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畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)外文資料翻譯 系 別 機(jī)電信息系 專(zhuān) 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 班 級(jí) B070203 姓 名 陳宗佑 學(xué) 號(hào) B07020302 外文出處 愛(ài)思唯爾數(shù)據(jù)庫(kù) www.elsevier.com 附 件 1. 原文； 2. 譯文 2011年3月 2.譯文 一個(gè)由機(jī)器人操作挖掘機(jī)液壓的阻抗控制 Q.P. Ha), Q.H. Nguyen, D.C. Rye, H.F. Durrant-Whyte 澳洲欄位機(jī)械手工程中心、悉尼、2006 NSW，澳洲 摘要 在機(jī)器人挖掘技術(shù)中，混合位置力控制已經(jīng)遵循為水斗挖彈道。在混合位置力控制中，控制模態(tài)為在功能之間轉(zhuǎn)變所需力控制取決于這水斗是否在自由空間中或在接觸土壤在程序中。二者選一，阻抗控制能被應(yīng)用在一個(gè)控制模態(tài)是松扣和拘束運(yùn)動(dòng)中。這呈現(xiàn)出一個(gè)強(qiáng)健的滑落控制器那一全套阻抗用具為一個(gè)拉鏟挖掘機(jī)控制。控制定律有三個(gè)元件： 一個(gè)相等的控制，一個(gè)交換控制和一個(gè)調(diào)諧控制。 在空間中給予一個(gè)挖掘任務(wù)，倒轉(zhuǎn)的運(yùn)動(dòng)學(xué)的和動(dòng)態(tài)套式被用于變換任務(wù)進(jìn)入一個(gè)需要在聯(lián)合的空間中挖軌道。該控制器適用于提供與AT鏟斗振動(dòng)減弱土壤接觸點(diǎn)良好的跟蹤性能。從控制信號(hào)和接合挖掘機(jī)的角度，活塞功能和撞槌檔木板的橋控制的每個(gè)圓柱體的力，臂，而且水斗能被決定下來(lái)。問(wèn)題是當(dāng)時(shí)該如何找適用于達(dá)成的每個(gè)伺服閥的控制電壓力和位置檔木板，臂和水斗的橋動(dòng)作是使每個(gè)電液系統(tǒng)的追蹤正常。與一個(gè)以觀察者為主的補(bǔ)償為擾動(dòng)力包括水力的摩擦，活塞的追蹤力和放置擊力，使用強(qiáng)健的滑落控制會(huì)被保證。在模擬和實(shí)驗(yàn)中，在一個(gè)液壓促使的機(jī)器人的挖掘機(jī)上執(zhí)行。當(dāng)在挖掘中以土壤連絡(luò)時(shí)，被提議的控制技術(shù)能提供強(qiáng)有力的績(jī)效考量。2000 Elsevier 科學(xué) B.V. 版權(quán)所有。 1. 介紹 拉鏟挖掘機(jī)的平常任務(wù)將釋放并移除來(lái)自它的最初位置的事物和把它傳遞到另一個(gè)位置來(lái)降低水斗，經(jīng)過(guò)土壤拖曳水斗挖掘，然后升高，轉(zhuǎn)動(dòng)和傾銷(xiāo)水斗。在移動(dòng)方面，自動(dòng)挖掘有的時(shí)候需要借助一個(gè)強(qiáng)有力的控制器的發(fā)展，來(lái)完成這些操作聯(lián)合。[1] 為 控制目標(biāo)，運(yùn)動(dòng)學(xué)的和動(dòng)態(tài)套式，承擔(dān)液壓主動(dòng)器的挖掘機(jī)，無(wú)限強(qiáng)力的力來(lái)源被呈現(xiàn)。[2-4] 一個(gè)慣例的位置控制，具有比例而且引出控制器被使用。[4,5] 因?yàn)橥诰虺绦虻哪M與限制土壤相互作用，挖掘機(jī)得到了很大的變化。對(duì)土壤相互作用的力的工具。當(dāng)挖掘，水斗運(yùn)動(dòng)是最有效的強(qiáng)制約束，由于環(huán)境是非線(xiàn)性結(jié)構(gòu)方程。液壓力量控制方法因此被認(rèn)為比位置控制更適合整形挖掘機(jī)。順應(yīng)運(yùn)動(dòng)控制一般可分為兩大類(lèi)：混合位置力控制和交互控制。在混合位置力控制，笛卡爾空間最終效應(yīng)統(tǒng)籌分解為一個(gè)位置子空間和力子空間。獨(dú)立的位置和力軌跡跟蹤的目標(biāo)是指定在每個(gè)子空間過(guò)度用力瞬變的可能。是發(fā)生在接觸瞬間的工具和環(huán)境，而不是跟蹤所需位置和力的軌跡，互動(dòng)控制的目的，是調(diào)節(jié)兩者之間的關(guān)系，最終位置和相互作用的效應(yīng)力。據(jù)了解，阻抗控制提供了一個(gè)統(tǒng)一的辦法，達(dá)成了統(tǒng)一的方式不受拘束而且強(qiáng)迫進(jìn)行。[6]。