【小型玉米播种机行走装置设计4700字（论文）】

小型玉米播种机行走装置设计摘要鉴于山区地势混乱，农田地势狭窄。设计一款符合山区田地情况且具备一定程度自动化的小型玉米播种机，使其能在山区地形能够高效工作，节省人力劳动。本次设计的产品用电力驱动，体型小，适合在交通相对不太便利的山区使用，适合在小型田地中使用。具备简单机器人的基本行走功能，安装上播种机的播种机构后，能够在设定的位置启动，在无人干涉的情况下，能配合播种机的播种机构联动，能为玉米免耕播种机的优化设计提供一种可行的设计及制造办法和手段，缩短种植机的设计周期，提升产品的靠谱性。关键词：玉米播种机；行走装置；链条传动目录TOC\o"1-3"\h\u23278第1章引言 第1章引言我国的平原地形则相对较少，只有115万平方公里，和美国的相比之下，美国的平原面积约为我国的4.2倍。因此我们研究的农业机械也不能只是考虑平原地区的地形来设计研发产品。我国的山地面积约占全国面积的二分之三，许多传统山地耕地都在山上。因此更多的也需要考虑山地耕地的农业机械方面的研究。而山区地形相对平原地区的地形来说较为复杂，每一块田地的边界也并不是那么规则，由于田地更多的是处于山上，交通不太便利，且耕地内的地面也凹凸不平，且大多数田地面积较小，因此大型拖拉机型的农机不易送到地里作业，以及难以在那样狭小的田地里高效的作业。因此研究一款小型的能够稳定安全的在山地行走的农业耕种机器是很有必要的。而要在山地工作的农机必须面对的是地势复杂，田地边界极为不规则的条件，因此设计研发出来的机器能否在这样的田地里稳定和有效的行走就是关键问题所在。因此要研发这样的符合山地行走耕作的机器，将其行走装置作为一个模块来进行专门的研究设计是很有必要的。而山地多为旱地，种植玉米较多，因此这次选择设计一款小型玉米播种机自行走装置。第2章总体方案设计2.1技术要求本次设计的小型玉米播种机自行走装置应该具备简单机器人的基本功能，安装上播种机的其余机构后，能够在设定的位置启动后，在无人干涉的情况下，能配合播种机的其余机构联动，独立完成播种工作，且在自动行走过程中，不被田地的凹凸不平、存在障碍物、曲折不规整的田地边界所影响，稳定工作。且出现意外时会报警，告知需要人为检查（包括超载、电路故障、行走时遇到特殊障碍物履带悬空转动等问题）。2.1.1主要技术参数该自行走装置有传动系统，副、主支架，减震悬挂系统、主控箱、各类必须传感器、播种模块连接孔、其他模块连接预留孔等组成。与播种装置连接采用可拆卸式螺栓—孔连接，连接孔数可根据连接装置灵活选择安装孔，进行装载。前后两端，每端预留3×3的∅9的安装孔。该自行走装置具有简单仿形、自动根据所在田块的边界所指定的路线行走，带者玉米播种装置或者其他附属功能装置执行玩该块田地的播种或者别的任务功能。行走与地面接触的履带宽度为121.8mm，承重系统单元数量6个。本机主要技术参数如表2-1所示。表2-1小型玉米免耕播种机主要技术参数表项目参数自行走装置电机配套功率（W）550与玉米播种机构或其他附属机构连接方式可拆卸式螺栓杠—孔连接自行走装置宽度(mm)655自行走装置长度(mm)925自行走装置高度(mm)475行走机构类型履带式履带宽度（mm）122减振系统类型三筒弹簧式减振独立悬挂系统类型麦弗逊式独立悬挂承重轮橡胶轮承重系统单元数（个）6装置净质量（kg）120控制系统基于Arduino作业时速10～122.1.2主要特点（1）全履带减震底盘设计：采用直线三点式受力减振，最大效率的缓解工作过程中遇到的振动。（2）行走控制设计：采用超声波测距传感器来配合控制轨迹的规划，达到自动化行走目的。（3）防过热安全设计：采用温度传感器监控机器的关键部位(例如:电机、电源、继电器等部位)，防止电路故障导致安全事故。