毕业设计（论文）-园林常规地打孔施肥一体机的设计.doc

全套图纸加扣3012250582 天津职业技术师范大学Tianjin University of Technology and Education毕 业 设 计专 业： 机械设计制造及其自动化 班级学号： 机自0901 15 学生姓名： 指导教师： 二一三年六月天津职业技术师范大学本科生毕业设计园林常规地打孔施肥一体机的设计The design of punching and fertilize machine usein common practice park ground专业班级：机自0901班学生姓名： 指导教师：学 院：机械工程学院2013年 06 月摘 要园林常规地打孔施肥一体机是在园林常规地面打孔施肥合为为一体的现代化新型机械设备。设计结合机、电、液一体化的高新技术产品，可根据要求，对园林树木、绿地等土壤实施打孔、施肥，必要时还可以进行土壤改良。本次设计根据实际情况和现实场地，以及环保等因素的综合分析，进行结构的大致设想，从工作情况、负载分析着手进行液压缸的有关参数计算，然后根据受力，运动等参数进行车体各部分的设计，进而将各个部分构成整个车体，最后组成一张装配图，在此基础上，还进行了车体的建模以及运动的仿真制作。本论文主要是以车体的结构设计为主。关键词： 打孔 液压 机械ABSTRACT The the garden routinely punch fertilization on one machine in the garden conventional ground punch fertilization together for one of the modern, New machinery and equipment. Design combines mechanical, electrical, hydraulic integration of high-tech products, according to the requirements of the Park, The implementation of drilling, forest trees, green spaces and other soil fertilization, if necessary, for soil improvement. The design based on a comprehensive analysis of the actual situation and the reality of space and environmental factors, Results Institutions broadly conceived, from the work load analysis to proceed with the hydraulic cylinder parameters, and then after the parameters of the force, movement, the design of each part of the vehicle body, and thus the various parts constituting the entire Body, composed of an assembly of FIG. Finally, modeling and movement of the vehicle body also carried out on this basis, Simulation of production. This thesis is based on the structure of the body design.Keywords: analysis modeling Selection目 录引 言11绪论 选题的背景和意义2 1.1园林机械的发展概况2 1.1.1国内园林机械的发展状况2 1.1.2国外园林机械的发展状况3 1.2园林机械在园林绿化中的应用3 1.3园林绿化机械使用中存在的问题4 1.4园林绿化机械发展前景展望42 园林常规地打孔施肥一体机的设计72.1基本参数及要求72.2工作形式和工作过程73园林常规地打孔施肥一体机车体方案73.1液压油缸选型9 3.1.1液压油缸的概述9 3.1.2液压油缸的选型103.2液压马达选型113.3主架设计123.4转头123.5车体把手133.6车架设计13 3.6.1车架承载方式的选择13 