蘋果采摘多功能設(shè)計

　1　方案設(shè)計

　　當(dāng)運輸車遇到路面泥濘、濕滑和復(fù)雜不易通過時，通過遙控輪子內(nèi)的電機絲杠傳動，推動連桿使內(nèi)輪伸出，彈性履帶發(fā)生形變使之變成履帶式，車輪與地面接觸面積增大，車對地面壓強變小，以此來克服惡劣路面。當(dāng)路面良好時，輔助電機絲杠帶動輔助支架收縮，使輔助輪藏匿于車輪里，彈性履帶收縮包在主動輪上，此時車輪變成普通圓形車輪，靈活、快捷，能高速行駛。（4）在完成加工后對車輛進行試驗和性能測試，分析測試過程中發(fā)現(xiàn)的問題并加以改進。前輪作為主動輪使用一體式輪胎履帶輪，將一體式多功能后輪換成萬向輪與三腳輪結(jié)合，通過實物演示實驗發(fā)現(xiàn)不影響運輸車對復(fù)雜道路的適應(yīng)性而且增強其靈活性，可應(yīng)對類似樓梯狀的山路。另外，運輸車在貨物運輸時，難免會遇到短距離大件貨物搬運，所以又增加叉車裝置，提高運輸效率，減輕工作人員負擔(dān)。通過綜合分析與整車實驗發(fā)現(xiàn)方案更加合理 。

蘋果采摘履帶運輸車設(shè)計 　

　2　參數(shù)計算

　　1）　輪胎多功能構(gòu)的設(shè)計及計算

　　輔助輪推出機構(gòu)固定在兩個支撐盤之間，輔助輪推出機構(gòu)由輔助輪、輔助支架、銷軸、螺母、絲桿和輔助電機連接構(gòu)成，輔助電機固定在支撐盤上，輔助電機轉(zhuǎn)動帶動絲桿旋轉(zhuǎn)，推動螺母直線移動，螺母與輔助支撐架銷軸連接，通過輔助電機的正反轉(zhuǎn)實現(xiàn)輔助輪收縮功能。當(dāng)運輸車需要高速行進或路面情況較好時，采用普通輪式前進，此時兩個主動輪支撐履帶，使輪子保持圓形狀態(tài)，是普通輪子狀態(tài)，能快速、靈活行駛。很多朋友由于對機器的結(jié)構(gòu)和性能缺乏了解（尤其是新操作人員），一旦操作失誤容易導(dǎo)致故障，甚至導(dǎo)致機械事故的野蠻操作，或不適應(yīng)不同品牌的設(shè)備運行方式，習(xí)慣。當(dāng)遇到雨雪、泥濘、顛簸的復(fù)雜路況時，通話遙控使輔助電機絲杠傳動帶動輔助支撐架，輔助輪伸出，頂住彈性履帶發(fā)生變形，車輪變成履帶式，可輕松通過復(fù)雜路面。此輪胎履帶轉(zhuǎn)換機構(gòu)把普通輪子與履帶相結(jié)合，采用一體式，把輪式與履帶的優(yōu)點結(jié)合，使其適應(yīng)各種環(huán)境。

　　2）　動力傳遞設(shè)計及計算

　　運輸車動力設(shè)計要求不僅要保證車的機動性和靈活性，使輪子圓輪與履之間能夠轉(zhuǎn)換。對變形輪子的動力傳遞問題，由于在同一條中心線上有三個傳動軸，三個軸所傳遞的動力原件不同，無法使用一個軸實現(xiàn)。為更好地提高山地緩坡地果園的運輸效率，設(shè)計一種操作輕便而且適應(yīng)性好的運輸車很有必要。也就是主動輪轉(zhuǎn)動而支撐機構(gòu)不動。運用“嵌套原理”，使用空心軸，三軸同心結(jié)構(gòu)，三個軸可以分別傳遞動力，解決了車輪的動力傳輸問題。