（4）防超载设计：HX711压力传感器的进行防超载监测，防止超载对机器带来的损伤，影响机器使用的寿命。（5）类积木连接结构设计：甲板和底盘基架的连接采用M9×30六角连接柱进行连接固定。往上可直接叠加M9×30六角连接柱直接形成对外连接接口，对播种、施肥等模块，此接口的连接方式增加了行走机构的可开发性及功能多样化。2.2底盘基架结构设计底盘基架是整个小型玉米播种机自行走装置的基础，是保障支撑整个机器稳定的重要机构，底盘基架支承、安装电动机及其各部件、总成，形成小型玉米播种机自行走装置的整体造型，并由电动机产生的扭矩驱动，让小型玉米播种机自行走装置获得动力，使其正常行驶。因此底盘基架的设计是否合理决定了整个小型玉米播种机自行走装置是否可行，底盘基架的质量好坏也决定了整个小型玉米播种机自行走装置的质量的好坏。小型玉米播种机自行走装置中，其余机构都是围绕底盘基架来进行配合设计的，因此基架的设计必须从多方面综合考虑。因此本次设计考虑到使用的场合为农村家用，且用于山地，因此结合互换性的需要，为了方便零件的替换和生产，整个底盘基架机构的零部件之间都采用M9螺丝—螺母固定进行装配的方式进行设计。本次设计的底盘基架机构由副支架、主支架、底盘侧板、M9带帽螺母、M9螺丝组成，如图2-1所示：1.副支架2.主支架3.底盘侧板4.M9带帽螺母5.M9螺丝图2-1底盘结构图采用非焊接，以便拆装，在运送土中节省空间，有利于保护机器，到达目的地再进行组装，提高运送效率。2.3行走传动及承重系统设计考虑到山地的地形凹凸不平，地势复杂，因此本次设计行走传动机构采用履带行走方式，具体结构如图2-2所示。图2-3为去掉履带的行走传动机构图。1.履带连接轴2.承重轮3.承重轮连接架4.履带单元5.履带主动轮侧板6.托链轮支架7.托链轮8.履带从动轮侧板图2-2行走传动及承重系统图11.直流电机2.履带主动轮联轴器3.M9螺丝4.履带传轮连接六角柱5.承重轮套筒6.托链轮支架连接筒7.托链轮套筒8.履带从动轮主轴9.履带从动轮轴承10.从动轮垫片图2-3行走传动及承重系统图2因为本次设计的是小型的玉米播种机自行走装置，所以为了节省空间，采用大扭矩减速电机，直接驱动履带行走，大大提高了装置的空间利用率，且履带行走形势相较于轮式行走而言，履带行走机构和地面接触面积更大，第3章机械结构设计3.1软件UGNX简介UGNX软件是SiemensPLMSoftware公司推出的集合CAD、CAM、CAE于一体的综合性设计辅助软件，其拥有强大的三维功能，功能模块化大大提高了操作效率。该软件还提供了三维装配功能，输出二位图功能。在CAE方面还软件拥强大的有限元分析和运动仿真功能。CAM方面可以在绘制好三维后进入加工模块，进行数控自动编程，如今该软件广泛的应用于汽车，航空，模具和机械电子工业等领域。3.2底盘基架机构零件设计3.2.1底盘侧板结构设计本次设计的底盘基架是根据已经采用的M9螺丝—螺母连接固定的基础上进行设计的，本次设计的最基础零件为底盘侧板，然后在底盘侧板的基础上进行其余零件的配合设计，因此底盘侧板的性能及其重要，本次设计底盘侧板如图3-1所示。在满足设计中能够承受的载荷的基础上，对该零部件进行简化设计，使零部件结构简单可靠。本次设计将长方形的铝合金板上划分为六个区域，分别是副支架安装区、主支架安装区、拖链轮安装区、电机安装区、减振系统安装区、履带从动轮安装区。如此设计即方便制造，也方便组装，容易识别，简单易懂。尽可能的避免了非设计人员安装错误。1.副支架安装区2.主支架安装区3.托链轮安装区4.电机安装区5.减振系统设计安装区6.