3.6.2车架最终方案的确定163.7肥料箱163.8步进电机17 3.8.1步进电机概况及工作原理17 3.8.2步进电机分类17 3.8.3步进电机选型183.9万向轮20 3.9.1万向轮概述20 3.9.2万向轮安装使用方法20 3.9.3万向轮选型203.10主架支座21 3.11液压泵213.11.1液压泵概述213.11.3液压泵选型213.12液压油箱223.12.1液压油箱概述223.12.2液压油箱安装方式223.12.3液压油箱尺寸223.13汽油发动机223.13.1汽油发动机概述223.13.2汽油发动机和柴油发动机的比较233.13.3汽油发动机选型233.14其他装置243.15制作要点244结 论265参考文献276致 谢2829全套图纸加扣3012250582引 言 改革开放促进了我国城市化建设和发展进程，尤其是城镇化建设高潮的兴起，必将给城市园林绿化提出更高的要求。开放不仅引入了资金和技术，也引入了观念,越来越多的企事业单位和居民小区，为了改善人们的工作、学习和生活环境，改善城镇地区的卫生和小气候条件，保护居民的身心健康，创造了一个个绿化与美化的环境，增加了城市的绿地面积。因此，美化和绿化是城市建设和发展的重要标志之一。随着城镇园林绿化的发展，必然促进园林绿化机械的应用和发展。园林绿化工作是离不开机械的，它能充分代替人力劳动，节省时间，工作效率高，因此将越来越受到欢迎和广泛的应用。多年来，对经济林木，园林树木的根部施肥多为主表施肥或人工挖坑，人工打孔工效低，劳动强度大。本打孔施肥一体机集打孔与施肥一体完成，提高了效率，减轻工人的劳动强度。 本说明书是园林常规地打孔施肥一体机的设计，立足于工程实际及应用实际，主要论述和介绍了打孔施肥一体机的受力分析和设计计算步骤等，从相关专著、手册、教材、产品样本、技术标准及Internet等媒体搜集了大量实用素材，旨在有限的篇幅提供比较全面的说明，从而基本上形成了取材广泛、丰富实用、图文并茂的特色，其中车体机械结构部分是保证机械能够正常运作的前提条件，机械结构的错误或是不合理，将直接导致机器的动作不平稳或是不能运作，不仅造成人力财力的浪费，甚至会造成人身伤害，后果不堪设想。因此，正确合理地设计，对于保证人身安全和提高机械的工作品质和工作效率，具有极其重要的意义。 本说明书由谢川编写，并进行了文献资料搜集、文稿录入和部分插图的绘制工作。 在此，感谢本书编写过程中曾给予鼎力支持的同学和老师。限于水平和调查研究尚不全面，书中难免存在错漏之处，恳请广大读者批评指正。 编著者 2013年6月1. 绪论 选题的意义和背景 1.1园林机械的发展概况城市的美化和绿化是城市建设及发展的重要标志之一。良好的城市环境、健全的生态系统、合理的城市风景林地布局及高水平的城市园林绿化水准，是城市发展的最理想目标。园林绿化的并非字面意思那么简单，其内涵十分丰富，它不仅是城市基础设施建设和环境建设的重要组成部分，而且也是精神文明建设和物质文明建设的主要内容。它既要体现一个城市的生态功能，从侧面又要体现一个城市的经济、文化和娱乐功能。使得园林绿化作业涉及面广泛，相应作业项目多样，作业内容、作业对象一、以及作业条件差异很大，具有极强的季节性和特殊的地域性等一系列鲜明特点，城市园林绿化的发展需求，促进了园林绿化机械的应用和发展。1.1.1国内园林机械发展状况我国园林绿化机械设备是从20 世纪70 年代后期开始发展，到20 世纪90 年代进入了快速发展时期。最初生产园林绿化机械设备只有园林机械厂和林业机械厂，后来，一批实力较强的通用机械厂、机床厂也开始生产不同品种的园林绿化机械，而且有些小型园林绿化机械开始向国外出口。如在南通机床厂基础上组建的南通草地机械有限公司，已成为目前我国生产草坪机械的主力，它生产的草地王牌草坪机械不仅畅销于国内市场，而且还远销美国等海外市场。与此同时，我国对先进的园林绿化机械设备的进口力度也大幅度上升，德国、瑞典、日本等国家的一些大公司的园林绿化机械也纷纷进入我国市场。如美国MTD 的HUNTER 的喷灌设备、园林拖拉机、JOHN DEERE 的高尔夫球场机械，德国的SOLO园林草坪机械产品和意大利的HARRY园林草坪机械产品，都已进入中国市场，并且设立办事处或代销点，有的正在筹建合资或独资企业。园林机械的发展，使得经销国内外园林草坪机械的公司大量涌现，规模也日益扩大，有的公司已初步形成了全国经销网络。如福马集团（中国林业机械公司）是一个集制造和经销各类林业机械产品为一体的大型国有企业，其园林机械类产品的经销范围正在不断扩大，目前在全国已经设立了多家分公司。