溫室多功能電動(dòng)平臺(tái)設(shè)計(jì)與試驗(yàn).pdf

農(nóng)業(yè)裝備與車(chē)輛工程 Agricultural Equipment 2 Shandong Academy of Agricultural Machinery Science Jinan 250131 Shandong China 3 School of Automotive Engineering Shandong Jiaotong University Jinan 252100 Shandong China Abstract Aiming at the problems of single function low intelligence and low efficiency of equipment in facility agriculture production through the design of the whole machine mechanism of the greenhouse intelligent multi function operation platform and the design and selection of the electric chassis drive motor reducer power battery and spray lifting device Design a greenhouse intelligent multi functional operation platform equipment integrating spraying transportation lifting and other multi functional operations Through the field performance test it can be seen that the maximum speed test shows that the maximum speed is 6 24km h In the minimum turning radius test the diameter of the turning circle is 930 7mm and the diameter of the passing circle is 1046 7mm In the climbing ability test it can easily pass the 25 slope road surface In the endurance test the range can reach 18 5km This operation platform integrates multi functional operations such as spraying transportation lifting and so on to achieve a multi purpose machine which can greatly reduce the production cost of farmers in order to provide a reference for the development of mechanization of facility agriculture Key words Multi functional greenhouse operation platform Crawler chassis Dynamic matching 0 引言 我國(guó)設(shè)施農(nóng)業(yè)當(dāng)前存在種植規(guī)模不斷擴(kuò)大而機(jī)械化水平不高的長(zhǎng)期矛盾 設(shè)施農(nóng)業(yè)是我 國(guó)勞動(dòng)力密集型產(chǎn)業(yè)之一 以溫室大棚為代表的種植環(huán)節(jié)中噴藥 施肥 剪枝 采摘 轉(zhuǎn)運(yùn) 等作業(yè)主要依靠人工 機(jī)械化程度較低 1 此外 在溫室密閉環(huán)境中傳統(tǒng)燃油動(dòng)力平臺(tái)產(chǎn)生 的氮氧化合物 二氧化碳及顆粒物難以消散 污染溫室土壤 空氣以及土壤 危害溫室工作 人員身體健康 2 推動(dòng)溫 室多功能電動(dòng)作業(yè)平臺(tái)的研發(fā)與推廣是設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì) 基金項(xiàng)目 山東省服務(wù)鄉(xiāng)村振興樣板建設(shè)典型案例 葡萄生產(chǎn)農(nóng)機(jī)農(nóng)藝融合技術(shù)應(yīng)用與示范 2022DXAL0212 濟(jì)南市 市校融合發(fā)展戰(zhàn)略工程項(xiàng)目 智能電動(dòng)農(nóng)機(jī)裝備技術(shù)創(chuàng)新中心建設(shè) JNSX2023072 收稿日期 2024 09 02 作者簡(jiǎn)介 李虎 1998 男 碩士研究生 研究方向 農(nóng)業(yè)工程及信息化研究 E mail 2952430135 通信作者 宋裕民 1972 男 碩士 教授 研究方向 農(nóng)業(yè)機(jī)械 E mail 165653189 