【菠萝采摘车主要结构设计案例6000字】

菠萝采摘车主要结构设计案例综述目录TOC\o"1-3"\h\u133621.1底盘结构 1256111.1.1底盘车架 194461.1.2行走机构 230241.1.3转台设计 3190901.2动力结构 392161.3传动结构 5179261.1.1行走动力传动系统 5180981.1.2采摘结构动力传动系统 7315901.4采摘结构 10144231.5输送结构 14130021.5.1传送带的设计 14103161.5.2滚轴的强度与刚度计算 161.1底盘结构1.1.1底盘车架车架采用成形良好的通体焊接车架，车架主体部分由四块水平、垂直梁板和四块相互重叠的垂直梁板组成，构成整个底盘系统的车架。腹板焊接在梁和纵梁之间，与纵梁形成框架。圆板焊接在其上，在圆板上钻孔，通过高强度螺栓连接到旋转轴承上。最后，底盘系统的焊接底盘框架形成，以承受车辆和设备的重量进行物理诊断。此外，上轮的安装底板需焊接在前两个横梁板和后两个横梁板之间[20]。图1.1底盘车架结构设计1.1.2行走机构考虑到采摘车的工作空间较小，且地面的障碍物比较多，整个工程需要较高的精度和灵活性才能到达车辆的指定位置，并满足地面的压力极限要求。因此，我们采用了前后定向轮复合的走行形式。该方案分配了车辆总重量和四轮物理诊断设备。这有效地降低了地板上一个轮子的压力。同时，这种复合步行方式以人为驱动，操作方便，适应性强，动作灵活，定位精准，具有清洁、节能、经济、环保、可靠等优点[21]。该系统采用差动转向装置,驱动轮对称地位于车身轴线两侧,独立地固定在车身中心。设计如图3－2所示。采摘车在单向驱动模块，驱动轮和驱动轮的齿轮同轴固定螺丝，驱动轮装有轴承，驱动轮和驱动轮支架连接轴，发动机传动齿轮和齿轮组成减速机构和发动机扭矩通过齿轮啮合传递。采摘车驱动模块的设计不仅满足了采摘车系统的功能和基本参数的要求，而且还要求易于组装和实现。图1.2驱动机构模型从图1.2中可以看到，选择750双侧轮组的设计方案来满足本文的车辆运动特性。车轮直径通常在250到1000毫米之间，轮辋直径选择为680毫米，胎面直径为750毫米。设计如图2.3所示的车轮。在这篇文章中，直齿圆轮直接连接到车轮的外边缘，以简化设计和减少整体车辆大小。用来传递动力[22]。使用这种采摘车驱动模块弹簧减震设计的好处是：（1）这样可以保证驱动轮与地面之间的充分接触。（2）当驱动车辆向前行驶经过地面高度不太能保持平稳上升时,驱动轮将与前方地面车轮产生一定弹性，发生接触,防止驱动轮因悬空而停止产生驱动力。1.1.3转台设计转台作为运输平台所有设备着陆和物理诊断的承载部分，转盘不仅可以执行相对底盘的旋转运动，也有一个可以执行各种动力设备和机构以及电子控制的接口。本文使用了一个井字形的框架结构焊接垂直和水平梁作为转台的总体框架。所述圆板和底板也焊接在转台下方的回转轴承上。驱动连接接口，电机与转鼓安装接口，电动缸底板等应布置在转台的适当位置。图1.3转台结构设计1.2动力结构驱动的电机是采摘车动力系统的组成部分中很重要的一部分。对于采摘车驱动的电机容量的正确选择至少需要同时满足以下这样几个条件要求:(1)无过载性能要求。采摘车时驱动的电机通常需要允许有一个3倍~5倍的过载力矩以能够满足短时直线加速行驶或快速爬坡需求;(2)最高额定转速。采摘车的驱动电机所能够持续提供的最高工作转速应满足能使整个采摘车能够匀速连续行驶;(3)效率功率。采摘车桥的所有驱动元件和辅助电机均要有个相对较好的高转矩输出效率图值(在大部分转矩和转速范围内都有较高效率)的输出,以确保能尽可能延长在汽车最大可续驶时间内的行驶里程。