现在，大型园林绿化工程中机械化作业比重明显增高，园林绿化机械已开始进入企事业单位的庭院和住宅小区。一批专业的机械化施工队伍也已经出现。但就目前我国园林机械的发展状况来看，国内仍处于园林绿化机械设备发展的初级阶段，园林绿化机械设备的种类较为单一，其性能、质量和制造水平与发达国家有很大差距，国内园林绿化机械化作业的比重比发达国家机械化程度相比差距十分明显。因此我国园林绿化机械设备尚处于落后阶段。1.1.2 国外园林机械发展状况园林绿化机械设备的发展已有近百年的历史。早在20 世纪初期，西方发达国家已把机械应用在园林绿化的繁重作业中，当时使用的，主要是起重运输机械和农业机械，比如用起重机装卸物料，用汽车运输，用拖拉机和犁等对土地进行种植前的整理等。从20 世纪50 年代开始，各种专用园林绿化机械设备相继面世，如植树机、园林拖拉机、草坪修剪机等，从此园林绿化机械进入了快速发展时期。20 世纪80 年代以后，随着经济的进一步发展，欧美等一些发达国家人民的生活水平的提高和住房条件的进一步改善，促使小型的园林绿化机械设备开始进入私人家庭，并成为家庭的必备机械工具，特别是草坪机械设备在美国、加拿大等国的中产阶层家庭中已经普及。到了20 世纪末、21世纪初，世界各地大部分城市从公共绿地到个人庭院绿地的建设和养护，全部实现了机械化作业。1.2 园林机械在园林绿化中的应用就目前使用的园林绿化机械，按用途分类归纳为以下几种类型：剪割机械；喷灌机械；林木病虫害防治机械；整地机械等。园林绿化机械的发展，大多数是在农业机械的基础上发展起来的，园林工厂生产的产品规格单一，且数量少，难以满足各方的需要。因此随着城市建设的蒸蒸日上，社会经济的快速发展，对园林绿化机械产品种类和数量的需求必然会与日俱增。目前我国各地所使用的园林绿化机械设备中，因国内产品少，因此引进一批国外的产品来弥补国内园林绿化机械的不足。同时为我国园林绿化机械的快速发展提供一些参考依据。1.3 目前园林绿化机械在使用中存在的问题园林绿化使用机械作业，可代替人力劳动，节省时间，提高工作效率，因此越来越受到欢迎和广泛应用，其未来发展趋势将是园林绿化作业离不开机械。步入21 世纪，国内外园林绿化机械设备的发展步伐将进一步加快，国内也将会加快实现园林机械化作业程度，国外发达国家的园林机械化水平则将向更高的层次进一步发展。目前在园林绿化机械的应用中存在以下几方面问题：1.机械利用率低；2.设备的适应性不强；3.设备的使用性能差。其主要原因：一是每种机械设备的用途比较单一，比如剪草机只能用于剪草，而不能再以其它的用途使用；二是工作的循环周期相对较长，使得机械设备不能连续工作应用；三是机械设备工作的可靠性差，很大的原因是由于操纵者的技术水平以及机械本身的技术性能较差，使得机械设备启动困难和工作不可靠，而且经常发生故障，直接影响园林绿化作业的顺利进行，进而影响工作效率。因此，今后园林绿化机械将朝多用途、多种类、强适应性、高效率、使用方便、维修简单快速等方向发展。1.4园林绿化机械的发展趋势就上述存在的问题，今后国内外园林绿化机械设备的发展总趋势为(1)动力机将逐步以电动机为主目前国内外园林机械的动力大部分用的都是常规的电动机和内燃机，还有一些新型的动力设备正在研制，如转子发动机、燃汽轮机、燃料电池等，但目前还是以电动机和内燃机为主。现阶段小型园林机械多以电动机和二冲程汽油机作为机械设备的动力机。如动力机为电动机的机械设备，在电源供应正常的情况下有下列优点：工作平稳可靠、设备寿命长、故障少、操作和维修方便、技术要求不高、启动快、振动小、噪音低，而且电力比燃料燃油便宜且环保。但实际生活中园林机械绿化作业多为野外露天作业，作业地点分散，作业范围广，故以电力提供动力会受到一定限制。目前，我国园林绿化由于面积、环境等原因的限制，园林绿化机械的动力多数采用机动灵活的小型内燃机。但从园林机械发展的趋势来看，国内应加大以电动机为主的园林绿化机械的开发力度。国产小型汽油机（尤其是二冲程汽油机）的启动性能差，制造工艺以及某些技术参数等还有待进一步提高，所以选用电动机替代小型汽油机为动力，就能使工作既可靠又经济。研制高效蓄电池，为园林机械提供电源是今后的发展方向。(2)一机多用，联合作业模式一机多用和联合作业并非是同一概念，这两者目的不同、适用的对象也不同。一机多用指的是一种机械设备配备多种工作装置或附件，当变换工作地点或方式，只需变换不同工作装置就能完成不同作业，以提高机器的利用率。由于家庭或企事业单位庭院以及小型公园的经营规模比较小，最好是用尽可能少的机械设备来完成所有的作业，因此一机多用机械设备主要是针对这些地方。