2020 年第 1 期我國是一個農(nóng)業(yè)大國， 因而現(xiàn)今我國 迫切需要實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化 。機(jī)械化是實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的一個重要標(biāo)志1，加速我國農(nóng)業(yè)機(jī)械化發(fā)展的重要途徑之一就是運(yùn)用機(jī)械化的先進(jìn)技術(shù) 來 提高資源利用效率 、節(jié)省人力2。本文設(shè)計了一種自動作業(yè)車， 可進(jìn)行精準(zhǔn)噴藥等作業(yè)， 大大提高了資源的利用效率，節(jié)省了人力3-5。1 整體參數(shù)設(shè)計1.1 底盤設(shè)計該作業(yè)車需在相對狹小的空間里靈活作業(yè) ，故在保證所有零部件能夠安裝上去的前提下應(yīng)盡可能地縮小尺寸， 最終尺寸定為 1180mm×753mm×430mm。為使小車轉(zhuǎn)向更加穩(wěn)定，采用前輪距較寬于后輪距的設(shè)計，雖然會導(dǎo)致在轉(zhuǎn)彎時的精度略微降低，但對小車的工作情況影響不大，所以最終定前輪距為622mm，后輪距為 582mm。1.2 質(zhì)量與載荷分布設(shè)計通過整體設(shè)計與選材并綜合小車?yán)m(xù)航等因素，最終確定小車整備質(zhì)量為 60kg，搭載四塊供電電源后總質(zhì)量為 75kg。為使小車的動力性與通過性較好，使驅(qū)動輪處載荷相對較大；為使小車操縱穩(wěn)定性較好，轉(zhuǎn)向輪處的載荷不應(yīng)過??；為使小車四個輪胎磨損均勻，四個車輪的載荷不應(yīng)相差過大 。綜合以上因素考慮，將小車 45%的載荷分配給前軸承受，剩余 55%的載荷分配給后軸承受。2 小車的性能參數(shù)設(shè)計由于作業(yè)環(huán)境土地比較松軟且道路泥濘，故小車行駛速度不宜過快，但作業(yè)速度應(yīng)該比人工要快 45 倍，所以最終將小車最高速度 Vmax設(shè)定為 15km/h。另外要求轉(zhuǎn)彎半徑盡可能減小，提高小車的通過性與靈活性，為了讓小車靈活通過轉(zhuǎn)彎路口，設(shè)計小車轉(zhuǎn)向輪的最大轉(zhuǎn)角為 30°，由前期設(shè)計計算可知小車的軸距為 868mm，根據(jù)最小轉(zhuǎn)彎半徑 Rmin= 軸距 / 轉(zhuǎn)向輪最大轉(zhuǎn)角的正弦值可以確定小車的最小轉(zhuǎn)彎半徑約為 1.74m。由于要求制動性能盡量較好，制動距離要減少，避免因?yàn)橹苿泳嚯x太長導(dǎo)致車輛對作物產(chǎn)生碰撞，小車采用盤式制動器，制動時每個剎車鉗的力 F1=67.5N， 每個驅(qū)動輪上各有一個剎車 片，計算得最小剎車距離5m 。關(guān)于小車的主要性能參數(shù)如表 1 所示。表 1 小車主要性能參數(shù)3 驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計為了保證車體尺寸，達(dá)到節(jié)能環(huán)保的目的，小車采用電機(jī)驅(qū)動的方式。 由于小車的行駛速度較低、 質(zhì)量較輕，所需功率較小，故選用直流電機(jī)即可滿足要求 。所需電機(jī)的功率計算公式如下：解得 Pe=0.715kW，根據(jù)計算所得，小車在以最高車速行駛時，所需的直流電機(jī)功率為 715W，經(jīng)過選擇比較最終選定尤奈特永磁直流無刷電機(jī)，電機(jī)主要性能參數(shù)如下表 2 所示。