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丘陵山地电动式单轨道运输车构造安排doc

单轨道运输车

  

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  丘陵山地电动式单轨道运输车结构设计 施新杭 陈晖 陆丹丹 傅剑 金华市农业机械研究所 X 关注成功! 加关注后您将方便地在 我的关注中得到本文献的被引频次变化的通知! 新浪微博 腾讯微博 人人网 开心网 豆瓣网 网易微博 摘????要: 丘陵山地以果园产业居多, 主要种植柑橘、香榧等经济果林, 然而由于地形影响, 基础条件差, 没有完善的交通网络, 也没有专用的运输装备, 果品和农资运输以人工为主, 极大地制约了丘陵地区农业经济的发展。本文开发的适用于丘陵山区的运输机械, 由5大功能部件组成, 采用直流电机驱动、防侧倒设计、无线遥控操作, 解决运输作业安全性和人工成本高的问题, 增加丘陵山地产业附加值和经济效益, 促进农业增效、农民增收。 关键词: 单轨道; 电动式; 运输车; 结构设计; 丘陵; 作者简介:施新杭 (1987—) , 男, 助理工程师, 主要从事农业机械装备及农机检验检测技术研究。 基金:浙江省公益技术研究农业类重点项目 (2015C32064) :丘陵山区可拆卸单轨式果蔬运输机关键技术研发与应用 1 丘陵山地运输设施现状 丘陵山地是柑橘、茶叶等经济作物的主产区, 由于传统的运输机械如轮式运输车、履带式运输车[1]等不能适应复杂且崎岖不平地形, 无法平稳、安全地实现果品和农资运输, 所以目前运输作业还是以人工为主, 劳动强度大、效率低、安全风险大、果品易损伤。常规的道路交通建设费用高, 占地面积大, 容易破坏丘陵山地的生态和水土结构, 不适宜大面积推广。因此, 果园运输机械的匮乏极大地制约着丘陵山地产业经济发展。 针对这一问题, 国内外不同学者开发了多种适合丘陵山地的运输机械, 主要包括架空索道运输系统、单轨道运输车、双轨道运输车等。其中, 单轨道交通运输车[2]是轨道为一条带状的梁体, 车辆在一根钢轨上行驶的运输方式, 采用轨道离地设计, 占地面积小, 不破坏山地生态, 造价相对低, 载重量一般不超过500 kg。华南农业大学开发的7YGQX-5.5型钢索牵引悬挂式货运系统, 以三相电为电源, 通过卷扬机拉动钢丝绳来驱动运输系统, 载重量大, 实际生产率达到1.7 t/h[3];华中农业大学研制开发的7YGS-35型自走式单轨道运输机, 以柴油机为动力, 用于坡度小于35°的山地;对于坡度大于35°的山地, 开发了电牵引式单轨道运输机和7YGS45型自走式双轨道运输机[4]。 丘陵山地的电力设施普遍不完善, 需要建设专门的配电房, 对于小面积的果园不适用。自走式轨道运输机, 以柴油机为动力, 噪声较大, 也存在尾气污染问题。针对以上不足, 本文研发的机械化运输系统, 采用高能量锂电池为电源, 以直流无刷电机为驱动力, 成为现有汽、柴油运输机的一种补充机型。 2 结构设计 本文所研发的运输系统采用单轨道运输方式, 轨道为一条带状的梁体, 运输装置在一根钢梁上。整机采用跨座式结构, 车头和拖车均架设于轨道梁的上方, 以蓄电池为动力, 为无污染、噪声小的电动式单轨道运输车。 图1 电动式单轨道运输机结构示意图 ??下载原图 1.动力系统;2.驱动系统;3.辅助制动系统;4.拖车系统;5.轨道系统 2.1 整机结构 电动式单轨道运输车主要包括以下几个系统:无线/面板控制系统、动力系统、驱动系统、拖车系统、制动系统、底盘系统和轨道系统。控制系统实现直流电机启/停控制, 调速控制;动力系统包括锂电池和直流无刷电机;驱动系统包括链条和驱动轮;拖车系统包括运输车厢, 如图1所示。 2.2 动力计算 运输车在行驶过程中, 主要包括以下几种路况:上坡、下坡、平地、水平左右转向。上坡过程阻力最大, 决定所需配备的最大牵引动力, 以此为依据计算电机功率, 因此, 重点进行上坡工况的受力分析, 运输车的设计参数如下表所示。 表1 上坡过程基本参数 ?? 下载原表 表1中, 机械设计手册中冷钢在辊道上的摩擦系数为0.15~0.18, 并参考论文[5]中运输小车的滚动摩擦系数, 选取μ=0.17。在行驶过程中, 主要受重力、牵引力和摩擦力作用。 