目前园林绿化机械多数功能单一，机械的利用率极低。要提高机械的利用率和发挥其高效的工作效率，开发多功能的机械及一机多用非常必要，同时也将大大提高经济效率。联合作业是指在一个工作周期内完成多项按顺序连续进行的作业，如联合作业机是一种机器上同时安装多种工作装置，一次工作完成多个作业目标，提高了机器的作业效率和劳动生产率。联合作业主要针对的是经营的规模大的大型园林绿化工程、商业绿地、城市各区园林绿化管理养护企业、专业化机械施工和养护企业，联合作业可提高工作效益和速度。(3)适应性更强，工作更安全可靠任何机械设备，为满足和适应各种不同的条件，设备的型号规格就不可能单一，必须具备大中小型及特殊型号，就剪草机而言，根据草坪有大有小，种类规格也相应的有各种型号，各草坪的草的高度不同，相应根据要求剪草的高度也不同。因此，剪草机除应具有不同幅宽、可调节剪草高度的不同档位外，还应有不同类型的刀具配备，这样虽然条件不同，但可以保持较高的剪草效率。机械设备工作的可靠性是对任何机械在使用中的最基本要求，因此必须尽一切可能地提高机械产品质量。作业的安全性包括以下三个方面：一是机械本身的安全性，要防止机械发生意外故障或被损坏；二是操作人员的安全性，要防止操作人员在作业中因机械安全性不高而受伤害；三是周围人群的安全性，要防止机械在作业时伤及他人。这三个方面都很重要，特别是防止对人身的伤害比对机械及其它的伤害更为重要。例如BOLENS 等公司在草坪拖拉机各部件之间设置了电子互锁系统，使拖拉机各部件之间更能协调工作。发动机安全启动是该电子互锁系统的功能之一，假如拖拉机的切割装置没有处于脱开状态，或者变速箱操纵杆没有处在空档位置，亦或是制动器没有制动，只要其中有一项没有在安全位置，则发动机都无法启动，这就为操作者和周围的人提供了安全保障，避免很多的意外人身伤害事故。像类似的安全装置今后将在园林绿化机械设备上广泛应用。(4) 环保性逐步增强现在人们的环境保护意识在逐步提高。各国的环保法律、法规已日益完善，对主要在城市露天作业的园林绿化机械设备在环保方面的要求也越来越严。因此，不少大型园林绿化机械设备制造企业已经或正在采取措施，研制生产低污染、甚至无污染的“绿色”园林绿化机械产品。以前在小型园林绿化机械上普遍采用的结构简单、质量轻的二冲程汽油机，由于其噪声高、排放污染严重，目前除了手持式小型机械外，其余的已逐步被四行程汽油机所代替，新一代的小型园林绿化机械低噪声、低污染，已经开始投放市场。手持式园林机械（如手持式绿篱修剪机等）所用的二冲程汽油机也有被小型电动机代替的趋势。机械产品的环保性能必将成为评价其质量的重要指标之一。(5)高自动化程度在20 世纪80 年代，在西方发达国家草坪修剪机进入家庭庭院时，是以步行操纵推行式为主导产品，到了20 世纪90 年代，这种步行操纵推行式已被步行操纵自走式草坪修剪机逐步取代，虽然无驱动轮的步行操纵推行式草坪修剪机价格很便宜，但在欧美国家已很少有人再购买。进入21 世纪，小型乘坐操纵坐骑式草坪修剪机的面世，又开始逐步取代步行操纵自走式草坪修剪饥。最近又有能实现零转弯半径，机动性能非常好，能一机多用的全液压草坪拖拉机研制成功，一投入使用就得到了广大用户的普遍欢迎，预计不久的将来，还会有自动化程度更高、操作更舒适的草坪机械出现。除以上各点外，还应加强管理、强化技术培训制度，使管理者和使用者都能对机械设备的性能、工作原理、设备维护、故障排除等基本知识有较好的了解和掌握，以延长机械使用寿命，降低作业成本，提高作业质量，更好地为我国园林绿化服务。同时，结构简单，轻便灵活等也是园林绿化机械在发展过程中必须注意和考虑的问题。2.园林常规地打孔施肥一体机的设计2.1基本参数及要求园林常规地打孔施肥一体机要能对园林树木、绿地等土壤实施打孔、施肥，必要时还可以进行土壤改良。整体设备宽度小于1.7米，打孔深度达到30-50cm，而且打孔施肥在一个工作周期中完成。车体整体不能超过1吨，保证人可以手推作业。2.2工作形式和过程初步设计采用PLC控制设备的动作；液压泵提供动力，此动力包括转头正反转，油缸运动，设备的行进与后退；液压泵由汽油发动机驱动。 园林常规地打孔施肥一体机的工作过程1. 人工操作打孔施肥一体机到达施肥目标位置后，点击PLC控制按钮，打孔施肥一体机上汽油电动机带动液压泵工作。2. 按下打孔按钮，液压马达转动带动钻头转动，同时推动液压缸，使钻头向下钻孔。3. 钻到所需深度，按动按钮，使液压缸收回，提起钻头。并把转出的部分土收集。4. 按下施肥按钮，步进电机转动一定时间，将所需肥料落入到收集的土中，与收集到得土经钻头旋转进行充分混合。5. 