(tǒng)選用了2級(jí)雙鉸接液壓剪叉式升降平臺(tái)，液</p><p>　　壓缸布置在雙鉸接剪叉式結(jié)構(gòu)鉸支架上，這樣布置可以減小液壓缸的長(zhǎng)度和工作</p><p>　　行程，舉升系統(tǒng)方案圖如圖4.3所示，jm為油缸推力作用線(xiàn)。</p><p>　　圖4.3 舉升系統(tǒng)方案簡(jiǎn)圖</p><p>　　4.4.6舉升系統(tǒng)的力學(xué)分析 &l

91、t;/p><p>　　將液壓缸布置在兩個(gè)下剪叉臂之間，當(dāng)位于兩個(gè)下剪叉臂之間的液壓缸推動(dòng)下叉臂向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，利用幾何圖形的對(duì)稱(chēng)性，此結(jié)構(gòu)有放大效用，可以推動(dòng)上叉臂運(yùn)動(dòng)進(jìn)而使工作平臺(tái)上升。jm為油缸推力作用線(xiàn)，其一端與bif桿鉸接于j點(diǎn)，另一端與cie桿鉸接于m點(diǎn)。jm線(xiàn)與水平面夾角為β，各桿件與水平面夾角為α。升降機(jī)構(gòu)與所載重物重量合為G，其作用線(xiàn)距d點(diǎn)為P。假設(shè)在升降臺(tái)升降過(guò)程中P值不變，其摩擦阻力系數(shù)皆為f。受力簡(jiǎn)

92、圖如圖4.4所示：</p><p>　　圖4.4 受力簡(jiǎn)圖</p><p>　　因?yàn)楝F(xiàn)在研究的是單側(cè)剪叉結(jié)構(gòu)受力，所以將G/2分解到a，d兩端，則：</p><p>　　以age 和bgd兩桿組合整體作為研究對(duì)象，受力如圖4.5所示。</p><p>　　圖 4.5 age和bgd組合桿的受力簡(jiǎn)圖</p><p>

93、　　以cie桿為研究對(duì)象，受力如圖4.6所示，設(shè)油缸推力為T(mén)</p><p>　　圖 4.6 cie桿受力圖</p><p><b>　　列平衡方程式：</b></p><p>　　又由于 </p><p>　　所以 </p><p><b>　　（4-1

94、）</b></p><p>　　將的值代入上述力矩平衡方程式（4-1），并整理得：</p><p><b>　?。?-2）</b></p><p>　　由公式(4-2)可以看出，當(dāng)起升重量G、支桿長(zhǎng)度L和支桿與水平面的交角α確定后，β、，和將直接影響T的大小。在條件允許的條件下，應(yīng)盡量增大β角，一般β在20度到30度之間。和是確定油

95、缸支點(diǎn)m的位置的，在結(jié)構(gòu)允許的條件下，支點(diǎn)m要盡量靠近鉸點(diǎn)c，此時(shí)油缸推力小，但這樣將使油缸的行程加大，油缸的尺寸也隨之增大，油缸將布置不下，易于其他部件產(chǎn)生干涉。</p><p>　　并且由 (4-2)可以看出當(dāng)β、，和的值確定后，即在指定的某一個(gè)剪叉機(jī)構(gòu)的整個(gè)舉升過(guò)程中，當(dāng)α值最小時(shí)，即液壓油缸在整個(gè)伸縮行程中，</p><p>　　剪叉臂與水平夾角最小時(shí)，舉升系統(tǒng)所需要的液壓缸推力最

96、大。</p><p>　　根據(jù)以上已選擇的參數(shù)的原則：在結(jié)構(gòu)允許的條件下，支點(diǎn)m要盡量靠近鉸點(diǎn)c，所以選擇約為582．78mm，選擇β為28。此時(shí)，α為8度，為128．79mm。此時(shí)，液壓缸長(zhǎng)度為=483．82mm。</p><p>　　當(dāng)處于起升位置時(shí)，利用所推出的靜態(tài)時(shí)油缸推力公式(4-2)，求得油缸最</p><p><b>　　大推力為</b

97、></p><p>　　按照設(shè)計(jì)的穩(wěn)定性要求，全升位置時(shí)剪叉臂與水平面的夾角α為40。此時(shí)，按照設(shè)計(jì)的穩(wěn)定性要求，剪又臂與水平面的央角α為40，從圖上量得液壓缸總長(zhǎng)度為=680.02mm。所以，通過(guò)作圖法得出液壓缸的行程為：</p><p>　　S=-=680.02-483.82=196.2mm</p><p>　　4.4.7銷(xiāo)軸的設(shè)計(jì) <