除此之外还需保证有至少一个相对稳定性较低的高功率转矩输出功率密度;(4)动态与可控系统性能。采摘车桥的主驱动设备及牵引电机性能要求均为越稳定状态下的精度越高、工作时长越长可控性也更高、动态性能越好[23]。目前,应用于电动采摘动车传动的大功率驱动辅助电机产品主要包括有:直流无刷电机、交流磁感应制动电机、永磁同步电机和直流开关型磁阻电机。永磁同步电机产品相比较于其他大功率驱动辅助电机,具有更多的技术优点。其本身结构较为简单、体积小、质量轻等的这些特点很有利于大功率电动车及其它系统组成结构的紧凑布置。另一方面永磁同步电机控制系统的综合可控的性能一般也较好。驱动电机优异可靠的动力控制输出性能对于自动档变速器的连续换挡与控制运动过程中发挥的作用十分地关键。因此,选取驱动电机类型一般为永磁的同步电机[24]。机身部分使用两个发动机，其中一个设计用于控制杠杆的提升运动，另一个用于发动机上，主要控制旋转，控制杠杆升降运动。1.带动臂部升降的电机：初选上升速度V=100mm/sP=6KW所以n=（100/6）×60=1000转/分选用Y90S-4型电动机是因为，它属于笼式异步电动机。它采用B级绝缘。外壳防护等级为IP44，冷却模式为I（014），全封闭和风扇冷却。如表1.1Y90S-4电动机技术数据所示：表1.1Y90S-4电动机技术数据型号额定功率KW满载时堵转电流堵转转矩最大转矩电流A转速r/min效率%功率因素额定电流额定转矩额定转矩Y90S-41.12.71400790.786.52.22.22.带动机身回转的电机：初选转速W=60º/sn=1/6转/秒=10转/分由于齿轮i=3减速器i=30所以n=10×3×30=900转/分选择Y90L-6型笼型异步电动机电机使用B级绝缘。外壳防护等级为IP44，冷却模式为I（014），全封闭并由风扇冷却，额定电压380V，额定功率50Hz。1.3传动结构1.1.1行走动力传动系统应用于农田区域果园内行驶的电动采摘车由于在长期使用生产过程中,会随时遇到外界各种各样变化的自然路况而变化以及随着车辆行驶路面条件变化的剧烈变化而变化,车速要求和道路行驶路面阻力大小也随之持续不断地变化。所以,单纯依靠调节电动机力矩要求的车速变化量是永远无法满足电动采摘车这样复杂多变条件下的生产行驶性能要求的。为了保证更好有效的适应高速公路行驶时条件发生的适应性变化,同时保证车辆驱动下的电机装置能够长时间在较高效率状态环境下进行工作,并尽可能减轻车辆动力电池中的电机负荷,车辆需要分别在主要驱动轮电机装置和主要驱动轮电池之间优化设计其传动系统。采摘车根据各驱动转向系统位置的不同要求,可以选择把主动力传动系统型式布置划分为如下四种,见图1.4所示。（a）驱动电机-变速器布置型（b）驱动电机-固定速比减速器布置型（c）驱动电机与传动同向布置型（d）轮毂电机布置型图1.4采摘车行走动力传动系统布置形式驱动电机-变速器布置模型如图(a)中所示,此模型中所用的机械传动系统结构一般由一个驱动的电机、离合器、变速器齿轮和中央差速器齿轮组成,这仍是内燃机采摘车传动系统机械布置上的一种常规安装形式。在上述组合形式的系统中,内燃机减速器被驱动电机减速器和储能电池减速器所代替,离合器、变速器齿和中间差速器齿的传动布置结构仍然与传统的内燃机采摘车系统一样。离合器一般用于机械传动或者用来分离并驱动交流电机离合与机械变速器,离合器装置和离合变速器同样也有可以同时被两种自动无级变速器所代替的可能,差速器最大的使用功能则是用以满足在车辆低速转弯运动时左右两侧车轮转速高低不同情况时的工作要求。