钻头反转，壤土重新掉入刚打的孔中完成一次打孔施肥。(注：上面所诉工作过程为手动操作过程，经PLC控制，可实现自动一步完成上诉连续动作，即打孔、施肥在一个工作周期内自动完成，实现智能化。) 3打孔施肥一体机车体方案根据园林机械功能的要求，把工程车设计成一种既满足打孔施肥的要求，又满足环保，高效，智能的现在化工程车。一体施肥机初步设计整体结构2314958671018171112161315514图31 液压缸 2液压马达 3主架 4钻头 5液压泵外壳 6液压泵 7集土罩 8 打孔施肥一体机把手 9车架 10步进电机 11工具箱 12发动机外壳 13万向轮 14主架支座 15车轮 16汽油机外壳 17肥料箱 18飞轮和链条3.1液压缸3.1.1液压缸的概念液压缸是将液压能转变为机械能的、做直线往复运动（或摆动运动）的液压执行元件。它结构简单、工作可靠。用它来实现往复运动时，可免去减速装置，并且没有传动间隙，运动平稳，因此在各种机械的液压系统中得到广泛应用。液压缸由缸筒和缸盖、活塞和活塞杆、密封装置、缓冲装置与排气装置组成。3.1.2液压缸的选择已知推力F=6KN，行进速度v=0.25m/s，形成S=500mm求液压缸的杆径和缸径1 初选液压缸工作压力p1=6MP P2=0MP2 由公式得到 =0.9 (为效率，P1为系统压力，P2液压系统背压，A1为缸径截面积，A2为杆径截面积)=37.6mmHSG 系列工程油缸图3-1表3-1缸内径AMCACDDEEEMEWG4028602050M181.52525385036703063.5M181.53535386345803076M181.5353542缸内径KKMMMRPLUEXCY40M201.5282535652158550M2723635358021810063M33245354090258110有计算可得，油缸最小内直径为37.6mm，因为油缸是标准件，由上表选择 40HSG系列液压工程油缸最为合适。3.2 液压马达选型液压马达习惯上是指输出旋转运动的，将液压泵提供的液压能转变为机械能的能量转换装置。1. 钻头工作时的转矩 初选马达参数图3-2-1式中，q1，K1为与土壤有关的系数，土壤分为沙土，沙土壤，壤土和重壤土，q1=16503300N/m，K1=465930N/m2，D1为钻尖的直径，S为钻尖每转一周的进给量由转矩和油泵的工作压力查手册可选择液压马达的型号取q1=3300 N/m K1=930N/m2 D1=120mm S=150mm则=(3300+930X0.15)X0.12X0.12=49.5N*m钻头液压马达的扭矩钻头转速初选马达型号排量 80L ； 流量 ； 转矩 ； 压力6MPa ； 转速100 所选标准马达外壳尺寸图3-2-23.3主架设计图3-31） 主架采用10mm的钢板焊接而成 2） 主架是支撑整个设备运作最主要的部分，2个耳环连接固定两个油缸上端，油缸下端也用两个耳环连接，连接到液压泵支架上，液压缸动作，使得液压泵支架向下动作，进而使转头向下运动，油缸上下2个耳环呈十字分布，限定油缸前后左右自由度，使油缸在工作时不晃动，平稳工作。3） 液压泵支架上连接4个拉杆，定位集土罩，并使集土罩随液压泵支架一起上下运动。4） 根据要求不同，转头直径大小可选，相应集土罩配套安装3.4.钻头钻头直径（mm）：60、 80、 100、 150 1. 钻头有严格的尺寸限制，严禁私自改装或使用增大号钻头2. 钻头采用锰钢合成更加的坚硬。对硬土质，超硬土质，粘土，冻土等都能工作。3. 地钻可根据土质和要求，选配多种规格的钻头，以满足用户需要。各种尺寸钻头图3-43.5车体把手1） 把手用直径30mm的钢管焊接2） 与车架用螺丝连接3) 把手弯曲角度140,有助于操作者更好的140把握方向图3-53.6车架设计3.6.1车架承载形式的选定车体的承载形式分为三种（1）底架式承载结构底架承载结构指的是载荷全部由底架来承担的车体结构。车体的其他部分不需要承载载荷，即车体承受的载荷完全由底梁来承担。因此，车架的中梁和侧梁都需要做得足够大。考虑到受力合理，中、侧梁尽量做成中央断面尺寸比两端断面尺寸大的鱼腹型，使中、侧梁近似为等强度的梁。图 3-6-1 鱼腹形梁底架承载结构（2）侧壁和底架共同承载结构 侧墙和底架共同承载结构为载荷由侧、端墙与底架共同承担的车体结构。由于侧、端墙分担了一部分的载荷，减轻了底架承载负担，因此底架就可以相对轻巧些，中、侧梁断面可相应减小，中梁也无需做成鱼腹形。侧梁可用断面尺寸比中梁小的型钢制成，从而减轻底架的重量。