頁(yè)第1章緒論1.1研究背景與意義1.1.1研究背景輪式果園采摘車作為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)機(jī)械化的重要產(chǎn)物，其在提高果園采摘效率、減輕勞動(dòng)力負(fù)擔(dān)方面起到了很重要的作用。然而，目前果園環(huán)境還存在復(fù)雜性和多樣性，現(xiàn)在集中大面積的果園地生產(chǎn)農(nóng)作物導(dǎo)致傳統(tǒng)的采摘車行駛系統(tǒng)往往難以滿足實(shí)際需求，并且效率很低，成本和人工消耗大，特別是在復(fù)雜路面條件下，采摘車的穩(wěn)定性和行駛性能成為制約其應(yīng)用的主要因素。因此，對(duì)輪式果園采摘車行駛系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)，以適應(yīng)不同路面條件和提高行駛性能，在控制成本的前提下，成為大部分果農(nóng)最先選擇的采摘車，是當(dāng)前研究的主要目標(biāo)。國(guó)內(nèi)外在果園機(jī)械化采摘方面已經(jīng)取得了一定的研究成果，但針對(duì)行駛系統(tǒng)的研究相對(duì)較少，且多集中于單一路面條件下的性能優(yōu)化。然而，果園環(huán)境復(fù)雜多變，單一的行駛系統(tǒng)難以滿足多種路面條件下的高效穩(wěn)定行駛。因此，本次設(shè)計(jì)主要通過設(shè)計(jì)一種三腳輪與行星架連接的新型行駛系統(tǒng)，以適應(yīng)不同路面條件，提高采摘車的穩(wěn)定性和復(fù)雜路面的通過性。1.1.2研究意義本研究的意義主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：首先，通過設(shè)計(jì)新型三腳輪行駛系統(tǒng)，可以有效解決傳統(tǒng)采摘車在復(fù)雜路面條件下通過性不佳的問題，提高采摘效率和作業(yè)質(zhì)量。這對(duì)于推動(dòng)果園機(jī)械化采摘的進(jìn)一步發(fā)展具有重要意義。其次，本研究將行星架連接機(jī)構(gòu)應(yīng)用于采摘車行駛系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)輪正常路面行駛和三個(gè)輪復(fù)雜路面運(yùn)動(dòng)的靈活切換。這不僅提高了采摘車的適應(yīng)性和穩(wěn)定性，還為類似機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供了新的思路和方法。此外，本研究還將對(duì)電機(jī)、傳動(dòng)軸、旋轉(zhuǎn)軸、齒輪齒條、蝸輪、錐齒輪等關(guān)鍵部件進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)行駛系統(tǒng)的精確控制和高效傳動(dòng)。這對(duì)于提高果園采摘車的整體性能和降低成本具有積極作用。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀在國(guó)內(nèi)，輪式果園采摘車的研究主要集中在機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、優(yōu)化以及控制系統(tǒng)的開發(fā)上。近年來，隨著農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化和智能化水平的提高，國(guó)內(nèi)研究機(jī)構(gòu)和企業(yè)開始關(guān)注果園采摘車的行駛系統(tǒng)，特別是在適應(yīng)復(fù)雜地形和提高作業(yè)效率方面的改進(jìn)。一些研究團(tuán)隊(duì)嘗試通過優(yōu)化車輪設(shè)計(jì)、改進(jìn)傳動(dòng)系統(tǒng)和加強(qiáng)控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。然而，目前國(guó)內(nèi)的果園采摘車行駛系統(tǒng)仍面臨著穩(wěn)定性不足、通過性不良、對(duì)復(fù)雜地形的適應(yīng)性差以及智能化程度不高等問題。1.2.2國(guó)外研究現(xiàn)狀在國(guó)外，特別是歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家，果園采摘車的行駛系統(tǒng)研究相對(duì)較為成熟。這些國(guó)家的研究機(jī)構(gòu)和企業(yè)注重果園采摘車的整體性能和智能化水平，通過引入先進(jìn)的傳感器、控制器和執(zhí)行器等設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了對(duì)采摘車行駛系統(tǒng)的精確控制和優(yōu)化。此外，國(guó)外還注重采摘車與其他農(nóng)業(yè)裝備的協(xié)同作業(yè)，通過集成多種功能和技術(shù)，提高果園采摘的自動(dòng)化和智能化水平。在技術(shù)上，國(guó)外在果園采摘車行駛系統(tǒng)方面已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了一些突破，如采用先進(jìn)的導(dǎo)航系統(tǒng)和路徑規(guī)劃算法，實(shí)現(xiàn)采摘車的自主導(dǎo)航和避障；通過優(yōu)化車輪結(jié)構(gòu)和傳動(dòng)系統(tǒng)，提高采摘車在不同地形下的行駛穩(wěn)定性和作業(yè)效率。然而，盡管國(guó)內(nèi)外在果園采摘車行駛系統(tǒng)方面取得了一定的研究成果，但仍存在一些共性的問題，如系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性有待提高、對(duì)復(fù)雜地形的適應(yīng)性仍需加強(qiáng)、智能化和自動(dòng)化水平有待進(jìn)一步提升等。綜上所述，國(guó)內(nèi)外在輪式果園采摘車行駛系統(tǒng)的研究上都在不斷進(jìn)步，但仍有待進(jìn)一步解決和完善的問題。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用，相信未來果園采摘車的行駛系統(tǒng)將會(huì)更加高效、穩(wěn)定、智能化。果園采摘車行駛系統(tǒng)需求分析行駛系統(tǒng)作為輪式果園采摘車的核心組成部分，其性能與穩(wěn)定性、通過性直接影響到采摘車的工作效率和作業(yè)質(zhì)量。因此，對(duì)行駛系統(tǒng)進(jìn)行深入的需求分析是設(shè)計(jì)優(yōu)化工作的前提和基礎(chǔ)。首先，果園采摘車需要在多種路面條件下進(jìn)行作業(yè)，包括平坦的果園道路、崎嶇不平的山地、濕滑的泥地等。這就要求行駛系統(tǒng)必須具備良好的適應(yīng)性和穩(wěn)定性，能夠應(yīng)對(duì)不同路況帶來的挑戰(zhàn)。特別是在復(fù)雜路面條件下，行駛系統(tǒng)需要能夠靈活調(diào)整車輪的狀態(tài)，以確保采摘車的平穩(wěn)行駛和作業(yè)安全。其次，果園采摘車需要具備較高的行駛速度和作業(yè)效率。因此，行駛系統(tǒng)需要設(shè)計(jì)合理的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)高效的動(dòng)力傳遞和精確的行駛控制。