蘋果采摘全履帶運(yùn)輸車設(shè)計(jì)

　1　方案設(shè)計(jì)

　　當(dāng)運(yùn)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(jī)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(qiáng)變小，以此來克服惡劣路面。當(dāng)路面良好時，輔助電機(jī)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。前輪作為主動輪使用一體式輪胎履帶輪，將一體式全履帶運(yùn)輸車后輪換成萬向輪與三腳輪結(jié)合，通過實(shí)物演示實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)不影響運(yùn)輸車對復(fù)雜道路的適應(yīng)性而且增強(qiáng)其靈活性，可應(yīng)對類似樓梯狀的山路。另外，運(yùn)輸車在貨物運(yùn)輸時，難免會遇到短距離大件貨物搬運(yùn)，所以又增加叉車裝置，提高運(yùn)輸效率，減輕工作人員負(fù)擔(dān)。通過綜合分析與整車實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)方案更加合理 。洪嘉振、梁敏[等引入碰撞約束的概念，建立了開、閉環(huán)形式一致的經(jīng)典多剛體碰撞動力學(xué)方程。

蘋果采摘履帶運(yùn)輸車設(shè)計(jì) 　

　2　參數(shù)計(jì)算

　　1）　輪胎全履帶運(yùn)輸車構(gòu)的設(shè)計(jì)及計(jì)算

　　輔助輪推出機(jī)構(gòu)固定在兩個支撐盤之間，輔助輪推出機(jī)構(gòu)由輔助輪、輔助支架、銷軸、螺母、絲桿和輔助電機(jī)連接構(gòu)成，輔助電機(jī)固定在支撐盤上，輔助電機(jī)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(jī)的正反轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)輔助輪收縮功能。當(dāng)運(yùn)輸車需要高速行進(jìn)或路面情況較好時，采用普通輪式前進(jìn)，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。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(jī)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(jī)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(diǎn)結(jié)合，使其適應(yīng)各種環(huán)境。履帶的作用是為了保證機(jī)具對地面有足夠的牽引力，使機(jī)車的質(zhì)量傳遞給地面。

　　2）　動力傳遞設(shè)計(jì)及計(jì)算

　　運(yùn)輸車動力設(shè)計(jì)要求不僅要保證車的機(jī)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(shí)現(xiàn)。也就是主動輪轉(zhuǎn)動而支撐機(jī)構(gòu)不動。運(yùn)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。彎道行駛時,轉(zhuǎn)向阻力增大,當(dāng)轉(zhuǎn)彎半徑大且高擋行駛時應(yīng)降擋,中、低擋行駛時不降擋。

　　動力傳動機(jī)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。驅(qū)動電機(jī)與驅(qū)動電機(jī)減速箱的輸入連接，驅(qū)動電機(jī)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(jī)的電源線從空心軸里通過，與車體控制系統(tǒng)連接 。蘋果采摘全履帶運(yùn)輸車計(jì)輪胎和履帶轉(zhuǎn)換運(yùn)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。

   3　結(jié)構(gòu)及控制設(shè)計(jì)

　　1）　彈性履帶的設(shè)計(jì)

　　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(jì)的履帶外層用能伸縮的橡膠，里層是松緊帶捆上有較高強(qiáng)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。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(qiáng)度，能夠支撐整車及貨物的重量。根據(jù)有關(guān)研究表明，梯形形狀的履刺是橡膠履帶的履刺，在履帶選擇時選擇的是梯形履刺的履帶。

　　2）后輪的設(shè)計(jì)

　　為了方便越障，選擇三角輪，不僅越障能力好，而且設(shè)計(jì)得當(dāng)可以實(shí)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(diǎn)，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(diǎn)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。當(dāng)需要轉(zhuǎn)彎的時候，萬向輪發(fā)揮作用，可以實(shí)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(qiáng)越障能力，將兩者優(yōu)點(diǎn)充分融合。履帶接地長度設(shè)計(jì)要適當(dāng)，如果接地長度過小會使得整機(jī)縱向穩(wěn)定性變差，在旋耕作業(yè)時可能發(fā)生翅頭現(xiàn)象。