網(wǎng)絡(luò)首發(fā)時(shí)間 2024 10 22 08 10 19 網(wǎng)絡(luò)首發(fā)地址 農(nóng)業(yè)裝備與車(chē)輛工程 2024 年第 62 卷第 11 期 溫室多功能 電動(dòng)作業(yè)平臺(tái)車(chē)在國(guó)內(nèi)外都有廣泛的應(yīng)用需求 在農(nóng)用電動(dòng)底盤(pán)方面 上世 紀(jì) 初 瑞士的 Grunder公司就對(duì)農(nóng)用電動(dòng)底盤(pán)進(jìn)行了研究 成功研發(fā)出手扶式電動(dòng)底盤(pán) 可 以根據(jù)需要更換不同的農(nóng)具進(jìn)行作業(yè) 3 上世紀(jì) 90 年代 e ATV 系列農(nóng)用電動(dòng)底盤(pán)通過(guò)智 能控制器實(shí)現(xiàn)了無(wú)級(jí)變速 續(xù)航里程達(dá)到了 56km 4 ElectricOx農(nóng)用作業(yè)底盤(pán) 能 以 11 2km h 的速度連續(xù)工作 12 小時(shí) 5 內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)的寧廣秀等 6 摒棄傳統(tǒng)的燃油底盤(pán) 選用純電 動(dòng)底盤(pán)設(shè)計(jì)了一款四輪獨(dú)立驅(qū)動(dòng)純電動(dòng)牽引底盤(pán)進(jìn)行了性能仿真 為以后的電動(dòng)底盤(pán)研究提 供了寶貴的參考數(shù)據(jù)支持 西北農(nóng)林科技大學(xué)翟濟(jì)偉等 7 對(duì)柔性底盤(pán)運(yùn)動(dòng)控制的問(wèn)題進(jìn)行了 深入研究 為柔性底盤(pán)的研究與應(yīng)用提供了寶貴的依據(jù) 在溫室作業(yè)機(jī)具方面 荷蘭設(shè)計(jì)了 一款電動(dòng)軌道作業(yè)車(chē) 依靠地面加熱管作為行走軌道 工作平臺(tái)人性化 安全便捷 還有一 款 Easy Track充氣輪胎作業(yè)車(chē) 8 該車(chē)帶有電動(dòng)方向盤(pán) 減輕操作人員負(fù)擔(dān) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 維 護(hù)方便 Rowe 等 9 開(kāi)發(fā)出的溫室自動(dòng)噴藥系統(tǒng) 可實(shí)現(xiàn)定時(shí)自動(dòng)投 藥 避免農(nóng)藥中毒導(dǎo)致 人員受傷 王要針對(duì)溫室設(shè)計(jì)了一種自主跟隨作業(yè)平臺(tái) 采用獨(dú)立的四輪實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向 在溫室 復(fù)雜地形環(huán)境中具有良好的靈活性和平穩(wěn)性 具備比較成熟的貨物運(yùn)輸能力 節(jié)省了勞動(dòng)力 成本 10 山東農(nóng)業(yè)大學(xué)的李明和陳寶林共同研制了一種名為 3M 50型的自走式溫室噴霧機(jī) 該噴霧機(jī)在日光溫室內(nèi)的北墻附近鋪設(shè)了一條單軌道 風(fēng)送噴霧裝置可以調(diào)節(jié)姿態(tài) 實(shí)現(xiàn)了 精準(zhǔn)噴霧作業(yè) 11 12 江蘇大學(xué)的林金龍 13 研制了一種溫室單吊軌風(fēng)送噴霧機(jī) 單吊軌風(fēng)送 噴霧機(jī)及軌道自走系統(tǒng)和升降系統(tǒng)進(jìn)行伸縮施藥 當(dāng)前我國(guó)溫室大棚數(shù)量最多 的為中小型溫 室大棚 空間小 植株密集 國(guó)外設(shè)備并不完全適用 且進(jìn)口設(shè)備成本高 國(guó)內(nèi)適應(yīng)中小型 溫室的機(jī)械較少 且多數(shù)僅具有噴霧 運(yùn)輸 采摘 升降等單一作業(yè)能力 14 針對(duì)國(guó)內(nèi)外設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中裝備功能單一 效率低等問(wèn)題 15 本文設(shè)計(jì)了一款設(shè)施農(nóng) 業(yè)中集噴藥 運(yùn)輸 升降等多功能作業(yè)為一體的溫室多功能電動(dòng)作業(yè)平臺(tái) 對(duì)其關(guān)鍵部件進(jìn) 行理論分析與選型 確定驅(qū)動(dòng)電機(jī) 減速器 電池 噴霧升降機(jī)構(gòu)等部件關(guān)鍵參數(shù) 1 整機(jī)結(jié)構(gòu)與原理 1 1 設(shè)計(jì)要求 為適應(yīng)我國(guó)中小型溫室大棚農(nóng)藝種植需求 以西甜瓜種植為例 通過(guò) 查閱溫室 栽培相關(guān) 資料 和在歷城區(qū)黃河鎮(zhèn)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量相結(jié)合 可知 西甜瓜溫室種植行距 一般 在 1 1m 1 3m 株 距一般在 0 2 0 5m 若用支架栽培行距 0 