圃田自走式电动双轨运输机设计

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我国蔬菜、花卉和果苗等经济作物的生产越来越趋规模化,这些作物常种植在地势平坦的苗圃和农田里。规模由家庭圃园发展成为几十亩甚至上百亩的集中经营承包的种植基地。随着种植技术发展,播种、施肥、打药、灌溉和整地都已经有完善的机械化作业,而采收搬运过程成为整个机械化生产的短板环节,主要在于:(1)由于种植作物的品种多,开发专门采收机器成本高;(2)圃田泥泞且种植密集,轮式运输机难于行走圃田里;(3)承租的农田往往不允许修建硬底化道路;(4)作物采收后靠人工将农作物搬运出来,费时费力,影响上市;对此,本文研制了一种圃田自走式电动双轨运输机,实现圃田作物采收后快速搬运。文中首先针对运输机应用环境分析出运输机应具备的装载量、运行速度、遥控距离、驱动摩擦系数、电机电池和轨道支撑脚对土壤产生的压强等主要技术参数,确保运输机能满足设计要求。其次,根据分析出技术参数要求,提出了运输机的总体结构、动力传递路线、工作原理,并对关键部件进行设计、仿真分析和零件选型。本文重点解决了运输机驱动方式的实现、控制系统的硬件和程序设计、运输机轮子与轨道的贴合机构实现、运输机的减振调平、运输机沿轨道行驶的限位、轨道支脚的抗陷和驱动摩擦轮的系数确定等问题。设计过程中运用Auto CAD、Solidworks绘制了工程图和三维图形,同时运用PLC进行控制程序设计和Ansys对轨道部分进行静力学仿真分析。设计完成后,进行加工组装和试验,试验结果表明:(1)运输机能适应泥泞的圃田工作环境,除了个别支撑脚由于田地积水严重,陷入深度超过50mm,其他运输机支撑脚陷入土壤的深度均小于50mm。对于超出设计值的,只需要用砖块铺垫支撑即可满足使用要求。另外遥控距离应大于200m,满足空旷的圃田远程控制需求。(2)载重能力为750kg,可以装载直径10cm规格的果苗培养袋144棵。(3)运输机运行速度为0.564-0.718m/s,随着载重增加,速度略有下降,但是波动范围较小,说明运输机满载情况下电机仍未过载。运输机起步到匀速车速所用时间小于2.5s,运输机制动滑行距离小于2.2m,紧急制动距离小于0.05m,说明运输机滑行平顺和紧急避障制动距离在安全距离范围内。(4)运输机室内理想条件下的空载百米能耗为7.76Wh,满载百米能耗为21.5Wh,苗圃田户外试验空载百米能耗为9.16Wh,满载百米能耗为27.6Wh,4块220Ah/24V的电池能满足苗圃田2周工作所需的电量,能耗较低。(5)运输机振动加速度度振幅总体小于0.4G,其中垂直方向的振动小于横向的振动下速度,说明运输机减振效果明显。试验表明该机可适用于种植了蔬菜、花卉和果苗的圃田进行作物搬运,已经在梅州和云南进行了试验,并在云南瑞丽市柠檬良种苗圃进行应用,应用结果表明适用性较好,是圃田机械化生产的适用设备。
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