溫室采摘車的機(jī)電液一體化設(shè)計(jì)【畢業(yè)設(shè)計(jì)】

1、<p>　　本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)</p><p><b>　　（二零 屆）</b></p><p>　　溫室采摘車的機(jī)電液一體化設(shè)計(jì)</p><p>　　所在學(xué)院 </p><p>　　專業(yè)班級(jí) 械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 </p>

2、<p>　　學(xué)生姓名 學(xué)號(hào) </p><p>　　指導(dǎo)教師 職稱 </p><p>　　完成日期 年 月 </p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本文主

3、要介紹了國(guó)內(nèi)外溫室采摘車的應(yīng)用與研究現(xiàn)狀，以及采摘車的機(jī)械結(jié)構(gòu)和工作原理，并且設(shè)計(jì)出了一套新的采摘車設(shè)計(jì)方案。該采摘車主要結(jié)合了機(jī)械電氣液壓等各方面知識(shí)，是一種小型移動(dòng)式可自動(dòng)連續(xù)升降的溫室農(nóng)作物果實(shí)收獲機(jī)械。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便。主要是以蓄電池供電，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)完成前進(jìn)后退的動(dòng)作；以液壓系統(tǒng)為舉升系統(tǒng)的動(dòng)力功能。</p><p>　　我國(guó)是農(nóng)業(yè)大國(guó)，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化，農(nóng)業(yè)裝備的機(jī)械化、智能化是發(fā)展的必然趨勢(shì)。而且溫室

4、采摘作業(yè)是蔬果生產(chǎn)鏈中最耗時(shí)、最費(fèi)力的一個(gè)環(huán)節(jié)。采摘作業(yè)的季節(jié)性強(qiáng)，勞動(dòng)強(qiáng)度大，費(fèi)用高。所以隨著溫室大面積的推廣與種植，研究溫室采摘車更具有重要的意義。</p><p>　　關(guān)鍵字：溫室、采摘車、升降臺(tái)、液壓控制、電路控制回路</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　This paper introduces

5、the domestic and international greenhouse picking Study and Application of the car, and picking the car and working principle of the mechanical structure and designed to pick out a new car design.The combination of picki

6、ng a vehicle to hydraulic and other mechanical and electrical knowledge, is a small portable greenhouse can be automatically and continuously lift the fruit crop harvesting machinery.Simple structure, easy to use.Mainly

7、in battery-powered, driving motor, for</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　摘 要I</b></p><p>　　AbstractII</p><p><b>　　1 緒論1</b></p&g

8、t;<p>　　1.1課題的來(lái)源1</p><p>　　1.2課題的意義錯(cuò)誤!未定義書簽。</p><p>　　1.3溫室采摘機(jī)構(gòu)國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀1</p><p>　　1.3.1 國(guó)外的研究現(xiàn)狀2</p><p>　　1.3.2 國(guó)內(nèi)的研究現(xiàn)狀2</p><p>　　1.4課題研究的主要內(nèi)容3

9、</p><p>　　2溫室采摘車的方案設(shè)計(jì)與總體設(shè)計(jì)5</p><p>　　2.1設(shè)備的方案設(shè)計(jì)5</p><p><b>　　2.2方案評(píng)價(jià)6</b></p><p>　　2.3溫室采摘車的總體設(shè)計(jì)7</p><p>　　3設(shè)計(jì)計(jì)算和校核14</p><p>

10、　　3.1采摘車行進(jìn)軸的計(jì)算和校核15</p><p>　　3.1剪叉式升降平臺(tái)計(jì)算與校核16</p><p>　　3.2.1 叉臂梁的計(jì)算與校核17</p><p>　　3.2.2 銷軸的計(jì)算與校核17 </p><p><b>　　4設(shè)計(jì)說(shuō)明 17</b></p><

11、;p><b>　　結(jié)論18</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)19</b></p><p><b>　　致謝20</b></p><p><b>　　附錄17</b></p><p>　　附錄圖1 總體裝配圖21</p>

12、;<p>　　附錄圖2 從動(dòng)輪的軸設(shè)計(jì)22</p><p>　　附錄圖3 驅(qū)動(dòng)輪的設(shè)計(jì)23</p><p>　　附錄圖4 升降臺(tái)梁設(shè)計(jì)24</p><p>　　附錄圖5 溫室管道路線的設(shè)計(jì)25</p><p>　　附錄圖6 整體三維圖設(shè)計(jì)26</p><p><b>　　1 緒論<

13、;/b></p><p><b>　　1.1課題的來(lái)源</b></p><p>　　20世紀(jì)在人類歷史上是一個(gè)科技突飛猛進(jìn)的時(shí)代，在這一百年中各種新的技術(shù)和新的理論不斷出現(xiàn)。在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，現(xiàn)代溫室種植模式得到同益廣泛的重視，對(duì)傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式帶來(lái)了較大沖擊，對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械丌發(fā)和研究提出了許多新的課題，隨著新的農(nóng)業(yè)機(jī)械的不斷出現(xiàn)又促進(jìn)了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展?。</p&

