智能辣椒直播专用机自动驻车装置的设计与结构分析_.pdf

智能辣椒直播专用机自动驻车装置的设计与结构分析 李绍武 刘汉华 宋学领 郭春阳 牛吉朋 华艳伟 智能农业动力装备全国重点实验室 河南洛阳 洛阳拖拉机研究所有限公司 河南洛阳 摘要 采用机械变速箱和静液压传动装置相结合的履带车辆在驻车时 需要由人工操作驻车制动手柄 从而使 车辆驻车 这种驻车方式对智能辣椒直播专用机来说存在一定不足 本文重点阐述一种自动驻车装置的设计与结 构 以解决智能辣椒直播专用机停车时 需要手动操作制动装置来实现制动的技术问题 该自动驻车装置的设计 可以达到 车辆启动时自动解除制动 熄火时自动驻车 的效果 关键词 智能 履带车辆 自动驻车 中图分类号 文献标志码 文章编号 经过长期发展 河南省小辣椒种植区形成以柘 城为代表的豫东产区 以临颍为代表的豫中南产区 以内黄为代表的豫北产区的三大优势产区 占全省 辣椒种植面积的 麦椒套种是小辣椒最为常 见种植模式 不仅有利于小麦高产 对小辣椒的生长 发育也十分有利 是间作套种一年两收高产高效的 种植模式 由于辣椒种植属于劳动密集型产业 从种植 管理 采收等都需投入大量人工 随着辣椒 生产经营规模化 组织化的发展 人工种植成本高 作业强度大 效率低的劣势逐渐显现出来 因此提高 辣椒生产机械化水平 是降低人工成本 提升辣椒生 产效率 增加椒农收入的有效途径 智能辣椒直播机组是为麦椒套种农艺而定制开 发的产品 该机组包括智能辣椒直播专用机 铺管覆 膜精量播种机及旋耕施肥机 智能辣椒直播机组依 托北斗导航自动驾驶系统 可直接将辣椒种子播种 到田间 省去育苗 移栽等环节 完成覆膜 铺管 播 种一次性标准化无人种植作业 智能辣椒直播专用机的传动系统是采用机械变 速箱和静液压传动装置相结合的方式 采用该传动 系统的传统履带车辆在驻车时 需要由人工操纵驻 车制动手柄 驻车制动手柄通过杆件或软轴带动行 走变速箱内两侧制动拨叉转动 制动拨叉推动变速 箱内滑动齿轮滑动 滑动齿轮推动压盘 压盘挤压动 摩擦片 使动摩擦片和静摩擦片接触压紧 从而使车 辆驻车 这种驻车方式对智能辣椒直播专用机来说 存在一定不足 一是智能辣椒直播专用机取消了驾 驶室 且结构更加紧凑 安装传统驻车机构难度大 也影响整机外观 其次假如安装了传统驻车装置 则 在启动和驻车时 需要人工操纵驻车制动手柄 对智 能辣椒直播专用机的操作员来说 易出现漏操作 存 在安全隐患 收稿日期 基金项目 科技部 年国家重点研发计划项目 第 卷第 期 拖拉机与农用运输车 年 月 针对上述问题 本文重点阐述一种自动驻车装 置的设计与结构 以解决智能辣椒直播专用机停车 时 需要手动操作制动装置来实现制动的技术问题 自动驻车装置设计思路 智能辣椒直播专用机属于履带拖拉机 应具备行 车制动和驻车制动功能 目前智能辣椒直播专用机 的行车制动功能可以通过转向液压系统实现 为提升 智能辣椒直播专用机的智能化 自动化水平 需要设 计一种自动驻车装置 该驻车装置应满足以下条件 能够完成驻车功能 车辆启动时驻车功能 解除 车辆熄火时实现自动驻车 独立性 行车制动和驻车制动最终作用在 变速箱的左 右分离臂上 应避免行车制动时与驻车 制动机构干涉 确保驻车制动的独立性 自动化程度高 无需要人工操作就可实现 驻车功能 自动驻车装置结构及工作原理 自动驻车装置结构 自动驻车装置包括静液压传动装置 液压油缸 油缸支架 进油管 通气帽 制动拉簧 制动拉板和制 动软轴等 液压油缸 制动拉簧和制动拉板安装在油 