同時(shí)，還需要考慮如何降低能耗，提高采摘車的續(xù)航能力，以滿足長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)作業(yè)的需求。2.1地形適應(yīng)性分析果園地形復(fù)雜多變，從平坦的果園道路到崎嶇的山地、濕滑的泥地等，都對(duì)果園采摘車的行駛系統(tǒng)提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。因此，地形適應(yīng)性是行駛系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮的關(guān)鍵因素。首先，對(duì)于平坦的果園道路，采摘車需要保持穩(wěn)定的高速行駛，以提高作業(yè)效率。此時(shí)，行駛系統(tǒng)應(yīng)設(shè)計(jì)為兩輪驅(qū)動(dòng)模式，以減少能耗，并提高行駛速度。其次，面對(duì)崎嶇不平的山地，采摘車需要具備良好的越野性能。三腳輪設(shè)計(jì)在此處發(fā)揮了重要作用。通過行星架連接機(jī)構(gòu)，采摘車可以靈活地切換到三輪驅(qū)動(dòng)模式，增加與地面的接觸面積，提高穩(wěn)定性和抓地力。此外，優(yōu)化傳動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，確保在復(fù)雜地形中動(dòng)力傳遞的平穩(wěn)性和高效性，也是提高地形適應(yīng)性的關(guān)鍵。對(duì)于濕滑的泥地，采摘車需要具備良好的防滑性能。除了三腳輪設(shè)計(jì)提供的更大接觸面積外，還可以考慮在車輪上增加防滑紋路或使用防滑材料，以提高車輪與地面的摩擦力。同時(shí)還需要克服行駛阻力。此外，果園中還可能存在其他特殊地形，如坡地、臺(tái)階等。針對(duì)這些地形，需要增強(qiáng)采摘車的地形適應(yīng)能力。通過合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及優(yōu)化來提高采摘車在不同地形下的穩(wěn)定性和作業(yè)效率，滿足果園機(jī)械化采摘的需求。2.2通過性分析考慮果園路面通過性的時(shí)候，需要結(jié)合果園的地形條件（如起伏不平、凹坑、障礙物、溝壑、臺(tái)階等），從而評(píng)估采摘車的通過性，其中需要我們考慮的采摘車的最小離地間隙、最大爬坡能力、越障能力等指標(biāo)，從而能夠確保采摘車在果園能夠順暢行駛并按照要求完成采摘任務(wù)。2.2.1最小離地間隙分析我們?cè)诳紤]最小離地間隙時(shí)，需要考慮采摘車在滿載、靜止時(shí)，汽車除車輪之外的最低點(diǎn)與路面支撐平面之間的距離，顯示了采摘車在跨越障礙物和通過溝壕，凹坑時(shí)越過復(fù)雜路面的能力。最小離地間隙如圖2-1所示：圖2-1最小離地間隙當(dāng)采摘車滿載時(shí)，最小離地間隙應(yīng)考慮在210mm-370mm之間，接近角在45-50°左右，離去角在35-40°左右最好。其中當(dāng)>210mm時(shí)，采摘車通過有障礙或凹凸不平的地面的能力就越弱，但重心低，可增加穩(wěn)定性；當(dāng)<210mm時(shí)，考慮在300mm時(shí)，車輛通過有障礙物和凹凸不平的地面的能力就越強(qiáng)，但重心偏高，降低了穩(wěn)定性。最后我們?cè)诳紤]最小離地間隙時(shí)，需要根據(jù)使用采摘車的路面和環(huán)境選擇合適的離地間隙。從而確保路面良好的通過性。2.2.2爬坡能力分析在設(shè)計(jì)采摘車時(shí)，我們采用的是后輪驅(qū)動(dòng)，其中采用后輪驅(qū)動(dòng)的爬坡能力更好，在果園采摘地的路面比較復(fù)雜，還伴隨雨天的情況，前輪驅(qū)動(dòng)容易出現(xiàn)打滑現(xiàn)象，采用后輪驅(qū)動(dòng)能夠具有很好的抓地力并且不容易打滑。其中需要考慮爬坡度問題，其中為了防止采摘車滿載時(shí)爬坡不出現(xiàn)打滑和側(cè)翻等現(xiàn)象，需要考慮最大爬坡度，從而讓采摘車能夠克服復(fù)雜路面的爬坡能力；爬坡能力示意圖如圖2-2所示：圖2-2爬坡能力示意圖在考慮爬坡度時(shí)，我們主要以100m行駛距離的爬坡能力作為參考，分析100m距離采摘車的爬坡能力，首先為了適應(yīng)路面，防止側(cè)翻和打滑，應(yīng)考慮爬坡度小于20°。當(dāng)爬坡能力為30%時(shí)， tanθ=則θ=16°42′，則符合采摘車爬坡能力需求。2.2.3越障能力分析臺(tái)階地形也是果園采摘車最為常見的路面地形，對(duì)于一些具有垂直的臺(tái)階路面，我們需要考慮三腳輪的越臺(tái)階能力，從而實(shí)現(xiàn)臺(tái)階路面順利通過越障路面，各臺(tái)階路面通過如圖2-3所示：第一階段第二階段第三階段圖2-3各階段臺(tái)階路面主要從三個(gè)階段分析三腳輪登上臺(tái)階時(shí)的通過性；首先三腳輪登上臺(tái)階時(shí)，三腳輪的中心高度要高于臺(tái)階的高度，才能實(shí)現(xiàn)臺(tái)階跨越，根據(jù)設(shè)計(jì)，三腳輪的中心高度為260mm，可以輕松跨過正常路面臺(tái)階?？煽缭脚_(tái)階的高度H應(yīng)滿足下式： H≤12式中，H臺(tái)階高度（mm），車輪直徑（mm）。根據(jù)國(guó)家建筑樓梯標(biāo)準(zhǔn)，樓梯或臺(tái)階的高度尺寸應(yīng)小于或等于210mm，同時(shí)不小于140mm，在果園采摘車的路面基本小于臺(tái)階路面，故設(shè)計(jì)符合要求。2.3載重運(yùn)輸能力分析通過對(duì)果園采摘車載重運(yùn)輸能力的分析，主要確保采摘車在承載貨物或人員時(shí)不會(huì)超過其設(shè)計(jì)極限，從而避免因超載導(dǎo)致的車輛失控、剎車失靈等安全隱患。合理的載重能力分析可以有效的利用車輛的承載能力，又能避免不必要的浪費(fèi)，從而提高運(yùn)輸效率。載重過大不僅可能導(dǎo)致車輛結(jié)構(gòu)損壞、輪胎磨損加劇等問題，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)出現(xiàn)安全問題，所以對(duì)采摘車的載重能力分析是很有必要的。我們?cè)诳紤]采摘車的載重能力分析時(shí)，主要考慮從牽引力、最大額定載荷、作業(yè)效率、穩(wěn)定性等方面對(duì)果園采摘車進(jìn)行載重能力分析。載重參數(shù)表如表2-1所示：表2-1載重參數(shù)表名稱參數(shù)最大額定載荷：220kg最高行駛速度：20km/h最大側(cè)傾角：14°續(xù)航里程：25km2.3.1牽引力計(jì)算由汽車?yán)碚摽芍囋跔恳旭倳r(shí)，主要受四個(gè)阻力的影響，坡度阻力Fi、道路阻力Ff、加速阻力Fj、風(fēng)阻力Fw。牽引力Ft需要克服上述幾個(gè)阻力并滿足附著條件時(shí)，采摘車才可以正常行駛，所以在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮以下式： Ft=Fi+Fj+Ff+Fw≤GJ （2-3）式中G汽車總重量，N；道路附著系數(shù)。為了實(shí)現(xiàn)采摘車有更大的負(fù)載能力，應(yīng)該選擇合適的牽引力Ft，從而讓采摘車有更好的行駛速度，從而達(dá)到載重需求。2.3.2作業(yè)效率計(jì)算作業(yè)效率是指農(nóng)機(jī)在單位時(shí)間內(nèi)完成作業(yè)的能力，其式為：作業(yè)效率=作業(yè)面積/作業(yè)時(shí)間2.3.3穩(wěn)定性分析在載重運(yùn)輸能力分析中，還需要考慮車輛在不同載重情況下的穩(wěn)定性參數(shù)，如側(cè)傾穩(wěn)定性、制動(dòng)穩(wěn)定性等。