14、gt;<p>　　為了更好地促進(jìn)科技在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用，推廣先進(jìn)的溫室種植模式，提高我國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械和設(shè)施裝備的自動(dòng)化水平，北京工業(yè)大學(xué)和北京市農(nóng)業(yè)機(jī)械研究所共同研究設(shè)計(jì)了將廣泛應(yīng)用在溫室農(nóng)業(yè)作物收獲的采摘機(jī)械。</p><p><b>　　1.2課題的意義</b></p><p>　　溫室采摘機(jī)器人是一種以農(nóng)產(chǎn)品為操作對(duì)象，兼有模擬人類智能感知和四肢行動(dòng)功能、

15、可重復(fù)編程的柔性自動(dòng)化或者半自動(dòng)化設(shè)備。隨著工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的高速發(fā)展，農(nóng)業(yè)機(jī)器人也隨著迅速發(fā)展，它的作用可以簡(jiǎn)單歸納為以下幾點(diǎn): ①緩解農(nóng)業(yè)勞動(dòng)力的不足; ②替代人類從事臟、累、辛苦的勞動(dòng); ③替代人類從事機(jī)械式的單調(diào)勞動(dòng);④獲得高品質(zhì)、高附加值的農(nóng)產(chǎn)品; ⑤實(shí)現(xiàn)植物工廠內(nèi)的無(wú)菌化生產(chǎn)。所以，在未來(lái)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)全過(guò)程信息化中，農(nóng)業(yè)機(jī)器人將起到舉足輕重的作用 。</p><p>　　我國(guó)是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó)，要實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化

16、，農(nóng)業(yè)裝備的機(jī)械化、智能化是發(fā)展的必然趨勢(shì)。隨著計(jì)算機(jī)和自動(dòng)控制技術(shù)的迅速發(fā)展，機(jī)器人已逐步進(jìn)入到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中。農(nóng)業(yè)機(jī)器人不同于工業(yè)機(jī)器人，它對(duì)生產(chǎn)作業(yè)的要求較高，都是勞動(dòng)密集型作業(yè)，再加上季節(jié)的要求，保證收獲質(zhì)量就成為關(guān)鍵的問(wèn)題。溫室采摘作業(yè)是蔬果生產(chǎn)鏈中最耗時(shí)、最費(fèi)力的一個(gè)環(huán)節(jié)。采摘作業(yè)的季節(jié)性強(qiáng)，勞動(dòng)強(qiáng)度大，費(fèi)用高。目前，國(guó)內(nèi)蔬果采摘作業(yè)基本上都是靠人工完成的，采摘效率低，費(fèi)用占成本的比例約為50%~70%。隨著溫室大面積的推廣

17、與種植，研究溫室采摘車更具有重要的意義。</p><p>　　1.3溫室采摘國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀</p><p>　　1.3.1 國(guó)外的研究現(xiàn)狀</p><p>　　近年來(lái)，發(fā)達(dá)國(guó)家"農(nóng)業(yè)設(shè)施"已向"工廠化農(nóng)業(yè)"過(guò)渡。如荷蘭的計(jì)算機(jī)自控連棟大型溫室。以色列的半自動(dòng)連棟塑料大棚以及法國(guó)、日本等國(guó)家的封閉式循環(huán)流水魚類養(yǎng)殖車間。目前國(guó)外

18、對(duì)采摘機(jī)械的研究是以采摘機(jī)器人為主。在70年代末期，隨著計(jì)算機(jī)和自動(dòng)控制技術(shù)的迅速發(fā)展，美國(guó)首先開始研究各種農(nóng)業(yè)機(jī)器人。[1]機(jī)器人采摘示意圖草圖1所示。自1983年第一臺(tái)采摘機(jī)器人在美國(guó)誕生以來(lái)，歷經(jīng)了20 多年的研究和試驗(yàn)，以日本為代表的發(fā)達(dá)國(guó)家，包括美國(guó)、法國(guó)、荷蘭、英國(guó)、西班牙等國(guó)相繼試驗(yàn)成功了多種采摘機(jī)器人，如蘋果、柑桔、番茄、西瓜和葡萄等果實(shí)采摘的具有人工智能的機(jī)器人[2]。表一描述了部分國(guó)家的果蔬采摘機(jī)器人的研究進(jìn)展。[3

19、]</p><p>　　表一 部分國(guó)家的果蔬采摘機(jī)器人的研究進(jìn)展統(tǒng)計(jì)</p><p>　　對(duì)于采摘機(jī)械手的設(shè)計(jì)是個(gè)難點(diǎn)，日本首先是京都大學(xué)Noboru Kawamura 等人在80 年代中期研制了五自由度關(guān)節(jié)型機(jī)械手，但這種機(jī)械手的工作空間并沒(méi)有包含所有果實(shí)的位置，而且機(jī)械手末端執(zhí)行器的可操作度也低。[4]與此同時(shí)韓國(guó)研制的蘋果采摘機(jī)器人采用了極坐標(biāo)機(jī)械手，旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)可左右移動(dòng)，絲桿關(guān)節(jié)可以