缸支架上 进油管一端与静液压传动装置连接 另一 端与液压油缸连接 制动软轴一端固定在油缸支架 上 与液压油缸连接 另一端固定在左分离臂 连接 叉与右分离臂连接 具体结构如图 所示 静液压传动装置 进油管 通气帽 液压油缸 制动拉 簧 制动拉板 油缸支架 制动软轴 左行车转向制动转 轴 左分离臂 右分离臂 右行车转向制动转轴 图 自动驻车装置结构图 自动驻车装置工作原理 自动驻车装置是利用液压系统将液压油缸伸出 解除驻车 制动拉簧将液压油缸缩回实现驻车 达到 熄火后自动驻车 启车时自动解除制动 的效果 驻车制动 当智能辣椒直播专用机熄火后 静液压传动装 置的补油泵不工作 液压油缸无杆腔压力为零 制动 拉簧拉力大于制动油缸推力 制动油缸活塞杆缩回 制动软轴带动左 右分离臂张紧 实现制动 驻车制动解除 当智能辣椒直播专用机启动后 静液压传动装 置的补油泵通过进油管 将稳定的压力油输送到液 压油缸的无杆腔 此时液压油缸产生的推力大于油 缸两侧制动拉簧的拉力 制动油缸活塞杆伸出 左 右分离臂放松 解除制动 主要参数设计与计算分析 驻车制动力的计算 智能辣椒直播专用机自动驻车装置是为了使机 组能在斜坡上保持停车状态 常规设计时 对于行 车制动和驻车制动共用制动器的拖拉机 可取两者 中较大值作为该制动器所需的制动力矩 智能辣 椒直播专用机的变速箱采用的是无自增力的盘式制 动器 行车制动功能采用液压压紧 已满足使用要 求 驻车制动功能采用弹簧拉力压紧 因此需要计算 驻车时左 右分离臂受力大小 如图 所示 智能辣 椒直播专用机驻车制动时作用在左 右分离臂上的 力使得转向齿轮分离 克服转向弹簧推力后 逐渐使 摩擦盘压紧 产生摩擦力矩 最终将车辆制动 这时 作用在左 右分离臂的转矩 为 式中 为作用在左 右分离臂上的力 为左 右分离臂半径 为 左 右分离臂与水平面夹角 左 右分离臂水平移动距离 为 图 左 右分离臂的受力简图 拖拉机与农用运输车 第 期 年 月 根据 拖拉机 安全要求 第 部分 履带拖拉机 安全要求 履带拖拉机在 坡道的压实土路上 使用驻车制动装置 应能沿 上下坡方向可靠停住 因此智能辣椒直播专用机在 坡道上安全停车时每个制动器所需的制动力矩 为 式中 为拖拉机使用质量 为重力加速度 取 为驱动轮动力半径 为制动器和驱动驱 动轮之间的传动比 为按标准规定的坡度角 为滚动阻力系数 一般取 为同时工作的 制动器数目 根据变速箱厂家提供数据可知 制动器制动力 矩 与左 右分离臂的转矩 的关系如下 因此 使智能辣椒直播专用机能够在规定坡道 上完全停车的条件是 将各项参数代入上述公式后 每个制动器所需 的制动力矩 左 右分离臂水平 移动距离 则智能辣椒直播专用 机在 坡道上驻车时 左 右分离臂受力 液压系统的设计 自动驻车液压原理图如图 所示 吸油过滤器 静液压传动装置 液压油缸 液压油散热器 图 自动驻车液压原理图 油箱内的液压油经过滤器进入静液压传动装 置 利用静液压传动装置内补油泵将稳定压力油输 入液压油缸内无杆腔 液压油缸克服两侧制动拉簧 的阻力 活塞杆完全伸出 在液压油缸完全伸出后 静液压传动装置不再对液压油缸做功 相当于给静 液压传动装置外接一个压力表 与单独供油相比该 系统更加节能 单作用活塞液压油缸的理论推力 为 式中 为活塞直径 为工作压力 活塞杆伸出速度 为 式中 为流入液压油缸的流量 为液压 油缸容积效率 当活塞密封为弹性密封材料时 当活塞密封为金属环时 活塞杆伸出时间 为 式中 为活塞行程 已知静液压传动装置在发动机怠速下补油泵转 