這些參數(shù)的計(jì)算有助于評(píng)估車輛在運(yùn)輸過程中是否保持穩(wěn)定，防止發(fā)生傾覆或失控等危險(xiǎn)情況。側(cè)傾角度參考圖如圖2-4所示：圖2-4側(cè)傾角度參考圖首先在考慮側(cè)傾穩(wěn)定性時(shí)，為了防止側(cè)翻傾斜，需要考慮最大側(cè)傾角是否符合要求，最大側(cè)傾角計(jì)算如式： 最大側(cè)傾角=arctan（（w×H）/（2×Fz×b）） （2-4）式中w車輛重量；車輛重心高度；Fz輪胎垂直載荷；b輪距。當(dāng)側(cè)傾角過大輪胎外側(cè)磨損嚴(yán)重，容易爆胎，行駛不穩(wěn)定。側(cè)傾角過小，輪胎內(nèi)側(cè)磨損嚴(yán)重，影響在載重時(shí)的穩(wěn)定性。過大過小都影響采摘車在行駛過程中的行駛穩(wěn)定性，從而綜合考慮，選擇側(cè)傾角為14°最為合理。本章小結(jié)果園環(huán)境復(fù)雜多變，地形起伏不平，地面條件包括泥土、砂石、草地、樹木、障礙物等，這些都對(duì)采摘車的行駛系統(tǒng)提出了更高的要求。良好的通過性，能夠輕松應(yīng)對(duì)果園內(nèi)的各種地形和障礙物，確保采摘作業(yè)的高效進(jìn)行。采摘車在行駛過程中需要保持穩(wěn)定，避免側(cè)翻、傾覆等安全事故的發(fā)生。采摘車應(yīng)具備靈活的操控性，提高作業(yè)效率。采摘車需要具備足夠的動(dòng)力，以應(yīng)對(duì)果園內(nèi)的復(fù)雜地形和重載情況。傳動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)設(shè)計(jì)合理，具備較高的傳動(dòng)效率，確保動(dòng)力能夠順暢地傳遞到車輪，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定、高效的行駛。果園采摘車的設(shè)計(jì)應(yīng)考慮到成本因素，確保在滿足性能需求的同時(shí)，降低車輛的制造成本和維護(hù)成本。綜上所述，果園采摘車行駛系統(tǒng)需求分析是一個(gè)綜合性的過程，需要充分考慮果園環(huán)境特點(diǎn)、行駛性能、動(dòng)力與傳動(dòng)系統(tǒng)、安全與舒適性以及經(jīng)濟(jì)性與環(huán)保性等多個(gè)方面的需求。通過深入分析和研究，可以設(shè)計(jì)出符合果園采摘作業(yè)實(shí)際需求的行駛系統(tǒng)，為果園采摘車的高效、安全、穩(wěn)定運(yùn)行提供有力保障。第3章輪式果園采摘車行駛系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)本章根據(jù)上下文結(jié)合理論基礎(chǔ)選擇的機(jī)構(gòu)進(jìn)行方案的設(shè)計(jì)與及solidworks建模。首先，根據(jù)實(shí)際情況明確設(shè)計(jì)的要求，根據(jù)使用工況對(duì)傳動(dòng)、轉(zhuǎn)向、驅(qū)動(dòng)形式進(jìn)行選擇，進(jìn)行相關(guān)尺寸的計(jì)算。隨后對(duì)其零部件設(shè)計(jì)，對(duì)轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行闡述。最后，為整體的方案進(jìn)行介紹，運(yùn)動(dòng)模式介紹，并進(jìn)行模型建模，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析。3.4整車方案設(shè)計(jì)及運(yùn)動(dòng)分析布置形式：前軸負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)向；后軸負(fù)責(zé)驅(qū)動(dòng)。整體布局：主要部件有：電機(jī)、蝸輪、圓柱齒輪、齒條、行星架、車軸、旋轉(zhuǎn)軸、錐齒輪、短連桿、PVC車輪、車架等主要零部件。整車設(shè)計(jì)主要參數(shù)如表3-1所示：表3-1行駛系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要參數(shù)名稱參數(shù)車輪直徑（D）:220mm輪寬（W）：20mm前輪距：650mm長(zhǎng)×寬×高：1200×600×1500mm驅(qū)動(dòng)方式：后驅(qū)后輪距：782mm果園采摘車整體設(shè)計(jì)布局如圖3-1所示：圖3-1采摘車行駛系統(tǒng)整體布局工作原理：主要有電機(jī)負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)向和動(dòng)力驅(qū)動(dòng)，前輪主要通過電機(jī)帶動(dòng)蝸輪通過連桿連接圓柱齒輪在齒條上相互嚙合帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)軸讓車輪左右轉(zhuǎn)動(dòng)，正常路面兩個(gè)輪行駛，前面三個(gè)輪通過兩個(gè)行星架連接，處于自由裝動(dòng)，正常路面兩個(gè)輪行駛，復(fù)雜路面如臺(tái)階三個(gè)輪運(yùn)動(dòng)；后輪也是通過電機(jī)正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)前進(jìn)和后退，通過錐齒輪相互嚙合讓車軸轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)圓柱齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，后輪車輪也是單獨(dú)運(yùn)動(dòng)，其中兩個(gè)輪通過皮帶與軸連接實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)前進(jìn)和后退，其中一個(gè)輪為輔助輪，讓復(fù)雜路面能夠?qū)崿F(xiàn)運(yùn)動(dòng)。在設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮功率大小，所需功率是驅(qū)動(dòng)車輛所需的動(dòng)力，它取決于驅(qū)動(dòng)力和速度。如式： 功率P=Fv/η （3-1）式中：F驅(qū)動(dòng)力；V速度，η傳動(dòng)效率。由公式可得：功率p計(jì)算可得在5kw左右最為合理。其中還需要考慮制動(dòng)距離大小，計(jì)算如下式： s=v2/(2a) （3-2）式中，v初始速度；--制動(dòng)加速度。當(dāng)車輛速度為10km/h，制動(dòng)距離范圍在1.2m-1.9m之間比較合理。3.1傳動(dòng)方式選擇傳動(dòng)方式分為帶傳動(dòng)、鏈傳動(dòng)和齒輪傳動(dòng)等。齒輪傳動(dòng)可分為直齒輪和斜齒輪等。收沖擊、傳動(dòng)穩(wěn)定、無(wú)需潤(rùn)滑、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低和傳動(dòng)過載時(shí)具有彈性滑動(dòng)的特性,可以防止其他部件損壞。其缺點(diǎn)包括外形尺寸大、結(jié)構(gòu)不夠緊湊、摩擦損失大、傳動(dòng)效率低和使用壽命短等。鏈?zhǔn)絺鲃?dòng)類似于帶式傳動(dòng),但鏈?zhǔn)絺鲃?dòng)沒有彈性滑動(dòng)和打滑的現(xiàn)象,優(yōu)點(diǎn)是可以軸的傳動(dòng),如平行軸、交錯(cuò)軸和相交軸。