如果混合的位置動(dòng)力控制被采用，控制模態(tài)應(yīng)該被轉(zhuǎn)變?cè)谖恢每刂坪土χg，根據(jù)控制是否液壓在自由空間中或在在一個(gè)挖掘任務(wù)期間的土壤中。 阻抗控制被認(rèn)為是更適合挖掘任務(wù)，確切來(lái)說(shuō)它能被應(yīng)用到連續(xù)地?zé)o約束和拘束運(yùn)動(dòng)[1]。阻抗控制器最近被報(bào)道為挖掘機(jī)挖掘臂[7]。本文提出魯棒滑?？刂萍夹g(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)阻抗控制。鏟斗尖控制跟蹤在所需的挖掘軌跡在場(chǎng)的環(huán)境和系統(tǒng)參數(shù)的不確定性。在液壓挖掘機(jī)的阻抗控制中，活塞功能和撞槌力的每個(gè)水力的圓柱體為檔木板的橋控制，約束，水斗能被決定。問(wèn)題是如何找到控制電壓施加到伺服閥跟蹤這些所需的命令。以考慮摩擦和非線(xiàn)性，既活塞位移，速度，包括負(fù)載擾動(dòng)力和摩擦。隨著觀測(cè)為基礎(chǔ)的補(bǔ)償對(duì)于力的干擾。強(qiáng)大的跟蹤這些活塞撞槌力和位置被保證使用強(qiáng)大的滑動(dòng)模式控制器系統(tǒng)。在該方法的有效性通過(guò)仿真驗(yàn)證和歸檔進(jìn)行的測(cè)試在小松的PC -05小型挖掘機(jī)。其余本文的結(jié)構(gòu)如下。第2條致力于挖掘機(jī)動(dòng)態(tài)推導(dǎo)模型。問(wèn)題的提出和發(fā)展挖掘機(jī)的阻抗動(dòng)態(tài)控制載于第3節(jié)。該電液控制系統(tǒng)是針對(duì)第4節(jié)。硬體機(jī)器人挖掘機(jī)的組織描述在第5節(jié)連同計(jì)算機(jī)模擬和實(shí)驗(yàn)結(jié)果。最后，結(jié)論在第6節(jié)提供。 2．挖掘機(jī)動(dòng)力學(xué) 對(duì)于一個(gè)普通的挖掘機(jī)運(yùn)動(dòng)方程可以從拉格朗日方程能量函數(shù)得到，或先后用牛頓歐拉方程計(jì)算每個(gè)機(jī)器的鏈接。在后一種方法中，各個(gè)環(huán)節(jié)的動(dòng)力學(xué)方程來(lái)描述該指數(shù)通過(guò)鏈接傳遞。聯(lián)合駕駛的熱潮，手臂扭矩和鏟斗由液壓油缸驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)生的力量。這些鏈接是平移和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)所描述的動(dòng)態(tài)模型的挖掘機(jī)系統(tǒng)。挖掘機(jī)動(dòng)力學(xué)模型，在文獻(xiàn)中提出。[2] 文獻(xiàn)改進(jìn)。[4] 首先，一個(gè)笛卡爾統(tǒng)籌框架{O0X0Y0Z0}固定在挖掘機(jī)的機(jī)體中。其他笛卡爾統(tǒng)籌分配系統(tǒng)應(yīng)用Denavit和Hartenberg程序如文獻(xiàn)所示。[2-4] 該框架{O1X1Y1Z1}，{O2X2Y2Z2}，{O3X3Y3Z3}和{O4X4Y4Z4}預(yù)期分別地被附上到檔木板、臂、水斗和水斗尖塞端 ，如圖看到1。 注意挖掘機(jī)裝置的運(yùn)輸在挖掘期間通常發(fā)生在垂直平面。因此假設(shè)沒(méi)有檔木板－擺動(dòng)動(dòng)作在挖掘期間發(fā)生，檔木板擺動(dòng)角度θ1因此在挖掘期間保持固定（θ1=0）。該模型方程可寫(xiě)成挖掘機(jī)的每個(gè)環(huán)節(jié)作為一個(gè)剛性自由體。通過(guò)結(jié)合牛頓和歐拉方程，動(dòng)力模型為挖掘機(jī)在一個(gè)眾所周知的形式操縱運(yùn)動(dòng)方程，可簡(jiǎn)潔地表示成： （1） 其中是測(cè)量軸角向量：θ2是檔木板連接量，θ3是臂接合量，θ4是水斗接合量；TL代表作為函數(shù)的切向和負(fù)載力矩正常的組件，F(xiàn)t和Fn是土壤在水斗的反動(dòng)力，F(xiàn)為在聯(lián)合軸上力量的液壓執(zhí)行器產(chǎn)生的扭矩作用。切向分量Ft，是平行的挖掘方向，代表由挖掘機(jī)抵抗地面的挖斗齒。這被認(rèn)為是阻力的總和和土壤的抗切割，摩擦水斗和地面，以及運(yùn)動(dòng)對(duì)土壤和土壤中移動(dòng)的角度。根據(jù)文獻(xiàn)，切向分量，可以計(jì)算[8]，正如：Ft=k1bh (2) K1是具體挖掘力[Nm ‐2]，h和b分別是土壤剪片的厚度和寬度[m]，正常組件 Fn被計(jì)算當(dāng)做 （3） 其中Ψ=（0.1—0,45）是一個(gè)因素，它取決于挖掘的角度，挖掘條件，磨損和撕裂的最前沿,決定著矩陣的慣性D(θ)，科氏力和向心力的影響,C(θ, θ) θ，重力G（θ），還有力臂的功能，A（θ）在文獻(xiàn)中被全面描述。