【小型玉米播種機(jī)行走裝置設(shè)計(jì)4700字（論文）】

小型玉米播種機(jī)行走裝置設(shè)計(jì)摘要鑒于山區(qū)地勢(shì)混亂，農(nóng)田地勢(shì)狹窄。設(shè)計(jì)一款符合山區(qū)田地情況且具備一定程度自動(dòng)化的小型玉米播種機(jī)，使其能在山區(qū)地形能夠高效工作，節(jié)省人力勞動(dòng)。本次設(shè)計(jì)的產(chǎn)品用電力驅(qū)動(dòng)，體型小，適合在交通相對(duì)不太便利的山區(qū)使用，適合在小型田地中使用。具備簡(jiǎn)單機(jī)器人的基本行走功能，安裝上播種機(jī)的播種機(jī)構(gòu)后，能夠在設(shè)定的位置啟動(dòng)，在無(wú)人干涉的情況下，能配合播種機(jī)的播種機(jī)構(gòu)聯(lián)動(dòng)，能為玉米免耕播種機(jī)的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供一種可行的設(shè)計(jì)及制造辦法和手段，縮短種植機(jī)的設(shè)計(jì)周期，提升產(chǎn)品的靠譜性。關(guān)鍵詞：玉米播種機(jī)；行走裝置；鏈條傳動(dòng)目錄TOC\o"1-3"\h\u23278第1章引言 第1章引言我國(guó)的平原地形則相對(duì)較少，只有115萬(wàn)平方公里，和美國(guó)的相比之下，美國(guó)的平原面積約為我國(guó)的4.2倍。因此我們研究的農(nóng)業(yè)機(jī)械也不能只是考慮平原地區(qū)的地形來(lái)設(shè)計(jì)研發(fā)產(chǎn)品。我國(guó)的山地面積約占全國(guó)面積的二分之三，許多傳統(tǒng)山地耕地都在山上。因此更多的也需要考慮山地耕地的農(nóng)業(yè)機(jī)械方面的研究。而山區(qū)地形相對(duì)平原地區(qū)的地形來(lái)說(shuō)較為復(fù)雜，每一塊田地的邊界也并不是那么規(guī)則，由于田地更多的是處于山上，交通不太便利，且耕地內(nèi)的地面也凹凸不平，且大多數(shù)田地面積較小，因此大型拖拉機(jī)型的農(nóng)機(jī)不易送到地里作業(yè)，以及難以在那樣狹小的田地里高效的作業(yè)。因此研究一款小型的能夠穩(wěn)定安全的在山地行走的農(nóng)業(yè)耕種機(jī)器是很有必要的。而要在山地工作的農(nóng)機(jī)必須面對(duì)的是地勢(shì)復(fù)雜，田地邊界極為不規(guī)則的條件，因此設(shè)計(jì)研發(fā)出來(lái)的機(jī)器能否在這樣的田地里穩(wěn)定和有效的行走就是關(guān)鍵問(wèn)題所在。因此要研發(fā)這樣的符合山地行走耕作的機(jī)器，將其行走裝置作為一個(gè)模塊來(lái)進(jìn)行專門的研究設(shè)計(jì)是很有必要的。而山地多為旱地，種植玉米較多，因此這次選擇設(shè)計(jì)一款小型玉米播種機(jī)自行走裝置。第2章總體方案設(shè)計(jì)2.1技術(shù)要求本次設(shè)計(jì)的小型玉米播種機(jī)自行走裝置應(yīng)該具備簡(jiǎn)單機(jī)器人的基本功能，安裝上播種機(jī)的其余機(jī)構(gòu)后，能夠在設(shè)定的位置啟動(dòng)后，在無(wú)人干涉的情況下，能配合播種機(jī)的其余機(jī)構(gòu)聯(lián)動(dòng)，獨(dú)立完成播種工作，且在自動(dòng)行走過(guò)程中，不被田地的凹凸不平、存在障礙物、曲折不規(guī)整的田地邊界所影響，穩(wěn)定工作。