20、上下移動(dòng)，從而工作空間可達(dá)3m。[5]機(jī)械手的模型大體如圖2所示。20 世紀(jì)90 年代，日本崗山大學(xué)Naoshi Kondo 等人在番茄采摘機(jī)器人上設(shè)計(jì)出了具有7 個(gè)自由度的能夠指定采摘姿態(tài)的機(jī)械手。[6]自由度越高，其機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)越靈活，計(jì)算機(jī)的也就控制越復(fù)雜。對(duì)于果蔬采摘的另一難點(diǎn)，機(jī)器人尋找辨位的視覺系統(tǒng)的設(shè)計(jì)也在20世紀(jì)90年代拉開了序幕，日本崗山大學(xué)Naoshi Kondo 等人在番茄、草莓采摘機(jī)器人上用彩色攝像頭和圖像處理卡

21、組成的視覺識(shí)別系統(tǒng)來(lái)尋找和識(shí)別成熟果實(shí)，利用雙目視覺方法對(duì)目標(biāo)進(jìn)行定位。該系統(tǒng)從識(shí)別到采摘完成的速度大約是15 秒/個(gè)，成功率在70%左右。日本國(guó)立農(nóng)業(yè)研究中心的Murakami 等人在甘藍(lán)、茄子采摘機(jī)器人中采用CCD 視覺識(shí)別系統(tǒng)，工作中利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（</p><p>　　圖1 機(jī)械手的末端執(zhí)行器</p><p>　　1.3.2 國(guó)內(nèi)的研究現(xiàn)狀</p><p>

22、;　　設(shè)施農(nóng)業(yè)是依靠科技進(jìn)步而形成的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)，是傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要轉(zhuǎn)折。但我國(guó)設(shè)施農(nóng)業(yè)起步較晚，發(fā)展緩慢，尤其是機(jī)械化作業(yè)水平低下。與發(fā)達(dá)國(guó)家相比存在很大差距，如人均管理面積僅相當(dāng)于荷蘭的1／4、日本的1／5和美國(guó)的1／300，而且作業(yè)質(zhì)量差，產(chǎn)出不盡如人意，平均單產(chǎn)約為荷蘭的1／3-1／4。機(jī)械化水平低成為制約我國(guó)設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)展的瓶頸。</p><p>　　我國(guó)從20 世紀(jì)70 年代開始研究果園采摘

23、機(jī)械，先后研制出與手扶拖拉機(jī)配套的機(jī)械振動(dòng)式山楂采果機(jī)、氣囊式采果器和手持電動(dòng)采果器。后兩者實(shí)際上還是人工作業(yè)用的輔助機(jī)械，雖然在保護(hù)果實(shí)不受損傷方面做得較好，但是其效率還是太低。80 年代后，開始研究和制造切割型采摘器，果園采摘也從人工使用剪刀采摘發(fā)展到使用機(jī)械裝置采摘。90年代開始，市場(chǎng)的因素帶動(dòng)了果樹種植的熱潮，眾多中小種植戶的需求帶動(dòng)了簡(jiǎn)易采摘器的市場(chǎng)。</p><p>　　其后氣動(dòng)剪枝機(jī)、輔助升降平臺(tái)等

24、機(jī)具相繼進(jìn)入了市場(chǎng)。國(guó)內(nèi)氣動(dòng)剪著名廠商有臺(tái)灣郁馨公司的ST-360型氣動(dòng)剪。1992 年浙江金華農(nóng)機(jī)所研究了由拖拉機(jī)操作的用于采摘水果的升降機(jī)，上升高度可達(dá)7m。2007年新疆機(jī)械研究院研制了我國(guó)第一臺(tái)多功能果園作業(yè)機(jī)，即LG-1 型多功能果園作業(yè)機(jī)。該作業(yè)機(jī)的研制成功標(biāo)志著我國(guó)果園單一的采摘機(jī)械進(jìn)入到了多功能作業(yè)機(jī)械時(shí)代[8]。</p><p>　　我國(guó)對(duì)于機(jī)械手和視覺系統(tǒng)的研究也是目前比較重視的一塊。浙江大學(xué)

25、的梁喜鳳[9]等為分析收獲機(jī)械手運(yùn)動(dòng)學(xué)特性進(jìn)行了番茄收獲機(jī)械手運(yùn)動(dòng)學(xué)優(yōu)化與仿真試驗(yàn)，取得了較好的效果。浙江大學(xué)的應(yīng)義斌等人完成了水果自動(dòng)分級(jí)機(jī)器人的研究開發(fā)[10]。我國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)將雙目視覺技術(shù)運(yùn)用于草莓采摘機(jī)器人上，提出利用成熟草莓輪廓信息進(jìn)行Hough變換的成熟草莓識(shí)別算法[11]，運(yùn)用Bayes分類判別模型對(duì)溫室黃瓜果實(shí)進(jìn)行模式識(shí)別與分割的算法，該算法能從自然背景中較好識(shí)別出黃瓜果實(shí)[12]。該算法還可以對(duì)溫室草莓，西紅柿，茄子等水

