三自由度自走履带式果园采摘平台车液压系统设计.doc

三自由度自走履带式果园采摘平台车液压系统设计 摘要：根据果园的地形特点和作业条件，本文设计的三自由度自走履带式果园采摘平台车，把液压力作为行走、举升和回转的动力，具有牵引力大、 接地比压低、 爬坡能力强、 转弯半径小，操控方便、可自由升降，移动和回转等优点。采摘平台车在规模化果园作业，使采摘更加安全和舒适，采摘效率更高，有利于果农获得更大的经济效益。1引言近年来，随着经济社会的发展，果园规模化经营的要求越来越迫切，果树的种植面积不断扩大。长期以来，采摘作业是果树生产的四大难题（采摘、修枝、植保、施肥）之一。采摘作业所用劳动力占整个苹果生产过程所有劳动力的33%-50%，目前我市水果的采摘绝大部分还是以人工采摘为主。传统的人工采摘使用人字梯，而人字梯在田间支撑稳定性差，因此操作危险性大，且作业空间小，作业劳动强度大，采摘效率低。加上采摘作业的复杂性，季节性，此种作业采摘方式的弊端越来越大。鉴于果农对自动化、机械化的采摘平台的迫切需求，本文通过实地果园调研，走访的基础上，设计了三自由度自走履带式果园采摘平台车(外形结构简图如图1)。2采摘平台车的组成及工作过程自走式履带果园采摘平台车是一个机电液一体的的组合。主要由四大部分构成，行走及驱动部分，升降部分，回转机构，控制部分组成。机械化的采摘平台代替人字梯,不仅适用于苹果的采摘，而且在修枝、施肥、植保运输等作业方面也有良好的预期效果。能大大提高苹果采摘效率、降低劳动强度、解决劳动力的不足、提高了果农的经济收益1。2.1行走机构组成及工作过程果园采摘平台车行走机构采用履带式，因其具有较好的仿形能力，能够很好的适应果园复杂的地形变化，并保持行走时底盘与地面良好的附着力，爬坡能力强，能克服一般轮式行走机构车轮易打滑，接地比压大，地形适应性及驱动能力差等缺点。履带行走功能的实现是由履带车自带的柴油机提供动力，将柴油机提供的机械能转换为液压油的压力能传送到液压马达带动行星减速器，最终通过控制油液压力和通断，由驱动轮实现扭矩输出，驱动履带车前进或后退2。2.2曲臂升降机构的组成及工作过程果园采摘平台车的升降机构有两个臂架构成，其中臂架2为轴向伸缩臂，臂架1由变幅液压缸1控制其高度，变幅液压缸2控制臂架2的高度及调整臂架1与臂架2之间的角度，使臂架1与臂架2之间的夹角能适应树冠的形状，通过伸缩臂将采摘平台送到采摘区域3。2.3回转机构的组成及工作过程果园采摘平台车回转机构通过回转液压马达驱动齿轮与内齿条旋转实现工作台的转向。2.4控制部分组成与工作过程果园采摘平台车的行走和变幅、伸缩、回转系统是两个的独立系统，要求在高空作业时采摘平台车不能运动；同样在行走的时候也不能进行高空作业工作。因此为了充分利用系统的效率,在上车系统和行走系统之间设置了一个二位三通换向阀，这样虽然两个系统都是由同一个主泵供油，但电磁换向阀，确保了两个运动的独立性，即它们不可能同时工作,这就确保了在高空作业的时候，不会因为人为的误操作而使小车运动，增加高空作业的危险性。3液压控制系统及其原理图果园采摘平台车是具有多执行元件的液压系统（液压系统原理图如图2）。其中上车由变幅、伸缩及回转液压系统组成，下车就是一个行走液压系统。3.1变幅机构液压系统回路果园采摘平台车在工作过程中升降或在空中停留，速度要平稳，变速要方便。伸缩臂的伸缩采用单级长液压缸的驱动。工作中改变控制阀的开口大小和方向，即可调节伸缩臂的运动速度和伸缩；变幅液压缸1承受载重和机臂之和的分力作用，采用平衡阀使负重达到匀速下降的要求，当三位四通换向阀位于左位，变幅液压缸克服负载重力做功时，液压油直接通过平衡阀中的单向阀作功，当三位四通阀位于右位，变幅液压缸缩回时，在受到负载和重力作用下，使机臂下降速度增加，此处采用平衡阀，以达到在负重的同时且能匀速下降的目的4。3.2回转液压系统回路果园采摘平台车工作机臂，要求能作360旋转运动，用回转液压机构来实现这种功能。其工作原理是液压马达通过大、小齿轮的啮合，驱动作业台回转，再经过切换三位四通换向阀，便可以实现作业架的旋转5。3.3行走系统液压回路果园采摘平台车的行走系统主要由行走马达来驱动履带运动,从而带动整车的运动。由于要求该车是轻巧型，没设操作车箱,采摘人员是在采摘平台上的操控台电磁阀的通断控制其运动的，通过对或门型梭阀的控制，便可以实现。无论行走马达朝何方向旋转，制动缸只要有油通过，都可将制动油缸打开；当换向阀处于中位时,液压马达停止旋转，制动油缸由于通油，而不能打开，从而起到了制动的作用。另外,此处还设置了一对缓冲阀，起到调节油压、保护马达和管道的作用。果园采摘平台车的工作通过采摘人员在控制台操控电磁阀，控制液压回路的顺序动作（电磁阀顺序动作如表1），完成整个果园采摘平台的行走，升降，回转等动作6。表1苹果采摘平台车电磁铁动作顺序表动作顺序1YA2YA3YA4YA5YA6YA7YA8YA9YA10YA11YA变幅缸1伸+-+-变幅缸1缩+-变幅缸2伸+-+-变幅缸2缩+-+-伸缩臂伸+-+-伸缩臂缩+-+-回转马达顺转+-+-回转马达逆转+-+-行走马达进-+行走马达退-+-4结论（1）根据对果园的地形特点和作业条件的调研，在分析的基础上，创新性地提出了机械采