缺點(diǎn)是制造安裝成本高,對(duì)使用環(huán)境和潤(rùn)滑求嚴(yán)格。齒輪傳動(dòng)可分為直齒輪和斜齒輪。其中,直齒輪承載能力強(qiáng),經(jīng)久耐用。綜上所述,結(jié)合可重構(gòu)車輪設(shè)計(jì)要求結(jié)構(gòu)盡可能緊湊,同時(shí)工作所處的環(huán)境惡劣傳動(dòng)方式選用直齒輪傳動(dòng)直流電機(jī)，直流電機(jī)具有良好的啟動(dòng)和調(diào)速性能，廣泛應(yīng)用于需要精確控制速度或位置的場(chǎng)合。其中直流電機(jī)優(yōu)點(diǎn)包括啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大、調(diào)速性能好、控制技術(shù)成熟；缺點(diǎn)在于可能存在效率稍低、維護(hù)成本較高等問題。電機(jī)驅(qū)動(dòng)為果園采摘車提供了高效的動(dòng)力輸出。相較于傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)，電機(jī)響應(yīng)迅速，能夠迅速達(dá)到所需的工作速度，從而提高了采摘作業(yè)的效率。此外，電機(jī)驅(qū)動(dòng)使得采摘車的速度調(diào)節(jié)更為靈活，駕駛員可以根據(jù)實(shí)際需要輕松調(diào)整車速，以適應(yīng)不同地形和作業(yè)需求。電機(jī)驅(qū)動(dòng)具有顯著的環(huán)保優(yōu)勢(shì)。它不會(huì)產(chǎn)生有害氣體排放，有助于減少空氣污染，保護(hù)果園生態(tài)環(huán)境。同時(shí)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)具有較高的能量轉(zhuǎn)換效率，能夠充分利用電能，降低能源消耗，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的目標(biāo)。相較于內(nèi)燃機(jī)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)的噪音水平較低，為駕駛員和果園工作人員提供了一個(gè)更為舒適的工作環(huán)境。此外，電機(jī)驅(qū)動(dòng)的采摘車在運(yùn)行過程中振動(dòng)較小，提高了駕駛的舒適性，有助于減輕駕駛員的疲勞感。電機(jī)驅(qū)動(dòng)的采摘車結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，維護(hù)起來更為方便。電機(jī)部件較少，故障率較低，減少了維修成本和時(shí)間。此外，隨著電機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的成本也在逐漸降低，使得果園采摘車的整體運(yùn)營(yíng)成本得以控制。電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)具有較強(qiáng)的適應(yīng)性，可以適應(yīng)不同地形和氣候條件。在果園中，地形復(fù)雜多變，電機(jī)驅(qū)動(dòng)能夠確保采摘車在各種環(huán)境下穩(wěn)定運(yùn)行。同時(shí)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)具有較高的可靠性，能夠長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行，減少因故障導(dǎo)致的停機(jī)時(shí)間，提高采摘作業(yè)的連續(xù)性。3.5主要零部件設(shè)計(jì)3.5.1齒輪齒條式轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)在輪式果園采摘車行駛系統(tǒng)采用齒輪齒條嚙合實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向的設(shè)計(jì)方案。首先，齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器的工作原理是通過齒輪和齒條的嚙合來控制車輛的轉(zhuǎn)向，這種設(shè)計(jì)使得轉(zhuǎn)向操作更為直接和高效。當(dāng)駕駛員操作方向盤時(shí)，轉(zhuǎn)向器中的小齒輪會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)齒條移動(dòng)，進(jìn)而控制車輪的轉(zhuǎn)向。這種機(jī)械式的傳動(dòng)方式使得轉(zhuǎn)向響應(yīng)更為迅速，提高了采摘車的操控性。其次，齒輪齒條式轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造成本相對(duì)較低。這不僅有助于降低采摘車的整體制造成本，還使得后期維護(hù)和更換部件更為便捷和經(jīng)濟(jì)。此外，這種設(shè)計(jì)還具有較高的可靠性。由于齒輪和齒條的嚙合是機(jī)械式的，因此相比于一些復(fù)雜的電子或液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，它更少受到外部環(huán)境因素（如溫度、濕度等）的干擾，從而保證了轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。然而，在設(shè)計(jì)過程中，也需要考慮一些關(guān)鍵因素。首先，需要確保齒輪和齒條之間的嚙合精度和間隙控制得當(dāng)，以避免產(chǎn)生過大的噪音和振動(dòng)，影響駕駛的舒適性。此外，還需要考慮轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的剛性和強(qiáng)度，以確保在果園復(fù)雜地形和負(fù)載條件下，采摘車能夠穩(wěn)定、安全地行駛。齒輪齒條設(shè)計(jì)如下圖3-2所示：（a）齒輪（b）齒條圖3-2齒輪齒條設(shè)計(jì)齒輪齒條設(shè)計(jì)參數(shù)如表3-2、表3-3所示：表3-2直齒圓柱齒輪基本參數(shù)名稱參數(shù)齒數(shù)：z1=34模數(shù)：m=2分度圓d：d=mz1=68壓力角α：α=20°齒頂高系數(shù)ha*:ha*=1齒頂高h(yuǎn)a:ha=ha*m==2頂隙系數(shù)c*:c*=0.25齒根高h(yuǎn)f:hf=（ha*+c*）m=2.5P：P=πm=6.28Db：Db=dcosa=63.852h：h=hf+ha=4.5S：S=3.14e：e=3.14注：對(duì)于正常齒，ha=1；對(duì)于短齒，ha*=0.8。c是頂隙系數(shù)，對(duì)于正常齒，c=0.25；對(duì)于短齒，c*=0.3。表3-3齒條基本參數(shù)名稱參數(shù)齒數(shù)：z2=20模數(shù)：m=2齒頂高h(yuǎn)a：ha=m=2齒根高h(yuǎn)f：hf=1.25m=2.5齒距p：p=πm=6.28齒厚s：s=1.5708m=3.1416頂隙c：c=0.25m=0.5工作高度h′：h′=2.25m=4.5在齒輪齒條設(shè)計(jì)過程中，還需要考慮傳動(dòng)比和最小轉(zhuǎn)彎半徑是否符合設(shè)計(jì)要求：傳動(dòng)比公式： i=z2z1轉(zhuǎn)向半徑R取決于輪胎間距、輪胎轉(zhuǎn)向角等因素，通常需要通過幾何關(guān)系進(jìn)行計(jì)算。