进行动力计算:在上坡过程中, 摩擦力f=μFN, 所需牵引力F=Gsinθ+f=Gsinθ+Gμcosθ=3 564 (N) , 所需功率Pw=FV/1 000=2.35 (k W) , 阻力扭矩T=FR=224 N·m。综合考虑传动效率和功率余量, 取安全系数为1.5, 得P=1.5Pw=3.525 k W, 所以, 选取电机额定功率Ped=3.5 k W。 动力电池是为交通运输工具提供动力的电池。在同等功率下, 若选择较高电压, 则放电电流小, 电池寿命会更长;相反, 小电压大电流则线损、铜损大, 电机体积更大。不过, 高电压对线路要求更高, 控制器成本相应会增加。经综合考虑, 选取电池电压12 V, 采用6块单组12 V锂电池进行串联, 总电池容量达到50 Ah, 运行时间约0.96 h;选择72 V/3.5 k W永磁无刷直流电机带霍尔传感器, 额定转速3 000 r/min, 采用B35型带底座安装方式, 传动端端盖凸缘接行星减速器, 速比30, 通过控制器实现前进/倒退档和变速控制, 限流值120 A。 2.3 驱动与选型 本运输车采用跨座式结构, 电机设置在底盘之上, 驱动轮设置在轨道下方, 电机输出轴与驱动轮轴之间中心距较大。如选用齿轮传动, 则需要多级或大齿轮传动, 势必额外增加车体质量, 而且本方案主要通过行星减速机实现变速, 采用链条传动也可以保证平均速比稳定。 驱动方式采用直齿条-销轮传动, 是一种特殊形式的齿轮传动, 无跟切现象, 不受最少齿数限制。如下图所示, 具有圆柱销的大轮为销轮, 直齿条齿型具有外摆线的齿廓, 圆销相比于齿轮, 结构更简单, 加工成本低。 图2 销轮和直齿条配合结构 ??下载原图 1.轨道直齿条;2.销轮 2.4 辅助制动装置 现有的轨道运输车制动方式主要有常开式液压制动器、杭州叉车何如开图解赤湖皮革雇用叉车厂。电磁制动器、手动制动方式等。在果品和物资运输使用过程中, 一般为一个停车点辐射一定面积的果园, 来实现运输物品上下车操作, 往往不需要设计任意位置的即时停止功能。因此, 设计采用橡胶轮, 振动小、噪声低, 制动更加平稳。可调节摩擦块的高低, 来调整刹车过程中橡胶轮对轨道的摩擦力大小, 并可以设置多个摩擦块来实现制动效果。 2.5 结构平衡性和稳定性 整机为单轨道设计, 对整机平衡性以及防侧翻提出一定要求。基本点在于控制左右方向和高度方向重心。在支撑面一定的情况下, 重心越高, 平稳性越差, 因此, 应尽量降低整机重心, 以利于提高设备运行过程的稳定性, 为此, 要减小底盘承重轮和拖车承重轮直径尺寸;而在左右方向重心上, 应以重心落在轨道上为设计原则, 以有利于减小偏心造成的扭力, 提高动力的利用率, 有效增加单次运行里程。在几大组成部件中, 拖车的结构为左右对称, 重心对称好, 所以主要调节蓄电池、电机和底盘之间的布局即可。滚轮均采用夹持结构设计, 确保小车沿单轨道行驶, 不偏离。 3 结论 本研究设计了一种新型的电动式单轨道运输机, 根据设计模型已完成样机装配, 静态平衡性较好, 并完成了电机正、反转, 传动系统和制动功能测试。由于电动式运输机要依赖锂电池, 尽管目前锂电池的质量比能量达到了传统铅酸电池的2倍, 但大容量锂电池质量依然偏大, 例如50 Ah容量的电池质量达到40 kg, 这在很大程度上限制了电动式运输车推广应用。随着未来电池技术的发展, 容量更高、质量更小的电池将极大改善目前运行里程和爬坡能力的限制, 电动式轨道运输机将成为未来丘陵山地主要的运输系统。下一步我们将搭建100 m运输轨道, 设计不同坡度、转弯半径下的运输机。 参考文献 [1]吴伟斌, 赵奔, 朱余清, 等.丘陵山地果园运输机的研究进展[J].华中农业大学学报, 2015 (23) :33. [2]刘滨凡, 王立海.单轨车的发展及在我国林业中的应用[J].森林工程, 2008, 24 (1) :25-27. [3]杨洲, 李雪平, 李君, 等.果园钢索牵引悬挂式货运系统关键部件设计[J].农业工程学报, 2014, 30 (7) :18-24. [4]龚志远, 李轶凡, 刘燕得, 等.山地果园轨道运输机的研究及其应用进展[J].食品与机械, 2016, 32 (1) :202-206. [5]汤晓磊.7YGD-45型单轨果园运输机的设计[D].武汉:华中科技大学, 2012. 1.本站不保证该用户上传的文档完整性,不预览、不比对内容而直接下载产生的反悔问题本站不予受理。

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