菠蘿采摘車主要結(jié)構(gòu)設(shè)計案例綜述目錄TOC\o"1-3"\h\u133621.1底盤結(jié)構(gòu) 1256111.1.1底盤車架 194461.1.2行走機構(gòu) 230241.1.3轉(zhuǎn)臺設(shè)計 3190901.2動力結(jié)構(gòu) 392161.3傳動結(jié)構(gòu) 5179261.1.1行走動力傳動系統(tǒng) 5180981.1.2采摘結(jié)構(gòu)動力傳動系統(tǒng) 7315901.4采摘結(jié)構(gòu) 10144231.5輸送結(jié)構(gòu) 14130021.5.1傳送帶的設(shè)計 14103161.5.2滾軸的強度與剛度計算 161.1底盤結(jié)構(gòu)1.1.1底盤車架車架采用成形良好的通體焊接車架，車架主體部分由四塊水平、垂直梁板和四塊相互重疊的垂直梁板組成，構(gòu)成整個底盤系統(tǒng)的車架。腹板焊接在梁和縱梁之間，與縱梁形成框架。圓板焊接在其上，在圓板上鉆孔，通過高強度螺栓連接到旋轉(zhuǎn)軸承上。最后，底盤系統(tǒng)的焊接底盤框架形成，以承受車輛和設(shè)備的重量進行物理診斷。此外，上輪的安裝底板需焊接在前兩個橫梁板和后兩個橫梁板之間[20]。圖1.1底盤車架結(jié)構(gòu)設(shè)計1.1.2行走機構(gòu)考慮到采摘車的工作空間較小，且地面的障礙物比較多，整個工程需要較高的精度和靈活性才能到達車輛的指定位置，并滿足地面的壓力極限要求。因此，我們采用了前后定向輪復(fù)合的走行形式。該方案分配了車輛總重量和四輪物理診斷設(shè)備。這有效地降低了地板上一個輪子的壓力。同時，這種復(fù)合步行方式以人為驅(qū)動，操作方便，適應(yīng)性強，動作靈活，定位精準，具有清潔、節(jié)能、經(jīng)濟、環(huán)保、可靠等優(yōu)點[21]。該系統(tǒng)采用差動轉(zhuǎn)向裝置,驅(qū)動輪對稱地位于車身軸線兩側(cè),獨立地固定在車身中心。設(shè)計如圖3－2所示。采摘車在單向驅(qū)動模塊，驅(qū)動輪和驅(qū)動輪的齒輪同軸固定螺絲，驅(qū)動輪裝有軸承，驅(qū)動輪和驅(qū)動輪支架連接軸，發(fā)動機傳動齒輪和齒輪組成減速機構(gòu)和發(fā)動機扭矩通過齒輪嚙合傳遞。采摘車驅(qū)動模塊的設(shè)計不僅滿足了采摘車系統(tǒng)的功能和基本參數(shù)的要求，而且還要求易于組裝和實現(xiàn)。圖1.2驅(qū)動機構(gòu)模型從圖1.2中可以看到，選擇750雙側(cè)輪組的設(shè)計方案來滿足本文的車輛運動特性。車輪直徑通常在250到1000毫米之間，輪輞直徑選擇為680毫米，胎面直徑為750毫米。設(shè)計如圖2.3所示的車輪。在這篇文章中，直齒圓輪直接連接到車輪的外邊緣，以簡化設(shè)計和減少整體車輛大小。用來傳遞動力[22]。使用這種采摘車驅(qū)動模塊彈簧減震設(shè)計的好處是：（1）這樣可以保證驅(qū)動輪與地面之間的充分接觸。（2）當驅(qū)動車輛向前行駛經(jīng)過地面高度不太能保持平穩(wěn)上升時,驅(qū)動輪將與前方地面車輪產(chǎn)生一定彈性，發(fā)生接觸,防止驅(qū)動輪因懸空而停止產(chǎn)生驅(qū)動力。1.1.3轉(zhuǎn)臺設(shè)計轉(zhuǎn)臺作為運輸平臺所有設(shè)備著陸和物理診斷的承載部分，轉(zhuǎn)盤不僅可以執(zhí)行相對底盤的旋轉(zhuǎn)運動，也有一個可以執(zhí)行各種動力設(shè)備和機構(gòu)以及電子控制的接口。