其中最小轉(zhuǎn)彎半徑是判定汽車機(jī)動(dòng)性良好的首要因素，最小轉(zhuǎn)彎半徑如圖3-3所示：圖3-3最小轉(zhuǎn)彎半徑其計(jì)算公式如下： R=L/2(Sinψ)； （3-4） D=W+2R(1?Cosψ) （3-5）式中，R代表車輛的最小轉(zhuǎn)彎半徑；L代表車長(zhǎng)；W代表車寬；D代表車輛最小轉(zhuǎn)彎道寬度；ψ代表車輛方向的最大轉(zhuǎn)角。當(dāng)轉(zhuǎn)向角度為80°-100°時(shí)，最小轉(zhuǎn)彎半徑≤4.5m時(shí)，汽車通過性能更好。在設(shè)計(jì)齒輪齒條時(shí)，還需要進(jìn)行強(qiáng)度校核，根據(jù)采摘車的載重和工作環(huán)境，對(duì)齒輪和齒條進(jìn)行強(qiáng)度校核，確保其在工作過程中不會(huì)因過載而損壞。這通常涉及到對(duì)齒輪齒條的彎曲應(yīng)力、接觸應(yīng)力等的計(jì)算和分析。彎曲應(yīng)力公式： σ=M×y/I （3-6）式中：M為彎矩；y為力臂；I為截面慣性矩接觸應(yīng)力公式： F=Kδ^n （3-7）式中：F表示接觸力，K--表示系數(shù)，δ表示緊密性參數(shù)，n表示指數(shù)。注：系數(shù)K由材料彈性關(guān)系決定，可以通過實(shí)驗(yàn)測(cè)定；n是固定的；δ由材料表面形狀和硬度決定。效率公式： η=(輸出功率/輸入功率)×100% （3-8）根據(jù)齒輪齒條傳動(dòng)的摩擦系數(shù)、潤(rùn)滑條件等因素，可以計(jì)算出傳動(dòng)效率，以評(píng)估系統(tǒng)的能量損失情況。3.5.2錐齒輪嚙合驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)選擇錐齒輪嚙合動(dòng)力驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)方案主要是基于其在動(dòng)力傳輸效率、地形適應(yīng)性、結(jié)構(gòu)緊湊性和承載能力等方面的優(yōu)勢(shì)。這種設(shè)計(jì)能夠滿足果園采摘車在復(fù)雜地形和工作環(huán)境下的動(dòng)力需求，同時(shí)保持較高的穩(wěn)定性和可靠性。此外，錐齒輪作為一種成熟的傳動(dòng)方式，技術(shù)成熟度高，制造和維護(hù)成本相對(duì)較低，適合在果園采摘車等農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備中廣泛應(yīng)用。果園采摘車需要在復(fù)雜多變的果園環(huán)境中作業(yè)，需要應(yīng)對(duì)多種行駛方向和角度的變化。錐齒輪設(shè)計(jì)能夠改變傳動(dòng)方向，使得動(dòng)力傳遞更為靈活，滿足采摘車在各種復(fù)雜地形下的行駛需求。同時(shí)，錐齒輪具有較高的承載能力和緊湊的結(jié)構(gòu)，能夠適應(yīng)果園采摘車高負(fù)載、高效率的作業(yè)特點(diǎn)。雖然錐齒輪制造和安裝難度較高，且可能產(chǎn)生一定的噪音和振動(dòng)，但通過合理的設(shè)計(jì)和制造，可以最大程度地發(fā)揮其優(yōu)點(diǎn)，克服其缺點(diǎn)，為果園采摘車的行駛系統(tǒng)提供穩(wěn)定、高效的傳動(dòng)方案。錐齒輪設(shè)計(jì)如圖3-4所示：圖3-4錐齒輪設(shè)計(jì)錐齒輪設(shè)計(jì)基本參數(shù)如表3-4所示：表3-4錐齒輪基本參數(shù)名稱參數(shù)齒數(shù)：z=34模數(shù)：m=2壓力角α：α=20°分度圓直徑d：d=mz=68齒頂高h(yuǎn)a：2根圓錐角δf：δf=δ1-θf(wàn)=0.735齒根高h(yuǎn)f：2.5分度圓錐角δ：δ=arctg（z1/z2）=0.785外錐距R：R=d/2sinδ=48.09齒頂角θa：θa=arctg（ha/R）=0.392頂圓錐角δa：δa=δ1+θa=1.177齒根角θf(wàn)：θf(wàn)=arctg（hf/R）=0.050I：I=1在錐齒輪設(shè)計(jì)過程中要考慮扭矩，保證運(yùn)動(dòng)過程中不出現(xiàn)過載情況，扭矩T計(jì)算如下：（這個(gè)公式通過平均左輪和右輪的扭矩來得出錐齒輪的整體扭矩） T=(T1+T2)/2 （3-9）式中：T表示錐齒輪的扭矩；T1左輪扭矩；T2右輪的扭矩。還需要進(jìn)行齒輪強(qiáng)度校核，在強(qiáng)度校核計(jì)算過程中，主要考慮校核齒輪的彎曲強(qiáng)度和接觸強(qiáng)度，確保齒輪在工作中不會(huì)損壞。其中彎曲強(qiáng)度校核公式： σF=(2KT1bmd1)×YFa×YSa 接觸強(qiáng)度校核公式： σH=(ZHZε(d1b))×((KT1式中，σF彎曲應(yīng)力；σH接觸應(yīng)力；K載荷系數(shù)；T1和T2兩齒輪的扭矩；b齒寬；m模數(shù)；d1主動(dòng)齒輪的分度圓直徑；YFa和YSa彎曲強(qiáng)度計(jì)算的系數(shù)；ZHZε接觸強(qiáng)度計(jì)算的系數(shù)；u齒數(shù)比。最后齒輪嚙合角度取值范圍在：10°-30°。3.5.3三腳輪設(shè)計(jì)三腳輪是果園采摘車行駛系統(tǒng)的核心組件之一，其設(shè)計(jì)主要圍繞著增強(qiáng)采摘車的穩(wěn)定性、越野性能以及適應(yīng)性展開。三腳輪主要由三個(gè)獨(dú)立的輪子和一個(gè)中心連接機(jī)構(gòu)組成。每個(gè)輪子都具備獨(dú)立的支撐和轉(zhuǎn)動(dòng)功能，而中心連接機(jī)構(gòu)則負(fù)責(zé)將三個(gè)輪子穩(wěn)定地連接在一起，形成一個(gè)整體的三腳輪結(jié)構(gòu)。在輪子的設(shè)計(jì)上，我們采用了高強(qiáng)度、耐磨的材料，以確保輪子在復(fù)雜地形中能夠長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定工作。同時(shí)，輪子的直徑和寬度也經(jīng)過了精心計(jì)算，以平衡越野性能和行駛阻力。中心連接機(jī)構(gòu)則采用了精密的機(jī)械設(shè)計(jì)和加工工藝，以確保其強(qiáng)度和穩(wěn)定性。它不僅能夠承受來自三個(gè)輪子的各種力，還能夠保持三個(gè)輪子之間的相對(duì)位置穩(wěn)定，防止在行駛過程中出現(xiàn)晃動(dòng)或錯(cuò)位。三腳輪設(shè)計(jì)如圖3-5所示：圖3-5三腳輪設(shè)計(jì)三腳輪設(shè)計(jì)工作原理三腳輪的工作原理主要依賴于其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)。在平坦路面行駛時(shí)，三個(gè)輪子共同支撐采摘車的重量，提供穩(wěn)定的行駛平臺(tái)。當(dāng)遇到崎嶇不平的山地或濕滑的泥地時(shí)，三個(gè)輪子能夠各自獨(dú)立地適應(yīng)地形變化，保持與地面的穩(wěn)定接觸。通過調(diào)整中心連接機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，我們可以實(shí)現(xiàn)三腳輪在不同路況下的靈活切換。例如，在需要更高的越野性能時(shí)，我們可以增加中心連接機(jī)構(gòu)的靈活性，使三個(gè)輪子能夠更好地適應(yīng)地形起伏；而在需要更高的穩(wěn)定性時(shí)，我們則可以增加中心連接機(jī)構(gòu)的剛度，使三個(gè)輪子保持更緊密的排列。