9 1 1m 株距 0 4 0 5m 結(jié)合實(shí)際作業(yè)需求設(shè) 置溫室多功能電動(dòng)作業(yè)平臺(tái)技術(shù)參數(shù)如表 1所示 表 1 溫室多功能電動(dòng)平臺(tái)技術(shù)參數(shù) Tab 1 Technical parameters of multi functional electric platform in greenhouse 參數(shù) 數(shù)值 參數(shù) 數(shù)值 外形尺寸 mm mm mm 1176 869 830 最大爬坡度 25 配套動(dòng)力 kW 2 平均最小通過(guò)圓直徑 mm 1100 裝備質(zhì)量 kg 240 續(xù)航里程 km 16 6 滿(mǎn)載質(zhì)量 kg 540 遙控距離 m 100 平均最高車(chē)速 km h 6 作業(yè)高度 m 2 1 2 整機(jī)結(jié)構(gòu)及工作原理 整機(jī)結(jié)構(gòu)如圖 1所示 主要由電動(dòng)履帶底盤(pán) 升降裝置 增程器 控制系統(tǒng)以及噴霧裝 置組成 電動(dòng)履帶底盤(pán)包括履帶 車(chē)架 驅(qū)動(dòng)輪 電池 減速機(jī) 驅(qū)動(dòng)電機(jī)等 噴霧裝置主 農(nóng)業(yè)裝備與車(chē)輛工程 2024 年第 62 卷第 11 期 要包括噴藥泵 噴霧系統(tǒng)等結(jié)構(gòu)部件 升降裝置用于舉升 方便登高作業(yè) 增程器主要是用 于在電池電量不足的情況下繼續(xù)為溫室多功能電動(dòng)作業(yè)平臺(tái)提供動(dòng)力 提高了多功能作業(yè)平 臺(tái)的續(xù)航時(shí)間 圖 1 溫室多功能電動(dòng)作業(yè)平臺(tái)整機(jī)結(jié)構(gòu)圖 Fig 1 Structural diagram of the greenhouse multi functional electric work platform 1 履帶底盤(pán) 2 發(fā)動(dòng)機(jī)及增程器 3 噴藥泵 4 藥液裝置 5 噴霧系統(tǒng) 6 支架 7 升降裝置 溫室多功能電動(dòng)作業(yè)平臺(tái)整車(chē)控制器是底盤(pán)控制的核心 接受無(wú)線遙控信號(hào) 將速度和 轉(zhuǎn)彎指令送入無(wú)刷直流驅(qū)動(dòng)器 通過(guò)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)直接和負(fù)控制 實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)向功能底盤(pán) 的控制 集成遙控器和自動(dòng)導(dǎo)航系統(tǒng) 可實(shí)現(xiàn)跟隨行駛與規(guī)劃行駛 2 關(guān)鍵部件設(shè)計(jì) 2 1 電動(dòng)底盤(pán)設(shè) 計(jì)方案 底盤(pán)結(jié)構(gòu) 在 溫室多功能電動(dòng)作業(yè)平臺(tái)實(shí)際 作業(yè)中起著至關(guān)重要的作用 對(duì)電動(dòng)作業(yè)平臺(tái) 的通過(guò)性 穩(wěn)定性以及作業(yè)質(zhì)量等都有較大影響 結(jié)合 作業(yè)環(huán)境和西甜瓜的種植農(nóng)藝需求 要求作業(yè)平臺(tái)作業(yè)行駛速度范圍不小于 1 6km h 坡道 上的縱向及橫向穩(wěn)定角度 不小于 25 整機(jī)重量 240kg左右 溫室環(huán)境相對(duì)潮濕 為滿(mǎn)足噴霧 運(yùn)輸 升降等作業(yè)要求 選用牽引性能好 接地比壓 低 減震效果好的橡膠履帶底盤(pán) 同時(shí)為了保證較好的通過(guò)性以及控制靈活性等 驅(qū)動(dòng)方式 選用電動(dòng)履帶驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 選擇鉛酸蓄電池作為動(dòng)力電池 采用無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī) 底盤(pán)結(jié) 構(gòu)如 圖 2所示 主要由橡膠履帶 電池 驅(qū)動(dòng)電機(jī) 減速器以及驅(qū)動(dòng)輪組成 圖 2 溫室動(dòng)力底盤(pán)整體結(jié)構(gòu) 農(nóng)業(yè)裝備與車(chē)輛工程 2024 年第 62 卷第 11 期 Fig 2 The overall structure of the greenhouse power chassis 1 橡膠履帶 2 電池 3 驅(qū)動(dòng)電機(jī) 4 減速機(jī) 5 驅(qū)動(dòng)輪 履帶車(chē)輛行駛過(guò)程中需保證牽引力大于阻力 溫室多功能電動(dòng)作業(yè)平臺(tái)牽引力 如下 cos sin 0 03 0 02 0 8 3 0 03 0 02 爬坡轉(zhuǎn)彎 式中 為運(yùn)動(dòng)阻力 為坡度阻力 