26、果蔬菜進(jìn)行識(shí)別，具有較強(qiáng)的通用性。中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)主要致力于果實(shí)采摘機(jī)器人圖像識(shí)別的研究[13]。</p><p>　　果蔬采摘機(jī)器人操作者是農(nóng)民，不是具有機(jī)電知識(shí)的工程師，因此要求果蔬采摘機(jī)器人必須具有高可靠性和操作簡(jiǎn)單的特點(diǎn)；另外，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以個(gè)體經(jīng)營(yíng)為主，如果價(jià)格太高，就很難普及。上述多種因素很大程度上限制了智能型的采摘機(jī)械的推廣和使用。根據(jù)國(guó)情和設(shè)施農(nóng)業(yè)的特點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)目前國(guó)內(nèi)農(nóng)業(yè)市場(chǎng)急需針對(duì)日光溫室、單棟大棚和小

27、型連棟溫室的植保機(jī)械的產(chǎn)品，比如小型采摘及運(yùn)輸機(jī)械。性能可靠、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、操作靈活的輕便微型化的機(jī)械裝備將比智能型采摘機(jī)器人更受到普遍歡迎，有良好的市場(chǎng)前景和應(yīng)用價(jià)值。</p><p>　　1.4課題研究的主要內(nèi)容</p><p>　　結(jié)合國(guó)內(nèi)外研究狀況和國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的需求，本課題要求針對(duì)溫室立體栽培農(nóng)作物，設(shè)計(jì)研制出一種小型移動(dòng)式可自動(dòng)連續(xù)升降的溫室農(nóng)作物果實(shí)收獲機(jī)械。本課題的研究?jī)?nèi)

28、容包括搜集和分析國(guó)內(nèi)外有關(guān)的資料，獲得可靠的設(shè)計(jì)依據(jù)制定出總體方案設(shè)計(jì)，進(jìn)行主要工作性能參數(shù)的計(jì)算和主要部件的選型，根據(jù)總體設(shè)計(jì)中的設(shè)計(jì)方案，設(shè)計(jì)各個(gè)部件結(jié)構(gòu)總圖、零件圖、總裝配圖等加工圖紙，繪制液壓系統(tǒng)原理圖和電氣控制原理圖等。設(shè)計(jì)出一種小型移動(dòng)式可自動(dòng)連續(xù)升降的溫室農(nóng)作物果實(shí)采摘機(jī)械。</p><p>　　2設(shè)備方案設(shè)計(jì)與總體設(shè)計(jì)</p><p>　　2.1溫室采摘車總體方案設(shè)計(jì)<

29、;/p><p>　　圖2 溫室采摘車總體方案設(shè)計(jì)</p><p><b>　　2.2方案評(píng)價(jià)</b></p><p>　　該設(shè)計(jì)雖然能夠人為地去完成采摘工作，但是還不能做到自動(dòng)化。</p><p>　　2.3溫室采摘車的總體設(shè)計(jì)</p><p>　　溫室采摘車動(dòng)力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)</p>&

30、lt;p>　　溫室采摘車在大棚的不同通道間來(lái)回作業(yè)，如果采用固定電源，采摘車在不同位置間移動(dòng)時(shí)，將需要大量的電源線追隨，限制了其工作范圍和行走路徑。為了便于工作，在設(shè)計(jì)該采摘車時(shí)采用蓄電池作為自帶動(dòng)力源?？紤]到溫室采摘車的用戶為普通農(nóng)民或農(nóng)業(yè)經(jīng)營(yíng)者，力求價(jià)格低廉使用可靠方便，所以選擇普通鉛酸免維護(hù)蓄電池為采摘車的動(dòng)力源。由于蓄電池輸出的為直流電壓，所以電動(dòng)機(jī)須定為直流電動(dòng)機(jī)。</p><p>　　假設(shè)采摘車

31、由暖氣軌道進(jìn)行導(dǎo)向縱向前進(jìn)和后退行駛，可實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速并可剎車，不需爬坡，車速范圍：O-0.5m/s；兩行植株間距1m，采摘車整機(jī)寬度不能超過(guò)1m；暖氣管道中心距0.5m；采摘載重150-200kg；最大舉升高度2m。</p><p>　　采摘車原動(dòng)及傳動(dòng)部分采用以蓄電池為動(dòng)力源，電動(dòng)機(jī)作為原動(dòng)機(jī)，通過(guò)鏈傳動(dòng)方式，使縱向行駛系統(tǒng)沿著溫室地面的暖氣軌道正反向平穩(wěn)行駛。車輪與硬地面材質(zhì)間的滑動(dòng)靜摩擦系數(shù)是0.3，車輪軸

32、套與暖氣軌道間的滑動(dòng)靜摩擦系數(shù)是0．15，采摘車的最大載重量200公斤，假設(shè)自重為300公斤，則負(fù)載機(jī)械的全部重量為500公斤。則負(fù)載機(jī)械的最大靜摩擦阻力為：</p><p>　　F=fG=0.3（500/2）10+0.15（500/2）10=1125 N</p><p>　　因?yàn)镻=FV，所以負(fù)載機(jī)械所需輸入功率P=1125N0.5m/s0.97580W（0.97為機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)里齒輪鏈的