　　動力傳動機構(gòu)的心軸軸承支架、中軸支架和外軸軸承支架固定在車底盤上，心軸上安裝有心軸齒輪，心軸通過軸承安裝在軸承支架中，心軸通過軸承安裝中軸，心軸的端部通過聯(lián)軸器及銷釘安裝外主動輪，中軸的端部安裝有支撐盤，支撐盤通過螺栓連接法蘭。中軸通過軸承安裝外軸，外軸上安裝有外軸齒輪，外軸的法蘭端部通過螺栓連接內(nèi)主動輪，三個軸同心彼此保持平行，而且只用一組支架固定，可以減少摩擦即減少能量損失。圖所示的轉(zhuǎn)向機構(gòu)中采用電機驅(qū)動減速機，由牽拉絲杠牽引側(cè)向布置的前后履帶運輸車轉(zhuǎn)向臂進行轉(zhuǎn)向。驅(qū)動電機與驅(qū)動電機減速箱的輸入連接，驅(qū)動電機減速箱的輸出驅(qū)動齒輪與外軸齒輪嚙合，齒輪軸上安裝有小齒輪、第二小齒輪，小齒輪與外軸齒輪嚙合傳動，心軸齒輪與第二小齒輪嚙合傳動。另外輔助電機的電源線從空心軸里通過，與車體控制系統(tǒng)連接 。

   3　結(jié)構(gòu)及控制設(shè)計

　　1）　彈性履帶的設(shè)計

　　本車的履帶不僅要有普通履帶的剛性，而且還要具有彈性，能夠收縮變形。所以設(shè)計的履帶外層用能伸縮的橡膠，里層是松緊帶捆上有較高強度的鋼條，黑色的是輔助輪軌跡帶，軌跡帶卡在輔助輪槽內(nèi)，防止掉帶。現(xiàn)代多功能發(fā)動機多采用柴油機,其主要原因是:柴油機的壓縮比高,做功行程的氣體膨脹比較充分,能量利用率高,燃油消耗率比汽油機一般低。此彈性履帶能在輔助輪的支撐下發(fā)生彈性形變，且具有一定的強度，能夠支撐整車及貨物的重量。

　　2）后輪的設(shè)計

　　為了方便越障，選擇三角輪，不僅越障能力好，而且設(shè)計得當(dāng)可以實現(xiàn)爬樓梯，但是在轉(zhuǎn)彎時不方便。為了方便轉(zhuǎn)彎，把后輪采用小型萬向輪，其靈活旋轉(zhuǎn)效果可以增大整車的靈活性，但是帶來的問題就是越障性能不好，為了中和雙方的優(yōu)點，將三角輪和萬向輪均安裝在后輪的位置，萬向輪放在車底板中軸線與三角輪軸線的交點處，遇到障礙時則三角輪先與障礙物接觸，平坦路面萬向輪與地面接觸，所以三角輪與萬向輪不產(chǎn)生干涉。多功能的研究為了方便單人操作和限度的簡化結(jié)構(gòu)、降低成本，同時又要保持車體的靈活性與穩(wěn)定性，選用單履帶運輸車裝置作為核心裝置。當(dāng)需要轉(zhuǎn)彎的時候，萬向輪發(fā)揮作用，可以實現(xiàn)靈活轉(zhuǎn)彎，當(dāng)需要越障或爬樓梯時，采用三角輪工作的方式增強越障能力，將兩者優(yōu)點充分融合。

　　3）控制系統(tǒng)設(shè)計

　　電路線路控制部分，主要由單片機STC12C5A60S2、專用驅(qū)動集成電路 L298N、2262-M4 無線遙控模塊、8 路繼電器模塊和 LED 指 示 燈 模 塊 構(gòu) 成。 單 片 機STC12C5A60S2 作為控制中心處理器，負責(zé)處理各種信息；正三支點履帶運輸車布置品字形，轉(zhuǎn)向履帶運輸車沿車輛縱軸線對稱布置，靠一組履帶運輸車進行轉(zhuǎn)向。驅(qū)動集成電路 L298N 負責(zé)控制輔助電機的正反轉(zhuǎn)；2262-M4 無線遙控模塊負責(zé)人工遙控信息的接受；8路繼電器模塊負責(zé)控制驅(qū)動電機，由于驅(qū)動電機功率高，電流大，驅(qū)動集成電路 L298N 無法使用，故選擇繼電器來控制；LED 指示燈模塊負責(zé)顯示信號處理情況，直觀反映控制系統(tǒng)工作狀態(tài)。

