智能辣椒直播專用機(jī)自動(dòng)駐車裝置的設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)分析 李紹武 劉漢華 宋學(xué)領(lǐng) 郭春陽 牛吉朋 華艷偉 智能農(nóng)業(yè)動(dòng)力裝備全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 河南洛陽 洛陽拖拉機(jī)研究所有限公司 河南洛陽 摘要 采用機(jī)械變速箱和靜液壓傳動(dòng)裝置相結(jié)合的履帶車輛在駐車時(shí) 需要由人工操作駐車制動(dòng)手柄 從而使 車輛駐車 這種駐車方式對(duì)智能辣椒直播專用機(jī)來說存在一定不足 本文重點(diǎn)闡述一種自動(dòng)駐車裝置的設(shè)計(jì)與結(jié) 構(gòu) 以解決智能辣椒直播專用機(jī)停車時(shí) 需要手動(dòng)操作制動(dòng)裝置來實(shí)現(xiàn)制動(dòng)的技術(shù)問題 該自動(dòng)駐車裝置的設(shè)計(jì) 可以達(dá)到 車輛啟動(dòng)時(shí)自動(dòng)解除制動(dòng) 熄火時(shí)自動(dòng)駐車 的效果 關(guān)鍵詞 智能 履帶車輛 自動(dòng)駐車 中圖分類號(hào) 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 文章編號(hào) 經(jīng)過長(zhǎng)期發(fā)展 河南省小辣椒種植區(qū)形成以柘 城為代表的豫東產(chǎn)區(qū) 以臨潁為代表的豫中南產(chǎn)區(qū) 以內(nèi)黃為代表的豫北產(chǎn)區(qū)的三大優(yōu)勢(shì)產(chǎn)區(qū) 占全省 辣椒種植面積的 麥椒套種是小辣椒最為常 見種植模式 不僅有利于小麥高產(chǎn) 對(duì)小辣椒的生長(zhǎng) 發(fā)育也十分有利 是間作套種一年兩收高產(chǎn)高效的 種植模式 由于辣椒種植屬于勞動(dòng)密集型產(chǎn)業(yè) 從種植 管理 采收等都需投入大量人工 隨著辣椒 生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)規(guī)?；?組織化的發(fā)展 人工種植成本高 作業(yè)強(qiáng)度大 效率低的劣勢(shì)逐漸顯現(xiàn)出來 因此提高 辣椒生產(chǎn)機(jī)械化水平 是降低人工成本 提升辣椒生 產(chǎn)效率 增加椒農(nóng)收入的有效途徑 智能辣椒直播機(jī)組是為麥椒套種農(nóng)藝而定制開 發(fā)的產(chǎn)品 該機(jī)組包括智能辣椒直播專用機(jī) 鋪管覆 膜精量播種機(jī)及旋耕施肥機(jī) 智能辣椒直播機(jī)組依 托北斗導(dǎo)航自動(dòng)駕駛系統(tǒng) 可直接將辣椒種子播種 到田間 省去育苗 移栽等環(huán)節(jié) 完成覆膜 鋪管 播 種一次性標(biāo)準(zhǔn)化無人種植作業(yè) 智能辣椒直播專用機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)是采用機(jī)械變 速箱和靜液壓傳動(dòng)裝置相結(jié)合的方式 采用該傳動(dòng) 系統(tǒng)的傳統(tǒng)履帶車輛在駐車時(shí) 需要由人工操縱駐 車制動(dòng)手柄 駐車制動(dòng)手柄通過桿件或軟軸帶動(dòng)行 走變速箱內(nèi)兩側(cè)制動(dòng)撥叉轉(zhuǎn)動(dòng) 制動(dòng)撥叉推動(dòng)變速 箱內(nèi)滑動(dòng)齒輪滑動(dòng) 滑動(dòng)齒輪推動(dòng)壓盤 