速为 补油泵排量为 补油压力为 选取市场上常用的一款油缸作为驻车装置 的液压油缸 其参数为 液压油缸活塞直径 活塞行程 工作压力 将 参数代入上述公式后 单作用活塞液压油缸的理论 推力 活塞杆伸出速度 活塞杆伸出时间 即发动机怠速时解除驻车制动时 间 制动拉簧的设计 智能辣椒直播专用机熄火后 液压油缸内无压 力油 制动拉簧通过制动软轴将左 右分离臂拉紧 完成驻车 由于受结构与空间限制 制动拉簧设计 为密圈圆柱螺旋拉伸弹簧 结构如图 所示 图 拉伸弹簧载荷 变形图 设计单根拉簧时需要确定以下原始条件 最小 工作载荷 最大工作载荷 工作行程 弹簧外径 载荷作用次数 弹簧 材料 端部结构 且单根拉簧部分参数应满足以 下边界条件 李绍武等 智能辣椒直播专用机自动驻车装置的设计与结构分析 null null null null null nullnull null null nullnull 圆柱螺旋拉伸弹簧设计计算的基本公式有 式中 为材料的许用切应力 为弹簧的工 作载荷 为工作载荷作用下的变形量 为 弹簧刚度 为材料直径 为弹簧中 径 为旋绕比 为曲度系数 由下式 计算 为弹簧的有效圈数 为切变模量 在实际计算中 弹簧的计算方法很多 本文采用 拉伸弹簧计算模块对制动拉簧进行多组计 算 选取最优方案 最终单根制动拉簧的计算结果 下 钢丝直径 弹簧外径 有效 圈数 弹簧刚度 最小工作载 荷 最小载荷下的变形量 最大工作载荷 最大载荷下的变形量 制动弹簧拉力 行程图如图 所示 制动软轴的设计 为确保驻车装置在不会对行车制动及转向产生 影响 在制动软轴前端设计连接叉 这样在行车制动 或转向时 右分离臂连接销轴可以在连接叉的 型 槽内移动 型槽的尺寸与液压油缸的活塞行程 相等 图 制动弹簧拉力 行程图 结束语 本文中重点介绍了智能辣椒直播专用机自动驻 车装置的设计和结构 通过该驻车装置的设计 可 以达到 车辆启动时自动解除制动 熄火时自动驻 车 的效果 同时该装置相比传统驻车装置 具有结 构简单 安装方便 制动可靠和适应性广的特点 另 外 本文所介绍的自动驻车装置的零部件配套选型 时充分考虑市场上成熟应用的产品 减少新产品的 开发 节约成本 自动驻车装置不仅为该类产品结 构设计的开发奠定基础 而且为开展变型设计积累 技术资料 参考文献 侯莉 苏鹤 贺桂仁 河南省小辣椒产业发展现状及建议 河南农业 机械电子工业部洛阳拖拉机研究所 拖拉机设计手册 下册 北京 机械工业出版社 成大先 机械设计手册 北京 化学工业出版社 编辑 张晓超 作者简介 李绍武 男 河南息县人 本科 工程师 主要从事 农业机械设计开发工作 中国一拖一项目入选国家重点研发计划 第一拖拉机股份有限公司牵头申报的 标准化果园智能 化生产技术装备创制与应用 项目近日入选 年度国家 重点研发计划 据介绍 标准化果园智能化生产技术装备创制与应用 项目由第一拖拉机股份有限公司牵头 河南科技大学 中国 农机院 南京农机所等国内优势农机研发生产单位参与 以 实现果园生产信息感知 自主决策 精准作业 智慧管控为目 标 重点研究 果园 果树 机械 耦合互作机理与装备作业 智能决策机制 研发信息地空协同感知 作业智能决策 装备 自主导航与精准作业 智能云管控等技术 该项目的实施 将突破部分高端智慧农业装备关键技术受制于人的 卡脖 子 问题 有力促进果园生产方式转变 农机装备企业转型升 级 农机作业服务提质增效 引领我国智慧农业装备创新 发展 拖拉机与农用运输车 第 期 年 月