本文使用了一個井字形的框架結(jié)構(gòu)焊接垂直和水平梁作為轉(zhuǎn)臺的總體框架。所述圓板和底板也焊接在轉(zhuǎn)臺下方的回轉(zhuǎn)軸承上。驅(qū)動連接接口，電機與轉(zhuǎn)鼓安裝接口，電動缸底板等應(yīng)布置在轉(zhuǎn)臺的適當位置。圖1.3轉(zhuǎn)臺結(jié)構(gòu)設(shè)計1.2動力結(jié)構(gòu)驅(qū)動的電機是采摘車動力系統(tǒng)的組成部分中很重要的一部分。對于采摘車驅(qū)動的電機容量的正確選擇至少需要同時滿足以下這樣幾個條件要求:(1)無過載性能要求。采摘車時驅(qū)動的電機通常需要允許有一個3倍~5倍的過載力矩以能夠滿足短時直線加速行駛或快速爬坡需求;(2)最高額定轉(zhuǎn)速。采摘車的驅(qū)動電機所能夠持續(xù)提供的最高工作轉(zhuǎn)速應(yīng)滿足能使整個采摘車能夠勻速連續(xù)行駛;(3)效率功率。采摘車橋的所有驅(qū)動元件和輔助電機均要有個相對較好的高轉(zhuǎn)矩輸出效率圖值(在大部分轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)都有較高效率)的輸出,以確保能盡可能延長在汽車最大可續(xù)駛時間內(nèi)的行駛里程。除此之外還需保證有至少一個相對穩(wěn)定性較低的高功率轉(zhuǎn)矩輸出功率密度;(4)動態(tài)與可控系統(tǒng)性能。采摘車橋的主驅(qū)動設(shè)備及牽引電機性能要求均為越穩(wěn)定狀態(tài)下的精度越高、工作時長越長可控性也更高、動態(tài)性能越好[23]。目前,應(yīng)用于電動采摘動車傳動的大功率驅(qū)動輔助電機產(chǎn)品主要包括有:直流無刷電機、交流磁感應(yīng)制動電機、永磁同步電機和直流開關(guān)型磁阻電機。永磁同步電機產(chǎn)品相比較于其他大功率驅(qū)動輔助電機,具有更多的技術(shù)優(yōu)點。其本身結(jié)構(gòu)較為簡單、體積小、質(zhì)量輕等的這些特點很有利于大功率電動車及其它系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)的緊湊布置。另一方面永磁同步電機控制系統(tǒng)的綜合可控的性能一般也較好。驅(qū)動電機優(yōu)異可靠的動力控制輸出性能對于自動檔變速器的連續(xù)換擋與控制運動過程中發(fā)揮的作用十分地關(guān)鍵。因此,選取驅(qū)動電機類型一般為永磁的同步電機[24]。機身部分使用兩個發(fā)動機，其中一個設(shè)計用于控制杠桿的提升運動，另一個用于發(fā)動機上，主要控制旋轉(zhuǎn)，控制杠桿升降運動。1.帶動臂部升降的電機：初選上升速度V=100mm/sP=6KW所以n=（100/6）×60=1000轉(zhuǎn)/分選用Y90S-4型電動機是因為，它屬于籠式異步電動機。它采用B級絕緣。外殼防護等級為IP44，冷卻模式為I（014），全封閉和風(fēng)扇冷卻。如表1.1Y90S-4電動機技術(shù)數(shù)據(jù)所示：表1.1Y90S-4電動機技術(shù)數(shù)據(jù)型號額定功率KW滿載時堵轉(zhuǎn)電流堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩最大轉(zhuǎn)矩電流A轉(zhuǎn)速r/min效率%功率因素額定電流額定轉(zhuǎn)矩額定轉(zhuǎn)矩Y90S-41.12.71400790.786.52.22.22.