其中行星架連接機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)行星架連接機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)是果園采摘車行駛系統(tǒng)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其主要作用是將三腳輪穩(wěn)固地連接在一起，形成一個(gè)穩(wěn)定的行駛平臺(tái)，同時(shí)確保在不同路況下能夠靈活適應(yīng)地形變化。通常采用鑄鋼或鍛鋼材料制造，這些材料具有良好的強(qiáng)度和耐磨性，能夠確保連接機(jī)構(gòu)在復(fù)雜地形中長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定工作。此外，行星架連接機(jī)構(gòu)還需考慮調(diào)節(jié)功能。通過設(shè)計(jì)可調(diào)節(jié)的連接機(jī)構(gòu)，可以根據(jù)不同路況調(diào)整三腳輪之間的相對(duì)位置和角度，以適應(yīng)地形變化，提高行駛穩(wěn)定性和越野性能。

三腳輪在不同路面條件下的運(yùn)動(dòng)性能分析三腳輪作為果園采摘車行駛系統(tǒng)的核心組件，其運(yùn)動(dòng)性能在不同路面條件下具有顯著的變化和適應(yīng)性。以下是對(duì)三腳輪在不同路面條件下的運(yùn)動(dòng)性能進(jìn)行詳細(xì)分析：（1）平坦路面在平坦路面行駛時(shí)，三腳輪的三個(gè)輪子均勻受力，提供穩(wěn)定的支撐和推動(dòng)力。由于路面平坦，摩擦力較小，因此三腳輪能夠輕松、高效地行駛，實(shí)現(xiàn)較高的速度和效率。此時(shí)，三腳輪的運(yùn)動(dòng)性能主要表現(xiàn)為穩(wěn)定性和平順性。（2）崎嶇山路面對(duì)崎嶇不平的山地路況，三腳輪的運(yùn)動(dòng)性能主要體現(xiàn)在越野能力和適應(yīng)性上。由于地形起伏不定，三腳輪的每個(gè)輪子都能夠獨(dú)立地適應(yīng)地形變化，確保采摘車能夠穩(wěn)定地行駛。同時(shí)，三腳輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使得其具有較好的抓地力和爬坡能力，能夠輕松應(yīng)對(duì)陡峭的山坡和復(fù)雜的路況。（3）濕滑泥地在濕滑的泥地中，摩擦力較小，容易導(dǎo)致車輪打滑。然而，三腳輪的設(shè)計(jì)使其具有更好的防滑性能。通過增加輪子與地面的接觸面積和采用防滑材料，三腳輪能夠在濕滑泥地中提供穩(wěn)定的支撐和推動(dòng)力，確保采摘車的安全行駛。（4）臺(tái)階與坡道遇到臺(tái)階或坡道時(shí)，三腳輪需要具備良好的攀爬能力和穩(wěn)定性。通過優(yōu)化三腳輪的輪距、輪徑和輪子材質(zhì)，以及調(diào)整連接機(jī)構(gòu)的角度和剛度，可以使三腳輪在面對(duì)這些挑戰(zhàn)時(shí)保持平穩(wěn)、高效的行駛狀態(tài)。采用三腳輪設(shè)計(jì)提供了更好的穩(wěn)定性。相較于單輪或雙輪設(shè)計(jì)，三腳輪能夠更均勻地分散重量，降低翻倒或滑動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)。這種穩(wěn)定性在移動(dòng)重物或需要精確控制的場(chǎng)合中尤為重要。三腳輪的設(shè)計(jì)使其能夠輕松適應(yīng)各種地形和不平坦的表面。無(wú)論是在室內(nèi)還是室外，三腳輪都能夠有效地跨越障礙物、小坑洼或斜坡，保證設(shè)備的平穩(wěn)移動(dòng)。由于三腳輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，它們通常能夠承載更大的重量。這種設(shè)計(jì)使得三腳輪成為重型設(shè)備或大型工具的理想選擇，能夠滿足高負(fù)載要求。三腳輪設(shè)計(jì)通常配備易于操作的轉(zhuǎn)向和鎖定機(jī)制，使得用戶可以輕松控制設(shè)備的移動(dòng)方向和速度。這種便捷性提高了工作效率，減少了操作難度。三腳輪通常采用耐磨、耐腐蝕的材料制成，能夠經(jīng)受住長(zhǎng)時(shí)間的使用和各種環(huán)境的考驗(yàn)。這種耐用性使得三腳輪成為長(zhǎng)期投資，減少了維護(hù)和更換的頻率。3.5.4蝸輪設(shè)計(jì)選擇兩個(gè)蝸輪分別與兩個(gè)電機(jī)嚙合實(shí)現(xiàn)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)和轉(zhuǎn)向的設(shè)計(jì)方案，主要是基于其在獨(dú)立控制、高效動(dòng)力傳輸、結(jié)構(gòu)緊湊和穩(wěn)定性好等方面的優(yōu)勢(shì)。這種設(shè)計(jì)能夠滿足果園采摘車在復(fù)雜地形和工作環(huán)境下的動(dòng)力需求，同時(shí)實(shí)現(xiàn)精確的轉(zhuǎn)向操作。此外，通過精確控制兩個(gè)電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向，可以進(jìn)一步提高采摘車的行駛安全性和穩(wěn)定性。因此，這種設(shè)計(jì)方案是一種既實(shí)用又高效的選擇，適用于果園采摘車等農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備。蝸輪傳動(dòng)系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)較大的傳動(dòng)比，這意味著即使在較小的輸入扭矩下，也能獲得較大的輸出扭矩，非常適合果園采摘車在復(fù)雜地形和負(fù)載變化條件下的作業(yè)需求。蝸輪傳動(dòng)具有平穩(wěn)的傳動(dòng)特性，能夠減少?zèng)_擊和振動(dòng)，從而保證采摘車行駛的平穩(wěn)性和舒適性。蝸輪傳動(dòng)裝置通常具有較為緊湊的結(jié)構(gòu)，可以節(jié)省空間，有助于實(shí)現(xiàn)采摘車行駛系統(tǒng)的輕量化設(shè)計(jì)。在特定條件下，蝸輪傳動(dòng)具有自鎖性能，即當(dāng)輸入軸停止轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，輸出軸也能保持靜止，這有助于采摘車在陡峭地形或需要停車時(shí)保持穩(wěn)定。相比于其他傳動(dòng)方式，蝸輪傳動(dòng)的效率通常較低，這可能導(dǎo)致采摘車在行駛過程中產(chǎn)生較大的能量損失，影響能耗和續(xù)航里程。蝸輪的制造精度要求較高，加工難度較大，因此制造成本相對(duì)較高。這可能會(huì)增加采摘車的整體成本，影響市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。由于蝸輪傳動(dòng)的摩擦損失較大，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行可能會(huì)導(dǎo)致發(fā)熱和磨損問題，影響傳動(dòng)性能和壽命。為了確保蝸輪傳動(dòng)的正常運(yùn)行和減少磨損，需要定期添加和更換潤(rùn)滑油。這增加了采摘車的維護(hù)成本和復(fù)雜性。