為轉(zhuǎn)彎阻力 為作業(yè)底盤(pán)內(nèi)部零件之間的摩 擦阻力 慣性阻力 單位均為 kN 為運(yùn)動(dòng)阻力系數(shù) 通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定為 0 12 為整機(jī) 質(zhì)量 單位為 kg 根據(jù)設(shè)計(jì)需求確定為 240kg 為重力加速度 取 9 8m s2 為坡度角 單位為 取最大爬坡度為 25 3摩擦系數(shù) 取值通常為 0 4 0 7 本文取 0 6 據(jù)此計(jì)算 可得溫室多功能電動(dòng)作業(yè)平臺(tái)爬坡?tīng)恳?19 5kN 轉(zhuǎn)彎牽引力為 19 1kN 2 2 驅(qū)動(dòng)電機(jī)選型 驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率須滿(mǎn)足溫室多功能電動(dòng)作業(yè)平臺(tái)最高車(chē)速 加速性能和爬升特性等要求 多功能作業(yè)平臺(tái)采用雙電機(jī)驅(qū)動(dòng) 故單個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率 為整車(chē)所需功率的 1 2 12 3600 76140 3 式中 為傳動(dòng)系機(jī)械效率 f為滾動(dòng)阻力系數(shù) 取 0 09 CD為空氣阻力系數(shù) A為迎 風(fēng)面積 m2 vmax最高車(chē)速 為 6km h 確定單個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)額定功率 Pe 0 7525kW 單個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的峰值功率 如下 12 max3600 76140 3 max3600 式中 imax為最大爬坡度 為 25 max為最大坡度角 va為爬坡車(chē)速 km h 假設(shè)滿(mǎn)載質(zhì)量 為 540kg 代入?yún)?shù)計(jì)算確定 單個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)峰值功率為 Pemax 2 0731kW 驅(qū)動(dòng)電機(jī)所需的輸出轉(zhuǎn)矩 Tcmax如下 2 0 2 0 max max 21 15 式中 r為驅(qū)動(dòng)輪半徑 m i0為減速機(jī)傳動(dòng)比 Ftc為爬坡時(shí)所需驅(qū)動(dòng)力 N 預(yù)設(shè)減 速機(jī)減速比 i0 15 代入?yún)?shù)計(jì)算得 18 7449N m 履帶式多功能作業(yè)平臺(tái)切邊轉(zhuǎn)向的功能 單個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)所需輸出扭矩 如下 0 0 式中 為 切邊轉(zhuǎn)向時(shí)所需驅(qū)動(dòng)力 N 為軌距 m 為轉(zhuǎn)向阻力系數(shù) 為轉(zhuǎn)向 阻力矩 N m 取 1040 N m 確定 14 16N m 為滿(mǎn)足溫室多功能電動(dòng)作業(yè)平臺(tái)行駛和運(yùn)輸需求 選配的驅(qū)動(dòng)電機(jī)的峰值扭矩需滿(mǎn)足 max 18 7449N m 根據(jù)上述條件 選定永磁同步電機(jī)為主驅(qū)動(dòng) 機(jī) 峰值功率為 3kW 2 3 減速器選型 在挑選減速系統(tǒng)時(shí) 根據(jù)溫室大棚所需作業(yè)環(huán)境以及溫室多功能電動(dòng)作業(yè)平臺(tái)較小的實(shí) 際需求 選擇蝸輪蝸桿減速器 減速器最小傳動(dòng)比如下 0 377 式中 為額定轉(zhuǎn)速 取 1500r min 為最高車(chē)速 取 6km h 為履帶驅(qū)動(dòng) 農(nóng)業(yè)裝備與車(chē)輛工程 2024 年第 62 卷第 11 期 輪半徑 單位為 m 15 35 確定減速器減速比為 15 2 4 動(dòng)力電池選配 如果選用的電池容量不足以支持電機(jī)的最大輸出功率 可能導(dǎo)致電機(jī)無(wú)法正常工作 影 響作業(yè)底盤(pán)的使用 反之 若電池容量過(guò)大 可能帶來(lái)額外的負(fù)載和不必要的成本 因此 根據(jù)以下公式計(jì)算的單體電池容量是對(duì)電機(jī)和作業(yè)底盤(pán)性能均衡考量的重要參數(shù) 1000 式中 n為單體電池?cái)?shù)量 Pe為額定功率 kW U為單體電池額定電壓 V S為續(xù)航 里程 km ve為額定車(chē)速 km h 代入?yún)?shù)計(jì)算得 Crmin 125A h 根據(jù)計(jì)算參數(shù) 選配 電池容量為 Cr 150A h 工作額定電壓 12V的鉛酸電池 電池組由 4塊該款電池串聯(lián)而成 如圖 3所示 圖 3 電池組實(shí)物圖 Fig 3 Battery pack physical picture 2 5 噴霧升降裝置設(shè)計(jì) 溫室大棚內(nèi)種植的農(nóng)作物不同 其植株高低也各不相同 即使同種植株也會(huì)因?yàn)椴煌?