且出現(xiàn)意外時(shí)會(huì)報(bào)警，告知需要人為檢查（包括超載、電路故障、行走時(shí)遇到特殊障礙物履帶懸空轉(zhuǎn)動(dòng)等問(wèn)題）。2.1.1主要技術(shù)參數(shù)該自行走裝置有傳動(dòng)系統(tǒng)，副、主支架，減震懸掛系統(tǒng)、主控箱、各類必須傳感器、播種模塊連接孔、其他模塊連接預(yù)留孔等組成。與播種裝置連接采用可拆卸式螺栓—孔連接，連接孔數(shù)可根據(jù)連接裝置靈活選擇安裝孔，進(jìn)行裝載。前后兩端，每端預(yù)留3×3的?9的安裝孔。該自行走裝置具有簡(jiǎn)單仿形、自動(dòng)根據(jù)所在田塊的邊界所指定的路線行走，帶者玉米播種裝置或者其他附屬功能裝置執(zhí)行玩該塊田地的播種或者別的任務(wù)功能。行走與地面接觸的履帶寬度為121.8mm，承重系統(tǒng)單元數(shù)量6個(gè)。本機(jī)主要技術(shù)參數(shù)如表2-1所示。表2-1小型玉米免耕播種機(jī)主要技術(shù)參數(shù)表項(xiàng)目參數(shù)自行走裝置電機(jī)配套功率（W）550與玉米播種機(jī)構(gòu)或其他附屬機(jī)構(gòu)連接方式可拆卸式螺栓杠—孔連接自行走裝置寬度(mm)655自行走裝置長(zhǎng)度(mm)925自行走裝置高度(mm)475行走機(jī)構(gòu)類型履帶式履帶寬度（mm）122減振系統(tǒng)類型三筒彈簧式減振獨(dú)立懸掛系統(tǒng)類型麥弗遜式獨(dú)立懸掛承重輪橡膠輪承重系統(tǒng)單元數(shù)（個(gè)）6裝置凈質(zhì)量（kg）120控制系統(tǒng)基于Arduino作業(yè)時(shí)速10～122.1.2主要特點(diǎn)（1）全履帶減震底盤設(shè)計(jì)：采用直線三點(diǎn)式受力減振，最大效率的緩解工作過(guò)程中遇到的振動(dòng)。（2）行走控制設(shè)計(jì)：采用超聲波測(cè)距傳感器來(lái)配合控制軌跡的規(guī)劃，達(dá)到自動(dòng)化行走目的。（3）防過(guò)熱安全設(shè)計(jì)：采用溫度傳感器監(jiān)控機(jī)器的關(guān)鍵部位(例如:電機(jī)、電源、繼電器等部位)，防止電路故障導(dǎo)致安全事故。（4）防超載設(shè)計(jì)：HX711壓力傳感器的進(jìn)行防超載監(jiān)測(cè)，防止超載對(duì)機(jī)器帶來(lái)的損傷，影響機(jī)器使用的壽命。（5）類積木連接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：甲板和底盤基架的連接采用M9×30六角連接柱進(jìn)行連接固定。往上可直接疊加M9×30六角連接柱直接形成對(duì)外連接接口，對(duì)播種、施肥等模塊，此接口的連接方式增加了行走機(jī)構(gòu)的可開(kāi)發(fā)性及功能多樣化。2.2底盤基架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)底盤基架是整個(gè)小型玉米播種機(jī)自行走裝置的基礎(chǔ)，是保障支撐整個(gè)機(jī)器穩(wěn)定的重要機(jī)構(gòu)，底盤基架支承、安裝電動(dòng)機(jī)及其各部件、總成，形成小型玉米播種機(jī)自行走裝置的整體造型，并由電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的扭矩驅(qū)動(dòng)，讓小型玉米播種機(jī)自行走裝置獲得動(dòng)力，使其正常行駛。因此底盤基架的設(shè)計(jì)是否合理決定了整個(gè)小型玉米播種機(jī)自行走裝置是否可行，底盤基架的質(zhì)量好壞也決定了整個(gè)小型玉米播種機(jī)自行走裝置的質(zhì)量的好壞。