　　3）控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　電路線路控制部分，主要由單片機(jī)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(jī)STC12C5A60S2 作為控制中心處理器，負(fù)責(zé)處理各種信息；驅(qū)動集成電路 L298N 負(fù)責(zé)控制輔助電機(jī)的正反轉(zhuǎn)；2262-M4 無線遙控模塊負(fù)責(zé)人工遙控信息的接受；8路繼電器模塊負(fù)責(zé)控制驅(qū)動電機(jī)，由于驅(qū)動電機(jī)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；正三支點(diǎn)履帶運(yùn)輸車布置品字形，轉(zhuǎn)向履帶運(yùn)輸車沿車輛縱軸線對稱布置，靠一組履帶運(yùn)輸車進(jìn)行轉(zhuǎn)向。LED 指示燈模塊負(fù)責(zé)顯示信號處理情況，直觀反映控制系統(tǒng)工作狀態(tài)。

蘋果采摘全履帶運(yùn)輸車計(jì)輪胎和履帶轉(zhuǎn)換運(yùn)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(yùn)輸?？梢詭椭爝f公司提率，降低成本，節(jié)省快遞員人力。此運(yùn)輸車上的一體式輪胎履帶轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)與輪椅相結(jié)合，能夠做出上下樓梯的輪椅；Lee和Wang[提出了一種滿足邊界條件的非線性彈簧阻尼模型，并通過了試驗(yàn)驗(yàn)證。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。

小型農(nóng)用全履帶運(yùn)輸車輕量化研究

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(jìn)行輕量化研究，質(zhì)量最大降幅可達(dá)25.5%。對輪式山地運(yùn)輸機(jī)車架進(jìn)行輕量化設(shè)計(jì)，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(xiàn)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(jìn)行輕量化設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)后的車架質(zhì)量均有大幅減輕。2002年，北京理工大學(xué)韓寶坤，李曉雷等基于DADS建立了履帶運(yùn)輸車多體模型，并對其平穩(wěn)性進(jìn)行了分析。

小型農(nóng)用全履帶運(yùn)輸車輕量化研究 　　小型農(nóng)用履帶運(yùn)輸車在果園有較好的通過性，采用電驅(qū)動的履帶運(yùn)輸車相比傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)履帶運(yùn)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。因此，根據(jù)電動履帶運(yùn)輸車的總體設(shè)計(jì)要求，對車架進(jìn)行合理的輕量化設(shè)計(jì)具有重要的意義。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。

　　目前，對于電動履帶底盤車架的輕量化設(shè)計(jì)研究較少。本研究基于果園電動履帶運(yùn)輸車的底盤設(shè)計(jì)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(jìn)行輕量化設(shè)計(jì)，以期為果園全履帶運(yùn)輸車的輕量化設(shè)計(jì)提供參考。

全履帶運(yùn)輸車輕量化研究 　　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(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了所構(gòu)建模型的可行性。通過對車架進(jìn)行輕量化設(shè)計(jì)，使其在滿足強(qiáng)度、剛度的條件下，質(zhì)量降幅為8.82%，較好地達(dá)到了輕量化的目標(biāo)。運(yùn)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(jìn)行了對比分析，結(jié)果表明，經(jīng)過輕量化設(shè)計(jì)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(jìn)一步提升了底盤的行駛性能。全履帶運(yùn)輸車履帶板與驅(qū)動輪嚙合的結(jié)果從第3秒開始，依次進(jìn)入嚙合狀態(tài)的單個履帶板所承受的嚙合力從1500kN開始逐漸增加，到第14秒時達(dá)到2600kN，并逐漸穩(wěn)定，這一現(xiàn)象是因?yàn)榕榔逻^程所需的驅(qū)動力逐漸增加。

