乔化果园作业平台的结构设计及优化

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我国果园的栽培模式主要分为乔化密植和矮砧密植。虽然矮砧密植是果园种植的发展趋势,但就目前来看,我国乔化果园的种植面积依然很大。乔化果园存在问题主要表现在以下几个方面:从业者老龄化、生产能力下降、生产技术落后、机械化水平低、生产成本增加及产业化水平低。但是,近几年通过对乔化果园进行提干改型,为乔化果园机械化作业提供了条件。本课题针对乔化果园作业要求,设计了一种乔化果园作业平台,能够辅助完成剪枝、疏花、蔬果、套袋、采摘等作业。  本文主要内容包括:  (1)确定了乔化果园作业平台的整机实现方案。根据乔化果园作业要求和现有条件,通过建立形态学矩阵分析比较,确定了乔化果园作业平台的整机方案和总体参数。整机以蓄电池作为动力源,采用遥控控制的半自动控制方式,在液压驱动的轮式底盘上搭载套缸式升降平台。整机的尺寸为长2m、宽1m、高1m,可升降高度为0.5~1m,能够实现0~15km范围内的无级调速。  (2)完成了轮式行走装置的设计,包括整体结构设计、确定行走装置关键参数和传动系统的设计。和传统的电力助力式转向系统不同,该行走装置采用遥控控制的电力助力式转向系统,利用伺服电机代替传统的方向盘,通过伺服电机产生不同转向的扭矩传递到转矩传感器,继而控制作业平台不同方向的转向。传动系统采用液压传动方式并对其关键部件进行设计。  (3)对套缸式升降平台进行设计,包括整体结构设计、升降机构设计、平台伸缩机构设计、平台回转机构设计、调平机构设计和工作平台设计。平台升降采用顶升液压油缸来实现,伸缩采用倾斜布置的伸缩液压油缸来实现,回转采用齿轮齿条摆动缸来实现,调平采用蛙式支腿来实现,升降平台主要完成工作平台的升降、伸缩和旋转,以满足乔化果园的作业高度和作业范围。  (4)利用Pro/E软件建立作业平台各零部件模型,完成整机的虚拟装配,并对升降平台进行在静态干涉检验。在解决静态干涉的基础上进行升降平台的运动仿真分析。结果表明,升降平台能够满足设计要求,完成平台升降、伸缩和旋转动作。  (5)利用有限元分析软件ANSYS Workbench对升降平台进行分析。在分析结果的基础上,提出升降平台结构优化方案并进行校验。结果显示,采用的结构优化方案减轻了升降平台的质量,节省了材料和成本。
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