小型玉米播種機(jī)自行走裝置中，其余機(jī)構(gòu)都是圍繞底盤基架來(lái)進(jìn)行配合設(shè)計(jì)的，因此基架的設(shè)計(jì)必須從多方面綜合考慮。因此本次設(shè)計(jì)考慮到使用的場(chǎng)合為農(nóng)村家用，且用于山地，因此結(jié)合互換性的需要，為了方便零件的替換和生產(chǎn)，整個(gè)底盤基架機(jī)構(gòu)的零部件之間都采用M9螺絲—螺母固定進(jìn)行裝配的方式進(jìn)行設(shè)計(jì)。本次設(shè)計(jì)的底盤基架機(jī)構(gòu)由副支架、主支架、底盤側(cè)板、M9帶帽螺母、M9螺絲組成，如圖2-1所示：1.副支架2.主支架3.底盤側(cè)板4.M9帶帽螺母5.M9螺絲圖2-1底盤結(jié)構(gòu)圖采用非焊接，以便拆裝，在運(yùn)送土中節(jié)省空間，有利于保護(hù)機(jī)器，到達(dá)目的地再進(jìn)行組裝，提高運(yùn)送效率。2.3行走傳動(dòng)及承重系統(tǒng)設(shè)計(jì)考慮到山地的地形凹凸不平，地勢(shì)復(fù)雜，因此本次設(shè)計(jì)行走傳動(dòng)機(jī)構(gòu)采用履帶行走方式，具體結(jié)構(gòu)如圖2-2所示。圖2-3為去掉履帶的行走傳動(dòng)機(jī)構(gòu)圖。1.履帶連接軸2.承重輪3.承重輪連接架4.履帶單元5.履帶主動(dòng)輪側(cè)板6.托鏈輪支架7.托鏈輪8.履帶從動(dòng)輪側(cè)板圖2-2行走傳動(dòng)及承重系統(tǒng)圖11.直流電機(jī)2.履帶主動(dòng)輪聯(lián)軸器3.M9螺絲4.履帶傳輪連接六角柱5.承重輪套筒6.托鏈輪支架連接筒7.托鏈輪套筒8.履帶從動(dòng)輪主軸9.履帶從動(dòng)輪軸承10.從動(dòng)輪墊片圖2-3行走傳動(dòng)及承重系統(tǒng)圖2因?yàn)楸敬卧O(shè)計(jì)的是小型的玉米播種機(jī)自行走裝置，所以為了節(jié)省空間，采用大扭矩減速電機(jī)，直接驅(qū)動(dòng)履帶行走，大大提高了裝置的空間利用率，且履帶行走形勢(shì)相較于輪式行走而言，履帶行走機(jī)構(gòu)和地面接觸面積更大，第3章機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.1軟件UGNX簡(jiǎn)介UGNX軟件是SiemensPLMSoftware公司推出的集合CAD、CAM、CAE于一體的綜合性設(shè)計(jì)輔助軟件，其擁有強(qiáng)大的三維功能，功能模塊化大大提高了操作效率。該軟件還提供了三維裝配功能，輸出二位圖功能。在CAE方面還軟件擁強(qiáng)大的有限元分析和運(yùn)動(dòng)仿真功能。CAM方面可以在繪制好三維后進(jìn)入加工模塊，進(jìn)行數(shù)控自動(dòng)編程，如今該軟件廣泛的應(yīng)用于汽車，航空，模具和機(jī)械電子工業(yè)等領(lǐng)域。3.2底盤基架機(jī)構(gòu)零件設(shè)計(jì)3.2.1底盤側(cè)板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)的底盤基架是根據(jù)已經(jīng)采用的M9螺絲—螺母連接固定的基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)計(jì)的，本次設(shè)計(jì)的最基礎(chǔ)零件為底盤側(cè)板，然后在底盤側(cè)板的基礎(chǔ)上進(jìn)行其余零件的配合設(shè)計(jì)，因此底盤側(cè)板的性能及其重要，本次設(shè)計(jì)底盤側(cè)板如圖3-1所示。