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蘋果采摘全履帶運輸車設計

　1　方案設計

　　當運輸車遇到路面泥濘、濕滑和復雜不易通過時，通過遙控輪子內的電機絲杠傳動，推動連桿使內輪伸出，彈性履帶發生形變使之變成履帶式，車輪與地面接觸面積增大，車對地面壓強變小，以此來克服惡劣路面。當路面良好時，輔助電機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，將一體式全履帶運輸車后輪換成萬向輪與三腳輪結合，通過實物演示實驗發現不影響運輸車對復雜道路的適應性而且增強其靈活性，可應對類似樓梯狀的山路。另外，運輸車在貨物運輸時，難免會遇到短距離大件貨物搬運，所以又增加叉車裝置，提高運輸效率，減輕工作人員負擔。通過綜合分析與整車實驗發現方案更加合理 。洪嘉振、梁敏[等引入碰撞約束的概念，建立了開、閉環形式一致的經典多剛體碰撞動力學方程。

蘋果采摘履帶運輸車設計 　

　2　參數計算

　　1）　輪胎全履帶運輸車構的設計及計算

　　輔助輪推出機構固定在兩個支撐盤之間，輔助輪推出機構由輔助輪、輔助支架、銷軸、螺母、絲桿和輔助電機連接構成，輔助電機固定在支撐盤上，輔助電機轉動帶動絲桿旋轉，推動螺母直線移動，螺母與輔助支撐架銷軸連接，通過輔助電機的正反轉實現輔助輪收縮功能。當運輸車需要高速行進或路面情況較好時，采用普通輪式前進，此時兩個主動輪支撐履帶，使輪子保持圓形狀態，是普通輪子狀態，能快速、靈活行駛。當遇到雨雪、泥濘、顛簸的復雜路況時，通話遙控使輔助電機絲杠傳動帶動輔助支撐架，輔助輪伸出，頂住彈性履帶發生變形，車輪變成履帶式，可輕松通過復雜路面。此輪胎履帶轉換機構把普通輪子與履帶相結合，采用一體式，把輪式與履帶的優點結合，使其適應各種環境。履帶的作用是為了保證機具對地面有足夠的牽引力，使機車的質量傳遞給地面。

　　2）　動力傳遞設計及計算

　　運輸車動力設計要求不僅要保證車的機動性和靈活性，使輪子圓輪與履之間能夠轉換。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，無法使用一個軸實現。也就是主動輪轉動而支撐機構不動。運用“嵌套原理”，使用空心軸，三軸同心結構，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,轉向阻力增大,當轉彎半徑大且高擋行駛時應降擋,中、低擋行駛時不降擋。

　　動力傳動機構的心軸軸承支架、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。驅動電機與驅動電機減速箱的輸入連接，驅動電機減速箱的輸出驅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。另外輔助電機的電源線從空心軸里通過，與車體控制系統連接 。蘋果采摘全履帶運輸車計輪胎和履帶轉換運輸車，在雨雪泥濘、崎嶇顛簸的道路上輪子變成履帶式，輕松越過各種復雜路面。

   3　結構及控制設計

　　1）　彈性履帶的設計

　　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。所以設計的履帶外層用能伸縮的橡膠，里層是松緊帶捆上有較高強度的鋼條，黑色的是輔助輪軌跡帶，軌跡帶卡在輔助輪槽內，防止掉帶。此彈性履帶能在輔助輪的支撐下發生彈性形變，且具有一定的強度，能夠支撐整車及貨物的重量。根據有關研究表明，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）后輪的設計

　　為了方便越障，選擇三角輪，不僅越障能力好，而且設計得當可以實現爬樓梯，但是在轉彎時不方便。為了方便轉彎，把后輪采用小型萬向輪，其靈活旋轉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，為了中和雙方的優點，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生干涉。當需要轉彎的時候，萬向輪發揮作用，可以實現靈活轉彎，當需要越障或爬樓梯時，采用三角輪工作的方式增強越障能力，將兩者優點充分融合。履帶接地長度設計要適當，如果接地長度過小會使得整機縱向穩定性變差，在旋耕作業時可能發生翅頭現象。

　　3）控制系統設計

　　電路線路控制部分，主要由單片機STC12C5A60S2、專用驅動集成電路 L298N、2262-M4 無線遙控模塊、8 路繼電器模塊和 LED 指 示 燈 模 塊 構 成。 單 片 機STC12C5A60S2 作為控制中心處理器，負責處理各種信息；驅動集成電路 L298N 負責控制輔助電機的正反轉；2262-M4 無線遙控模塊負責人工遙控信息的接受；8路繼電器模塊負責控制驅動電機，由于驅動電機功率高，電流大，驅動集成電路 L298N 無法使用，故選擇繼電器來控制；正三支點履帶運輸車布置品字形，轉向履帶運輸車沿車輛縱軸線對稱布置，靠一組履帶運輸車進行轉向。LED 指示燈模塊負責顯示信號處理情況，直觀反映控制系統工作狀態。