蝸輪設(shè)計(jì)如圖3-6所示：圖3-6蝸輪設(shè)計(jì)蝸輪設(shè)計(jì)基本參數(shù)如表3-5所示：表3-5蝸輪設(shè)計(jì)基本參數(shù)名稱參數(shù)軸向模數(shù)m：m=2.5齒數(shù)Z：Z=30壓力角α：α=20°螺旋角β：5°-15°分度圓直徑：d=75旋向：右旋中心距：a=75導(dǎo)程角：α=arctan(P/πD)精度等級(jí)：7級(jí)注：其中P為蝸桿的螺距，D為蝸輪的直徑。在進(jìn)行蝸輪設(shè)計(jì)時(shí)需要對(duì)蝸輪強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算，其中對(duì)齒面接觸強(qiáng)度計(jì)算：蝸輪齒面接觸強(qiáng)度的簡(jiǎn)化計(jì)算公式主要涉及到材料的彈性系數(shù)（ZE）、接觸系數(shù)（Zρ）簡(jiǎn)化后的公式可以表示為： δH=C×(T2a3)式中，ZE彈性系數(shù)；Zp接觸系數(shù)；C綜合系數(shù)；T2蝸輪的負(fù)載轉(zhuǎn)矩；a蝸桿傳動(dòng)副的嚙合中心距。齒根彎曲強(qiáng)度計(jì)算; σF=K×M(Z×m^3×Y) （式中：σF蝸輪齒根彎曲應(yīng)力；K載荷系數(shù)，考慮了不同工作條件下的動(dòng)態(tài)效應(yīng)；M蝸輪所受的彎矩；Z蝸輪的齒數(shù)；m蝸輪的模數(shù)，代表了齒形的大??；Y齒形系數(shù)，與齒形有關(guān)，通常通過查表或計(jì)算得出。選擇合適的蝸輪可以提高效率和工作時(shí)長(zhǎng)，保證果園采摘車能夠按要求完成工作。3.5.5旋轉(zhuǎn)軸與短連桿設(shè)計(jì)選擇旋轉(zhuǎn)軸與短連桿連接實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向的設(shè)計(jì)方案，主要是基于其在結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維護(hù)便捷和轉(zhuǎn)向靈活等方面的優(yōu)勢(shì)。這種設(shè)計(jì)能夠滿足果園采摘車在復(fù)雜環(huán)境中的行駛需求，同時(shí)降低制造成本和維護(hù)成本。此外，通過精確計(jì)算和設(shè)計(jì)旋轉(zhuǎn)軸與短連桿的連接方式和角度，可以實(shí)現(xiàn)較高的轉(zhuǎn)向精度和穩(wěn)定性，提高采摘車的行駛性能。旋轉(zhuǎn)軸與短連桿設(shè)計(jì)如圖3-7所示：短連桿旋轉(zhuǎn)軸圖3-7旋轉(zhuǎn)軸與短連桿設(shè)計(jì)采用旋轉(zhuǎn)軸和短連桿設(shè)計(jì)，可以更加靈活的實(shí)現(xiàn)前輪轉(zhuǎn)向，讓其他轉(zhuǎn)向平穩(wěn)，操縱方便，其維修成本更低。3.6電機(jī)選擇我們?cè)谶x擇電機(jī)時(shí)，需要從果園采摘車實(shí)際的情況出發(fā)，選擇合適的電機(jī)可以讓其在潮濕、高溫或腐蝕性的條件下工作，還需要考慮電機(jī)的可靠性及維護(hù)成本，保證滿足工作需求，提高工作效率。以下是選擇電機(jī)的基本參數(shù)如表3-6所示：表3-6電機(jī)基本參數(shù)名稱參數(shù)電機(jī)型號(hào)：Y132S1-2電機(jī)類型：三相異步電機(jī)轉(zhuǎn)速：2900r/min額定功率：5.5kw額定電壓：48V效率：85.5%額定電流：1.8A最大轉(zhuǎn)矩：額定轉(zhuǎn)矩的2.2倍噪聲：78dB（A）振動(dòng)速度：1.8mm/s功率因素：0.88重量：67kg在選擇電機(jī)后，還需要對(duì)負(fù)載轉(zhuǎn)矩、功率進(jìn)行計(jì)算，其中機(jī)械特性曲線如圖3-8所示：圖3-8機(jī)械特性曲線其功率W計(jì)算公式： W=（N·m）×（rad/s） （3-14）式中：N·m轉(zhuǎn)矩rad/s轉(zhuǎn)速最后，選擇Y132S1-2型號(hào)的電機(jī)更加符合設(shè)計(jì)要求。3.7車輪選擇與皮帶選擇3.7.1輪胎選擇考慮到果園地形的復(fù)雜性和多變性，以及采摘作業(yè)對(duì)輪胎的特殊要求，推薦采用農(nóng)業(yè)專用輪胎。這類輪胎針對(duì)農(nóng)業(yè)作業(yè)環(huán)境設(shè)計(jì)，具有較深的胎紋和良好的抓地力，能夠應(yīng)對(duì)果園中的泥濘、濕滑和不平坦地面。它們還具備較高的耐磨性和抗刺穿性能，能夠在復(fù)雜地形中長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定工作。具有良好的抓地力和耐磨性，能夠應(yīng)對(duì)果園復(fù)雜地形和多變天氣條件。其特殊的胎紋設(shè)計(jì)能夠有效排除泥土和水分，提高防滑性能，確保采摘車的穩(wěn)定性和安全性。缺點(diǎn)是相對(duì)于普通輪胎，農(nóng)業(yè)專用輪胎的價(jià)格可能稍高。此外，由于果園地形復(fù)雜多變，可能需要不同規(guī)格和類型的農(nóng)業(yè)輪胎來適應(yīng)不同的作業(yè)需求。輪胎參數(shù)參考如圖3-9所示：圖3-9輪胎尺寸參數(shù)參考圖農(nóng)用專業(yè)輪胎基本參數(shù)如表3-7所示：表3-7農(nóng)用專業(yè)輪胎基本參數(shù)名稱參數(shù)輪胎型號(hào)：100/30R15斷面寬度：100mm輪胎直徑：440mm滾動(dòng)周長(zhǎng)：1381.6扁平比：30%自由半徑：300輪輞直徑：150mm載重指數(shù)：220kg胎面類型：AG選擇型號(hào)為100/30R15的農(nóng)用專業(yè)輪胎更加適合果園采摘車路面，農(nóng)用專業(yè)輪胎材料主要是以丁苯橡膠和再生膠，這樣選擇主要是提高輪胎的疲勞性能、抗氧化性能、耐磨性、強(qiáng)度等性能，讓輪胎能夠更好的實(shí)現(xiàn)采摘作業(yè)。3.7.2皮帶選擇在選擇皮帶時(shí)，主要有鋼帶、橡膠皮帶、聚酯皮帶三種類型供參考。橡膠皮帶具有良好的彈性和耐磨性，能夠適應(yīng)不同負(fù)載和轉(zhuǎn)速條件下的動(dòng)力傳遞。同時(shí)，橡膠皮帶的價(jià)格相對(duì)較為親民，易于采購(gòu)和更換。不足是對(duì)溫度和濕度的變化較為敏感，長(zhǎng)期在高溫或潮濕環(huán)境下使用可能導(dǎo)致老化、硬化或變形；此外，橡膠皮帶在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)可能產(chǎn)生較大的噪音。其次是考慮聚酯皮帶，聚酯皮帶具有較高的強(qiáng)度和耐磨性，能夠承受較大的拉力。同時(shí)，聚酯皮帶具有優(yōu)良的耐腐蝕性能，適用于果園等潮濕環(huán)境。不足是相對(duì)于橡膠皮帶，聚酯皮帶的價(jià)格較高；此外，其彈性和韌性可能略遜于橡膠皮帶。最后是鋼帶，鋼帶具有極高的強(qiáng)度和耐用性，適用于重載和高速條件下的動(dòng)力傳遞。它還具有優(yōu)良的耐高溫性能，不易因高溫而變形或老化。不足是鋼帶的價(jià)格相對(duì)較高，且重量較大，可能增加采摘車的整體重量和能耗；此外，鋼帶的彈性較差，需要精確調(diào)整以確保良好的動(dòng)力傳遞效果。最后，在選擇果園采摘車皮帶時(shí)需要根據(jù)具體實(shí)際場(chǎng)景進(jìn)行相應(yīng)皮帶選擇。本章小結(jié)：輪式果園采摘車行駛系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是果園機(jī)械化作業(yè)中不可或缺的一環(huán)。