壓盤擠壓動(dòng) 摩擦片 使動(dòng)摩擦片和靜摩擦片接觸壓緊 從而使車 輛駐車 這種駐車方式對(duì)智能辣椒直播專用機(jī)來說 存在一定不足 一是智能辣椒直播專用機(jī)取消了駕 駛室 且結(jié)構(gòu)更加緊湊 安裝傳統(tǒng)駐車機(jī)構(gòu)難度大 也影響整機(jī)外觀 其次假如安裝了傳統(tǒng)駐車裝置 則 在啟動(dòng)和駐車時(shí) 需要人工操縱駐車制動(dòng)手柄 對(duì)智 能辣椒直播專用機(jī)的操作員來說 易出現(xiàn)漏操作 存 在安全隱患 收稿日期 基金項(xiàng)目 科技部 年國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目 第 卷第 期 拖拉機(jī)與農(nóng)用運(yùn)輸車 年 月 針對(duì)上述問題 本文重點(diǎn)闡述一種自動(dòng)駐車裝 置的設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu) 以解決智能辣椒直播專用機(jī)停車 時(shí) 需要手動(dòng)操作制動(dòng)裝置來實(shí)現(xiàn)制動(dòng)的技術(shù)問題 自動(dòng)駐車裝置設(shè)計(jì)思路 智能辣椒直播專用機(jī)屬于履帶拖拉機(jī) 應(yīng)具備行 車制動(dòng)和駐車制動(dòng)功能 目前智能辣椒直播專用機(jī) 的行車制動(dòng)功能可以通過轉(zhuǎn)向液壓系統(tǒng)實(shí)現(xiàn) 為提升 智能辣椒直播專用機(jī)的智能化 自動(dòng)化水平 需要設(shè) 計(jì)一種自動(dòng)駐車裝置 該駐車裝置應(yīng)滿足以下條件 能夠完成駐車功能 車輛啟動(dòng)時(shí)駐車功能 解除 車輛熄火時(shí)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駐車 獨(dú)立性 行車制動(dòng)和駐車制動(dòng)最終作用在 變速箱的左 右分離臂上 應(yīng)避免行車制動(dòng)時(shí)與駐車 制動(dòng)機(jī)構(gòu)干涉 確保駐車制動(dòng)的獨(dú)立性 自動(dòng)化程度高 無需要人工操作就可實(shí)現(xiàn) 駐車功能 自動(dòng)駐車裝置結(jié)構(gòu)及工作原理 自動(dòng)駐車裝置結(jié)構(gòu) 自動(dòng)駐車裝置包括靜液壓傳動(dòng)裝置 液壓油缸 油缸支架 進(jìn)油管 通氣帽 制動(dòng)拉簧 制動(dòng)拉板和制 動(dòng)軟軸等 液壓油缸 制動(dòng)拉簧和制動(dòng)拉板安裝在油 缸支架上 進(jìn)油管一端與靜液壓傳動(dòng)裝置連接 另一 端與液壓油缸連接 制動(dòng)軟軸一端固定在油缸支架 上 與液壓油缸連接 另一端固定在左分離臂 連接 叉與右分離臂連接 具體結(jié)構(gòu)如圖 所示 靜液壓傳動(dòng)裝置 進(jìn)油管 通氣帽 液壓油缸 制動(dòng)拉 簧 制動(dòng)拉板 油缸支架 制動(dòng)軟軸 左行車轉(zhuǎn)向制動(dòng)轉(zhuǎn) 軸 左分離臂 右分離臂 右行車轉(zhuǎn)向制動(dòng)轉(zhuǎn)軸 圖 自動(dòng)駐車裝置結(jié)構(gòu)圖 自動(dòng)駐車裝置工作原理 自動(dòng)駐車裝置是利用液壓系統(tǒng)將液壓油缸伸出 解除駐車 制動(dòng)拉簧將液壓油缸縮回實(shí)現(xiàn)駐車 達(dá)到 熄火后自動(dòng)駐車 啟車時(shí)自動(dòng)解除制動(dòng) 的效果 駐車制動(dòng) 當(dāng)智能辣椒直播專用機(jī)熄火后 