[2-4]在文獻(xiàn)中，所有的矩陣條目都已給出參考量。[4] 。3×1矩陣粘性摩擦B(θ) 被視為一源的不確定性。 在挖掘平面中，函數(shù)行列式J(θ)被定義為x=J(θ) θ（4）能從文獻(xiàn)[3]中獲得，其中x=[x4,z4, θo4]T代表笛卡爾坐標(biāo)和桶頭方向(O4),關(guān)于{O0，X0，Y0，Z0}。假定雅可比矩陣J（è）非奇異方程，1。聯(lián)合空間可以被改寫(xiě)在笛卡爾空間為： 和代表之間的最終互動(dòng)效應(yīng)斗尖廣義力。和土壤環(huán)境. 他們組成的挖掘力作用于同力合作條目斗坐標(biāo)（x4,z4）和Y4周?chē)呐ぞ貤l目。 前向和反向測(cè)定運(yùn)動(dòng)的關(guān)系x=L(θ), θ=L-1(x)，詳見(jiàn)文獻(xiàn) [3] 。就像方程（5）有廣義形式的機(jī)器人動(dòng)力學(xué)，其中x是一地兩接觸點(diǎn)的坐標(biāo)向量，并在下一節(jié)我們會(huì)考慮在一般x∈Rn和u∈Rn。我們假設(shè) 其中矩陣和已知，是 采用測(cè)力傳感器軸銷(xiāo)，和不確定，表示摩擦和不確定在 方程（5）可以被重寫(xiě)為： 其中是控制輸入。 注1：因?yàn)镈(θ) 是一個(gè)3×3-對(duì)稱(chēng)正定 點(diǎn)陣式滿(mǎn)足斜的對(duì)稱(chēng)特性[9]。對(duì)于公稱(chēng)的動(dòng)力學(xué)的挖掘機(jī)， 也是歪斜－x對(duì)稱(chēng)的點(diǎn)陣式，也就是 3．挖掘機(jī)動(dòng)力學(xué)阻抗控制 3.1問(wèn)題描述 挖掘任務(wù)的要素之一是由挖掘機(jī)的斗土滲透遵循預(yù)先計(jì)劃的挖掘軌跡。在挖掘時(shí)，三個(gè)主要切向抵抗力量出現(xiàn)：在電阻與土壤切削時(shí)，摩擦力作用于水斗表面與土壤接觸的部分，并且抵抗土棱鏡在水斗中提前行動(dòng)。規(guī)模的挖掘抵抗力量取決于許多因素，如挖掘的角度，土壤棱柱體積，切割對(duì)象對(duì)切割的抗拒。這些因素通常是變量且不可用。此外，由于土壤的可塑性，開(kāi)挖嚴(yán)重不均勻材料土壤潛在特性空間的變異，這是不可能精確的界定力量需要在一定的條件下挖掘。 阻抗控制的目標(biāo)是建立所需的動(dòng)力效應(yīng)之間的關(guān)系桶的一角，位置和接觸力。這種動(dòng)態(tài)的關(guān)系稱(chēng)為目標(biāo)阻抗。設(shè)xt(t)是為所需最終效應(yīng)的軌跡。通常，目標(biāo)阻抗是選擇一個(gè)線(xiàn)性二階系統(tǒng)模仿質(zhì)量彈簧，根據(jù)阻尼器動(dòng)力學(xué): 其中s是衍生工具的不斷正定，每組的N -矩陣Mt,Bt,Kt分別是矩陣的慣性，阻尼和剛度。位置的誤差和動(dòng)力的誤差被定義為 其中，是動(dòng)力的設(shè)定點(diǎn)。 控制問(wèn)題是漸近驅(qū)動(dòng)的系統(tǒng)狀態(tài)，以實(shí)現(xiàn)目標(biāo)阻抗（12）即使存在不確定性。如果位置錯(cuò)誤ep接近零，動(dòng)力錯(cuò)誤eF也接近零，反之亦然。按照指定的動(dòng)態(tài)關(guān)系數(shù)值的定義值的矩陣Mt,Bt,和Kt，在方程（12）中。在一些接觸的任務(wù)中，動(dòng)力設(shè)定點(diǎn)，F(xiàn)r，將被指定為常量，不隨時(shí)間變化。在自由空間中運(yùn)動(dòng)，與外界沒(méi)有聯(lián)系。Fr=-Fe=0。所以ep趨近于零，因?yàn)槭枪潭ǖ?。矩陣Mt,Bt,Kt的選擇將決定所需形狀的瞬態(tài)響應(yīng)系統(tǒng)。當(dāng)最終效應(yīng)接觸的環(huán)境，互動(dòng)的特點(diǎn)是目標(biāo)阻抗時(shí)，（12），這會(huì)導(dǎo)致一個(gè)位置誤差和錯(cuò)誤的力量。如果末端執(zhí)行器的位置跟蹤期望軌跡，（x→xr）那么接觸力遵循力的設(shè)定點(diǎn)（-Fe→Fr）。 3.2控制器的發(fā)展 考慮機(jī)械手的動(dòng)力學(xué)模型形式符合不確定性。這眾所周知，魯棒性，最能區(qū)別功能易變結(jié)構(gòu)控制的滑動(dòng)模式。在本節(jié)中，魯棒滑?？刂破鲗⒈婚_(kāi)發(fā)機(jī)械手動(dòng)態(tài)，就像方程（5），輸入2維系統(tǒng), 一滑動(dòng)面的狀態(tài)空間將是多方面的維2n-n=n。