生長(zhǎng)周期導(dǎo)致植株高低的不同 針對(duì)上述情況本文設(shè)計(jì)了一種基于溫室多功能電動(dòng)作業(yè)平臺(tái) 的噴霧升降裝置 有效提高噴霧效率和降低生產(chǎn)成本 解決因植株高低不同帶來(lái)的更換噴霧 裝置帶來(lái)的成本增加問(wèn)題 噴霧升降裝置由升降平臺(tái)和噴霧系統(tǒng)組成 噴霧系統(tǒng)根據(jù) 農(nóng)業(yè) 機(jī)械手冊(cè) 選用設(shè)施農(nóng)業(yè)使用的噴霧器 藥箱以及噴藥泵 圖 4 升降噴霧作業(yè) Fig 4 Lifting spray operation 升降裝置主要有曲臂式 桅柱式和剪叉式這三種形式 曲臂式升降裝置其重量輕 使 得搬運(yùn) 安裝和調(diào)整操作便利 使用廣泛 但必須嚴(yán)格按照使用手冊(cè)進(jìn)行操作 保證設(shè)備的 固定部件 穩(wěn)定性 避免超載 桅柱式升降裝置具有較大的承重能力 能夠應(yīng)對(duì)重型物品 但 是 體積較大 不適合在溫室 之類(lèi)的 狹小空間內(nèi)使用 剪叉式升降平臺(tái)具有較大的作業(yè)范圍和 農(nóng)業(yè)裝備與車(chē)輛工程 2024 年第 62 卷第 11 期 承載能力 同時(shí)在升降過(guò)程中保持較高的穩(wěn)定性 但是 起升高度 有限 不過(guò)也足夠設(shè)施農(nóng)業(yè) 場(chǎng)景應(yīng)用 綜上考慮本文選擇剪叉式升降機(jī)構(gòu) 圖 5 作業(yè)平臺(tái)升降機(jī)構(gòu)類(lèi)型 Fig 5 Type of lifting mechanism of working platform 在建立升降機(jī)構(gòu)數(shù)學(xué)模型時(shí) 將 J表示為電動(dòng)推桿與耳環(huán)的鉸連點(diǎn) H表示為下耳與連 接桿的固定連接點(diǎn) I表示為活塞桿與耳環(huán)的鉸連點(diǎn) G表示為上耳與連接桿的固定連接點(diǎn) 下耳環(huán) HJ 的長(zhǎng)度為 l1 上端耳環(huán) GI 的長(zhǎng)度為 l2 將以升降機(jī)構(gòu)下端固定鉸鏈點(diǎn) A 為坐標(biāo) 原點(diǎn) 建立直角坐標(biāo)系 現(xiàn)在需要求各主要點(diǎn)的坐標(biāo)表示以及虛位移 建立數(shù)學(xué)模型如 圖 6 所示 圖 6 升降機(jī)構(gòu)數(shù)學(xué)模型圖 Fig 6 Mathematical model of lifting mechanism 虛功方程如下 3 3 cos 1 1 sin 1 cos 1 sin 1 0 式中 P 0 5 0 6 P1 0 5P2 P1 舉升載荷 kg P2 平臺(tái)自重 kg P3 組件模塊自重 kg F 液壓油缸的推力 kg 經(jīng)過(guò)計(jì)算得 液壓油缸的推力 F 13 76kN 考慮所需升降高度 承重能力以及使用環(huán)境等因素 如果是用于 載重運(yùn)輸 上 可能需要 考慮升降平臺(tái)的承重能力和穩(wěn)定性 以滿(mǎn)足 溫室多功能電動(dòng)作業(yè)平臺(tái) 的安裝和維護(hù)需求 具 體要求如下 根據(jù)所提供的數(shù)據(jù) 垂直舉升高度為 1 5米 支架長(zhǎng)度為 L 1米 舉升載荷為 農(nóng)業(yè)裝備與車(chē)輛工程 2024 年第 62 卷第 11 期 300千克 平臺(tái)自重為 240千克 組件模塊自重為 30千克 耳環(huán)長(zhǎng)度為 l1 l2 100毫米 耳 環(huán)安裝角度為 1 2 40度 在升降平臺(tái)的設(shè)計(jì)中 需盡量增大剪叉桿與水平線間夾角 初始角度不能小于 6 當(dāng) 初始角度小于 6 時(shí) 電動(dòng)推桿需更大推力 增加能耗和負(fù)荷 降低使用壽命 例如 初始 角度為 4 時(shí) 推力是初始角度 6 的兩倍 隨角度增大 推力減小 但升降平臺(tái)最低高度增 加 綜合考慮升降機(jī)構(gòu)的初始角度為 6 3 性能試驗(yàn) 3 1 試驗(yàn)內(nèi)容 圖 7為溫室多功能電動(dòng)作業(yè)平臺(tái)樣機(jī) 試驗(yàn)主要為電動(dòng)作業(yè)平臺(tái)基本性能測(cè)試 包括轉(zhuǎn) 向圓與通過(guò)圓測(cè)試 最高行駛速度測(cè)試 爬坡能力 測(cè)試以及續(xù)航能力測(cè)試 在山東省濟(jì)南市 歷城區(qū)黃河鎮(zhèn)進(jìn)行性能試驗(yàn) 圖 7 溫室多功能電動(dòng)作業(yè)平臺(tái)樣機(jī) Fig 7 Prototype of multi functional electric work platform in greenhouse 3 2 轉(zhuǎn)向圓與通過(guò)圓測(cè)試 