靜液壓傳動(dòng)裝 置的補(bǔ)油泵不工作 液壓油缸無桿腔壓力為零 制動(dòng) 拉簧拉力大于制動(dòng)油缸推力 制動(dòng)油缸活塞桿縮回 制動(dòng)軟軸帶動(dòng)左 右分離臂張緊 實(shí)現(xiàn)制動(dòng) 駐車制動(dòng)解除 當(dāng)智能辣椒直播專用機(jī)啟動(dòng)后 靜液壓傳動(dòng)裝 置的補(bǔ)油泵通過進(jìn)油管 將穩(wěn)定的壓力油輸送到液 壓油缸的無桿腔 此時(shí)液壓油缸產(chǎn)生的推力大于油 缸兩側(cè)制動(dòng)拉簧的拉力 制動(dòng)油缸活塞桿伸出 左 右分離臂放松 解除制動(dòng) 主要參數(shù)設(shè)計(jì)與計(jì)算分析 駐車制動(dòng)力的計(jì)算 智能辣椒直播專用機(jī)自動(dòng)駐車裝置是為了使機(jī) 組能在斜坡上保持停車狀態(tài) 常規(guī)設(shè)計(jì)時(shí) 對(duì)于行 車制動(dòng)和駐車制動(dòng)共用制動(dòng)器的拖拉機(jī) 可取兩者 中較大值作為該制動(dòng)器所需的制動(dòng)力矩 智能辣 椒直播專用機(jī)的變速箱采用的是無自增力的盤式制 動(dòng)器 行車制動(dòng)功能采用液壓壓緊 已滿足使用要 求 駐車制動(dòng)功能采用彈簧拉力壓緊 因此需要計(jì)算 駐車時(shí)左 右分離臂受力大小 如圖 所示 智能辣 椒直播專用機(jī)駐車制動(dòng)時(shí)作用在左 右分離臂上的 力使得轉(zhuǎn)向齒輪分離 克服轉(zhuǎn)向彈簧推力后 逐漸使 摩擦盤壓緊 產(chǎn)生摩擦力矩 最終將車輛制動(dòng) 這時(shí) 作用在左 右分離臂的轉(zhuǎn)矩 為 式中 為作用在左 右分離臂上的力 為左 右分離臂半徑 為 左 右分離臂與水平面夾角 左 右分離臂水平移動(dòng)距離 為 圖 左 右分離臂的受力簡(jiǎn)圖 拖拉機(jī)與農(nóng)用運(yùn)輸車 第 期 年 月 根據(jù) 拖拉機(jī) 安全要求 第 部分 履帶拖拉機(jī) 安全要求 履帶拖拉機(jī)在 坡道的壓實(shí)土路上 使用駐車制動(dòng)裝置 應(yīng)能沿 上下坡方向可靠停住 因此智能辣椒直播專用機(jī)在 坡道上安全停車時(shí)每個(gè)制動(dòng)器所需的制動(dòng)力矩 為 式中 為拖拉機(jī)使用質(zhì)量 為重力加速度 取 為驅(qū)動(dòng)輪動(dòng)力半徑 為制動(dòng)器和驅(qū)動(dòng)驅(qū) 動(dòng)輪之間的傳動(dòng)比 為按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的坡度角 為滾動(dòng)阻力系數(shù) 一般取 為同時(shí)工作的 制動(dòng)器數(shù)目 根據(jù)變速箱廠家提供數(shù)據(jù)可知 制動(dòng)器制動(dòng)力 矩 與左 右分離臂的轉(zhuǎn)矩 的關(guān)系如下 因此 使智能辣椒直播專用機(jī)能夠在規(guī)定坡道 上完全停車的條件是 將各項(xiàng)參數(shù)代入上述公式后 每個(gè)制動(dòng)器所需 的制動(dòng)力矩 左 右分離臂水平 移動(dòng)距離 則智能辣椒直播專用 機(jī)在 坡道上駐車時(shí) 左 右分離臂受力 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 自動(dòng)駐車液壓原理圖如圖 所示 吸油過濾器 靜液壓傳動(dòng)裝置 液壓油缸 液壓油散熱器 圖 自動(dòng)駐車液壓原理圖 油箱內(nèi)的液壓油經(jīng)過濾器進(jìn)入靜液壓傳動(dòng)裝 