讓我們定義為s={s1(x),s2(x),……sn(x)}T，滑動(dòng)的功能，如下 其中， 采用滑動(dòng)模式的存在s=0，須知 可以看出，一旦系統(tǒng)在滑動(dòng)式結(jié)合的方程狀態(tài)下，（14），條件（16）保證了目標(biāo)阻抗（12）就達(dá)到了。 因此，在滑模si（x）=0（i=12，，，，n）動(dòng)力誤差趨近于零。 4．電液控制系統(tǒng) 控制要求的力產(chǎn)生在每個(gè)氣缸的挖掘機(jī)遵循所需時(shí)間的功能，當(dāng)執(zhí)行挖掘阻抗任務(wù)時(shí)。非線(xiàn)性效應(yīng)發(fā)生在工具與土的相互作用，并在液壓系統(tǒng)本身進(jìn)行復(fù)雜的控制策略要求。據(jù)了解，重力和活塞和汽缸之間的摩擦應(yīng)補(bǔ)償實(shí)現(xiàn)高性能重型液壓機(jī)，挖掘機(jī)等。此外，原油粘度，通過(guò)油流液壓伺服閥和可變荷載，將導(dǎo)致液壓控制系統(tǒng)遭受高度非線(xiàn)性時(shí)變動(dòng)態(tài)，負(fù)載敏感，參數(shù)不確定性。因此，這些因素都要考慮到伺服液壓的建模和控制。在液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)中成立刀片，擺動(dòng)臂，臂，斗附件的軸向液壓挖掘機(jī)氣瓶。液壓油的流向氣缸受直接驅(qū)動(dòng)伺服閥與電閉環(huán)的控制，控制閥芯位置。該系統(tǒng)可大致描述一個(gè)六階微分方程。為簡(jiǎn)單起見(jiàn)，下面的線(xiàn)性表達(dá)式可使用小損失高達(dá)200赫的頻率準(zhǔn)確度： 5.結(jié)論 挖掘機(jī)在努力朝著自主挖掘進(jìn)行，運(yùn)土和建筑行業(yè)，我們提出了一個(gè)魯棒滑模控制器阻抗控制的挖掘機(jī)來(lái)處理不確定性在其動(dòng)力學(xué)模型中，摩擦和斗相互作用。該控制器設(shè)計(jì)的一個(gè)目標(biāo)阻抗的選擇組成，并有決心對(duì)相應(yīng)的控制，開(kāi)關(guān)控制，調(diào)諧控制。控制輸出和聯(lián)合角，然后轉(zhuǎn)換為命令，即所需的RAM力和活塞的位置，對(duì)軸控制的挖掘機(jī)電液伺服系統(tǒng)?；Ｄ：刂萍{入，調(diào)整方法已成功地實(shí)施在在羊角力控制和缸內(nèi)，挖掘機(jī)液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位置。一個(gè)1.5噸小型機(jī)器人挖掘機(jī)的模擬和實(shí)驗(yàn)研究，經(jīng)過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證了所提出的有效性。給定一個(gè)期望軌跡，挖掘如挖掘和裝載任務(wù)好的展覽性能。振動(dòng)聯(lián)合角的位置，由于速度和加速度之間的聯(lián)系。水桶和土壤能顯著減少使用提出的控制器。高性能挖掘機(jī)和較強(qiáng)的魯棒性電伺服系統(tǒng)仿真實(shí)現(xiàn) 和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。得到結(jié)果表明的可行性和有效性提出的方法對(duì)于挖掘機(jī)動(dòng)力學(xué)控制及其液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)在執(zhí)行機(jī)器人挖掘任務(wù)與泥土接觸的考慮。 致謝 澳大利亞研究理事會(huì)，NS的小松，以及合作研究挖掘技術(shù)與裝備中心，表示感謝。 畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)外文資料翻譯 系 別 機(jī)電信息系 專(zhuān) 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 班 級(jí) B070203 姓 名 陳宗佑 學(xué) 號(hào) B07020302 外文出處 愛(ài)思唯爾數(shù)據(jù)庫(kù) www.elsevier.com 附 件 1. 原文； 2. 譯文 2011年3月 2.譯文 一個(gè)由機(jī)器人操作挖掘機(jī)液壓的阻抗控制 Q.P. Ha), Q.H. Nguyen, D.C. Rye, H.F. Durrant-Whyte 澳洲欄位機(jī)械手工程中心、悉尼、2006 NSW，澳洲 摘要 在機(jī)器人挖掘技術(shù)中，混合位置力控制已經(jīng)遵循為水斗挖彈道。在混合位置力控制中，控制模態(tài)為在功能之間轉(zhuǎn)變所需力控制取決于這水斗是否在自由空間中或在接觸土壤在程序中。