侧壁和底架共同承载结构可以分为两种，一种是桁架架式结构，另一种是板梁式结构两种：如图桁架架式结构板梁式结构图3-6-2（3）整体承载结构在板梁式侧、端壁上固接由金属板、梁组焊而成的车顶，使底架、侧端墙、车顶车牢固地组成为一整体，且车体各部分均能承受垂向力和纵向力。这种结构称为整体承载结构。整体承载结构可分为开口箱形结构和闭口箱形结构两种。底架没有金属地板，仅由各梁件和镀锌铁皮组成的开口箱形结构；底架上设有金属地板的闭口箱形结构，也称筒形结构。(a) 开口箱形结构 （b）闭口箱形结构 （c）无中梁底架结构图3-6-3整体承载结构因为工程车辆要满足不同工作状况的需要，这就要求工程车车体可以根据不同工作状况而选择不同的车体或者对车辆进行改装，由于此工程车车体较小，且在户外作业，需要散热，无需整体承载结构，因车体结构侧、端不受力，所以不需要选择侧壁和底架共同承担结构，因此，工程车的承载形式采用底架承载结构。3.6.2车架最终方案的确定图3-6-41） 工程车采用底架承载结构，主要由两根中梁、两根侧粱、后端梁及数根横向竖向连接梁等组成，底架用60X40mm的方钢焊接而成，具有足够的强度和刚度，承载性能良好，支架其他部分用40X40mm的方钢，起支撑和定位作用。2) 走行轮通过支座安装在底架前端。3) 工程车在载重不大于1吨状况下能安全稳定运行及作业。4) 在车辆底架前后两端分配重量基本相等，使得整体设备重心在车架中心，提高了设备的安全性和稳定性。使设备在运行和工作过程中平稳可靠。3.7肥料箱材料：2mm厚铁皮焊接而成肥料箱设计方案如图3-7所示。1) 肥料箱容积（最小容积）长X宽X高=62.6cm24cm 34cm =51L 2） 肥料密度因肥料种类不同，肥料的密度不同（有的大于水的密度，有的小图3-7于水的密度），只能进行估算， 以水的密度（1gcm）估算，则 肥料箱可以装入肥料的质量=密度X体积=1511000g=51kg3）施肥要求： 3个孔肥料用量2kg（4斤） 孔数N= 5123=76.5个考虑到漏料等问题，每次装满肥料，至少可完成打孔施肥75个。 3.8 步进电机3.8.1步进电机概况及工作原理步进电机是一种感应电机，它的工作原理是利用电子电路，将直流电变成分时供电的，多相时序控制电流，用这种电流为步进电机供电，步进电机才能正常工作，驱动器就是为步进电机分时供电的，多相时序控制器 虽然步进电机已被广泛地应用，但步进电机并不能像普通的直流电机，交流电机在常规下使用。它必须由双环形脉冲信号、功率驱动电路等组成控制系图3-8-1统方可使用。步进电机工作原理：步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。通俗一点讲：当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度（即步进角）。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。3.8.2步进电机分类（1）步进电机在构造上有三种主要类型： 反应式（Variable Reluctance，VR）、永磁式（Permanent Magnet,PM）和混合式（Hybrid Stepping,HS）。 1）反应式：定子上有绕组、转子由软磁材料组成。结构简单、成本低、步距角小，可达1.2、但动态性能差、效率低、发热大，可靠性难保证。 2）永磁式：永磁式步进电机的转子用永磁材料制成，转子的极数与定子的极数相同。其特点是动态性能好、输出力矩大，但这种电机精度差，步矩角大（一般为7.5或15）。 3）混合式：混合式步进电机综合了反应式和永磁式的优点，其定子上有多相绕组、转子上采用永磁材料，转子和定子上均有多个小齿以提高步矩精度。其特点是输出力矩大、动态性能好，步距角小，但结构复杂、成本相对较高。 （2）步进电机若按定子上绕组来分共有二相、三相和五相等系列。最受欢迎的是两相混合式步进电机，约占97%以上的市场份额，其原因是性价比高，配上细分驱动器后效果良好。该种电机的基本步距角为1.8/步，配上半步驱动器后，步距角减少为0.9，配上细分驱动器后其步距角可细分达256倍（0.007/微步）。由于摩擦力和制造精度等原因，实际控制精度略低。同一步进电机可配不同细分的驱动器以改变精度和效果。 