帶動機身回轉(zhuǎn)的電機：初選轉(zhuǎn)速W=60o/sn=1/6轉(zhuǎn)/秒=10轉(zhuǎn)/分由于齒輪i=3減速器i=30所以n=10×3×30=900轉(zhuǎn)/分選擇Y90L-6型籠型異步電動機電機使用B級絕緣。外殼防護等級為IP44，冷卻模式為I（014），全封閉并由風(fēng)扇冷卻，額定電壓380V，額定功率50Hz。1.3傳動結(jié)構(gòu)1.1.1行走動力傳動系統(tǒng)應(yīng)用于農(nóng)田區(qū)域果園內(nèi)行駛的電動采摘車由于在長期使用生產(chǎn)過程中,會隨時遇到外界各種各樣變化的自然路況而變化以及隨著車輛行駛路面條件變化的劇烈變化而變化,車速要求和道路行駛路面阻力大小也隨之持續(xù)不斷地變化。所以,單純依靠調(diào)節(jié)電動機力矩要求的車速變化量是永遠無法滿足電動采摘車這樣復(fù)雜多變條件下的生產(chǎn)行駛性能要求的。為了保證更好有效的適應(yīng)高速公路行駛時條件發(fā)生的適應(yīng)性變化,同時保證車輛驅(qū)動下的電機裝置能夠長時間在較高效率狀態(tài)環(huán)境下進行工作,并盡可能減輕車輛動力電池中的電機負荷,車輛需要分別在主要驅(qū)動輪電機裝置和主要驅(qū)動輪電池之間優(yōu)化設(shè)計其傳動系統(tǒng)。采摘車根據(jù)各驅(qū)動轉(zhuǎn)向系統(tǒng)位置的不同要求,可以選擇把主動力傳動系統(tǒng)型式布置劃分為如下四種,見圖1.4所示。（a）驅(qū)動電機-變速器布置型（b）驅(qū)動電機-固定速比減速器布置型（c）驅(qū)動電機與傳動同向布置型（d）輪轂電機布置型圖1.4采摘車行走動力傳動系統(tǒng)布置形式驅(qū)動電機-變速器布置模型如圖(a)中所示,此模型中所用的機械傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)一般由一個驅(qū)動的電機、離合器、變速器齒輪和中央差速器齒輪組成,這仍是內(nèi)燃機采摘車傳動系統(tǒng)機械布置上的一種常規(guī)安裝形式。在上述組合形式的系統(tǒng)中,內(nèi)燃機減速器被驅(qū)動電機減速器和儲能電池減速器所代替,離合器、變速器齒和中間差速器齒的傳動布置結(jié)構(gòu)仍然與傳統(tǒng)的內(nèi)燃機采摘車系統(tǒng)一樣。離合器一般用于機械傳動或者用來分離并驅(qū)動交流電機離合與機械變速器,離合器裝置和離合變速器同樣也有可以同時被兩種自動無級變速器所代替的可能,差速器最大的使用功能則是用以滿足在車輛低速轉(zhuǎn)彎運動時左右兩側(cè)車輪轉(zhuǎn)速高低不同情況時的工作要求。驅(qū)動電機-固定速度比的減速器布置模型,見圖(b),由于驅(qū)動的電機速度在基速比以上并能夠自動提供給電機相對較恒定的傳動功率,因此無級變速器也可以自動被另外一個固定速量比的減速器裝置所完全代替,并且離合器踏板也都可以全部省去。第三種型式的傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理則與上述的第二種型態(tài)的傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理比較的接近或者類似,不同之處最主要的作用在于其將被驅(qū)動電機的驅(qū)動電機、固定齒輪同速傳動的齒輪減速器總成系統(tǒng)和自動差速器系統(tǒng)分別布置或固定連接在齒輪驅(qū)動系統(tǒng)的軸柱上,驅(qū)動電機各系統(tǒng)之間則可以被進一步有效的整合而成為這樣一個有機的整體,如下所圖(c)中所示,整個型式的傳動系統(tǒng)都可被實現(xiàn)大大地實現(xiàn)了簡化工藝和裝備集成化目標。