溫室多功能電動(dòng)作業(yè)平臺(tái)在地勢(shì)平坦 具有良好附著性能的路面進(jìn)行轉(zhuǎn)彎操作 在試驗(yàn) 工具方面 使用卷尺進(jìn)行路面坡度的測(cè)量 通過(guò)在車(chē)架左前角和右前角掛上吊錘進(jìn)行轉(zhuǎn)向圓 和通過(guò)圓的測(cè)量 左履帶不施加制動(dòng)力 右履帶轉(zhuǎn)動(dòng) 確保多功能作業(yè)平臺(tái)車(chē)速保持在 2km h 以?xún)?nèi) 直到摩擦痕跡出現(xiàn)完整的圓 如圖 8所示 隨后將左右履帶動(dòng)作調(diào)換 在另外一空曠 地面進(jìn)行同樣的流程 在轉(zhuǎn)向過(guò)程中 記錄吊錘在地面上的投影 主要涉及到多功能作業(yè)平 臺(tái)車(chē)輛的操控及轉(zhuǎn)向過(guò)程的實(shí)施 摩擦痕跡出現(xiàn)完整的圓 即在車(chē)速保持在 2km h以?xún)?nèi)時(shí) 履帶在地面上產(chǎn)生的摩擦痕跡呈現(xiàn)出完整的圓形 這一過(guò)程對(duì)于確保車(chē)輛的操控性和安全性 至關(guān)重要 此外 記錄吊錘在地面上的投影可用于后續(xù)的數(shù)據(jù)分析與實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證 圖 8 最小轉(zhuǎn)彎半徑測(cè)試路面痕跡 農(nóng)業(yè)裝備與車(chē)輛工程 2024 年第 62 卷第 11 期 Fig 8 Minimum turning radius test road marks 3 3 最高行駛速度測(cè)試 在道路設(shè)計(jì)中 為了測(cè)試多功能作業(yè)平臺(tái)的性能 需要將實(shí)驗(yàn)道路分為加速段和測(cè)試段 考慮到多功能作業(yè)平臺(tái)為低速車(chē)輛 并且加速時(shí)間較短 因此設(shè)定加速段長(zhǎng)度為 10m 測(cè)試 段長(zhǎng)度為 200m 這樣的設(shè)置能夠充分考慮到多功能作業(yè)平臺(tái)特有的特性和需求 確保測(cè)試 結(jié)果的準(zhǔn)確性 在測(cè)試中 為了保證測(cè)試結(jié)果的客觀性和準(zhǔn)確性 在地勢(shì)平坦?jié)M載具有良好 附著性能的路面 作業(yè)平臺(tái)在滿(mǎn)狀態(tài)下進(jìn)行測(cè)試 保持最大功率輸出來(lái)完成測(cè)試段直線跑 秒表的精度為 0 01s 圖 9 樣機(jī)試驗(yàn) Fig 9 Prototype testing 為了減少道路坡度對(duì)多功能作業(yè)平臺(tái)的影響 分兩個(gè)方向各進(jìn)行了 3次試驗(yàn) 試驗(yàn)數(shù)據(jù) 如下表 2所示 通過(guò)多次試驗(yàn)的數(shù)據(jù)記錄和分析 可以更好地了解道路坡度對(duì)多功能作業(yè)平 臺(tái)的影響程度 為設(shè)計(jì)和改進(jìn)多功能作業(yè)平臺(tái)提供可靠的參考依據(jù) 表 2 最高速度試驗(yàn)數(shù)據(jù) Tab 2 Maximum speed test data 序號(hào) 耗時(shí) s 平均車(chē)速 m s 平均車(chē)速 km h 1 104 32 1 744 6 28 2 108 46 1 731 6 23 3 107 87 1 719 6 19 4 104 96 1 761 6 34 5 108 71 1 726 6 21 6 107 96 1 723 6 20 根據(jù)數(shù)據(jù)分析結(jié)果顯示 平均最高車(chē)速達(dá)到 6 24km h 這一數(shù)據(jù)符合設(shè)計(jì)要求 并且 超過(guò)了 6km h 的最低標(biāo)準(zhǔn) 符合要求 這一數(shù)據(jù)表明車(chē)輛達(dá)到了預(yù)期的速度要求 并且超 出了最低標(biāo)準(zhǔn) 3 4 爬坡能力測(cè)試 全功率加速到速度穩(wěn)定后 多功能作業(yè)平臺(tái)以全功率加速通過(guò) 28m 陡坡進(jìn)行記錄 以 記錄通過(guò)時(shí)間 這是第一種測(cè)試工況 第二種測(cè)試工況是將多功能作業(yè)平臺(tái)停在陡坡上 然 農(nóng)業(yè)裝備與車(chē)輛工程 2024 年第 62 卷第 11 期 后啟動(dòng)通過(guò)剩下的 20m 陡坡 通過(guò)進(jìn)行多次測(cè)試并取平均值 可以提高實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可靠性 和可重復(fù)性 為后續(xù)的分析和判斷提供更準(zhǔn)確的依據(jù) 測(cè)試結(jié)果如表 3所示 表 3 爬坡能力測(cè)試數(shù)據(jù) Tab 3 Climbing ability test data 參數(shù)名稱(chēng) 工況一 工況二 第 1次耗時(shí) 52 9s 55 6s 第 2次耗時(shí) 49 6s 56 1s 第 