二者選一，阻抗控制能被應(yīng)用在一個(gè)控制模態(tài)是松扣和拘束運(yùn)動(dòng)中。這呈現(xiàn)出一個(gè)強(qiáng)健的滑落控制器那一全套阻抗用具為一個(gè)拉鏟挖掘機(jī)控制?？刂贫捎腥齻€(gè)元件： 一個(gè)相等的控制，一個(gè)交換控制和一個(gè)調(diào)諧控制。 在空間中給予一個(gè)挖掘任務(wù)，倒轉(zhuǎn)的運(yùn)動(dòng)學(xué)的和動(dòng)態(tài)套式被用于變換任務(wù)進(jìn)入一個(gè)需要在聯(lián)合的空間中挖軌道。該控制器適用于提供與AT鏟斗振動(dòng)減弱土壤接觸點(diǎn)良好的跟蹤性能。從控制信號(hào)和接合挖掘機(jī)的角度，活塞功能和撞槌檔木板的橋控制的每個(gè)圓柱體的力，臂，而且水斗能被決定下來(lái)。問(wèn)題是當(dāng)時(shí)該如何找適用于達(dá)成的每個(gè)伺服閥的控制電壓力和位置檔木板，臂和水斗的橋動(dòng)作是使每個(gè)電液系統(tǒng)的追蹤正常。與一個(gè)以觀察者為主的補(bǔ)償為擾動(dòng)力包括水力的摩擦，活塞的追蹤力和放置擊力，使用強(qiáng)健的滑落控制會(huì)被保證。在模擬和實(shí)驗(yàn)中，在一個(gè)液壓促使的機(jī)器人的挖掘機(jī)上執(zhí)行。當(dāng)在挖掘中以土壤連絡(luò)時(shí)，被提議的控制技術(shù)能提供強(qiáng)有力的績(jī)效考量。2000 Elsevier 科學(xué) B.V. 版權(quán)所有。 1. 介紹 拉鏟挖掘機(jī)的平常任務(wù)將釋放并移除來(lái)自它的最初位置的事物和把它傳遞到另一個(gè)位置來(lái)降低水斗，經(jīng)過(guò)土壤拖曳水斗挖掘，然后升高，轉(zhuǎn)動(dòng)和傾銷(xiāo)水斗。在移動(dòng)方面，自動(dòng)挖掘有的時(shí)候需要借助一個(gè)強(qiáng)有力的控制器的發(fā)展，來(lái)完成這些操作聯(lián)合。[1] 為 控制目標(biāo)，運(yùn)動(dòng)學(xué)的和動(dòng)態(tài)套式，承擔(dān)液壓主動(dòng)器的挖掘機(jī)，無(wú)限強(qiáng)力的力來(lái)源被呈現(xiàn)。[2-4] 一個(gè)慣例的位置控制，具有比例而且引出控制器被使用。[4,5] 因?yàn)橥诰虺绦虻哪M與限制土壤相互作用，挖掘機(jī)得到了很大的變化。對(duì)土壤相互作用的力的工具。當(dāng)挖掘，水斗運(yùn)動(dòng)是最有效的強(qiáng)制約束，由于環(huán)境是非線(xiàn)性結(jié)構(gòu)方程。液壓力量控制方法因此被認(rèn)為比位置控制更適合整形挖掘機(jī)。順應(yīng)運(yùn)動(dòng)控制一般可分為兩大類(lèi)：混合位置力控制和交互控制。在混合位置力控制，笛卡爾空間最終效應(yīng)統(tǒng)籌分解為一個(gè)位置子空間和力子空間。獨(dú)立的位置和力軌跡跟蹤的目標(biāo)是指定在每個(gè)子空間過(guò)度用力瞬變的可能。是發(fā)生在接觸瞬間的工具和環(huán)境，而不是跟蹤所需位置和力的軌跡，互動(dòng)控制的目的，是調(diào)節(jié)兩者之間的關(guān)系，最終位置和相互作用的效應(yīng)力。據(jù)了解，阻抗控制提供了一個(gè)統(tǒng)一的辦法，達(dá)成了統(tǒng)一的方式不受拘束而且強(qiáng)迫進(jìn)行。[6]。如果混合的位置動(dòng)力控制被采用，控制模態(tài)應(yīng)該被轉(zhuǎn)變?cè)谖恢每刂坪土χg，根據(jù)控制是否液壓在自由空間中或在在一個(gè)挖掘任務(wù)期間的土壤中。 阻抗控制被認(rèn)為是更適合挖掘任務(wù)，確切來(lái)說(shuō)它能被應(yīng)用到連續(xù)地?zé)o約束和拘束運(yùn)動(dòng)[1]。阻抗控制器最近被報(bào)道為挖掘機(jī)挖掘臂[7]。本文提出魯棒滑?？刂萍夹g(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)阻抗控制。鏟斗尖控制跟蹤在所需的挖掘軌跡在場(chǎng)的環(huán)境和系統(tǒng)參數(shù)的不確定性。在液壓挖掘機(jī)的阻抗控制中，活塞功能和撞槌力的每個(gè)水力的圓柱體為檔木板的橋控制，約束，水斗能被決定。問(wèn)題是如何找到控制電壓施加到伺服閥跟蹤這些所需的命令。以考慮摩擦和非線(xiàn)性，既活塞位移，速度，包括負(fù)載擾動(dòng)力和摩擦。隨著觀測(cè)為基礎(chǔ)的補(bǔ)償對(duì)于力的干擾。強(qiáng)大的跟蹤這些活塞撞槌力和位置被保證使用強(qiáng)大的滑動(dòng)模式控制器系統(tǒng)。