98、/p><p>　　剪叉起升架之間的連接主要是靠銷(xiāo)軸來(lái)連接，在整個(gè)運(yùn)行過(guò)程中，銷(xiāo)軸起著連接和傳遞力的作用，因此，銷(xiāo)軸的材料及尺寸的選取至關(guān)重要。在分析受力時(shí)把銷(xiāo)軸和剪叉臂等同起來(lái)考慮，根據(jù)力的作用是相互的，銷(xiāo)軸受到的力即是前面所求到的力，方向可能不同，但不影響進(jìn)行分析銷(xiāo)軸所受的載荷力。</p><p>　　銷(xiāo)軸連接兩個(gè)剪叉臂，同時(shí)剪叉臂之間可以繞銷(xiāo)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，其截面是圓形的，</p>

99、<p>　　最大彎曲剪應(yīng)力發(fā)生在中性軸上，并可認(rèn)為沿中性軸均勻分布，其值為：</p><p><b>　?。?-3）</b></p><p>　　式中Q——橫截面剪力；</p><p>　　——整個(gè)截面對(duì)Z軸慣性矩；</p><p>　　——中性軸一側(cè)的截面面積對(duì)Z軸的靜距；</p><p&

100、gt;<b>　　b——截面寬度</b></p><p><b>　　對(duì)中軸上的點(diǎn)，有</b></p><p>　　b=2R （4-4）</p><p>　　式中，R——圓截面的半徑</p><p><b>　?。?-5）</

101、b></p><p>　　將式(4-4)、式(4-5)代入式(4-3)，并且，最后得出</p><p>　　此時(shí)計(jì)算可以得到最大剪應(yīng)力，然后進(jìn)行銷(xiāo)軸的抗剪強(qiáng)度驗(yàn)算，公式為：</p><p><b>　　≤[]</b></p><p>　　根據(jù)所設(shè)計(jì)的剪叉式結(jié)構(gòu)，連接主要是靠銷(xiāo)軸來(lái)連接的，在整個(gè)運(yùn)行過(guò)程中，承受了不同

102、的剪力作用。因此，對(duì)銷(xiāo)軸的本身的材料及尺寸的選取至關(guān)重要。由于銷(xiāo)軸為重要受力零件，所以材料選擇為45鋼。在這里我們需要找出承受較大載荷力的危險(xiǎn)銷(xiāo)軸，然后根據(jù)銷(xiāo)軸的計(jì)算公式確定銷(xiāo)軸的尺寸。</p><p>　　(2)較危險(xiǎn)的叉架連接銷(xiāo)軸 </p><p>　　由于已對(duì)如圖4.6所示的cie桿進(jìn)行了受力分析，已知：</p><p><b>　　

103、(4-6)</b></p><p><b>　?。?-7）</b></p><p>　　將P=Lcosα，f=0.15，G=4000，，， , 代入平衡方程式(4-6)和(4-7)，又因?yàn)橛墒?4-2)計(jì)算的液壓缸最大推力是9.6KN，現(xiàn)在為了安全起見(jiàn)，放大選擇校核計(jì)算的液壓缸推力為T(mén)=15KN，起升位置時(shí)β=28，則可以求得I點(diǎn)銷(xiāo)軸受力：</p&

104、gt;<p><b>　　=13612（N）</b></p><p>　　所以銷(xiāo)軸I的剪應(yīng)力條件為：</p><p>　　≤[]=105PMa</p><p>　　求得銷(xiāo)軸，截面半徑：</p><p><b>　　R≥7.4mm</b></p><p>　　所以

105、選擇銷(xiāo)軸I截面半徑為9mm，材料為45鋼。</p><p>　　另外，既然最危險(xiǎn)連接銷(xiāo)軸半徑為9mm滿(mǎn)足剪應(yīng)力條件，所以所有叉臂連接銷(xiāo)軸的半徑都為9mm。</p><p>　　4.5工作平臺(tái)的設(shè)計(jì) </p><p>　　4.5.1工作平臺(tái)的總體設(shè)計(jì) </p><p>　　工作平臺(tái)直接與載荷接觸，操作人員站在工作平臺(tái)上采摘果實(shí)，并且在工作平臺(tái)

106、上需要布置操作面板、電路控制柜等物品，所以工作平臺(tái)要求結(jié)構(gòu)安全可靠。</p><p>　　為了裝配方便，工作平臺(tái)的框架選擇為三面封閉，一面開(kāi)口結(jié)構(gòu)，在框架結(jié)構(gòu)中還設(shè)計(jì)有加強(qiáng)橫梁加強(qiáng)工作平臺(tái)的剛度和可靠性，。工作平臺(tái)總體長(zhǎng)寬尺寸為1680mm×492mm，另外工作臺(tái)設(shè)計(jì)有護(hù)欄對(duì)操作人員和采摘物進(jìn)行保護(hù)。工作平臺(tái)邊沿設(shè)計(jì)有一小梯子，可供操作人員員上、下平臺(tái)落足用。</p><p>　

107、　工作平臺(tái)的框架材料為冷彎等邊槽鋼，槽鋼截面規(guī)格為60mm×30mm×3mm，舉升系統(tǒng)的滾輪可以直接利用槽鋼內(nèi)部的水平表面作為滾輪軌道，滾輪在槽鋼內(nèi)滾動(dòng)。為了運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性，以及軌道滾輪外徑的配合，本課題在槽鋼內(nèi)部上水平面上加焊了厚度為3mm的經(jīng)過(guò)表面處理的鋼板作為滾輪軌道。</p><p>　　4.5.2槽鋼的校核計(jì)算</p><p>　　由于平臺(tái)的縱向槽鋼內(nèi)裝有滾輪，