蘋果采摘多功能計輪胎和履帶轉(zhuǎn)換運輸車，在雨雪泥濘、崎嶇顛簸的道路上輪子變成履帶式，輕松越過各種復(fù)雜路面；在平坦道路上變成普通圓形車輪，能高速、靈活行駛。應(yīng)用于山區(qū)或道路不好的鄉(xiāng)下的貨物運輸。可以幫助快遞公司提率，降低成本，節(jié)省快遞員人力?？紤]到山地特殊的地形條件，通過對輪式、履帶式和手扶式等幾種運輸方式的比較，選用履帶式結(jié)構(gòu)。此運輸車上的一體式輪胎履帶轉(zhuǎn)換機構(gòu)與輪椅相結(jié)合，能夠做出上下樓梯的輪椅；也可以用于助力車等。只要稍加改裝可適應(yīng)于多種環(huán)境。所以此作品極具有推廣價值。

多功能的發(fā)動機特性

　　現(xiàn)代多功能發(fā)動機多采用柴油機,其主要原因是:柴油機的壓縮比高,做功行程的氣體膨脹比較充分,能量利用率高,燃油消耗率比汽油機一般低;由于柴油機的燃油消耗率低以及柴油密度大,在相同容積油箱的情況下,履帶運輸車采用柴油機的行程里程為采用汽油機的倍;柴油不易蒸發(fā)、著火點高,不易發(fā)生火災(zāi),易于儲存和運輸,可以減少履帶運輸車的火災(zāi)危險性;柴油機易于改裝成多種燃料發(fā)動機;柴油機易于采用增壓技術(shù)提高發(fā)動機的單位體積功率,降低發(fā)動機的比質(zhì)量和燃油消耗率,從而提高發(fā)動機的緊湊性和燃油經(jīng)濟性。1980年，北京工業(yè)學(xué)院魏宸官建立了多功能勻速轉(zhuǎn)向時，轉(zhuǎn)向的運動學(xué)和動力學(xué)參數(shù)間的關(guān)系，給出了履帶運輸車轉(zhuǎn)向時動力學(xué)參數(shù)的求解方法。

履帶運輸車的發(fā)動機特性 　　近年來履帶運輸車柴油機性能有了很大提高,提高功率主要靠增加平均有效壓力,具體措施包括采用渦輪增壓技術(shù)、中冷技術(shù)、電子控制、超高增壓、低散熱等新技術(shù)。通過提高增壓度和采用中冷技術(shù),使結(jié)構(gòu)更加緊湊,油耗進一步降低。在全部35秒的過程中，并不是所有履帶板均與驅(qū)動輪輪齒有嚙合作用，這里只有編號為6到編號為16的這11塊履帶板發(fā)生與驅(qū)動輪齒的嚙合。履帶運輸車發(fā)動機的功率。由于履帶運輸車經(jīng)常在惡劣環(huán)境下行駛,對動力裝置輔助系統(tǒng)的功能、性能提出了特殊的要求。

履帶運輸車的發(fā)動機特性

　　多功能在不同的路面行駛時,造成柴油機的負荷阻力矩在很大的范圍內(nèi)變化。為了保持柴油機正常工作,并且穩(wěn)定柴油機的穩(wěn)定工作轉(zhuǎn)速和限制柴油機的轉(zhuǎn)速,履帶運輸車的發(fā)動機采用全程調(diào)速的風(fēng)冷式渦輪增壓柴油機,其模型包括標定功率速度特性和部分速度特性模型。專家控制系統(tǒng)將工程控制論與專家系統(tǒng)相結(jié)合,已廣泛應(yīng)用于故障診斷、各種工業(yè)過程控制和工業(yè)設(shè)計的智能控制系統(tǒng)。調(diào)速器的采用可以改進柴油機的轉(zhuǎn)矩曲線,盡管發(fā)動機工作時其輸出轉(zhuǎn)矩可以在很大的范圍內(nèi)變化,但其轉(zhuǎn)速變化很小,因此保證了發(fā)動機在穩(wěn)定的狀態(tài)下工作,以適應(yīng)行駛阻力的急劇變化。