全履帶運(yùn)輸車橡膠履帶底盤的優(yōu)點(diǎn)及應(yīng)用領(lǐng)域

全履帶運(yùn)輸車橡膠履帶底盤本身就會占據(jù)很大的面積，車輪的寬度、厚度、重量，都不是一般底盤可以比擬，對地面的壓力很大，相應(yīng)的與地面的摩擦力也很強(qiáng)，可以提供強(qiáng)大驅(qū)使動力。

全履帶運(yùn)輸車工作原理基本是這樣的：橡膠履帶底盤在車輪的外表面環(huán)繞循環(huán)履帶，使得車輪不用直接與地面接觸，較好的保護(hù)車輪保障。是循環(huán)履帶直接與地面接觸摩擦，在啟動之后，通過驅(qū)動輪帶動履帶，當(dāng)車輪在履帶上按照驅(qū)使方向滾動時，履帶就會先一步撲在地面上，從而車子就能正常行駛。但是New-ton和Poisson的理論不能解決物體間含摩擦的斜碰撞問題。

全履帶運(yùn)輸車橡膠履帶底盤所采用的設(shè)計(jì)方法其實(shí)就是在模仿坦克，就是在底盤的兩側(cè)設(shè)置一對可以驅(qū)動的雙履帶，每個履帶機(jī)構(gòu)上都獨(dú)立安裝一個驅(qū)動輪，使得每個部位都緊密相連，在驅(qū)動時共同帶動車輪向前移動。

全履帶運(yùn)輸車履帶底盤在應(yīng)用領(lǐng)域并沒有十分廣泛，針對的就是一些場合，比如說在國家有什么重要的儀式上，就會有很多的人民子弟兵開著坦克車給展示軍事力量。這種在前進(jìn)的時候不會發(fā)生哄哄的響聲，對地面產(chǎn)生的振動也很小，里面的座椅是十分舒服的那種。除了軍事外，在大型機(jī)器行業(yè)也是十分流行，比如說伺服壓裝機(jī)就是需要這樣的履帶底盤，在作用上也沒差別。冷卻電扇：電扇風(fēng)量的檢測可將一薄紙放于散熱器前面，當(dāng)建議機(jī)作業(yè)時，若紙能被吹開，則說明風(fēng)量滿意。

全履帶運(yùn)輸車國外發(fā)展現(xiàn)狀

在發(fā)達(dá)國家，全履帶運(yùn)輸車經(jīng)過幾十年甚至上百年的發(fā)展，履帶運(yùn)輸車的制造技術(shù)已經(jīng)趨于完善。目前的研究重點(diǎn)為提高履帶運(yùn)輸車的環(huán)保性、舒適性、美觀性以及智能化。微電子信息技術(shù)、信息管理系統(tǒng)和故障診斷技術(shù)等開始廣泛應(yīng)用在全履帶運(yùn)輸車上。

電子監(jiān)控和自動報警系統(tǒng)以及自動換擋變速裝置也開始逐步應(yīng)用；無線遙控履帶運(yùn)輸車的開發(fā)也促進(jìn)了履帶運(yùn)輸車智能化的發(fā)展；同時采用吸聲材料，噪聲抑制等方法降低或者消除機(jī)器噪音可以為全履帶運(yùn)輸車駕駛?cè)藛T提供一個更加舒適的作業(yè)環(huán)境；呈現(xiàn)此種情況時需先斷定哪些氣缸的噴油嘴呈現(xiàn)毛病，可采用逐缸斷缸的方法掃除毛病的噴油嘴，及時替換。電噴技術(shù)和電控技術(shù)的不斷普及使履帶運(yùn)輸車的燃油消耗降低經(jīng)濟(jì)性變好，同時降低柴油發(fā)動機(jī)的尾氣排放，對環(huán)境的污染更小，開發(fā)更加經(jīng)濟(jì)型和環(huán)保型動力裝置的履帶運(yùn)輸車是國外全履帶運(yùn)輸車的發(fā)展趨勢。