108、滾輪對(duì)槽鋼有集中向上作用力，且槽鋼長(zhǎng)</p><p>　　度較長(zhǎng)，容易受到彎曲變形，所以需要對(duì)工作平臺(tái)的槽鋼框架進(jìn)行剛度和強(qiáng)度校</p><p>　　核?，F(xiàn)在考慮在計(jì)算載荷為400公斤時(shí)，偏載情況下，槽鋼梁的受力情況。當(dāng)工作平臺(tái)處于舉升最高極限狀態(tài)時(shí)，縱向槽鋼受力情況如圖4.7所示。</p><p>　　圖4.7 縱向槽鋼受力圖</p><p&g

109、t;　　A為滾輪直接作用處，S是滾輪直接作用處與槽鋼一端面的距離，F(xiàn)為滾輪集中向上作用力，L為縱向槽鋼總長(zhǎng)度。由之前的分析計(jì)算可知,L=1680mm，F(xiàn)==2000N，并由作圖法可得出，S=440mm。所以整個(gè)槽鋼所受最大彎矩為：M=SF(L-S)/L=440×2000×（1680-440)/1680=650000 N.mm</p><p>　　查閱有關(guān)表格獲知，此型號(hào)槽鋼截面慣性矩I=171

110、550mm，抗彎截面模量W=5.718m。</p><p>　　所以槽鋼撓度最大變形為：</p><p><b>　　=4.17(mm)</b></p><p>　　按照相關(guān)場(chǎng)合的梁變形許用值，</p><p>　　y=(1/250～1/1000)L=(1/250～1/1000)×1680=1.68～6.72m

111、m</p><p>　　所以Ymax在梁變形需用范圍值內(nèi)，剛度合格。</p><p>　　另外槽鋼的最大彎曲正應(yīng)力：</p><p>　　σ=M/W=650000/5718=113Mpa</p><p>　　一般冷彎等邊槽鋼為普通碳素鋼，=235Mpa。當(dāng)選擇安全系數(shù)為2時(shí)，σ=/2=117.5Mpa。所以σ〈[σ],縱向槽鋼抗彎能力合格。&

112、lt;/p><p>　　4.6溫室采摘車(chē)總體機(jī)械機(jī)構(gòu)</p><p>　　在各種設(shè)計(jì)方案上選擇了適合溫室采摘車(chē)的最佳方案，對(duì)各個(gè)關(guān)鍵部件進(jìn)行了強(qiáng)度或者剛度校核，保證了機(jī)械結(jié)構(gòu)的工作可靠性。溫室采摘車(chē)結(jié)構(gòu)如圖4.8所示。</p><p>　　圖4.8 溫室采摘車(chē)結(jié)構(gòu)</p><p>　　第5章 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)</p><p&g

113、t;　　5.1液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求</p><p>　　在液壓傳動(dòng)與控制的機(jī)械設(shè)備或裝置中，其液壓系統(tǒng)使用具有連續(xù)流動(dòng)性的</p><p>　　液壓油等工作介質(zhì)，通過(guò)液壓泵將原動(dòng)機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成液體的壓力能，經(jīng)過(guò)壓</p><p>　　力、流量、方向等各種摔制閥，送至執(zhí)行器(液壓缸、液壓馬達(dá)或擺動(dòng)液壓馬達(dá))</p><p>　　中，轉(zhuǎn)換為機(jī)械能

114、去驅(qū)動(dòng)負(fù)載。這樣的液壓系統(tǒng)一般都是由動(dòng)力源、控制閥、執(zhí)</p><p>　　行器、液壓附件及液壓工作介質(zhì)等部分所組成。</p><p>　　由第4章中對(duì)舉升系統(tǒng)的詳細(xì)分析可以獲知，溫室采摘車(chē)的升降功能采用液</p><p>　　壓剪叉式升降臺(tái)實(shí)現(xiàn)，由液壓缸驅(qū)動(dòng)剪叉起升機(jī)構(gòu)變幅，達(dá)到升降的目的。所以</p><p>　　液壓系統(tǒng)是溫室采摘車(chē)的一

115、個(gè)重要組成部分，液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要同整機(jī)的總體設(shè)</p><p>　　計(jì)同時(shí)進(jìn)行。著手設(shè)計(jì)時(shí)，必須從實(shí)際出發(fā)，有機(jī)地結(jié)合傳動(dòng)形式，充分發(fā)揮液</p><p>　　壓傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)，力求設(shè)計(jì)出結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、成本低、效率高、操作簡(jiǎn)單、</p><p>　　維修方便的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)。</p><p>　　對(duì)溫室采摘車(chē)來(lái)說(shuō)，其液壓系統(tǒng)依靠平臺(tái)自重使平臺(tái)