置 利用靜液壓傳動(dòng)裝置內(nèi)補(bǔ)油泵將穩(wěn)定壓力油輸 入液壓油缸內(nèi)無桿腔 液壓油缸克服兩側(cè)制動(dòng)拉簧 的阻力 活塞桿完全伸出 在液壓油缸完全伸出后 靜液壓傳動(dòng)裝置不再對(duì)液壓油缸做功 相當(dāng)于給靜 液壓傳動(dòng)裝置外接一個(gè)壓力表 與單獨(dú)供油相比該 系統(tǒng)更加節(jié)能 單作用活塞液壓油缸的理論推力 為 式中 為活塞直徑 為工作壓力 活塞桿伸出速度 為 式中 為流入液壓油缸的流量 為液壓 油缸容積效率 當(dāng)活塞密封為彈性密封材料時(shí) 當(dāng)活塞密封為金屬環(huán)時(shí) 活塞桿伸出時(shí)間 為 式中 為活塞行程 已知靜液壓傳動(dòng)裝置在發(fā)動(dòng)機(jī)怠速下補(bǔ)油泵轉(zhuǎn) 速為 補(bǔ)油泵排量為 補(bǔ)油壓力為 選取市場(chǎng)上常用的一款油缸作為駐車裝置 的液壓油缸 其參數(shù)為 液壓油缸活塞直徑 活塞行程 工作壓力 將 參數(shù)代入上述公式后 單作用活塞液壓油缸的理論 推力 活塞桿伸出速度 活塞桿伸出時(shí)間 即發(fā)動(dòng)機(jī)怠速時(shí)解除駐車制動(dòng)時(shí) 間 制動(dòng)拉簧的設(shè)計(jì) 智能辣椒直播專用機(jī)熄火后 液壓油缸內(nèi)無壓 力油 制動(dòng)拉簧通過制動(dòng)軟軸將左 右分離臂拉緊 完成駐車 由于受結(jié)構(gòu)與空間限制 制動(dòng)拉簧設(shè)計(jì) 為密圈圓柱螺旋拉伸彈簧 結(jié)構(gòu)如圖 所示 圖 拉伸彈簧載荷 變形圖 設(shè)計(jì)單根拉簧時(shí)需要確定以下原始條件 最小 工作載荷 最大工作載荷 工作行程 彈簧外徑 載荷作用次數(shù) 彈簧 材料 端部結(jié)構(gòu) 且單根拉簧部分參數(shù)應(yīng)滿足以 下邊界條件 李紹武等 智能辣椒直播專用機(jī)自動(dòng)駐車裝置的設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)分析 null null null null null nullnull null null nullnull 圓柱螺旋拉伸彈簧設(shè)計(jì)計(jì)算的基本公式有 式中 為材料的許用切應(yīng)力 為彈簧的工 作載荷 為工作載荷作用下的變形量 為 彈簧剛度 為材料直徑 為彈簧中 徑 為旋繞比 為曲度系數(shù) 由下式 計(jì)算 為彈簧的有效圈數(shù) 為切變模量 在實(shí)際計(jì)算中 彈簧的計(jì)算方法很多 本文采用 拉伸彈簧計(jì)算模塊對(duì)制動(dòng)拉簧進(jìn)行多組計(jì) 算 選取最優(yōu)方案 最終單根制動(dòng)拉簧的計(jì)算結(jié)果 下 鋼絲直徑 彈簧外徑 有效 圈數(shù) 彈簧剛度 最小工作載 荷 最小載荷下的變形量 最大工作載荷 最大載荷下的變形量 制動(dòng)彈簧拉力 行程圖如圖 所示 制動(dòng)軟軸的設(shè)計(jì) 為確保駐車裝置在不會(huì)對(duì)行車制動(dòng)及轉(zhuǎn)向產(chǎn)生 影響 在制動(dòng)軟軸前端設(shè)計(jì)連接叉 這樣在行車制動(dòng) 或轉(zhuǎn)向時(shí) 右分離臂連接銷軸可以在連接叉的 型 槽內(nèi)移動(dòng) 型槽的尺寸與液壓油缸的活塞行程 相等 圖 制動(dòng)彈簧拉力 行程圖 結(jié)束語 本文中重點(diǎn)介紹了智能辣椒直播專用機(jī)自動(dòng)駐 車裝置的設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu) 