适用山地果园的电动单轨运输车.pdf
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1、0引言我国幅员辽阔,地形各异。以江西赣南地区为例,其地形大面积为丘陵,起伏连绵,加至碱性红土、气候适宜,造就了以赣南脐橙为代表的柑橘类、茶叶类等经济农作物。随着城镇化进程加快,越来越多的劳动力涌向城市,导致农村劳动力短缺,机械化生产方式在农业产业发展中的作用越来越大1,2。因赣南地区地形地貌大多以山地丘陵为主,经济作物大多种植在丘陵山坡凹凸不平地带,且种植方式传统,使得一般的农用机械难以进入,这给实现农业机械化带来很大困难3,4。针对这一难题,国内科研单位和生产企业研制了链式循环货运索道5,6,7、钢丝绳牵引式双轨运输机8、自走式双轨运输机9、遥控单轨运输机10,11、自走式微型履带运输车12
2、,13和轻型轮式运输车14等一系列适合我国山地果园的机械化运输装备。但因现有装备存在价格昂贵、作业安全行不足、不易操作等原因,山地果园机械化运输装备依旧没有在各地推广开。本文设计了一款山地果园单轨运输车,其具有轨道铺设灵活、安装及操作简便、维护成本低、作业安全性高、加装智能化装置等。可以极大得提高山地果园运输效率,且大大节约劳动力成本。1总体方案单轨运输车要求符合在山林、陡坡、崎岖等复杂多变的山地环境行驶。专向性要求在动力性能上,要保证满载情况下的爬坡等能力的前提下,不侧翻、且足够灵活,能克服长期上下坡;在使用寿命方面,运输车工作强度较高且属于露天工作,对电机、轨道、机架等部件材料的选用有较高
3、的要求,防腐耐磨且需控制成本;操作方面要简单易学,山顶的遥控台设计采用按键式的遥控器。1 1.1 1 单轨运输车总体结构设计单轨运输车总体结构设计电动单轨运输车主要由动力传动装置、翻转支撑机构、控制系统这三个部分组成如图1所示,其中动力传动装置包括传动系统和动力系统;运输车的翻转机构作用是在支撑杆的辅助下清卸货框里的物料;轨道和支架的组合固定能够支撑及引导运输车的行进;以单片机为基础的远程遥控设备是控制系统的核心。设计采用母车与子车分开的方式进行运输工作,母车是对子车进行收集或发放货物的主线适用山地果园的电动单轨运输车黄昌海徐 亮李佳昌邱 香摘摘要要:根据山地农业生产运输需要,结合三下乡的调研
4、情况,对山地电动单轨运输车的动力参数选择、传动方案、结构造型等进行设计计算,并对运料装置进行翻转控制、完成控制系统的设计方案,得到了较为完整的符合我国农业国情的山地果园生产运输装置,达到了高效率、低成本的运输效果,为丘陵山地地区的农业种植带来便利。关键字关键字:山地果园;单轨运输车;电动;农业作者简介:李佳昌(2002)男,江西科技学院人工智能学院,本科生。专业:车辆工程。邱香(1981),女,江西科技学院科研处(学科办),教授。研究方向:汽车动力学及控制。基金项目:国家级大学生创新训练项目(NO.2021108463)。ACADEMICRESEARCHOFJXUT江科学术研究第18卷第1期2
5、023年6月Vol.18No.1Jun.2023江科学术研究(2023)垂直方向运输工作,而子车则负责支线水平方向,合理分配布置好轨道停车定点及设计辅助卸货机构。1 1.2 2 单轨运输车控制流程单轨运输车控制流程整车是采用远程无线遥控装置来控制单轨运输车的运行。单轨运输车的控制系统主要组成有遥控台的发射装置、运输车控制系统、及轨道上的相应传感器。遥控台布置于山顶以便于能够清楚的观察到整个运输路线的运行情况如图2所示。1.支架;2.轨道;3.链条与链轮;4.控制装置;5.机架;6.电机;7.支撑杆;8.把手;9.驱动齿与齿条;10.支撑轴承;11.减速箱;12.顶盖;13.货框;14.防倾轮;
