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1、三自由度自走履帶式果園采摘平臺(tái)車(chē)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)
摘要：根據(jù)果園的地形特點(diǎn)和作業(yè)條件，本文設(shè)計(jì)的三自由度自走履帶式果園采摘平臺(tái)車(chē)，把液壓力作為行走、舉升和回轉(zhuǎn)的動(dòng)力，具有牽引力大、 接地比壓低、 爬坡能力強(qiáng)、 轉(zhuǎn)彎半徑小，操控方便、可自由升降，移動(dòng)和回轉(zhuǎn)等優(yōu)點(diǎn)。采摘平臺(tái)車(chē)在規(guī)模化果園作業(yè)，使采摘更加安全和舒適，采摘效率更高，有利于果農(nóng)獲得更大的經(jīng)濟(jì)效益。
1引言
近年來(lái)，隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，果園規(guī)?；?jīng)營(yíng)的要求越來(lái)越迫切，果樹(shù)的種植面積不斷擴(kuò)大。長(zhǎng)期以來(lái)，采摘作業(yè)是果樹(shù)生產(chǎn)的四大難題（采摘、修枝、植保、施肥）之一。采摘作業(yè)所用勞動(dòng)力占整個(gè)蘋(píng)果生產(chǎn)過(guò)程所有勞動(dòng)力的33
2、%-50%，目前我市水果的采摘絕大部分還是以人工采摘為主。傳統(tǒng)的人工采摘使用人字梯，而人字梯在田間支撐穩(wěn)定性差，因此操作危險(xiǎn)性大，且作業(yè)空間小，作業(yè)勞動(dòng)強(qiáng)度大，采摘效率低。加上采摘作業(yè)的復(fù)雜性，季節(jié)性，此種作業(yè)采摘方式的弊端越來(lái)越大。鑒于果農(nóng)對(duì)自動(dòng)化、機(jī)械化的采摘平臺(tái)的迫切需求，本文通過(guò)實(shí)地果園調(diào)研，走訪的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了三自由度自走履帶式果園采摘平臺(tái)車(chē)(外形結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖1)。
2采摘平臺(tái)車(chē)的組成及工作過(guò)程
自走式履帶果園采摘平臺(tái)車(chē)是一個(gè)機(jī)電液一體的的組合。主要由四大部分構(gòu)成，行走及驅(qū)動(dòng)部分，升降部分，回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，控制部分組成。機(jī)械化的采摘平臺(tái)代替人字梯,不僅適用于蘋(píng)果的采摘，而且
3、在修枝、施肥、植保運(yùn)輸?shù)茸鳂I(yè)方面也有良好的預(yù)期效果。能大大提高蘋(píng)果采摘效率、降低勞動(dòng)強(qiáng)度、解決勞動(dòng)力的不足、提高了果農(nóng)的經(jīng)濟(jì)收益[1]。
2.1行走機(jī)構(gòu)組成及工作過(guò)程
果園采摘平臺(tái)車(chē)行走機(jī)構(gòu)采用履帶式，因其具有較好的仿形能力，能夠很好的適應(yīng)果園復(fù)雜的地形變化，并保持行走時(shí)底盤(pán)與地面良好的附著力，爬坡能力強(qiáng)，能克服一般輪式行走機(jī)構(gòu)車(chē)輪易打滑，接地比壓大，地形適應(yīng)性及驅(qū)動(dòng)能力差等缺點(diǎn)。
履帶行走功能的實(shí)現(xiàn)是由履帶車(chē)自帶的柴油機(jī)提供動(dòng)力，將柴油機(jī)提供的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為液壓油的壓力能傳送到液壓馬達(dá)帶動(dòng)行星減速器，最終通過(guò)控制油液壓力和通斷，由驅(qū)動(dòng)輪實(shí)現(xiàn)扭矩輸出，驅(qū)動(dòng)履帶車(chē)前進(jìn)或后退[2]
4、。
2.2曲臂升降機(jī)構(gòu)的組成及工作過(guò)程
果園采摘平臺(tái)車(chē)的升降機(jī)構(gòu)有兩個(gè)臂架構(gòu)成，其中臂架2為軸向伸縮臂，臂架1由變幅液壓缸1控制其高度，變幅液壓缸2控制臂架2的高度及調(diào)整臂架1與臂架2之間的角度，使臂架1與臂架2之間的夾角能適應(yīng)樹(shù)冠的形狀，通過(guò)伸縮臂將采摘平臺(tái)送到采摘區(qū)域[3]。
2.3回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的組成及工作過(guò)程
果園采摘平臺(tái)車(chē)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)通過(guò)回轉(zhuǎn)液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)齒輪與內(nèi)齒條旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)的轉(zhuǎn)向。
2.4控制部分組成與工作過(guò)程
果園采摘平臺(tái)車(chē)的行走和變幅、伸縮、回轉(zhuǎn)系統(tǒng)是兩個(gè)的獨(dú)立系統(tǒng)，要求在高空作業(yè)時(shí)采摘平臺(tái)車(chē)不能運(yùn)動(dòng)；同樣在行走的時(shí)候也不能進(jìn)行高空作業(yè)工作。因此為
5、了充分利用系統(tǒng)的效率,在上車(chē)系統(tǒng)和行走系統(tǒng)之間設(shè)置了一個(gè)二位三通換向閥，這樣雖然兩個(gè)系統(tǒng)都是由同一個(gè)主泵供油，但電磁換向閥，確保了兩個(gè)運(yùn)動(dòng)的獨(dú)立性，即它們不可能同時(shí)工作,這就確保了在高空作業(yè)的時(shí)候，不會(huì)因?yàn)槿藶榈恼`操作而使小車(chē)運(yùn)動(dòng)，增加高空作業(yè)的危險(xiǎn)性。
3液壓控制系統(tǒng)及其原理圖
果園采摘平臺(tái)車(chē)是具有多執(zhí)行元件的液壓系統(tǒng)（液壓系統(tǒng)原理圖如圖2）。其中上車(chē)由變幅、伸縮及回轉(zhuǎn)液壓系統(tǒng)組成，下車(chē)就是一個(gè)行走液壓系統(tǒng)。