表 2 電機(jī)主要性能參數(shù)由于作業(yè)車采用直流無刷電機(jī)控制行進(jìn)，要保證電池連續(xù)工作的時間，故其能源系統(tǒng)采用四塊鋰離子電池串聯(lián)進(jìn)行車輛的供電。4 傳動系統(tǒng)4.1 驅(qū)動橋設(shè)計作業(yè)車采用了后輪驅(qū)動 、前輪轉(zhuǎn)向的方式，將轉(zhuǎn)向輪與驅(qū)動輪分開控制，并且大大簡化了傳動系統(tǒng)。 考慮到該作業(yè)車在田間工作，其中的路面情況比較單一，不存在復(fù)雜路面，另外由于用戶使用手機(jī) APP 進(jìn)行車輛行駛控制無須人員駕駛，為了簡化設(shè)計過程，降低生產(chǎn)成本，最終采用整體式驅(qū)動橋，如圖 1 所示。圖 1 驅(qū)動橋作者簡 介 ：胡楠，男， 1998年出生，本科在讀，研究方向：農(nóng)業(yè)機(jī)械裝備。通訊作者：馬志凱，男， 1984年出生，講師，研究方向：線控農(nóng)機(jī)裝備，農(nóng)機(jī)無人駕駛技術(shù)及模型預(yù)測控制 。項(xiàng)目支持：河北農(nóng)業(yè)大學(xué)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項(xiàng)目（ 2019061）保定市科技計劃項(xiàng)目溫室用旋平機(jī)自動作業(yè)關(guān)鍵技術(shù)研究（ 17ZN010）保定市科技計劃項(xiàng)目，項(xiàng)目編號： 18ZG009溫室自動作業(yè)車設(shè)計河北農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué) 院 胡楠 王學(xué)昌 馬志凱 鄭子岳 李曉曉 劉楊摘 要：通過 CATIA建立三維模型以及實(shí)驗(yàn)，設(shè)計了一種可進(jìn)行遠(yuǎn)程遙控的溫室自動作業(yè)車，包括了底盤 、驅(qū)動系統(tǒng) 、懸架系統(tǒng)等關(guān)鍵部件的設(shè)計，對后叉進(jìn)強(qiáng)度校核，強(qiáng)度滿足使用要求，設(shè)計結(jié)果對溫室智能行走機(jī)具的研發(fā)具有重要的指導(dǎo)意義。關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)設(shè)計；溫室作業(yè)；強(qiáng)度校核最高車速 最小轉(zhuǎn)彎半徑 最大加速度 剎車距離15km/h 1.74m 1.8m/s25m規(guī)格型號 額定電壓 額定轉(zhuǎn)速 輸出功率BM1418WZX 48V 2900r/min 750WH E B EINONGJI河北農(nóng)機(jī)新聞 ·視界22DOI:10.15989/j.cnki.hbnjzzs.2020.01.0122020 年第 1 期4.2 主減速器的計算主減速器采用齒輪嚙合時要保證主從動齒輪的相 對 位置，否則產(chǎn)生的沖擊噪聲會較大 。為此選取主減速器時在保證傳動比符合的條件下，要保證主動 、從動齒輪有足夠的支承剛度 。該車選用的電機(jī)輸出軸輸出的最高轉(zhuǎn)速可達(dá) 2900r/min，小車的最高車速設(shè)定在 15km/h，通過計算得出車輪的轉(zhuǎn)速最高為392r/min，故主傳動比 i=2900/392=7.4。4.3 半軸的設(shè)計由于路面不平或者輪胎磨損不均勻等問題，兩車輪的行駛距離也不盡相同，故必須設(shè)置半軸來保證小車的兩側(cè)車輪不能總是以相同角速度行駛。 半軸連接在驅(qū)動輪與差速器之間，其中內(nèi)端設(shè)計成花鍵形式與差速器上的半軸齒輪相連接，外端設(shè)計為螺紋結(jié)構(gòu)直接穿過驅(qū)動輪中的軸承并長出車輪部分 15mm，并用螺母擰緊固定。