3.8.3步进电机的选择以水的密度来估算 ，视肥料的密度R=0.035m r=0.0075m每个叶片的长度L=0.33m两叶片与肥料箱壁形成形成的封闭空间的容量V =()/6L=()60.33 =0.0002 叶片受到的扭矩叶片受力图图3-8-3= Vg(R-r) /2+r sin=0.0002x1000x9.8x(0.035-0.0075) /2+0.0075 sinNm=0.0122 Nm= Vg(R-r) /2+r cos= 0.000210009.8 (0.035-0.0075) /2+0.0075 cosNm=0.0305 Nm= g(H1+H2)(R-r) L (R+r) /2=1000x9.8x0.375+(0.035-0.0075) /2+0.0075x cos (0.035-0.0075) 0.33x (0.035+0.0075) /2 Nm=0.7381Nm步进电机所需提供的扭矩=+=0.0122 +0.0305 +0.7381Nm=0.7808 Nm 表3-8-4由表3-8-4选择2HB57-51型号的步进电机通用规格 (General specifications) 步距精度：5% 温升：80 Max 耐压：500V AC 1minute 径向跳动：最大0.06mm（450g负载） 环境温度-20+50 轴向跳动：大0.08mm（450g负载） 绝缘电阻100M Min 500VDC 3.9万向轮3.9.1万向轮概述万向轮就是所谓的活动脚轮，它的结构允许水平360度旋转。脚轮是个统称，包括活动脚轮和固定脚轮。固定脚轮没有旋转结构，不能水平转动只能垂直转动。这两种脚轮一般都是搭配用的，比如手推车的结构是前边两个固定轮，后边靠近推动扶手的是两个活动万向轮。制造万向轮的材料有多种，最普遍的材料是：尼龙，聚氨酯，橡胶，铸铁等材料。广泛应用于矿山、机械设备、电子设备、医疗设备、工程装修、纺织、印染、家俱、物流设备、仓储、周转车、机箱、机柜、设备、机电、无尘车间、生产流水线、大型超市等众多行业和各种领域。根据其不同的用处，轴承分铁芯、铝芯、塑芯，尺寸1寸至8寸不等。其中铁芯、铝芯一般为重型承重轮，使用时常配备刹车器具。3.9.2万向轮安装使用方法1、脚轮必须安装在厂家指明设计的位置。图3-9-12、安装的脚轮支架必须有足够的强度，要符合使用时的承重量。3、脚轮的功能不可被改变，也不受安装装置的影响。4、转运动轮轴必须始终垂直。5、固定脚轮之间必须与其轮轴在一条直线上。6、如果都仅使用旋转脚轮，它们必须一致。7、如果固定脚轮与旋转脚轮配合使用，那么全部脚轮必须彼此兼容，并且须经制造商建议使用。3.9.3万向轮选型表3-9-3本设备选用万向轮主要起承重作用，车体整体重量不超过1吨，共有4个轮子承载重量，那么，每个轮子承载的重量为250kg，万向轮使用两个，所以，万向轮选型为承载大于250kg的型号。由上表选择125 型号M4-5109-839, 承载为270kg3.10主架支座1) 主架支座的稳定牢固直接决定整个设备工作的平稳，安全，可靠。因此，主架的4个支点分别落在设备底架的两个主侧梁上，2）主架支座全部用40X40的方钢焊接而成，确保支座牢固稳定。图3-103.11液压泵3.11.1液压泵概述液压泵是液压系统的动力元件，其作用是将原动机的机械能转换成液体的压力能，指液压系统中的油泵，它向整个液压系统提供动力。液压泵的结构形式一般有齿轮泵、叶片泵和柱塞泵。3.11.2液压泵选型 液压马达流量 图3-11液压油缸流量 式中r为油缸无杆腔内径，为油缸速度 液压泵流量 由计算结果，从图3-11选择液压泵型号为CBT-F419.2型号3.12液压油箱3.12.1液压油箱概述液压油箱在液压系统中的主要作用为储油、散热、分离油中所含空气及消除泡沫。选用油箱首先要考虑其容量，一般移动式设备取泵最大流量的23倍，固定式设备取34倍；其次考虑油箱油位，当系统全部液压油缸伸出后油箱油面不得低于最低油位，当油缸回缩以后油面不得高于最高油位；最后考虑油箱结构，传统油箱内的隔板并不能起沉淀脏物的作用，应沿油箱纵轴线安装一个垂直隔板。此隔板一端和油箱端板之间留有空位使隔板两边空间连通，液压泵的进出油口布置在不连通的一端隔板两侧，使进油和回油之间的距离最远，液压油箱多起一些散热作用。3.12.2液压油箱的安装按照安装位置的不同可分为上置式、侧置式和下置式。（1）上置式油箱把液压泵等装置安装在有较好刚度的上盖板上，其结构紧凑、应用最广。此外还可在油箱外壳上铸出散热翅片，加强散热效果，即提高了液压泵的使用寿命。 （2）侧置式油箱是把液压泵等装置安装在油箱旁边，占地面积虽大，但安装与维修都很方便，通常在系统流量和油箱容量较大时采用，尤其是当一个油箱给多台液压泵供油时使用。因侧置式油箱油位高于液压泵吸油口，故具有较好的吸油效果。（3）下置式油箱是把液压泵置于油箱底下，不仅便于安装和维修，而且液压泵吸入能力大为改善。