3.1變幅機(jī)構(gòu)液壓系統(tǒng)回路
果園采摘平臺(tái)車(chē)在工作過(guò)程中升降或在空中停留，速度要平穩(wěn)，變速要方便。伸縮臂的伸縮采用單級(jí)長(zhǎng)液壓缸的驅(qū)動(dòng)。工作中改變控制閥的開(kāi)口大小和
6、方向，即可調(diào)節(jié)伸縮臂的運(yùn)動(dòng)速度和伸縮；變幅液壓缸1承受載重和機(jī)臂之和的分力作用，采用平衡閥使負(fù)重達(dá)到勻速下降的要求，當(dāng)三位四通換向閥位于左位，變幅液壓缸克服負(fù)載重力做功時(shí)，液壓油直接通過(guò)平衡閥中的單向閥作功，當(dāng)三位四通閥位于右位，變幅液壓缸縮回時(shí)，在受到負(fù)載和重力作用下，使機(jī)臂下降速度增加，此處采用平衡閥，以達(dá)到在負(fù)重的同時(shí)且能勻速下降的目的[4]。
3.2回轉(zhuǎn)液壓系統(tǒng)回路
果園采摘平臺(tái)車(chē)工作機(jī)臂，要求能作360旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，用回轉(zhuǎn)液壓機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)這種功能。其工作原理是液壓馬達(dá)通過(guò)大、小齒輪的嚙合，驅(qū)動(dòng)作業(yè)臺(tái)回轉(zhuǎn)，再經(jīng)過(guò)切換三位四通換向閥，便可以實(shí)現(xiàn)作業(yè)架的旋轉(zhuǎn)[5]。
3.3行走
7、系統(tǒng)液壓回路
果園采摘平臺(tái)車(chē)的行走系統(tǒng)主要由行走馬達(dá)來(lái)驅(qū)動(dòng)履帶運(yùn)動(dòng),從而帶動(dòng)整車(chē)的運(yùn)動(dòng)。由于要求該車(chē)是輕巧型，沒(méi)設(shè)操作車(chē)箱,采摘人員是在采摘平臺(tái)上的操控臺(tái)電磁閥的通斷控制其運(yùn)動(dòng)的，通過(guò)對(duì)或門(mén)型梭閥的控制，便可以實(shí)現(xiàn)。無(wú)論行走馬達(dá)朝何方向旋轉(zhuǎn)，制動(dòng)缸只要有油通過(guò)，都可將制動(dòng)油缸打開(kāi)；當(dāng)換向閥處于中位時(shí),液壓馬達(dá)停止旋轉(zhuǎn)，制動(dòng)油缸由于通油，而不能打開(kāi)，從而起到了制動(dòng)的作用。另外,此處還設(shè)置了一對(duì)緩沖閥，起到調(diào)節(jié)油壓、保護(hù)馬達(dá)和管道的作用。
果園采摘平臺(tái)車(chē)的工作通過(guò)采摘人員在控制臺(tái)操控電磁閥，控制液壓回路的順序動(dòng)作（電磁閥順序動(dòng)作如表1），完成整個(gè)果園采摘平臺(tái)的行走，升降，回轉(zhuǎn)等動(dòng)作[6
8、]。
表1蘋(píng)果采摘平臺(tái)車(chē)電磁鐵動(dòng)作順序表
動(dòng)作順序
1YA
2YA
3YA
4YA
5YA
6YA
7YA
8YA
9YA
10YA
11YA
變幅缸1伸
+
-
+
-
-
-
-
-
-
-
-
變幅缸1縮
+
+
-
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變幅缸2伸
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變幅缸2縮
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伸縮臂伸
+
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+
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伸縮臂縮
+
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9、
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-
+
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回轉(zhuǎn)馬達(dá)順轉(zhuǎn)
+
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+
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回轉(zhuǎn)馬達(dá)逆轉(zhuǎn)
+
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+
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行走馬達(dá)進(jìn)
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+
行走馬達(dá)退
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-
+
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4結(jié)論
?。?）根據(jù)對(duì)果園的地形特點(diǎn)和作業(yè)條件的調(diào)研，在分析的基礎(chǔ)上，創(chuàng)新性地提出了機(jī)械采摘平臺(tái)車(chē)可行的設(shè)計(jì)方案。
(2)行走機(jī)構(gòu)采用液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的履帶式行走機(jī)構(gòu)，具有操控方便，爬坡能力大，接地比壓小，行走自由等優(yōu)點(diǎn)；
(3)上車(chē)系統(tǒng)采用變幅液壓缸和伸縮臂調(diào)整作業(yè)平臺(tái)的高度和位置，使采摘作業(yè)安全，舒適，可靠，采摘效率高。
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三自由度自走履帶式果園采摘平臺(tái)車(chē)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)