6、15.制动器;16.联轴器图1单轨运输车总结构示意图图2单轨运输车整体控制简图动力系统中,传动装置决定运输车的载重量和爬坡运行的能力。传动装置如图3所示,电机的动力通过联轴器传递至减速箱,随后经过减速箱及链轮链条组减速增扭后,最后通过驱动轮与轨道上的齿条啮合来带动运输车的行进。1.电机;2.联轴器;3.减速箱(3.1.第一轴;3.2.第二轴;3.3.第三轴;3.4.齿;3.5.齿;3.6.齿;3.7.齿;3.8.齿;3.9.齿);4.链轮与链条;5.驱动齿;6.制动器;7.齿条图3传动装置简图图4电机安装示意图2 2.1 1电机的选择电机的选择根据电动单轨运输车的主要性能指标及成本价格考虑,本
7、设计选择了型号为Y160M4的Y系列的三相异步电机,额定功率11kw、额定转速1450r/min、最大扭矩72.4N/m的Y系列的三相异步电机,安装于机架侧面,如图4所示。(1)电机选定为证明设计的单轨运输车在轨道上运行的平均速度v=1.5m/s,最大载重取G=550g,且最大爬坡角度为45运输车与轨道间的摩擦系数取=0.17时,计算是否合理。表1传动系统参数位置滚子链1斜齿圆柱齿轮2联轴器3轴承4直齿圆锥型齿5转动效率0.960.970.980.980.9797式中;ped电机得额定功率,kw;po电机得输出功率。由以上公式得出:ped11kw;Po7.79kw;pedP0。(2)驱动轮的运
8、行转速设计设计要求取驱动轮的直径d=222mm;滚子链的传动比取i1=2;两极减速箱的传动比i2=5.6;联轴器的传动比为i3=1的情况下,考虑其传动比与转速计算选择出电机的转速范围。式中:n0电机转速。计算得:n0=1450r/min经计算得结果,型号为Y160M4的Y系列的三相异步电机完全符合使用要求。2 2.2 2 滚子链的选用滚子链的选用动力经减速箱输出后,与驱动轴上的驱动轮距离较远,而且减速箱输出轴传递过来的功率较小、转速较低,故采用滚子链传动较精准合适。并且滚子链传动满足质量轻、振幅小、能耗低等要求,能够使单轨运输车更平稳运行。以机械设计手册第五版为标准,要求滚子链达到传动比i1=
9、2;滚子链的节距p=6.16;确定选用小链轮齿数Z11=14;模数m1=2;所以大齿轮齿数Z12=28。(1)确定链节数初定中心距a0=40p,计算链节数取Lp=102节(2)计算链长和中心距中 心 距 减 小 量:a=(0.0020.004)a=0.4980.996mm;则实际中心距 a,=248.104248.603mm,取 a,=248mm;链长L=0.63m。(3)链条波动滚子链在运行传动中存在多变效应,滚子链会出现线速度波动,波动程度利用速度不均匀度来表示:式中:K链条速度不均匀度;vmax链条最大线速度;vmin链条最小线速度;vm链条平均线速度;r链轮分度半径;链轮角速度;z链轮
10、齿数;经计算得出K=0.05,线速度波动值v=vK=0.075m/s,波动小不会影响运行。2 2.3 3 减速箱的设计减速箱的设计减速箱是单轨车用于减速增扭的核心部件。要求有足够大的传动比,且电机正反转时,输入端能够做出正确的动载荷影响、且结构简单耐用,两级减速齿轮和轴承要有一种润滑方式润滑,选用展开式斜齿圆柱齿轮抵消其产生的轴向力。2.3.1 减速箱的传动比理论计算得传动系总的传动比:在设计要求传动比的范围,取滚子链的传动比i1=2,则减速箱的总传动比为:减速箱传动比i2=5.6,取高速传动比i21=3,低速传动比i22=1.87,锥齿轮组传动比i23=1。下表是通过计算得出的数据表2;表2
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