經(jīng)過深入研究和精心設(shè)計(jì)，我們成功完成了該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，我們充分考慮了果園作業(yè)環(huán)境的復(fù)雜性和采摘作業(yè)的特殊需求，力求打造一款穩(wěn)定、高效、安全的采摘車行駛系統(tǒng)。通過優(yōu)化整體布局、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)以及車架與支撐結(jié)構(gòu)等關(guān)鍵部件的設(shè)計(jì)，我們確保了車輛在各種路況和作業(yè)場(chǎng)景下都能表現(xiàn)出色。展望未來，我們將繼續(xù)關(guān)注果園采摘車行駛系統(tǒng)的技術(shù)發(fā)展和市場(chǎng)需求，不斷優(yōu)化和完善設(shè)計(jì)方案，為果園機(jī)械化作業(yè)提供更加先進(jìn)、可靠的裝備支持。我們相信，通過我們的努力和創(chuàng)新，輪式果園采摘車行駛系統(tǒng)將在果園作業(yè)中發(fā)揮越來越重要的作用，為果農(nóng)帶來更多的便利和效益。第4章果園采摘車行駛系統(tǒng)性能分析4.1承重結(jié)構(gòu)靜力學(xué)分析靜力學(xué)分析是有限元的基礎(chǔ)?？梢酝ㄟ^有限元分析校核產(chǎn)品設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度，從而確保設(shè)計(jì)滿足要求。為驗(yàn)證采摘車的承重是否達(dá)到要求，通過ANSYS有限元分析進(jìn)行載重分析，從而使結(jié)果更加真實(shí)，可靠。輪式果園采摘車最主要承重是來自于果實(shí)放入采摘車的兜里然后運(yùn)輸過程中帶來的載重，要求該車的載重為200kg以上，最大載重不超過250kg。材料屬性設(shè)置本次采用的的是結(jié)構(gòu)鋼，結(jié)構(gòu)鋼是一種高強(qiáng)度材料，有很好的耐腐蝕能力，可以保證抗壓性能和耐久性能，特別在復(fù)雜路面時(shí)，并且還容易加工，修復(fù)。結(jié)構(gòu)鋼力學(xué)屬性主要如表4-1所示：表4-1結(jié)構(gòu)鋼力學(xué)屬性材料名稱密度kg/m3楊氏彈性模量/Gpa泊松比屈服強(qiáng)度/Mpa結(jié)構(gòu)鋼78502000.32504.2主要零部件靜力學(xué)分析4.2.1車身載重分析（1）模型及網(wǎng)格劃分整體車身主要是采摘車承受重量最主要的結(jié)構(gòu)件之一，一般有承載式車身和非承載式車身，目前我們采用的最簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)的車身，材料主要考慮的是結(jié)構(gòu)鋼，采用自由網(wǎng)格劃分的方式，過渡方式為平緩，車身承受面單元格大小設(shè)置為20mm，網(wǎng)格劃分后分為6019個(gè)單元，17194個(gè)節(jié)點(diǎn)，網(wǎng)格如圖4-1所示：圖4-1車身網(wǎng)格劃分（2）添加約束及載荷在整體模式下，由于車身的受力分布在車輪上，只有車輪與地面接觸，整體的受力為2156N，為保證分析結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)確可靠，根據(jù)實(shí)際情況，在前后車輪的兩個(gè)與地面接觸的車輪施加固定約束，保證施加壓力是達(dá)到的數(shù)值最準(zhǔn)確，向整體車身施加2156N的載荷，方向?yàn)檐嚿碇行南蛳拢⑶以黾拥厍驑?biāo)準(zhǔn)重力，讓實(shí)際情況更加真實(shí)，可靠。

（3）求解及分析對(duì)車身承重分析后，得到等效應(yīng)力云圖和總形變量云圖，如圖4-2、圖4-3所示：圖4-2總形變量云圖圖4-3等效應(yīng)力云圖根據(jù)車身載重靜力學(xué)分析可知，在極限工況下最大等效應(yīng)力發(fā)生在車身中間位置，大小為46.669Mpa<【σ】=235Mpa，故其強(qiáng)度滿足要求其有較大盈余，存在優(yōu)化空間，右前輪紅色區(qū)域需要改進(jìn)，讓應(yīng)力分散在車身全身，加以優(yōu)化改進(jìn)，其中最大變形量和最大等效應(yīng)力位置相同，最大變形量為0.000235mm，結(jié)構(gòu)符合設(shè)計(jì)要求。4.2.2輪胎零件分析（1）模型及網(wǎng)格劃分車輪是汽車運(yùn)動(dòng)最主要的部件，其材料是結(jié)構(gòu)鋼加橡膠，采用自由網(wǎng)格劃分的方式，過渡方式為平緩，輪胎單元格大小設(shè)置為5mm，網(wǎng)格劃分后分為43554個(gè)單元，84222個(gè)節(jié)點(diǎn)，輪胎網(wǎng)格如圖4-4所示：圖4-4輪胎網(wǎng)格劃分（2）添加約束及載荷在輪胎中，由于輪胎的受力分布在內(nèi)部的輪轂上，輪胎承受來自整車及外載貨物的重量，整體的受力為2156N，為保證分析結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)確可靠，根據(jù)實(shí)際情況，在輪胎與地面接觸面設(shè)置固定約束，保證施加壓力是達(dá)到的數(shù)值最準(zhǔn)確，向整體車身施加2156N的載荷，方向?yàn)檐嚿碇行南蛳拢⑶以黾拥厍驑?biāo)準(zhǔn)重力，讓實(shí)際情況更加真實(shí)，可靠。（3）求解及分析對(duì)輪胎承重分析后，得到等效應(yīng)力云圖和總形變量云圖，如圖4-5、圖4-6所示：圖4-5總形變量云圖圖4-6等效應(yīng)力云圖根據(jù)輪胎載重靜力學(xué)分析可知，在極限工況下最大等效應(yīng)力發(fā)生在輪轂處，應(yīng)力集中在內(nèi)部；大小為42.139Mpa<【σ】=235Mpa，故其強(qiáng)度滿足要求其有較大盈余，存在優(yōu)化空間，最大變形量和最大等效應(yīng)力位置相同，最大變形量為0.000249mm，結(jié)構(gòu)符合設(shè)計(jì)要求。通過靜應(yīng)力分析，可以更好的分析采摘車各部件強(qiáng)度、剛度、變形等力學(xué)分析，讓我們更清楚的發(fā)現(xiàn)問題，分析問題，找出原因，并及時(shí)改正，更多的是節(jié)約成本，便于生產(chǎn)制造、加工。4.3主要結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析動(dòng)力學(xué)分析是車輛工程的一個(gè)分支，用于研究物體運(yùn)動(dòng)過程中的力學(xué)行為和運(yùn)動(dòng)規(guī)律。模態(tài)分析則是動(dòng)力學(xué)分析的一種方法，主要研究結(jié)構(gòu)在自由振動(dòng)的特性、變形和應(yīng)力等動(dòng)態(tài)響應(yīng)，是一種分析結(jié)構(gòu)體在共振狀態(tài)下的振動(dòng)性質(zhì)的方法。因此，模態(tài)分析主要預(yù)防有害振動(dòng)的發(fā)生，分析結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)特性。模態(tài)分析已經(jīng)成為機(jī)械性能評(píng)估、結(jié)構(gòu)力學(xué)設(shè)計(jì)的基本分析方法。考慮到采摘車車輪連接結(jié)構(gòu)件在實(shí)際運(yùn)行中,受到的振動(dòng)并非是自由模態(tài),所以對(duì)旋轉(zhuǎn)軸中的軸系零件進(jìn)行約束后的仿真十分