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蘋果采摘多功能設計

　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。（4）在完成加工后對車輛進行試驗和性能測試，分析測試過程中發現的問題并加以改進。前輪作為主動輪使用一體式輪胎履帶輪，將一體式多功能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 。

蘋果采摘履帶運輸車設計 　

　2　參數計算

　　1）　輪胎多功能構的設計及計算

　　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。很多朋友由于對機器的結構和性能缺乏了解（尤其是新操作人員），一旦操作失誤容易導致故障，甚至導致機械事故的野蠻操作，或不適應不同品牌的設備運行方式，習慣。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。

　　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。為更好地提高山地緩坡地果園的運輸效率，設計一種操作輕便而且適應性好的運輸車很有必要。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。

　　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。圖所示的轉向機構中采用電機驅動減速機，由牽拉絲杠牽引側向布置的前后履帶運輸車轉向臂進行轉向。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 。

   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。現代多功能發動機多采用柴油機,其主要原因是:柴油機的壓縮比高,做功行程的氣體膨脹比較充分,能量利用率高,燃油消耗率比汽油機一般低。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。

　　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。多功能的研究為了方便單人操作和限度的簡化結構、降低成本，同時又要保持車體的靈活性與穩定性，選用單履帶運輸車裝置作為核心裝置。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。

　　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；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。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；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。

蘋果采摘多功能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。考慮到山地特殊的地形條件，通過對輪式、履帶式和手扶式等幾種運輸方式的比較，選用履帶式結構。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；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。

多功能的發動機特性

　　現代多功能發動機多采用柴油機,其主要原因是:柴油機的壓縮比高,做功行程的氣體膨脹比較充分,能量利用率高,燃油消耗率比汽油機一般低;由于柴油機的燃油消耗率低以及柴油密度大,在相同容積油箱的情況下,履帶運輸車采用柴油機的行程里程為采用汽油機的倍;柴油不易蒸發、著火點高,不易發生火災,易于儲存和運輸,可以減少履帶運輸車的火災危險性;柴油機易于改裝成多種燃料發動機;柴油機易于采用增壓技術提高發動機的單位體積功率,降低發動機的比質量和燃油消耗率,從而提高發動機的緊湊性和燃油經濟性。1980年，北京工業學院魏宸官建立了多功能勻速轉向時，轉向的運動學和動力學參數間的關系，給出了履帶運輸車轉向時動力學參數的求解方法。

履帶運輸車的發動機特性 　　近年來履帶運輸車柴油機性能有了很大提高,提高功率主要靠增加平均有效壓力,具體措施包括采用渦輪增壓技術、中冷技術、電子控制、超高增壓、低散熱等新技術。通過提高增壓度和采用中冷技術,使結構更加緊湊,油耗進一步降低。在全部35秒的過程中，并不是所有履帶板均與驅動輪輪齒有嚙合作用，這里只有編號為6到編號為16的這11塊履帶板發生與驅動輪齒的嚙合。履帶運輸車發動機的功率。由于履帶運輸車經常在惡劣環境下行駛,對動力裝置輔助系統的功能、性能提出了特殊的要求。

履帶運輸車的發動機特性

　　多功能在不同的路面行駛時,造成柴油機的負荷阻力矩在很大的范圍內變化。為了保持柴油機正常工作,并且穩定柴油機的穩定工作轉速和限制柴油機的轉速,履帶運輸車的發動機采用全程調速的風冷式渦輪增壓柴油機,其模型包括標定功率速度特性和部分速度特性模型。專家控制系統將工程控制論與專家系統相結合,已廣泛應用于故障診斷、各種工業過程控制和工業設計的智能控制系統。調速器的采用可以改進柴油機的轉矩曲線,盡管發動機工作時其輸出轉矩可以在很大的范圍內變化,但其轉速變化很小,因此保證了發動機在穩定的狀態下工作,以適應行駛阻力的急劇變化。

　　柴油機的外特性代表車輛柴油機在使用中允許達到的性能,直接關系到車輛的動力性能。柴油機部分特性曲線的有效功率、有效扭矩、小時燃油消耗的變化趨勢與外特性曲線相類似,但均小于外特性的值。多功能履帶板履帶板在行走裝置運動過程中，依次與驅動輪嚙合，將驅動輪的扭矩轉化為克服各種阻力推動整機運行的動力，進行履帶板在嚙合過程中的受力規律的分析研究，對設計者進行驅動電機的選擇、履帶板的設計和驅動輪的結構等工作都具有重要的指導作用。柴油機理論上是一個非線性不確定系統,其數學模型是非線性的。雖然非線性的數學模型可以準確描述柴油機的工作特性,但是它不便使用,所以在實際應用時常常采用準線性模型代替非線性模型。另外多功能在正常行駛過程中,發動機一般是相對穩定的系統,也就是說發動機的轉速波動不是太大。

小型農用多功能輕量化研究

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%。多功能進行模糊換擋的前提是控制系統應具有熟練駕駛員經驗知識,駕駛員的操縱意圖主要通過油門踏板和轉向制動操縱桿來反映。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。

小型農用多功能輕量化研究 　　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。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。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。

　　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，以期為果園多功能的輕量化設計提供參考。

多功能輕量化研究 　　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。基于上述假設，Routh提出了用于解決多剛體系統碰撞問題的動量平衡法。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。