所以就并沒有必要考慮沒有傳動控制裝置后可能帶來的很大程度電動機總起動功率的損失,但是由于這樣較為復(fù)雜的系統(tǒng)整體安裝和布局形式還是對交流變頻驅(qū)動的調(diào)速和電機控制系統(tǒng)都提出了一種相對來說較高的運行精度要求,需要整個系統(tǒng)能夠配備至少部分能夠穩(wěn)定持續(xù)運行在一定高低轉(zhuǎn)速區(qū)間。本文所設(shè)計的采摘車是在已有的燃油車的基礎(chǔ)上開發(fā)設(shè)計的,故采用的是圖1.4中第一種的基本結(jié)構(gòu),設(shè)計的是兩檔的變速器,并帶有離合器。1.1.2采摘結(jié)構(gòu)動力傳動系統(tǒng)采摘車載荷確定采摘車載荷采摘車載荷變動小，由文獻[2]（151）表8-7查得工況系數(shù)KA=1.2Pd=KAP=1.23=1.6(kw)（1.1）選取V帶型號根據(jù)Pd，n0參考圖8-8（課本P151）及表8-5（課本150）帶型及小帶輪直徑，選擇B型V帶。帶輪直徑確定帶輪直徑d1,d2選小帶輪直徑d1參考文獻[3]圖1.16選取d1=125mm驗算帶速V===6.283m/s（1.2）（小帶輪轉(zhuǎn)度）滿足速度要求5m/s25m/s確定從動輪基準直徑==125=240mm取標準值=240mm（1.3）計算實際傳動比===1.92（1.4）驗算傳動比相對誤差理論傳動比=1.92傳動比相對誤差=0<5% （1.5）合格中心距和基準帶定中心距和基準帶長初定中心距0.7（）2（）（1.6）262.5750 （1.7）計算帶的基準長度2+（）+ （1.8）2=1795.559mm （1.9）取標準值1800mm，計算中心距，則600+=602.205mm（1.10）確定中心距調(diào)整范圍：mm （1.11）mm（1.12）驗算包角： （1.13）V帶根數(shù) 由及查文獻[4]用插值法求得額定功率為：=1.64(kw)功率增量查文獻[4]得=0.3(kw)包角系數(shù)查文獻[4]得=0.97長度系數(shù)查文獻[4]得=0.95則V帶根數(shù)為：==2 （1.14）選擇2根B型V帶確定單根V帶出拉力查表1.1得單位長度質(zhì)量=0.17==232.65 （1.15）1.4采摘結(jié)構(gòu)（1）采摘手爪具有合適的開閉范圍機械手的采摘控制范圍大小，應(yīng)與菠蘿莖稈和成熟后的菠蘿大小做分析，調(diào)查完后，手臂開閉的大小應(yīng)從機械手拇指張開，旋轉(zhuǎn)環(huán)繞開閉的角度，和機械手抓緊后和手臂長度兩個公式數(shù)據(jù)。（2）擁有良好穩(wěn)定的夾緊力和驅(qū)動力為了保證機械手在采摘菠蘿時能很好的抓緊菠蘿，并保證抓緊的菠蘿在沒有放到回收裝置內(nèi)時掉落，需要機械手在抓緊菠蘿的時候，要有一定的抓緊力，也要保證機械手抓緊力的穩(wěn)定，所以機械手選擇的夾緊力和驅(qū)動裝置需要選擇合理的裝置。(3)保證菠蘿能夠在機械手大小的范圍內(nèi)機械手在采摘菠蘿的時候，應(yīng)特別注意機械手能否能抓住形狀大小不一的菠蘿，要保證機械手抓取菠蘿在機械手大小范圍內(nèi)，這就要對固定位置放行進行精準的控制設(shè)計。所以機械手爪，在夾住菠蘿時，它的手爪一定要始終的保持相對位置的精準性，基本手指結(jié)構(gòu)內(nèi)應(yīng)有的相對正確的固定位置。夾持裝置的總體結(jié)構(gòu)如圖1.8所示。（4）結(jié)構(gòu)簡單輕便、效率高機械手爪位置在手腕和手臂的最前方，運動的形態(tài)也是多變的，手爪的各個構(gòu)件，重量和受到或用到力的大小負載，可以直接的影響到機械手在采摘菠蘿時的物理以及化學(xué)性能，所以機械手設(shè)計的一定要機構(gòu)機密輕便，這樣子工作的效率也會很高如圖1.5所示。