通過該駐車裝置的設(shè)計(jì) 可 以達(dá)到 車輛啟動(dòng)時(shí)自動(dòng)解除制動(dòng) 熄火時(shí)自動(dòng)駐 車 的效果 同時(shí)該裝置相比傳統(tǒng)駐車裝置 具有結(jié) 構(gòu)簡(jiǎn)單 安裝方便 制動(dòng)可靠和適應(yīng)性廣的特點(diǎn) 另 外 本文所介紹的自動(dòng)駐車裝置的零部件配套選型 時(shí)充分考慮市場(chǎng)上成熟應(yīng)用的產(chǎn)品 減少新產(chǎn)品的 開發(fā) 節(jié)約成本 自動(dòng)駐車裝置不僅為該類產(chǎn)品結(jié) 構(gòu)設(shè)計(jì)的開發(fā)奠定基礎(chǔ) 而且為開展變型設(shè)計(jì)積累 技術(shù)資料 參考文獻(xiàn) 侯莉 蘇鶴 賀桂仁 河南省小辣椒產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及建議 河南農(nóng)業(yè) 機(jī)械電子工業(yè)部洛陽拖拉機(jī)研究所 拖拉機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè) 下冊(cè) 北京 機(jī)械工業(yè)出版社 成大先 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) 北京 化學(xué)工業(yè)出版社 編輯 張曉超 作者簡(jiǎn)介 李紹武 男 河南息縣人 本科 工程師 主要從事 農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)開發(fā)工作 中國(guó)一拖一項(xiàng)目入選國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃 第一拖拉機(jī)股份有限公司牽頭申報(bào)的 標(biāo)準(zhǔn)化果園智能 化生產(chǎn)技術(shù)裝備創(chuàng)制與應(yīng)用 項(xiàng)目近日入選 年度國(guó)家 重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃 據(jù)介紹 標(biāo)準(zhǔn)化果園智能化生產(chǎn)技術(shù)裝備創(chuàng)制與應(yīng)用 項(xiàng)目由第一拖拉機(jī)股份有限公司牽頭 河南科技大學(xué) 中國(guó) 農(nóng)機(jī)院 南京農(nóng)機(jī)所等國(guó)內(nèi)優(yōu)勢(shì)農(nóng)機(jī)研發(fā)生產(chǎn)單位參與 以 實(shí)現(xiàn)果園生產(chǎn)信息感知 自主決策 精準(zhǔn)作業(yè) 智慧管控為目 標(biāo) 重點(diǎn)研究 果園 果樹 機(jī)械 耦合互作機(jī)理與裝備作業(yè) 智能決策機(jī)制 研發(fā)信息地空協(xié)同感知 作業(yè)智能決策 裝備 自主導(dǎo)航與精準(zhǔn)作業(yè) 智能云管控等技術(shù) 該項(xiàng)目的實(shí)施 將突破部分高端智慧農(nóng)業(yè)裝備關(guān)鍵技術(shù)受制于人的 卡脖 子 問題 有力促進(jìn)果園生產(chǎn)方式轉(zhuǎn)變 農(nóng)機(jī)裝備企業(yè)轉(zhuǎn)型升 級(jí) 農(nóng)機(jī)作業(yè)服務(wù)提質(zhì)增效 引領(lǐng)我國(guó)智慧農(nóng)業(yè)裝備創(chuàng)新 發(fā)展 拖拉機(jī)與農(nóng)用運(yùn)輸車 第 期 年 月