蘋果采摘全履帶運輸車計輪胎和履帶轉換運輸車，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。應用于山區或道路不好的鄉下的貨物運輸。可以幫助快遞公司提率，降低成本，節省快遞員人力。此運輸車上的一體式輪胎履帶轉換機構與輪椅相結合，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，并通過了試驗驗證。也可以用于助力車等。只要稍加改裝可適應于多種環境。所以此作品極具有推廣價值。

小型農用全履帶運輸車輕量化研究

國內外不少學者開展了農用車的車架輕量化研究，提出了多種優化方法。利用ANSYS軟件對半掛車車架進行輕量化研究，質量最大降幅可達25.5%。對輪式山地運輸機車架進行輕量化設計，通過改變橫梁結構及板厚，在滿足功能的條件下質量減輕12.4%。也有文獻利用尺寸優化方法對空投越野車、手扶電力驅動車、礦用車等的車架進行輕量化設計，設計后的車架質量均有大幅減輕。2002年，北京理工大學韓寶坤，李曉雷等基于DADS建立了履帶運輸車多體模型，并對其平穩性進行了分析。

小型農用全履帶運輸車輕量化研究 　　小型農用履帶運輸車在果園有較好的通過性，采用電驅動的履帶運輸車相比傳統的內燃機履帶運輸車在振動噪聲控制、裝備智能化及生態環保等方面具有一定的優勢。因此，根據電動履帶運輸車的總體設計要求，對車架進行合理的輕量化設計具有重要的意義。上坡行駛時坡道阻力增大,若動力不足則降擋,同時為防止連續坡道的頻繁換擋,應增大中、低擋使用范圍。

　　目前，對于電動履帶底盤車架的輕量化設計研究較少。本研究基于果園電動履帶運輸車的底盤設計要求，構建車架有限元分析模型，采用結構優化的方法對車架進行輕量化設計，以期為果園全履帶運輸車的輕量化設計提供參考。

全履帶運輸車輕量化研究 　　建立了果園電動履帶底盤車架的有限元模型，靜態電測試驗結果驗證了所構建模型的可行性。通過對車架進行輕量化設計，使其在滿足強度、剛度的條件下，質量降幅為8.82%，較好地達到了輕量化的目標。運用有限元模態分析的方法對輕量化前后車架結構的各階頻率進行了對比分析，結果表明，經過輕量化設計后車架結構的各階頻率均有所提升。其中，一階頻率提高了11.81%，進一步提升了底盤的行駛性能。全履帶運輸車履帶板與驅動輪嚙合的結果從第3秒開始，依次進入嚙合狀態的單個履帶板所承受的嚙合力從1500kN開始逐漸增加，到第14秒時達到2600kN，并逐漸穩定，這一現象是因為爬坡過程所需的驅動力逐漸增加。

全履帶運輸車橡膠履帶底盤的優點及應用領域

全履帶運輸車橡膠履帶底盤本身就會占據很大的面積，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，相應的與地面的摩擦力也很強，可以提供強大驅使動力。

全履帶運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繞循環履帶，使得車輪不用直接與地面接觸，較好的保護車輪保障。是循環履帶直接與地面接觸摩擦，在啟動之后，通過驅動輪帶動履帶，當車輪在履帶上按照驅使方向滾動時，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。

全履帶運輸車橡膠履帶底盤所采用的設計方法其實就是在模仿坦克，就是在底盤的兩側設置一對可以驅動的雙履帶，每個履帶機構上都獨立安裝一個驅動輪，使得每個部位都緊密相連，在驅動時共同帶動車輪向前移動。

全履帶運輸車履帶底盤在應用領域并沒有十分廣泛，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。這種在前進的時候不會發生哄哄的響聲，對地面產生的振動也很小，里面的座椅是十分舒服的那種。除了軍事外，在大型機器行業也是十分流行，比如說伺服壓裝機就是需要這樣的履帶底盤，在作用上也沒差別。冷卻電扇：電扇風量的檢測可將一薄紙放于散熱器前面，當建議機作業時，若紙能被吹開，則說明風量滿意。

全履帶運輸車國外發展現狀

在發達國家，全履帶運輸車經過幾十年甚至上百年的發展，履帶運輸車的制造技術已經趨于完善。目前的研究重點為提高履帶運輸車的環保性、舒適性、美觀性以及智能化。微電子信息技術、信息管理系統和故障診斷技術等開始廣泛應用在全履帶運輸車上。

電子監控和自動報警系統以及自動換擋變速裝置也開始逐步應用；無線遙控履帶運輸車的開發也促進了履帶運輸車智能化的發展；同時采用吸聲材料，噪聲抑制等方法降低或者消除機器噪音可以為全履帶運輸車駕駛人員提供一個更加舒適的作業環境；呈現此種情況時需先斷定哪些氣缸的噴油嘴呈現毛病，可采用逐缸斷缸的方法掃除毛病的噴油嘴，及時替換。電噴技術和電控技術的不斷普及使履帶運輸車的燃油消耗降低經濟性變好，同時降低柴油發動機的尾氣排放，對環境的污染更小，開發更加經濟型和環保型動力裝置的履帶運輸車是國外全履帶運輸車的發展趨勢。