圖1.5連桿杠桿式回轉(zhuǎn)型夾持器1.夾緊力的計算（1）工件質(zhì)量材料40鋼，密度 （1.16）V——工件體積R——工件半徑H——工件高度G——工件重力（2）夾緊力夾緊力約為工件重力的倍，則。2.手指部分各值的確定圖1.6機械手手指部分結(jié)構(gòu)圖如圖1.6由P——施加于活塞桿上的驅(qū)動力取帶入式（3-1）得（1.17）實際為理論驅(qū)動力，為首爪的機械效率，一般取。（N）1.活塞桿直徑的計算將活塞桿視為受拉桿，根據(jù)強度計算，可確定其直徑 （1.18）或（1.19）式中P一一活塞所受的輸出拉力（N）d一一活塞桿的直徑——材料的抗拉強度（MPa）N——安全系數(shù)（一般取n>1.4）則 （1.20）4.機械手爪夾持范圍計算手爪夾持范圍，手指長，根據(jù)機構(gòu)設(shè)計，它的最小夾持半徑，如圖1.7所示。夾持半徑計算如下： （1.21）機械手爪張開的角度在22.5°時，滿足設(shè)計要求。圖1.7機械手手爪一手部結(jié)構(gòu)圖本文的主題是關(guān)于采摘車采菠蘿使用采摘車的機械設(shè)計。采摘車采摘過程中所使用到的直角機械采摘手臂會被準確安裝在采摘車上，同時還會裝配一個行走的機構(gòu),采摘車本身是不會動的?，F(xiàn)在將對采摘車的移動進行研究分析。電機、減速器等動力裝置是分別安裝固定在靜動平臺上運行的,進而為主動臂和2軸提供輸出動力,靜平臺軸與其它三條主動臂軸是要通過一個轉(zhuǎn)動副聯(lián)軸器連接好的。在采摘過程中，主動臂的擺動帶動從動臂運動。三個從動臂都是平行正四邊形結(jié)構(gòu),通過四個鉸鏈,將兩條從動臂連接到主動臂上，而另外的從動臂則連接到采摘車主體上帶動采摘車移動。最后，為實現(xiàn)采摘菠蘿時更快移動，在采摘車末端也安裝了相應(yīng)的移動裝置。1.右夾爪2.定位銷3氣缸推桿4.固定架5.自鎖氣缸6.左夾爪7下限位片.8.左橡膠片9.上限位片10.右橡膠片圖1.8采摘夾爪圖1.5輸送結(jié)構(gòu)1.5.1傳送帶的設(shè)計送帶是菠蘿運輸存儲裝置中的重要部分,它主要由一個動力機構(gòu)提供傳遞作用和動力將菠蘿傳輸至整個菠蘿運輸存儲裝置中。根據(jù)車體的左右雙向車體構(gòu)造,將菠蘿收集和傳送帶傳輸裝置分別放在了左右兩個車體框架之間。菠蘿收集與傳輸裝置帶的最前端部分有很小一部分需要用于承接對菠蘿葉片的振動沖擊,考慮到它要能夠適應(yīng)較小惡劣振動的工作載荷環(huán)境,避免給皮帶和傳送系統(tǒng)動力部分造磨損，應(yīng)該選用鏈傳動。菠蘿傳輸裝置設(shè)計為鏈輪和鏈條之間的帶傳動輸送帶收集菠蘿傳輸帶的機械傳動控制方式。圖表1.9中所示為菠蘿輸送帶樣本。所經(jīng)特別改造設(shè)計菠蘿的收集存儲裝置的傳輸帶上，必須在每一塊傳動帶上配置幾個防護欄，保證有效的將新鮮菠蘿快速地輸送并收集存儲到菠蘿專用的菠蘿存儲及收集裝置輸送帶板內(nèi)。因為有些菠蘿是需要安裝有一個固定的擋板進行儲存收集的,有些菠蘿就很容易會因為沒有被防護欄攔下,而是扎到防護欄上，應(yīng)該在防護欄上加置一個滾動毛刷，更快的保護菠蘿進人存儲裝置。傳送帶主要是為了采摘菠蘿后能快速的進人到旁邊收集車內(nèi),考慮到車主的工作時間效率為一小時可收集大約100-200斤以上的新鮮菠蘿,所以要求傳送帶長度要達到足夠?qū)挾?。在這里僅以菠蘿長為例,我們已經(jīng)找好了許多個菠蘿做了測量,菠蘿的長度大約230mm,因此建議選擇至少230mm×2作為傳送帶寬度。傳送帶寬至少為2個菠蘿的寬