履带从动轮安装区图3-1底盘侧板结构设计图3.2.2主支架设计本次设计的主支架是在前面已经设计好的底盘侧板基础上进行配合设计的，是构成底盘基架的重要零部件，其主要的功能是连接底盘侧板，构成底盘基架的基本框架。另外通过M9×30六角柱与甲板连接，从而承受甲板及甲板以上的载荷，因此其材料的力学性能也和底盘侧板一样要求，依旧选用硬度较大，重量较轻的7075铝合金。具体结构如图3-2所示，本次设计壁厚厚度均为6mm的T形结构，在满足力学性能的前提上，大大减轻了自身重量。两侧有两块与底盘侧板装配连接的侧板，以及∅9的装配孔。图3-2主支架设计图打开UGNX软件，进入软件界面，文件→新建→模型(选择保存的路径)→确定。打开UGNX模块,用草图绘制出截面的轮廓图形，完成草图绘制，利用拉伸命令，依次拉伸出主支架的两侧安装板和中间的承重T形梁，用主页的布尔求合并命令，选择合并，将拉伸的部分合并为完整的主支架模型。至此主支架设计完成。绘制完成的主支架模型如图3-3所示。图3-3主支架三维模型图3.2.3副支架设计本次设计的副支架的作用和主支架类似，主要是辅助主支架加强底盘基架的固定，提高底盘基架的性能，因此副支架的设计也采用了类似主支架的设计，材料也采用了7075铝合金,采用M9螺丝—螺母与底盘侧板进行装配。该零部件安装在底盘基架的两侧。接住甲板，减小甲板在M9×30六角柱上两头延伸出来的弯矩，使得两头可以承受更大的载荷。副支架具体结构设计如图3-4所示。图3-4副支架设计图3.3行走传动及承重系统主要零件设计3.3.1承重轮连接架结构设计及承重轮连接架是直接与承重轮连接的零部件，如图3-5所示，承重轮连接架直接承载了几乎整个行走装置的重量，其与减振系统连接，下面与承重轮连接，起到中间的过度作用。每个承重轮连接架带有两个承重轮，作为一个承重单元，整个行走装置两侧均配置了三个这样的承重单元，共计6个承重单元，即需要6个承重轮连接架。因此承重轮的力学性能，直接影响了整个行走装置的承载能力，且由于体积的限制要求，该零部件的设计不能过大，因此本次设计的承重轮连接架从简单易加工，易安装，和互换性的角度出发，采用曲线相切平板型的设计，具体结构如图3-5所示。因此该零部件对材料的硬度，强度都有一定的要求。图3-5承重轮连接架设计图因此本次设计的承重轮连接架采用的材料为Q275碳素结构钢，Q275属于普通碳素结构钢。它具有强度高，可塑性好和切削加工性能的特征。具有一定的焊性。小配件能淬火和强化。主要用于制造高强度零件，本次设计的承重轮连接架与承重轮和减振系统连接，会有产生一定的振动，Q275碳素结构钢刚好符合本次设计的力学性能要求。3.3.2承重轮连接架设计打开UGNX软件，进入软件界面，文件→新建→模型(选择保存的路径)→确定。打开UGNX模块,用草图绘制出承重轮连接架的轮廓草图，完成草图绘制。点击拉伸命令，设置拉伸长度为9mm。至此承重轮连接架设计完成。绘制完成的主支架模型如图3-6所示。图3-6承重轮连接架图第4章设计总结在本次毕业设计中，小型玉米播种机的自行走装置针对山区地形的耕地进行了机械结构的设计，首先为了适应小规模田地的耕种，对整个机器的体积进行了限制。机械结构部分在规定的体积内进行了整个机器的总体设计。采用分模块化设计，在各个模块内进行具体的零部件设计及装配，最终模块组装成整体的机器。实现了行走装置的小巧化，模块化，安装的简便性。预留的连接结构模块增加了行走机构的多功能化，可后续开发性。综上所述，本次设计还存在许多不足之处，尤其是控制部分，采用差速转弯和等速直线行走的情况下，缺少行驶反馈，精度不好保证，还待改进。以及能否和播种模块进行良好配合，需要后续的深入研究。本次设计研发仅实现了基本行走功能。参考文献[1]杨传琪,杨树蔚,刘咏梅,闫克丁.基于Arduino的目标跟踪系统设计[J].上海电力大学学报,20