驱动电机-固定速度比的减速器布置模型,见图(b),由于驱动的电机速度在基速比以上并能够自动提供给电机相对较恒定的传动功率,因此无级变速器也可以自动被另外一个固定速量比的减速器装置所完全代替,并且离合器踏板也都可以全部省去。第三种型式的传动系统结构原理则与上述的第二种型态的传动系统结构原理比较的接近或者类似,不同之处最主要的作用在于其将被驱动电机的驱动电机、固定齿轮同速传动的齿轮减速器总成系统和自动差速器系统分别布置或固定连接在齿轮驱动系统的轴柱上,驱动电机各系统之间则可以被进一步有效的整合而成为这样一个有机的整体,如下所图(c)中所示,整个型式的传动系统都可被实现大大地实现了简化工艺和装备集成化目标。所以就并没有必要考虑没有传动控制装置后可能带来的很大程度电动机总起动功率的损失,但是由于这样较为复杂的系统整体安装和布局形式还是对交流变频驱动的调速和电机控制系统都提出了一种相对来说较高的运行精度要求,需要整个系统能够配备至少部分能够稳定持续运行在一定高低转速区间。本文所设计的采摘车是在已有的燃油车的基础上开发设计的,故采用的是图1.4中第一种的基本结构,设计的是两档的变速器,并带有离合器。1.1.2采摘结构动力传动系统采摘车载荷确定采摘车载荷采摘车载荷变动小，由文献[2]（151）表8-7查得工况系数KA=1.2Pd=KAP=1.23=1.6(kw)（1.1）选取V带型号根据Pd，n0参考图8-8（课本P151）及表8-5（课本150）带型及小带轮直径，选择B型V带。带轮直径确定带轮直径d1,d2选小带轮直径d1参考文献[3]图1.16选取d1=125mm验算带速V===6.283m/s（1.2）（小带轮转度）满足速度要求5m/s25m/s确定从动轮基准直径==125=240mm取标准值=240mm（1.3）计算实际传动比===1.92（1.4）验算传动比相对误差理论传动比=1.92传动比相对误差=0<5% （1.5）合格中心距和基准带定中心距和基准带长初定中心距0.7（）2（）（1.6）262.5750 （1.7）计算带的基准长度2+（）+ （1.8）2=1795.559mm （1.9）取标准值1800mm，计算中心距，则600+=602.205mm（1.10）确定中心距调整范围：mm （1.11）mm（1.12）验算包角： （1.13）V带根数 由及查文献[4]用插值法求得额定功率为：=1.64(kw)功率增量查文献[4]得=0.3(kw)包角系数查文献[4]得=0.97长度系数查文献[4]得=0.95则V带根数为：==2 （1.14）选择2根B型V带确定单根V带出拉力查表1.1得单位长度质量=0.17==232.65 （1.15）1.4采摘结构（1）采摘手爪具有合适的开闭范围机械手的采摘控制范围大小，应与菠萝茎秆和成熟后的菠萝大小做分析，调查完后，手臂开闭的大小应从机械手拇指张开，旋转环绕开闭的角度，和机械手抓紧后和手臂长度两个公式数据。（2）拥有良好稳定的夹紧力和驱动力为了保证机械手在采摘菠萝时能很好的抓紧菠萝，并保证抓紧的菠萝在没有放到回收装置内时掉落，需要机械手在抓紧菠萝的时候，要有一定的抓紧力，也要保证机械手抓紧力的稳定，所以机械手选择的夹紧力和驱动装置需要选择合理的装置。(3)保证菠萝能够在机械手大小的范围内机械手在采摘菠萝的时候，应特别注意机械手能否能抓住形状大小不一的菠萝，要保证机械手抓取菠萝在机械手大小范围内，这就要对固定位置放行进行精准的控制设计。