板栗采收机结构设计

2 板栗采收机工作原理

板栗采收机是将机、电集为一身的机械系统，板栗采收机的正常运行离不开机械系统，本板栗采收机的机械系统由电动、液压、传动、摇臂、机身等系统组成。
2.1 机械系统工作原理
2.1.1实现机身的前进/后退
机身的前进/后退的动力由步进电机提供，经过齿轮减速箱减速，再由齿轮减速箱传递到车轮[3]。
2.1.2实现摇臂的升降
摇臂升降的动力由液压机提供，液压机通过控制液压油进出液压油缸来控制液压油缸的升缩。液压油缸，摇臂和机身是以连杆的方式连接，通过液压油缸的升缩控制摇臂的升降[4]。
2.1.3实现钻头的震动
钻头震动的动力由气压机提供，气压机提供高压气体，由管路将高压气体导入转换器，由转换器将高压气体的能量来驱动钻头水平方向上的水平运动，转换器将通过水平运动的周期来控制钻头震动的频率[5]。
2.2 机械系统的性能要求
2.2.1高适应性
板栗采收机主要的工作环境是土壤酥松，坑洼不平的土质地面，因此要求板栗采收机有较高的环境适应性，能适应大多数板栗种植环境的工作要求。因此对整机的重量，车轮的设计提出了很高的要求[6]。
2.2.2高稳定性
板栗采收机的工作环境为野外，不便于设备的维修，而且板栗采收机由多个系统组成，每个系统都是至关重要的，所以要求板栗采收机的各个系统都需要有较高的稳定性[7]。
2.2.3良好的抗干扰性
板栗采收工作环境为在室外，道路泥泞、环境比较差，因此要求板栗采收机有较好的防雨水性能，车轮的运转对泥土有较好的抗干扰性，这样才能保证板栗采收机整机工作正常[8]。
2.2.4良好优越性
板栗采收机工作时对板栗树不能产生较大的影响，这对板栗采收机工作时钻头震动的频率和振幅提出了较大的要求[9]。
2.3 本章小结
本章对机械系统的功能进行介绍，对机身的前进/后退、摇臂升降、转头震动等功能进行设计，提出了如何实现机身的前进/后退、实现摇臂的升降、实现转头的震动的对策，并提供相应的设计和介绍[10]。在对板栗采收机的性能进行设计时，主要是根据板栗采收机的整机因素、工作环境等条件提出的，根据根据板栗采收机整机、工作环境等因素，对板栗采收机提出了高适应性、高稳定性、良好的抗干扰性、良好优越性等要求，这些设计条件的提出给整个板栗采收机设计定下了具体的框架和要求，这些条件决定板栗采收机运行时的稳定性和优越性，也大幅降低了板栗采收机的后期维护费用，本章的作用是对板栗采收机整机的性能进行设计，为后面整机设计提供方向。

3 机械系统的选择

3.1 电机的选择
考虑板栗采收机的整体结构和工作环境，我们需要选择一台运行稳定、后期维护简单、结构简单、经济实惠的电机，所以选择步进电机，根据电机减速比、运行中输出轴转速、电机极数、外轮廓尺寸、经济性等因素，选择如下参数的电机[11] 。
电机的输出功率为：P=3Kw

(3-1)
电机可选转速为

式中： nd ——为电动机可选转速范围，单位为r/min；
ia ——传动装置的合理范围；
nw ——为工作机转速，单位为r/min。
电机扭矩计算公式为

(3-2)
T=9550×P/n=9550×3/1560=18.36N·m
式中： T ——电机输出轴的扭矩，单位为N·m；
P ——电机输出功率，单位为Kw；
n ——为工作机转速，单位为r/min；

4 机械系统的结构

4.1 液压机组件结构
液压机的主要作用是产生高压液压油回路，通过控制高压油进出液压油缸，达到控制液压油缸伸缩的目的[17]。使用液压系统控制摇臂升降有结构简单、运行稳定、传动精确、操作简单、经济实惠、载荷能力强等优点[18]。在摇臂前装液压电机，电路系统可以控制液压电机的正传和反转，正传出油，反转进油，正传和反转有出油阀和进油阀控制，在出油阀和进油阀上分别装有出油口和进油口，液压机的结构图4.1如图所示。

1—壳体；2—端盖；3—出油管；4—挡板；5—进油管；6—端盖；7—电机出油口；
8—液压电机；9—支架
图4.1液压机的结构示意图
4.2 摇臂组件结构
摇臂是板栗采收机工作时对板栗树作用的关键部件，因为工作环境在户外，所以有时会遇到雨水，因此摇臂必须要有较强的抗干扰性、抗腐蚀性、刚性、还需要具备较强防水性。根据防水性和工作环境的因素，设计时采用了液压驱动，液压驱动有较强的防水性、传动精确、运行稳定、经济实惠、后期维护简单等优点，根据整机的重量和工作中摇臂的应力分析，和刚度需求等因素，决定摇臂的支架部分的材料使用45号钢，45号钢能满足摇臂在工作时对刚度的要求[19]。
摇臂的连接结构是由钻头连接转换器，转换器再与摇臂相连[20]。摇臂.机身和液压油缸组成一个拥有三个连杆的连杆机构，通过液压油缸升缩来控制摇臂在竖直方向上移动，摇臂组成结构由图4.2所示。

1—钻头；2—转换器；3—固定板；4—摇臂；5—液压油缸；6—摇臂底座
图4.2摇臂结构图

5 三维零件渲染

5.1 渲染
板栗采收机三维模型的零件全都是使用keyshot渲染的，零件和整机的渲染如下图所示。

图5.1整机渲染图

5.2 本章小结
本章主要是将板栗采收机的零部件进行渲染，考虑到板栗采收机的工作环境，整体搭配等因素，对板栗采收机的各个零件的颜色进行选择，并使用keyshot进行模拟渲染，让我在设计之初就可以看到板栗采收机成品的效果，避免很多不必要的工作步骤，一定程度上降低了板栗采收机的制作成本。

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