在該方法的有效性通過(guò)仿真驗(yàn)證和歸檔進(jìn)行的測(cè)試在小松的PC -05小型挖掘機(jī)。其余本文的結(jié)構(gòu)如下。第2條致力于挖掘機(jī)動(dòng)態(tài)推導(dǎo)模型。問(wèn)題的提出和發(fā)展挖掘機(jī)的阻抗動(dòng)態(tài)控制載于第3節(jié)。該電液控制系統(tǒng)是針對(duì)第4節(jié)。硬體機(jī)器人挖掘機(jī)的組織描述在第5節(jié)連同計(jì)算機(jī)模擬和實(shí)驗(yàn)結(jié)果。最后，結(jié)論在第6節(jié)提供。 2．挖掘機(jī)動(dòng)力學(xué) 對(duì)于一個(gè)普通的挖掘機(jī)運(yùn)動(dòng)方程可以從拉格朗日方程能量函數(shù)得到，或先后用牛頓歐拉方程計(jì)算每個(gè)機(jī)器的鏈接。在后一種方法中，各個(gè)環(huán)節(jié)的動(dòng)力學(xué)方程來(lái)描述該指數(shù)通過(guò)鏈接傳遞。聯(lián)合駕駛的熱潮，手臂扭矩和鏟斗由液壓油缸驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)生的力量。這些鏈接是平移和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)所描述的動(dòng)態(tài)模型的挖掘機(jī)系統(tǒng)。挖掘機(jī)動(dòng)力學(xué)模型，在文獻(xiàn)中提出。[2] 文獻(xiàn)改進(jìn)。[4] 首先，一個(gè)笛卡爾統(tǒng)籌框架{O0X0Y0Z0}固定在挖掘機(jī)的機(jī)體中。其他笛卡爾統(tǒng)籌分配系統(tǒng)應(yīng)用Denavit和Hartenberg程序如文獻(xiàn)所示。[2-4] 該框架{O1X1Y1Z1}，{O2X2Y2Z2}，{O3X3Y3Z3}和{O4X4Y4Z4}預(yù)期分別地被附上到檔木板、臂、水斗和水斗尖塞端 ，如圖看到1。 注意挖掘機(jī)裝置的運(yùn)輸在挖掘期間通常發(fā)生在垂直平面。因此假設(shè)沒(méi)有檔木板－擺動(dòng)動(dòng)作在挖掘期間發(fā)生，檔木板擺動(dòng)角度θ1因此在挖掘期間保持固定（θ1=0）。該模型方程可寫(xiě)成挖掘機(jī)的每個(gè)環(huán)節(jié)作為一個(gè)剛性自由體。通過(guò)結(jié)合牛頓和歐拉方程，動(dòng)力模型為挖掘機(jī)在一個(gè)眾所周知的形式操縱運(yùn)動(dòng)方程，可簡(jiǎn)潔地表示成： （1） 其中是測(cè)量軸角向量：θ2是檔木板連接量，θ3是臂接合量，θ4是水斗接合量；TL代表作為函數(shù)的切向和負(fù)載力矩正常的組件，F(xiàn)t和Fn是土壤在水斗的反動(dòng)力，F(xiàn)為在聯(lián)合軸上力量的液壓執(zhí)行器產(chǎn)生的扭矩作用。切向分量Ft，是平行的挖掘方向，代表由挖掘機(jī)抵抗地面的挖斗齒。這被認(rèn)為是阻力的總和和土壤的抗切割，摩擦水斗和地面，以及運(yùn)動(dòng)對(duì)土壤和土壤中移動(dòng)的角度。根據(jù)文獻(xiàn)，切向分量，可以計(jì)算[8]，正如：Ft=k1bh (2) K1是具體挖掘力[Nm ‐2]，h和b分別是土壤剪片的厚度和寬度[m]，正常組件 Fn被計(jì)算當(dāng)做 （3） 其中Ψ=（0.1—0,45）是一個(gè)因素，它取決于挖掘的角度，挖掘條件，磨損和撕裂的最前沿,決定著矩陣的慣性D(θ)，科氏力和向心力的影響,C(θ, θ) θ，重力G（θ），還有力臂的功能，A（θ）在文獻(xiàn)中被全面描述。[2-4]在文獻(xiàn)中，所有的矩陣條目都已給出參考量。[4] 。3×1矩陣粘性摩擦B(θ) 被視為一源的不確定性。 在挖掘平面中，函數(shù)行列式J(θ)被定義為x=J(θ) θ（4）能從文獻(xiàn)[3]中獲得，其中x=[x4,z4, θo4]T代表笛卡爾坐標(biāo)和桶頭方向(O4),關(guān)于{O0，X0，Y0，Z0}。假定雅可比矩陣J（è）非奇異方程，1。聯(lián)合空間可以被改寫(xiě)在笛卡爾空間為： 和代表之間的最終互動(dòng)效應(yīng)斗尖廣義力。和土壤環(huán)境. 他們組成的挖掘力作用于同力合作條目斗坐標(biāo)（x4,z4）和Y4周?chē)呐ぞ貤l目。 前向和反向測(cè)定運(yùn)動(dòng)的關(guān)系x=L(θ), θ=L-1(x)，詳見(jiàn)文獻(xiàn) [3] 。就像方程（5）有廣義形式的機(jī)器人動(dòng)力學(xué)，其中x是一地兩接觸點(diǎn)的坐標(biāo)向量，并在下一節(jié)我們會(huì)考慮在一般x∈Rn和u∈Rn。