所以机械手爪，在夹住菠萝时，它的手爪一定要始终的保持相对位置的精准性，基本手指结构内应有的相对正确的固定位置。夹持装置的总体结构如图1.8所示。（4）结构简单轻便、效率高机械手爪位置在手腕和手臂的最前方，运动的形态也是多变的，手爪的各个构件，重量和受到或用到力的大小负载，可以直接的影响到机械手在采摘菠萝时的物理以及化学性能，所以机械手设计的一定要机构机密轻便，这样子工作的效率也会很高如图1.5所示。图1.5连杆杠杆式回转型夹持器1.夹紧力的计算（1）工件质量材料40钢，密度 （1.16）V——工件体积R——工件半径H——工件高度G——工件重力（2）夹紧力夹紧力约为工件重力的倍，则。2.手指部分各值的确定图1.6机械手手指部分结构图如图1.6由P——施加于活塞杆上的驱动力取带入式（3-1）得（1.17）实际为理论驱动力，为首爪的机械效率，一般取。（N）1.活塞杆直径的计算将活塞杆视为受拉杆，根据强度计算，可确定其直径 （1.18）或（1.19）式中P一一活塞所受的输出拉力（N）d一一活塞杆的直径——材料的抗拉强度（MPa）N——安全系数（一般取n>1.4）则 （1.20）4.机械手爪夹持范围计算手爪夹持范围，手指长，根据机构设计，它的最小夹持半径，如图1.7所示。夹持半径计算如下： （1.21）机械手爪张开的角度在22.5°时，满足设计要求。图1.7机械手手爪一手部结构图本文的主题是关于采摘车采菠萝使用采摘车的机械设计。采摘车采摘过程中所使用到的直角机械采摘手臂会被准确安装在采摘车上，同时还会装配一个行走的机构,采摘车本身是不会动的。现在将对采摘车的移动进行研究分析。电机、减速器等动力装置是分别安装固定在静动平台上运行的,进而为主动臂和2轴提供输出动力,静平台轴与其它三条主动臂轴是要通过一个转动副联轴器连接好的。在采摘过程中，主动臂的摆动带动从动臂运动。三个从动臂都是平行正四边形结构,通过四个铰链,将两条从动臂连接到主动臂上，而另外的从动臂则连接到采摘车主体上带动采摘车移动。最后，为实现采摘菠萝时更快移动，在采摘车末端也安装了相应的移动装置。1.右夹爪2.定位销3气缸推杆4.固定架5.自锁气缸6.左夹爪7下限位片.8.左橡胶片9.上限位片10.右橡胶片图1.8采摘夹爪图1.5输送结构1.5.1传送带的设计送带是菠萝运输存储装置中的重要部分,它主要由一个动力机构提供传递作用和动力将菠萝传输至整个菠萝运输存储装置中。根据车体的左右双向车体构造,将菠萝收集和传送带传输装置分别放在了左右两个车体框架之间。菠萝收集与传输装置带的最前端部分有很小一部分需要用于承接对菠萝叶片的振动冲击,考虑到它要能够适应较小恶劣振动的工作载荷环境,避免给皮带和传送系统动力部分造磨损，应该选用链传动。菠萝传输装置设计为链轮和链条之间的带传动输送带收集菠萝传输带的机械传动控制方式。图表1.9中所示为菠萝输送带样本。所经特别改造设计菠萝的收集存储装置的传输带上，必须在每一块传动带上配置几个防护栏，保证有效的将新鲜菠萝快速地输送并收集存储到菠萝专用的菠萝存储及收集装置输送带板内。因为有些菠萝是需要安装有一个固定的挡板进行储存收集的,有些菠萝就很容易会因为没有被防护栏拦下,而是扎到防护栏上，应该在防护栏上加置一个滚动毛刷，更快的保护菠萝进人存储装置。传送带主要是为了采摘菠萝后能快速的进人到旁边收集车内,考虑到车主的工作时间效率为一小时可收集大约100-200斤以上的新鲜菠萝,所以要求传送带长度要达到足够宽度。在这里仅以菠萝长为例,我们已经找好了许多个菠萝做了测量,菠萝的长度大约230mm,因此建议选择至少230mm×2作为传送带宽度。传送带宽至少为2个菠萝的宽