在滿足設(shè)計(jì)中能夠承受的載荷的基礎(chǔ)上，對(duì)該零部件進(jìn)行簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，使零部件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠。本次設(shè)計(jì)將長(zhǎng)方形的鋁合金板上劃分為六個(gè)區(qū)域，分別是副支架安裝區(qū)、主支架安裝區(qū)、拖鏈輪安裝區(qū)、電機(jī)安裝區(qū)、減振系統(tǒng)安裝區(qū)、履帶從動(dòng)輪安裝區(qū)。如此設(shè)計(jì)即方便制造，也方便組裝，容易識(shí)別，簡(jiǎn)單易懂。盡可能的避免了非設(shè)計(jì)人員安裝錯(cuò)誤。1.副支架安裝區(qū)2.主支架安裝區(qū)3.托鏈輪安裝區(qū)4.電機(jī)安裝區(qū)5.減振系統(tǒng)設(shè)計(jì)安裝區(qū)6.履帶從動(dòng)輪安裝區(qū)圖3-1底盤側(cè)板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖3.2.2主支架設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)的主支架是在前面已經(jīng)設(shè)計(jì)好的底盤側(cè)板基礎(chǔ)上進(jìn)行配合設(shè)計(jì)的，是構(gòu)成底盤基架的重要零部件，其主要的功能是連接底盤側(cè)板，構(gòu)成底盤基架的基本框架。另外通過(guò)M9×30六角柱與甲板連接，從而承受甲板及甲板以上的載荷，因此其材料的力學(xué)性能也和底盤側(cè)板一樣要求，依舊選用硬度較大，重量較輕的7075鋁合金。具體結(jié)構(gòu)如圖3-2所示，本次設(shè)計(jì)壁厚厚度均為6mm的T形結(jié)構(gòu)，在滿足力學(xué)性能的前提上，大大減輕了自身重量。兩側(cè)有兩塊與底盤側(cè)板裝配連接的側(cè)板，以及?9的裝配孔。圖3-2主支架設(shè)計(jì)圖打開(kāi)UGNX軟件，進(jìn)入軟件界面，文件→新建→模型(選擇保存的路徑)→確定。打開(kāi)UGNX模塊,用草圖繪制出截面的輪廓圖形，完成草圖繪制，利用拉伸命令，依次拉伸出主支架的兩側(cè)安裝板和中間的承重T形梁，用主頁(yè)的布爾求合并命令，選擇合并，將拉伸的部分合并為完整的主支架模型。至此主支架設(shè)計(jì)完成。繪制完成的主支架模型如圖3-3所示。圖3-3主支架三維模型圖3.2.3副支架設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)的副支架的作用和主支架類似，主要是輔助主支架加強(qiáng)底盤基架的固定，提高底盤基架的性能，因此副支架的設(shè)計(jì)也采用了類似主支架的設(shè)計(jì)，材料也采用了7075鋁合金,采用M9螺絲—螺母與底盤側(cè)板進(jìn)行裝配。該零部件安裝在底盤基架的兩側(cè)。接住甲板，減小甲板在M9×30六角柱上兩頭延伸出來(lái)的彎矩，使得兩頭可以承受更大的載荷。副支架具體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖3-4所示。圖3-4副支架設(shè)計(jì)圖3.3行走傳動(dòng)及承重系統(tǒng)主要零件設(shè)計(jì)3.3.1承重輪連接架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及承重輪連接架是直接與承重輪連接的零部件，如圖3-5所示，承重輪連接架直接承載了幾乎整個(gè)行走裝置的重量，其與減振系統(tǒng)連接，下面與承重輪連接，起到中間的過(guò)度作用。