5 懸架系統(tǒng)設(shè)計5.1 懸架系統(tǒng)此小車懸架系統(tǒng)主要由減振器及彈簧并聯(lián)組成，其中減振器與彈性元件的安裝示意圖如圖 2 所示。 選取減振器時的要求：當(dāng)懸架系統(tǒng)壓縮時，阻尼力比較??；懸架系統(tǒng)舒張時，阻尼力比較大；當(dāng)車架與車橋的相對運(yùn)動較大時，阻尼力要保持在一定的范圍之內(nèi)。 懸架系統(tǒng)中的彈性元件直徑為 10mm，螺距為 20mm，材料選用硅錳鋼。圖 2 減振器與彈性元件安裝示意圖5.2 前橫梁懸架系統(tǒng)為了使小車整體尺寸更小，前橋部分設(shè)計為單橫臂式懸架，前橫臂懸架系統(tǒng)如圖 3 所示，懸架部分通過連接吊耳與車架連接，這樣有助于降低小車的寬度，使小車的前輪距減少，操控性更強(qiáng)、 靈活性更高。 此種設(shè)計方式結(jié)構(gòu)簡單、 穩(wěn)定高效，符合該車作業(yè)的整體設(shè)計理念與設(shè)計要求。圖 3 前橫臂懸架系統(tǒng)5.3 后懸架系統(tǒng)小車后端的懸架系統(tǒng)一端與后叉相連，一端通過吊耳車架相連，后端懸架系統(tǒng)如圖 4 所示，車輪受到的來自路面的沖擊力通過后叉?zhèn)鬟f到懸架系統(tǒng)，減輕對車架的振動沖擊。 在此中間沒有多余的連接部件，在很好地實(shí)現(xiàn)功能的基礎(chǔ)上大大簡化小車底盤的零部件組成，有利于小車的輕量化與節(jié)能化。圖 4 后懸架系統(tǒng)5.4 后叉設(shè)計與分析由于后叉為整車受力的一個關(guān)鍵零部件，為此要保證其強(qiáng)度與剛度，避免整車關(guān)鍵零部件失效，最終采用可鍛造鑄鐵材料 。為了節(jié)省材料 、減輕小車總質(zhì)量，最終將后叉設(shè)計為厚度為3mm 的中空殼體結(jié)構(gòu)，并使用 Solidworks 內(nèi)置軟件對后叉進(jìn)行受力分析與有限元的分析，應(yīng)力分布圖如圖 5 所示，通過受力分析得出安全系數(shù)為 6.91，符合安全性能要求。圖 5 后叉應(yīng)力分布圖6 結(jié)論本文通過建模 、分析等方式設(shè)計了一輛自動作業(yè)車，包括底盤及質(zhì)量載荷分布設(shè)計 、傳動機(jī)構(gòu)設(shè)計與選擇 、關(guān)鍵部件的設(shè)計與分析。 并且通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了其在作業(yè)時各方面的性能較高，同時滿足了節(jié)能、 環(huán)保和低成本等要求。參考文獻(xiàn)：1孫巖 ,宋立成 .淺談農(nóng)業(yè)機(jī)械化與農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的關(guān)系 J.農(nóng)業(yè)工程,2012,2(03):1214.2羅錫文 .對加速我國農(nóng)業(yè)機(jī)械化發(fā)展的思考 J.農(nóng)業(yè)工程 ,2011,1(04):18+56.3樊桂菊 ,李汝莘 ,杜輝 .國外設(shè)施農(nóng)業(yè)機(jī)械的發(fā)展 J.農(nóng)業(yè)裝備技術(shù),2003(02):4748.4賀仁杰 ,李繼紅 .昌吉州設(shè)施農(nóng)業(yè)配套機(jī)械裝備情況與發(fā)展建議J. 農(nóng)業(yè)機(jī)械,2009(14):6264.5陳福忠 .發(fā)展設(shè)施農(nóng)業(yè)機(jī)械裝備的實(shí)踐探索與嘗試 J.時代農(nóng)機(jī),2016,43(06):9+11.新聞 ·視界H E B EINONGJI河北農(nóng)機(jī)23