33、傳動(dòng)效率）</p><p>　　初步定下電動(dòng)機(jī)的最小輸出功率為580W,電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n=車輪的轉(zhuǎn)速傳動(dòng)比i,i=2,車輪直徑取d=0.2m,=60V/（d）48 r/min 所以電機(jī)轉(zhuǎn)速n=96 r/min</p><p>　　轉(zhuǎn)矩T=P9550n57.7 N.m,所以電動(dòng)機(jī)的最小功率大于580W,轉(zhuǎn)速96 r/min,轉(zhuǎn)矩不小于57.7 N.m,所以電動(dòng)機(jī)功率選擇0.75 kW,轉(zhuǎn)速選擇9

34、10 r/min的Y90S-6型電動(dòng)機(jī),電動(dòng)機(jī)外加個(gè)減速器傳動(dòng)比為9.48</p><p>　　減速器的設(shè)計(jì)分配傳動(dòng)裝置各級(jí)傳動(dòng)比由為使V帶輪的尺寸不致過(guò)大,傳動(dòng)比，則齒輪傳動(dòng)比</p><p><b>　　各軸轉(zhuǎn)速:</b></p><p><b>　　1軸 </b></p><p>&l

35、t;b>　　2軸 </b></p><p><b>　　工作軸 </b></p><p><b>　　各軸功率: </b></p><p>　　各軸轉(zhuǎn)矩 : ; ; </p><p>　?。?）溫室采摘車傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)</p><p>　　通

36、過(guò)帶傳動(dòng)方式，使縱向行駛系統(tǒng)沿著溫室地面的暖氣軌道平穩(wěn)行駛。，兩帶輪之間的中心距，V型帶，其帶長(zhǎng)度為：L=685．8(mm)</p><p><b>　　溫室采摘車底盤設(shè)計(jì)</b></p><p>　　采摘車地盤設(shè)計(jì)：考慮植株通道間的寬度，采摘車的寬度選擇0.8米，長(zhǎng)度選擇2.5米。</p><p>　　溫室采摘車舉升系統(tǒng)的設(shè)計(jì)</p&g

37、t;<p>　　舉升系統(tǒng)由4個(gè)液壓缸和兩個(gè)液壓動(dòng)力單元構(gòu)成。4個(gè)液壓缸分成前后兩組，兩個(gè)液壓動(dòng)力單元分別為前后兩組液壓缸提供動(dòng)力。若是想升降工作平臺(tái)只需要兩個(gè)液壓缸同時(shí)工作。若是想從采摘車上卸下采摘的果實(shí)，可以工作后面一組的液壓缸，這樣就能使得液壓缸處于傾斜狀態(tài)。</p><p>　　液壓缸的設(shè)計(jì)主要考慮到液壓缸所受力主要是壓力。壓力</p><p>　　考慮人的體重加采摘工

38、作臺(tái)得重量，初定150Kg，取10。</p><p><b>　　所以</b></p><p>　　經(jīng)過(guò)計(jì)算初步定下液壓缸推動(dòng)桿的直徑為75mm。</p><p>　　溫室采摘車液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)</p><p>　　油泵泵油，液壓油經(jīng)普通單向閥進(jìn)入油缸，油缸推動(dòng)平臺(tái)上升。液壓缸舉升動(dòng)作完成后即關(guān)閉電動(dòng)機(jī)。只要液壓缸和管道以

39、及閥無(wú)泄漏，柱塞就不會(huì)下降。此時(shí)，工作平臺(tái)可以較長(zhǎng)時(shí)間停留在此高度，保證操作人員能夠完成采摘作業(yè)。在需要柱塞下降時(shí)，只要使二通閥換向，就可以使液壓缸內(nèi)液壓油經(jīng)二通閥流回油箱，使柱塞復(fù)位，即實(shí)現(xiàn)平臺(tái)借助自身重力下降。整個(gè)系統(tǒng)的壓力控制由溢流閥調(diào)節(jié)，平臺(tái)下降速度可由節(jié)流閥調(diào)整。為了使采摘機(jī)械操作方便可靠，二通換向閥采用電磁式。</p><p>　　1濾網(wǎng)、2電動(dòng)機(jī)、3油泵、4單向閥、5溢流閥、6和9電磁換向閥、7節(jié)流

40、閥、8柱塞缸</p><p>　　圖四 溫室采摘車液壓系統(tǒng)工作原理圖</p><p>　　液壓動(dòng)力單元（HPU）用作供油裝置，它通過(guò)外部的管路系統(tǒng)與數(shù)個(gè)液壓油缸相連以控制多組閥門動(dòng)作。 油箱、油泵和蓄能器組成獨(dú)立的密閉的動(dòng)力油源系統(tǒng)。油站可以配備 PLC控制系統(tǒng)，它控制所有的內(nèi)部液壓功能并產(chǎn)生信號(hào)與控制室（DCS）交換?？刂圃缫簤核欧y直接安裝在液壓油缸上，通過(guò)此閥把高壓油壓進(jìn)