3次耗時(shí) 53 1s 57 4s 第 4次耗時(shí) 51 3s 58 9s 第 5次耗時(shí) 52 4s 57 2s 次 6次耗時(shí) 50 8s 59 1s 平均耗時(shí) 51 68s 57 38s 平均車(chē)速 1 76km h 1 25km h 第一種工況中 多功能作業(yè)平臺(tái)通過(guò) 28m 坡度的平均耗時(shí)為 51 68 秒 平均車(chē)速約為 1 86 千米 小時(shí) 這表明多功能作業(yè)平臺(tái)在較陡的坡度上具有較快的通過(guò)速度 顯示其在不 同地形條件下的適應(yīng)性 在第二個(gè)試驗(yàn)工況中 多功能作業(yè)平臺(tái)通過(guò) 20m 坡度的平均耗時(shí) 為 57 38秒 平均車(chē)速約為 1 25千米 小時(shí) 溫室多功能作業(yè)平臺(tái)可以通過(guò) 25 坡度路面 滿(mǎn) 足設(shè)計(jì)要求 這證明其具有較強(qiáng)的通過(guò)坡路面的能力 增加了在實(shí)際應(yīng)用中的靈活性和適應(yīng) 性 3 5 續(xù)航能力測(cè)試 多功能作業(yè)平臺(tái)以每小時(shí) 6公里的速度在平坦的道路上運(yùn)行 每 1000秒停機(jī)一次 同 時(shí) 使用秒表計(jì)時(shí)并記錄電池組的開(kāi)路電壓 這有助于了解電池組的工作狀態(tài)和性能 在表 4中記錄了相關(guān)的數(shù)據(jù) 通過(guò)對(duì)這些數(shù)據(jù)的分析可以得出電池組的工作狀態(tài)和車(chē)輛的運(yùn)行情 況 車(chē)輛以恒定的 6km h車(chē)速在平整路面上行駛 每行駛 1000秒停機(jī)一次 記錄電池組的 開(kāi)路電壓 為了避免蓄電池在續(xù)航能力測(cè)試中受到過(guò)度放電的潛在損害 測(cè)試在進(jìn)行了約 3 6小時(shí) 之后結(jié)束 在測(cè)試結(jié)束時(shí) 對(duì)電池組進(jìn)行了開(kāi)路電壓測(cè)量 結(jié)果顯示為 45 4 伏特 根據(jù)估 算 蓄電池的荷電狀態(tài)約為 6 這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明 多功能作業(yè)平臺(tái)已成功滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求 即以 6千米每小時(shí)的速度續(xù)航 3 7小時(shí) 續(xù)航里程為 18 5千米 表 4 續(xù)航能力測(cè)試數(shù)據(jù) Tab 4 Endurance test data 運(yùn)行時(shí)間 s 電池組開(kāi)路電壓 V 1000 55 1 2000 54 7 3000 54 3 4000 53 6 5000 52 5 6000 51 8 7000 50 9 8000 50 1 9000 49 6 10000 48 3 農(nóng)業(yè)裝備與車(chē)輛工程 2024 年第 62 卷第 11 期 4 結(jié)論 隨著設(shè)施農(nóng)業(yè)逐漸向規(guī)?；?集約化 標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展 設(shè)施農(nóng)業(yè)機(jī)械化程度低的問(wèn)題突出 人工成本居高不下且勞動(dòng)力短缺 嚴(yán)重制約了作業(yè)效率及收益 針對(duì)設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中裝備功 能單一以及效率低等問(wèn)題 研發(fā)一款集噴藥 運(yùn)輸 升降等多功能作 業(yè)為一體的溫室多功 能電動(dòng)作業(yè)平臺(tái)裝備 實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用 結(jié)論 如下 1 對(duì)底盤(pán)動(dòng)力系統(tǒng)的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行匹配 分別對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī) 減速器 動(dòng)力電池等關(guān) 鍵部件選型 選配的驅(qū)動(dòng)電機(jī)的峰值扭矩為 Tmax max Ttmax Tcmax 18 7449N m 從而 確定選擇永磁同步電機(jī) 減速機(jī)減速比 i0 15 選擇蝸輪蝸桿式減速器 單體電池容量參數(shù) 計(jì)算得 Crmin 125A h 根據(jù)計(jì)算參數(shù) 選配電池容量為 Cr 150A h 工作額定電壓 12V 的鉛酸電池 2 對(duì)多功能作業(yè)平臺(tái)的噴霧升降裝置的升降機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行選型 確定為剪叉式 升降機(jī)構(gòu) 并對(duì)其進(jìn)行參數(shù)計(jì)算 