我們假設(shè) 其中矩陣和已知，是 采用測(cè)力傳感器軸銷(xiāo)，和不確定，表示摩擦和不確定在 方程（5）可以被重寫(xiě)為： 其中是控制輸入。 注1：因?yàn)镈(θ) 是一個(gè)3×3-對(duì)稱(chēng)正定 點(diǎn)陣式滿(mǎn)足斜的對(duì)稱(chēng)特性[9]。對(duì)于公稱(chēng)的動(dòng)力學(xué)的挖掘機(jī)， 也是歪斜－x對(duì)稱(chēng)的點(diǎn)陣式，也就是 3．挖掘機(jī)動(dòng)力學(xué)阻抗控制 3.1問(wèn)題描述 挖掘任務(wù)的要素之一是由挖掘機(jī)的斗土滲透遵循預(yù)先計(jì)劃的挖掘軌跡。在挖掘時(shí)，三個(gè)主要切向抵抗力量出現(xiàn)：在電阻與土壤切削時(shí)，摩擦力作用于水斗表面與土壤接觸的部分，并且抵抗土棱鏡在水斗中提前行動(dòng)。規(guī)模的挖掘抵抗力量取決于許多因素，如挖掘的角度，土壤棱柱體積，切割對(duì)象對(duì)切割的抗拒。這些因素通常是變量且不可用。此外，由于土壤的可塑性，開(kāi)挖嚴(yán)重不均勻材料土壤潛在特性空間的變異，這是不可能精確的界定力量需要在一定的條件下挖掘。 阻抗控制的目標(biāo)是建立所需的動(dòng)力效應(yīng)之間的關(guān)系桶的一角，位置和接觸力。這種動(dòng)態(tài)的關(guān)系稱(chēng)為目標(biāo)阻抗。設(shè)xt(t)是為所需最終效應(yīng)的軌跡。通常，目標(biāo)阻抗是選擇一個(gè)線(xiàn)性二階系統(tǒng)模仿質(zhì)量彈簧，根據(jù)阻尼器動(dòng)力學(xué): 其中s是衍生工具的不斷正定，每組的N -矩陣Mt,Bt,Kt分別是矩陣的慣性，阻尼和剛度。位置的誤差和動(dòng)力的誤差被定義為 其中，是動(dòng)力的設(shè)定點(diǎn)。 控制問(wèn)題是漸近驅(qū)動(dòng)的系統(tǒng)狀態(tài)，以實(shí)現(xiàn)目標(biāo)阻抗（12）即使存在不確定性。如果位置錯(cuò)誤ep接近零，動(dòng)力錯(cuò)誤eF也接近零，反之亦然。按照指定的動(dòng)態(tài)關(guān)系數(shù)值的定義值的矩陣Mt,Bt,和Kt，在方程（12）中。在一些接觸的任務(wù)中，動(dòng)力設(shè)定點(diǎn)，F(xiàn)r，將被指定為常量，不隨時(shí)間變化。在自由空間中運(yùn)動(dòng)，與外界沒(méi)有聯(lián)系。Fr=-Fe=0。所以ep趨近于零，因?yàn)槭枪潭ǖ?。矩陣Mt,Bt,Kt的選擇將決定所需形狀的瞬態(tài)響應(yīng)系統(tǒng)。當(dāng)最終效應(yīng)接觸的環(huán)境，互動(dòng)的特點(diǎn)是目標(biāo)阻抗時(shí)，（12），這會(huì)導(dǎo)致一個(gè)位置誤差和錯(cuò)誤的力量。如果末端執(zhí)行器的位置跟蹤期望軌跡，（x→xr）那么接觸力遵循力的設(shè)定點(diǎn)（-Fe→Fr）。 3.2控制器的發(fā)展 考慮機(jī)械手的動(dòng)力學(xué)模型形式符合不確定性。這眾所周知，魯棒性，最能區(qū)別功能易變結(jié)構(gòu)控制的滑動(dòng)模式。在本節(jié)中，魯棒滑模控制器將被開(kāi)發(fā)機(jī)械手動(dòng)態(tài)，就像方程（5），輸入2維系統(tǒng), 一滑動(dòng)面的狀態(tài)空間將是多方面的維2n-n=n。讓我們定義為s={s1(x),s2(x),……sn(x)}T，滑動(dòng)的功能，如下 其中， 采用滑動(dòng)模式的存在s=0，須知 可以看出，一旦系統(tǒng)在滑動(dòng)式結(jié)合的方程狀態(tài)下，（14），條件（16）保證了目標(biāo)阻抗（12）就達(dá)到了。 因此，在滑模si（x）=0（i=12，，，，n）動(dòng)力誤差趨近于零。 4．電液控制系統(tǒng) 控制要求的力產(chǎn)生在每個(gè)氣缸的挖掘機(jī)遵循所需時(shí)間的功能，當(dāng)執(zhí)行挖掘阻抗任務(wù)時(shí)。非線(xiàn)性效應(yīng)發(fā)生在工具與土的相互作用，并在液壓系統(tǒng)本身進(jìn)行復(fù)雜的控制策略要求。據(jù)了解，重力和活塞和汽缸之間的摩擦應(yīng)補(bǔ)償實(shí)現(xiàn)高性能重型液壓機(jī)，挖掘機(jī)等。此外，原油粘度，通過(guò)油流液壓伺服閥和可變荷載，將導(dǎo)致液壓控制系統(tǒng)遭受高度非線(xiàn)性時(shí)變動(dòng)態(tài)，負(fù)載敏感，參數(shù)不確定性。因此，這些因素都要考慮到伺服液壓的建模和控制。