41、油缸，或者從其中放出高壓油。 在常態(tài)下，油泵向系統(tǒng)供油，自動(dòng)保持系統(tǒng)額定壓力，通過(guò)控制閥的閉鎖，實(shí)現(xiàn)閥門在任意位置下的保位功能；在工作狀態(tài)下，液壓執(zhí)行器受控于電磁閥，系統(tǒng)指令信號(hào)使電磁閥動(dòng)作，控制油壓和蓄能器的能量釋放，進(jìn)而控制油缸滑閥，通過(guò)機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)閥門，實(shí)施快速關(guān)閉、正常啟閉和試驗(yàn)控制。高壓油缸可固定在閥桿上，也可直接作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)用。多余的液壓油則返回液壓油站，這樣管路系統(tǒng)用一根進(jìn)油管一根回油管就可控制幾個(gè)平行連接的閥門。這種

42、具有特殊驅(qū)動(dòng)技術(shù)的液壓站用來(lái)控制主蒸汽閥和汽輪機(jī)旁路系統(tǒng)的執(zhí)行器動(dòng)作。 </p><p>　　圖五 動(dòng)力單元長(zhǎng)沙乾潤(rùn)科技相關(guān)技術(shù)產(chǎn)品</p><p>　　動(dòng)力單元專為各種應(yīng)用狀況優(yōu)化設(shè)計(jì)，例如可以應(yīng)用于嚴(yán)酷環(huán)境中卡車運(yùn)行，或者長(zhǎng)時(shí)間用于重物搬運(yùn)工況，以及其他需要高性能和高質(zhì)量產(chǎn)品的場(chǎng)合 。液壓動(dòng)力單元是結(jié)合了電機(jī)、泵、閥、油箱等的液壓動(dòng)力源，從而取代了體積龐大的原理圖上各個(gè)零部件連接而成的

43、液壓站。</p><p>　　液壓動(dòng)力單元里的油箱大小及電機(jī)工作電壓選擇：由于采用的是蓄電池供電，所以為了使用方便，最好能夠有蓄電池直接供電，而蓄電池的電壓為24V。油箱大小的選擇主要考慮液壓系統(tǒng)的油量以及液壓缸伸出是需要補(bǔ)充的油量。</p><p>　　額定工作流量，系統(tǒng)油量初步選取油箱容積為系統(tǒng)流量的2倍，即1．54L補(bǔ)充油量(S為液壓缸行程)</p><p>

44、　　液壓動(dòng)力單元的電機(jī)功率p=0.02PQ=0.16 kW</p><p>　　溫室采摘車的工作平臺(tái)設(shè)計(jì)：</p><p>　　工作平臺(tái)的設(shè)計(jì)：為了保證操作工人的安全問(wèn)題，采用3面完全封閉，另一邊設(shè)置一個(gè)可折疊長(zhǎng)梯，這樣可以把長(zhǎng)梯收上來(lái)當(dāng)做防護(hù)欄。中國(guó)人的平均身高170cm左右，所以護(hù)欄高度初步定再120cm。</p><p>　　遙控控制與開關(guān)的設(shè)計(jì)：</p

45、><p>　　圖六 電液控制總電路圖</p><p>　　控制電路控制行駛電動(dòng)機(jī)正常工作過(guò)程為：</p><p>　　合上空氣開關(guān)QFl、QF2、QE3按下帶燈按鈕SB4(或按下遙控器“6”鍵)繼電器KMl、KM1.1、KM1.2的線圈得電KM1、KM1.1的常開觸點(diǎn)閉合，KM1.1、KM1.2的常閉觸點(diǎn)斷開電動(dòng)機(jī)M2通電正轉(zhuǎn)，同時(shí)液壓系統(tǒng)控制回路斷路，電動(dòng)機(jī)M2反轉(zhuǎn)回

46、路斷路(通過(guò)旋轉(zhuǎn)電位器上的旋鈕可以對(duì)電動(dòng)機(jī)M2無(wú)級(jí)調(diào)速)。</p><p>　　合上空氣開關(guān)QFl、QF2、QE3按下帶燈按鈕SB5(或按下遙控器“5”鍵)繼電器KM2、KM2.1、KM2.2的線圈得電KM2、KM2.1的常開觸點(diǎn)閉合，KM2.1、KM2.2的常閉觸點(diǎn)斷開電動(dòng)機(jī)M2通電反轉(zhuǎn)，同時(shí)液壓系統(tǒng)控制回路斷路，電動(dòng)機(jī)M2正轉(zhuǎn)回路斷路(通過(guò)旋轉(zhuǎn)電位器上的旋鈕可以對(duì)電動(dòng)機(jī)M2無(wú)級(jí)調(diào)速)。</p>