3.12.3液压油箱尺寸根据要求和实际需求，液压油箱的尺寸初步定为长宽高 = 700mm500mm400mm3.13汽油发动机3.13.1汽油发动机概述汽油发动机（Gasoline Engine ），是以汽油作为燃料的发动机。由于汽油粘性小，蒸发快，可以用汽油喷射系统将汽油喷入气缸，经过压缩达到一定的温度和压力后，用火花塞点燃，使气体膨胀做功。汽油机的特点是转速高，结构简单，质量轻，造价低廉， 运转平稳，使用维修方便。汽油机在汽车上，特别是小型汽车上大量使用，至今不衰。3.13.2汽油机和柴油机的比较汽油机和柴油机是目前广泛应用在工农业生产和交通运输部门的热机。它们的区别主要在于压缩比、点火方式、所用燃料及用途。 压缩比是指活塞在气缸中运动时，气缸中出现气体的最大体积和最小体积之比。活塞在最低点时气缸中气体体积最大，活塞在最高点时气缸中气体体积最小，前者叫气缸总容积，后者叫气缸燃烧室容积。压缩比规定为 压缩比汽缸总容积燃烧室容积压缩比是内燃机的重要指标，压缩比越大，其压强越大，温度越高。汽油机的压缩比为46。柴油机的压缩比为1518。汽油车和柴油车由于使用油料不同，发动机结构、混合气形成方式和燃烧方式不同，其污染物排放规律也不同。两者排放物的主要区别表现在以下几个方面: 1、汽油具有很强的挥发性，而柴油很难挥发，因此汽油车污染物中有燃料蒸发排放物，其组分是碳氢化合物(HC)。 2、汽油具有容易与空气混合，且混合后不易分离的特性。汽油车燃料混合气的形成是在发动机燃烧室外进行的(在化油器和/或进气管)，在点燃之前又经过进气、压缩过程，有相对较长的混合时间。因此汽油与空气可以混合得很均匀，基本不存在局部过浓或过稀和液态油滴的情况。汽油的分子又小，进入发动机燃烧室的空气与汽油的比例基本控制在理论空燃比附近(所谓理论空燃比是指在理论计算上燃烧1千克的燃料所需要的空气量，对汽油来说通常在14.7左右)，采用火花塞放电点火燃烧，燃烧速度很快；汽油机压缩比低、燃烧最高压力低、最高温度高，燃烧后产物发生高温离解的倾向比较严重，某些“死区”点不着火或在某些工况下断火，使汽油机排放物中有较多的一氧化碳(CO)、碳氢化合物(HC)。同时，发动机燃烧室内的高温，又导致了氮氧化合物(NOx)的产生和排放。因此，汽油车排放的特点是一氧化碳(CO)、碳氢化合物(HC)排放量高，而颗粒物排放量低，氮氧化合物(NOx)排放与柴油车基本相同。 3、柴油车燃料混合气的形成是在发动机燃烧室内进行的，柴油高压喷入燃烧室，压缩着火后进行边喷边燃烧的扩散燃烧方式。这种工作方式，决定了柴油与空气的混合是不均匀的，不可避免地存在局部缺氧或局部富氧情况。油料在高温缺氧时，易炭化形成炭烟。柴油车负荷的调节是通过改变喷油量来控制的。也就是说，柴油机的燃烧室内始终存在富余的空气。这些富余的空气在高温作用下容易产生氮氧化物(NOx)，而一氧化碳(CO)和碳氢化合物(HC)则不容易形成。因此，柴油车排放特点是颗粒物和氮氧化物(NOx)排放量多而一氧化碳(CO)和碳氢化合物(HC)排放量少。3.13.3汽油发动机的选型综合考虑，汽油发动机中汽油与空气可以混合得很均匀，燃料燃烧充分，颗粒物排放量低，而且体积小，重量轻，起动方便，运转平稳，转速快，设备设计的理念和要求就是尽量减少重量，运作要平稳，效率要高，还要比较环保，因此选择汽油发动机提供设备的动力。选择本田1.5-24p汽油发动机技术参数汽油机型号JH188F(GX390)汽油机型式单缸、四冲程、强制空气冷却气缸直径（mm）88活塞直径（mm）64排量（mL）389.2最大功率及相应转速 kW/(r/min)6.6/3600最大扭矩及相应转速Nm/(r/min)20.1/2500旋转方向逆时针方向（面向输出轴）化油器型式横置蝶阀式点火方式晶体管磁体点火（无触点）火花塞编号F6RE(NGK：BP6ES BPR6ES/N D:W20EP-U W20EPR-U)起动方式手拉反冲起动外形尺寸（长宽高）（mm）405450443（Q型曲轴）调速器型式离心重锤式空气滤清器型式旋风式/湿式/双重式净重（kg）31(Q型曲轴) 3.14其他装置1) 液压系统，包括液压阀，油管，接头，蓄能器，电磁阀等2）控制系统，包括电器柜，控制面板，24V电瓶，继电器，开关等3）行走装置，包括车轮，飞轮，链条，刹车装置，减震装置等3.15制作要求1材料要求：工程车所选材料具有阻燃、环保、低毒，并能在高温和高湿度下长期露天作业，满足国标要求。钢材必须具有一定的强度和韧性，能承受一定的力却变形小，钢材表面均作除锈、防腐处理。2加工要求：钢材弯曲采用折弯