確定升降平臺(tái)的升降過(guò)程中初始位置時(shí)剪叉桿與水平線間 的夾角的初始角度為 6 3 通過(guò)性能試驗(yàn)研究 可知最高車(chē)速試驗(yàn)顯示其最高車(chē)速為 6 24km h 最小轉(zhuǎn)彎半 徑測(cè)試中 轉(zhuǎn)向圓直徑為 930 7mm 通過(guò)圓直徑為 1046 7mm 爬坡能力測(cè)試中 可輕松通過(guò) 25 坡度路面 續(xù)航能力測(cè)試中 續(xù)航里程可達(dá) 18 5km 所有這些試驗(yàn)結(jié)果表明 多功能作 業(yè)平臺(tái)能夠在溫室狹小空間順暢作業(yè) 各項(xiàng)指標(biāo)符合設(shè)計(jì)要求 參考文獻(xiàn) 1 高巧明 潘棟 張星 等 全 履 帶 模 塊 化 無(wú) 人 農(nóng) 用 動(dòng) 力 底 盤(pán) 設(shè) 計(jì) 與 仿 真 J 農(nóng) 業(yè) 機(jī) 械 學(xué) 報(bào) 2020 51 S2 561 570 2 鄭剛 溫室作業(yè)車(chē)發(fā)展現(xiàn)狀及展望 J 農(nóng)業(yè)工程技術(shù) 2021 41 28 54 58 3 Huang Y Chen G Huang Y et al Overview of the Development of Facility Agriculture J Agricultural Biotechnology 2020 9 4 151 154 4 Heidfeld H Hinzelmann R Sch nemann M et al Development of an Electric Powered Light Stilt Tractor for the Application of Biological Plant Protection Products in Corn C Vehicle and Automotive Engineering Springer Cham 2018 67 80 5 Guo T Zhong W Design and implementation of the span greenhouse agriculture Internet of Things system C 2015 International Conference on Fluid Power and Mechatronics FPM IEEE 2015 398 401 6 寧廣秀 張永 王健等 溫室用純電動(dòng)牽引底盤(pán)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及性能仿真研究 J 農(nóng)機(jī)化研 究 2024 46 04 253 259 7 瞿濟(jì)偉 農(nóng)用柔性底盤(pán)偏置轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制 策略及參數(shù)優(yōu)化試驗(yàn)研究 D 楊凌 西北農(nóng)林科技大學(xué) 2020 8 Ma T Zhou W Chen L et al Phthalate esters contamination in vegetable soil system of facility greenhouses in Jingmen central China and the assessment of health risk Environ Geochem Health 42 2703 2721 2020 9 Jing D Zhi wei Z LIANG B Development status of facility vegetable industry in China J Chinese Horticulture Abstracts 2017 33 1 75 77 10 王要 溫室自主跟隨多功能作業(yè)平臺(tái)設(shè)計(jì)和試驗(yàn)研究 D 鎮(zhèn)江 江蘇大學(xué) 2022 11 李明 3M 50 型自主行走式溫室彌霧機(jī)研制與試驗(yàn)研究 D 泰安 山東農(nóng)業(yè)大學(xué) 2017 11000 47 7 12000 46 3 13000 45 4 農(nóng)業(yè)裝備與車(chē)輛工程 2024 年第 62 卷第 11 期 12 陳寶林 3M 50 型自主作業(yè)式溫室彌霧機(jī)控制系統(tǒng)開(kāi)發(fā)與試驗(yàn) D 泰 安 山東農(nóng)業(yè)大學(xué) 2018 13 林 金龍 日光溫室單吊軌風(fēng)送噴霧技術(shù)研究與試驗(yàn) D 鎮(zhèn)江 江蘇大學(xué) 2022 14 王品品 履帶自走式熱霧機(jī)電動(dòng)底盤(pán)的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)研究 D 合肥 安徽農(nóng)業(yè)大學(xué) 2016 15 孫姜燕 解析電動(dòng)汽車(chē)底盤(pán)一體化控制技術(shù)發(fā)展趨勢(shì) J 電子元器件與信息技術(shù) 2021 5 11 17 18