　　柴油機的外特性代表車輛柴油機在使用中允許達到的性能,直接關(guān)系到車輛的動力性能。柴油機部分特性曲線的有效功率、有效扭矩、小時燃油消耗的變化趨勢與外特性曲線相類似,但均小于外特性的值。多功能履帶板履帶板在行走裝置運動過程中，依次與驅(qū)動輪嚙合，將驅(qū)動輪的扭矩轉(zhuǎn)化為克服各種阻力推動整機運行的動力，進行履帶板在嚙合過程中的受力規(guī)律的分析研究，對設(shè)計者進行驅(qū)動電機的選擇、履帶板的設(shè)計和驅(qū)動輪的結(jié)構(gòu)等工作都具有重要的指導(dǎo)作用。柴油機理論上是一個非線性不確定系統(tǒng),其數(shù)學(xué)模型是非線性的。雖然非線性的數(shù)學(xué)模型可以準確描述柴油機的工作特性,但是它不便使用,所以在實際應(yīng)用時常常采用準線性模型代替非線性模型。另外多功能在正常行駛過程中,發(fā)動機一般是相對穩(wěn)定的系統(tǒng),也就是說發(fā)動機的轉(zhuǎn)速波動不是太大。

小型農(nóng)用多功能輕量化研究

國內(nèi)外不少學(xué)者開展了農(nóng)用車的車架輕量化研究，提出了多種優(yōu)化方法。利用ANSYS軟件對半掛車車架進行輕量化研究，質(zhì)量最大降幅可達25.5%。多功能進行模糊換擋的前提是控制系統(tǒng)應(yīng)具有熟練駕駛員經(jīng)驗知識,駕駛員的操縱意圖主要通過油門踏板和轉(zhuǎn)向制動操縱桿來反映。對輪式山地運輸機車架進行輕量化設(shè)計，通過改變橫梁結(jié)構(gòu)及板厚，在滿足功能的條件下質(zhì)量減輕12.4%。也有文獻利用尺寸優(yōu)化方法對空投越野車、手扶電力驅(qū)動車、礦用車等的車架進行輕量化設(shè)計，設(shè)計后的車架質(zhì)量均有大幅減輕。

小型農(nóng)用多功能輕量化研究 　　小型農(nóng)用履帶運輸車在果園有較好的通過性，采用電驅(qū)動的履帶運輸車相比傳統(tǒng)的內(nèi)燃機履帶運輸車在振動噪聲控制、裝備智能化及生態(tài)環(huán)保等方面具有一定的優(yōu)勢。上坡行駛時坡道阻力增大,若動力不足則降擋,同時為防止連續(xù)坡道的頻繁換擋,應(yīng)增大中、低擋使用范圍。因此，根據(jù)電動履帶運輸車的總體設(shè)計要求，對車架進行合理的輕量化設(shè)計具有重要的意義。

　　目前，對于電動履帶底盤車架的輕量化設(shè)計研究較少。本研究基于果園電動履帶運輸車的底盤設(shè)計要求，構(gòu)建車架有限元分析模型，采用結(jié)構(gòu)優(yōu)化的方法對車架進行輕量化設(shè)計，以期為果園多功能的輕量化設(shè)計提供參考。

多功能輕量化研究 　　建立了果園電動履帶底盤車架的有限元模型，靜態(tài)電測試驗結(jié)果驗證了所構(gòu)建模型的可行性。通過對車架進行輕量化設(shè)計，使其在滿足強度、剛度的條件下，質(zhì)量降幅為8.82%，較好地達到了輕量化的目標?；谏鲜黾僭O(shè)，Routh提出了用于解決多剛體系統(tǒng)碰撞問題的動量平衡法。運用有限元模態(tài)分析的方法對輕量化前后車架結(jié)構(gòu)的各階頻率進行了對比分析，結(jié)果表明，經(jīng)過輕量化設(shè)計后車架結(jié)構(gòu)的各階頻率均有所提升。其中，一階頻率提高了11.81%，進一步提升了底盤的行駛性能。