47、<p>　　控制電路控制行駛電動(dòng)機(jī)停止工作過(guò)程為：</p><p>　　電動(dòng)機(jī)M2正常運(yùn)轉(zhuǎn)踩下腳踏開關(guān)SB6(或按下遙控器“2”鍵)繼電器KM2、KM2.1、KM2.2的線圈或KMl、KM1.1、KM1.2的線圈斷電釋放電動(dòng)機(jī)M2的電源被切斷剎車回路形成通路電動(dòng)機(jī)M2迅速停止運(yùn)轉(zhuǎn)。</p><p>　　控制電路控制平臺(tái)運(yùn)動(dòng)過(guò)程為：</p><p>　　合上

48、空氣開關(guān)QFl、QF2、QE3按下帶燈按鈕SB2(或按下遙控器“4”鍵)接觸器KM4、繼電器KM4.1的線圈得電KM4、KM4.1的常開觸點(diǎn)閉合，KM4.1的常閉觸點(diǎn)斷開油泵電機(jī)M1通電轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，工作平臺(tái)上升，同時(shí)電動(dòng)機(jī)M2控制回路斷路。</p><p>　　油泵電機(jī)M1無(wú)轉(zhuǎn)動(dòng)合上空氣開關(guān)QFl、QF2、QE3按下帶燈按鈕SB3(或按下遙控器“3”鍵)中間繼電器KA的線圈得電KA的常開觸點(diǎn)閉合，KA的常閉觸點(diǎn)斷開電

49、磁換向閥YV通電移位，同時(shí)電動(dòng)機(jī)M2控制回路斷路電動(dòng)機(jī)液壓系統(tǒng)回油路接通工作平臺(tái)下降。</p><p>　　控制電路控制平臺(tái)運(yùn)動(dòng)停止過(guò)程為：</p><p>　　油泵電機(jī)M1正常運(yùn)轉(zhuǎn)按下帶燈按鈕SBl(或按下遙控器“l(fā)”鍵或行程開關(guān)SQ被碰撞)接觸器KM4、繼電器KM4.1的線圈失電釋放油泵電機(jī)M1的電源被切斷，工作平臺(tái)停止上升。</p><p>　　平臺(tái)下降狀態(tài)按

50、下帶燈按鈕SBl(或按下遙控器“1”鍵)中間繼電器KA的線圈斷電釋放電磁換向閥YV斷電復(fù)位液壓系統(tǒng)回油路斷開工作平臺(tái)停止下降。</p><p>　?。?）各類電氣元件的選擇：</p><p>　　無(wú)限遙控裝置選擇：JD-6A智能型6路無(wú)線接收控制器以及YK200-6型6鍵無(wú)線遙控器。</p><p>　　繼電器的選擇：行走系統(tǒng)的電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路中，選用的是四個(gè)大型繼電

51、器并聯(lián)對(duì)驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行控制，由于驅(qū)動(dòng)電路電流很大，所以繼電器的觸點(diǎn)工作電流選擇為40A，具體型號(hào)為JQFl3F-24V／40A。其余在控制回路中使用的繼電器，其線圈的工作電壓均為24V，線圈的工作電流為均10A，具體型號(hào)為JQFl3F-24V／10A。</p><p>　　空氣斷路器的選擇：為了保護(hù)整個(gè)電路以及方便檢修，在蓄電池與其他電路連接之前設(shè)計(jì)有雙極電流規(guī)格達(dá)100A的空氣斷路器，這樣可以很好地控制電源后整個(gè)

52、電路的通斷。在油泵電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路中也配置有63A的單極空氣斷路器作為電路的控制丌關(guān)，控制電路選用的是10A單極空氣斷路器。在設(shè)備運(yùn)行前，必須將這三組空氣斷路器接通，溫室采摘車方可使用，這有效地保證了系統(tǒng)的安全性。</p><p>　　熔斷器的選擇：于兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路，熔斷器選擇為的大型熔斷器，而控制回路中選用的熔斷器均為。</p><p>　　熱繼電器的選擇：通常熟繼電器的整定電流與電

53、動(dòng)機(jī)的額定電流相當(dāng)，一般取到0．95-1.05倍額定電流，器件可以在一定的調(diào)整范圍內(nèi)調(diào)整到要求的整定電流值。根據(jù)市場(chǎng)調(diào)研。選擇的是整定電流范圍為14-63A的熱繼電器，具有整定電流連續(xù)可調(diào)裝置，具體型號(hào)為JR36-63。</p><p><b>　　3設(shè)計(jì)計(jì)算和校核</b></p><p>　　3.1剪叉式升降平臺(tái)校核</p><p>　　銷軸

54、的校核：銷軸連接兩個(gè)剪叉臂，同時(shí)剪叉臂之間可以繞銷軸轉(zhuǎn)動(dòng)，其截面是圓形的，最大彎曲剪應(yīng)力發(fā)生在中性軸上，并可認(rèn)為沿中性軸均勻分布，其值為：</p><p>　?。≦橫截面剪力；整個(gè)截面對(duì)Z軸慣性矩；中性軸一側(cè)的截面面積對(duì)Z軸的靜矩；b截面寬度,R=10mm）</p><p>　　圖七 銷軸截面應(yīng)力分布</p><p><b>　　中性軸中 <