每個(gè)承重輪連接架帶有兩個(gè)承重輪，作為一個(gè)承重單元，整個(gè)行走裝置兩側(cè)均配置了三個(gè)這樣的承重單元，共計(jì)6個(gè)承重單元，即需要6個(gè)承重輪連接架。因此承重輪的力學(xué)性能，直接影響了整個(gè)行走裝置的承載能力，且由于體積的限制要求，該零部件的設(shè)計(jì)不能過(guò)大，因此本次設(shè)計(jì)的承重輪連接架從簡(jiǎn)單易加工，易安裝，和互換性的角度出發(fā)，采用曲線相切平板型的設(shè)計(jì)，具體結(jié)構(gòu)如圖3-5所示。因此該零部件對(duì)材料的硬度，強(qiáng)度都有一定的要求。圖3-5承重輪連接架設(shè)計(jì)圖因此本次設(shè)計(jì)的承重輪連接架采用的材料為Q275碳素結(jié)構(gòu)鋼，Q275屬于普通碳素結(jié)構(gòu)鋼。它具有強(qiáng)度高，可塑性好和切削加工性能的特征。具有一定的焊性。小配件能淬火和強(qiáng)化。主要用于制造高強(qiáng)度零件，本次設(shè)計(jì)的承重輪連接架與承重輪和減振系統(tǒng)連接，會(huì)有產(chǎn)生一定的振動(dòng)，Q275碳素結(jié)構(gòu)鋼剛好符合本次設(shè)計(jì)的力學(xué)性能要求。3.3.2承重輪連接架設(shè)計(jì)打開(kāi)UGNX軟件，進(jìn)入軟件界面，文件→新建→模型(選擇保存的路徑)→確定。打開(kāi)UGNX模塊,用草圖繪制出承重輪連接架的輪廓草圖，完成草圖繪制。點(diǎn)擊拉伸命令，設(shè)置拉伸長(zhǎng)度為9mm。至此承重輪連接架設(shè)計(jì)完成。繪制完成的主支架模型如圖3-6所示。圖3-6承重輪連接架圖第4章設(shè)計(jì)總結(jié)在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，小型玉米播種機(jī)的自行走裝置針對(duì)山區(qū)地形的耕地進(jìn)行了機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，首先為了適應(yīng)小規(guī)模田地的耕種，對(duì)整個(gè)機(jī)器的體積進(jìn)行了限制。機(jī)械結(jié)構(gòu)部分在規(guī)定的體積內(nèi)進(jìn)行了整個(gè)機(jī)器的總體設(shè)計(jì)。采用分模塊化設(shè)計(jì)，在各個(gè)模塊內(nèi)進(jìn)行具體的零部件設(shè)計(jì)及裝配，最終模塊組裝成整體的機(jī)器。實(shí)現(xiàn)了行走裝置的小巧化，模塊化，安裝的簡(jiǎn)便性。預(yù)留的連接結(jié)構(gòu)模塊增加了行走機(jī)構(gòu)的多功能化，可后續(xù)開(kāi)發(fā)性。綜上所述，本次設(shè)計(jì)還存在許多不足之處，尤其是控制部分，采用差速轉(zhuǎn)彎和等速直線行走的情況下，缺少行駛反饋，精度不好保證，還待改進(jìn)。以及能否和播種模塊進(jìn)行良好配合，需要后續(xù)的深入研究。本次設(shè)計(jì)研發(fā)僅實(shí)現(xiàn)了基本行走功能。參考文獻(xiàn)[1]楊傳琪,楊樹(shù)蔚,劉詠梅,閆克丁.基于Arduino的目標(biāo)跟蹤系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].上海電力大學(xué)學(xué)報(bào),20