55、;/b></p><p>　　(因?yàn)椴牧线x擇為45好鋼所以=105MPa)</p><p>　　液壓缸最大推力在液壓缸選擇時(shí)計(jì)算，大約為10KN，所以危險(xiǎn)插架上的銷軸受力</p><p><b>　　=105MPa</b></p><p><b>　　液壓缸所固定的銷軸</b></p&g

56、t;<p><b>　　=105MPa</b></p><p><b>　　4設(shè)計(jì)說(shuō)明</b></p><p>　　4.1溫室采摘車升降平臺(tái)的設(shè)計(jì)說(shuō)明</p><p>　　升降臺(tái)主要采用的是液壓剪叉式升降機(jī)構(gòu)，有蓄電池提供給液壓動(dòng)力單元供電，驅(qū)動(dòng)液壓動(dòng)力單元工作，從而帶動(dòng)液壓泵工作。</p>&

57、lt;p>　　剪叉式升降平臺(tái)提升高度大，下降較平穩(wěn)，便于定位，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。但是提升高度過(guò)高時(shí)，為了保證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，需要加大結(jié)構(gòu)的剛性，導(dǎo)致重量偏大。</p><p>　　4.2溫室采摘車行駛系統(tǒng)的設(shè)計(jì)說(shuō)明</p><p>　　溫室采摘車行走系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要考慮采摘車能夠平穩(wěn)地進(jìn)行前進(jìn)后退動(dòng)作，由于操作的工人基本上都是農(nóng)民，所以造作需要簡(jiǎn)單方便，成本低?；谏鲜鰡?wèn)題我采用了后輪驅(qū)動(dòng)，前輪

58、從動(dòng)的行駛系統(tǒng)。前輪由于裝在輪盤上可以只有徑向轉(zhuǎn)動(dòng)，所以前輪能夠沿溫室管道自動(dòng)改變方向。</p><p>　　而前輪的設(shè)計(jì)方案最大的問(wèn)題就是溫室管道的強(qiáng)度問(wèn)題。為了配合我設(shè)計(jì)的采摘車運(yùn)行，我對(duì)溫室的管道設(shè)計(jì)稍作修改。在管道沒(méi)個(gè)轉(zhuǎn)彎處設(shè)計(jì)一個(gè)彎向地底的接頭，使管道埋到地底下去，而在原來(lái)溫室管道的地方放置強(qiáng)度足夠的導(dǎo)軌代替。下面是管道的分布圖。</p><p>　　圖八 溫室管道的設(shè)計(jì)<

59、;/p><p>　　其中紅色部分為埋入地底的部分管道，曲線為替代導(dǎo)軌，這樣就能達(dá)到安全穩(wěn)定地通過(guò)溫室轉(zhuǎn)彎處，并且方便省力，成本低。</p><p><b>　　4.3控制設(shè)計(jì)</b></p><p>　　主要借鑒與遙控玩具汽車的遙控裝置，控制采摘車的前進(jìn)后退以及升降平臺(tái)的升降動(dòng)作，所以操作簡(jiǎn)單。</p><p><b&

60、gt;　　5結(jié)論</b></p><p>　　溫室采摘車的設(shè)計(jì)結(jié)合了機(jī)械設(shè)計(jì)，電氣，液壓，自動(dòng)控制理論等多門學(xué)科的知識(shí)，終于能夠?qū)崿F(xiàn)自由的前后運(yùn)動(dòng)，自由升降的等動(dòng)作，基本上實(shí)現(xiàn)了預(yù)期的設(shè)計(jì)目標(biāo)。</p><p>　　該設(shè)計(jì)的主要研究成果有：（1）利用蓄電池供電，液壓系統(tǒng)提供動(dòng)力，機(jī)械結(jié)構(gòu)為主體，有機(jī)的將機(jī)電液統(tǒng)一起來(lái)，讓我對(duì)各方面的知識(shí)都進(jìn)行了充分的了解（2）該設(shè)計(jì)巧妙的采用了

61、連桿機(jī)構(gòu)使得液壓升降臺(tái)能夠穩(wěn)定的進(jìn)行升降動(dòng)作。（3）在設(shè)計(jì)中運(yùn)用了生活中的遙控玩具汽車的遙控裝置，讓采摘車的控制方便快捷了很多。（4）充分體現(xiàn)了結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便的特點(diǎn)。</p><p>　　研究中的不足和以后的研究方向：該設(shè)計(jì)主要不足在于不能自動(dòng)進(jìn)行果實(shí)采摘，以及行走系統(tǒng)不能脫離軌道的運(yùn)行。主要研究方向在于自動(dòng)采摘。</p><p><b>　　6參考文獻(xiàn)</b>&

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68、t;</p><p><b>　　附錄 二</b></p><p><b>　　附錄 三</b></p><p><b>　　附錄 四</b></p><p><b>　　附錄 五</b></p><p><b>　　附錄