在液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)中成立刀片，擺動(dòng)臂，臂，斗附件的軸向液壓挖掘機(jī)氣瓶。液壓油的流向氣缸受直接驅(qū)動(dòng)伺服閥與電閉環(huán)的控制，控制閥芯位置。該系統(tǒng)可大致描述一個(gè)六階微分方程。為簡(jiǎn)單起見(jiàn)，下面的線(xiàn)性表達(dá)式可使用小損失高達(dá)200赫的頻率準(zhǔn)確度： 5.結(jié)論 挖掘機(jī)在努力朝著自主挖掘進(jìn)行，運(yùn)土和建筑行業(yè)，我們提出了一個(gè)魯棒滑?？刂破髯杩箍刂频耐诰驒C(jī)來(lái)處理不確定性在其動(dòng)力學(xué)模型中，摩擦和斗相互作用。該控制器設(shè)計(jì)的一個(gè)目標(biāo)阻抗的選擇組成，并有決心對(duì)相應(yīng)的控制，開(kāi)關(guān)控制，調(diào)諧控制?？刂戚敵龊吐?lián)合角，然后轉(zhuǎn)換為命令，即所需的RAM力和活塞的位置，對(duì)軸控制的挖掘機(jī)電液伺服系統(tǒng)?；Ｄ：刂萍{入，調(diào)整方法已成功地實(shí)施在在羊角力控制和缸內(nèi)，挖掘機(jī)液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位置。一個(gè)1.5噸小型機(jī)器人挖掘機(jī)的模擬和實(shí)驗(yàn)研究，經(jīng)過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證了所提出的有效性。給定一個(gè)期望軌跡，挖掘如挖掘和裝載任務(wù)好的展覽性能。振動(dòng)聯(lián)合角的位置，由于速度和加速度之間的聯(lián)系。水桶和土壤能顯著減少使用提出的控制器。高性能挖掘機(jī)和較強(qiáng)的魯棒性電伺服系統(tǒng)仿真實(shí)現(xiàn) 和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。得到結(jié)果表明的可行性和有效性提出的方法對(duì)于挖掘機(jī)動(dòng)力學(xué)控制及其液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)在執(zhí)行機(jī)器人挖掘任務(wù)與泥土接觸的考慮。 致謝 澳大利亞研究理事會(huì)，NS的小松，以及合作研究挖掘技術(shù)與裝備中心，表示感謝。 XX大學(xué) 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）任務(wù)書(shū) 學(xué)院 班級(jí) 學(xué)生姓名 學(xué)號(hào) 課題名稱(chēng) 起止時(shí)間 年 月 日—— 年 月 日（共 周） 指導(dǎo)教師 職稱(chēng) 課題內(nèi)容 本果園施肥機(jī)主要有齒輪箱總成、傳動(dòng)箱總成、3點(diǎn)懸掛裝置、覆土裝置、排肥箱、土壤收集器、機(jī)架等部分組成如圖4.工作原理如下所述： （1）利用拖拉機(jī)的牙也懸掛系統(tǒng)將施肥機(jī)掛在施肥機(jī)后方。 （2）施肥機(jī)的動(dòng)力由拖拉機(jī)的后動(dòng)力輸出軸經(jīng)傳動(dòng)軸總成傳至于齒輪箱。 （3）動(dòng)力經(jīng)過(guò)齒輪箱的減速、換向，作用于豎直方向和水平方向的兩傳動(dòng)軸，帶動(dòng)排肥裝置實(shí)施肥料添加。 （4）在螺旋鉆頭于土壤接近時(shí)電容式接近開(kāi)關(guān)開(kāi)始開(kāi)啟排肥管，螺旋鉆頭開(kāi)始鉆孔時(shí)由其螺旋的提升作用，將土壤和肥料至于土壤收集器內(nèi)混合；在螺旋鉆孔結(jié)束提升過(guò)程中，肥料和土壤由土壤收集器置入鉆孔中，并在施肥機(jī)前進(jìn)是由覆土裝置覆土。來(lái)實(shí)現(xiàn)整機(jī)鉆孔、施肥、覆土一體化要求。 擬定工作進(jìn)度（以周為單位） 第一周：查找相關(guān)資料，熟悉課題內(nèi)容。 第二周：撰寫(xiě)開(kāi)題報(bào)告，并制定總體方案。 第三至八周：設(shè)計(jì)施肥機(jī)的三維實(shí)體模型，并生成關(guān)鍵部件及裝配圖工程圖。 第九周：對(duì)果園挖穴施肥機(jī)進(jìn)行傳動(dòng)設(shè)計(jì)和機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。 第 十 周：撰寫(xiě)畢業(yè)論文，修改圖紙中存在的問(wèn)題。 第十一周：編寫(xiě)答辯提綱，準(zhǔn)備答辯。 第十二周：答辯 主要參考文獻(xiàn) [1]張洪,張學(xué)軍,鄢金山,史增錄,牟國(guó)良,于蒙杰. 密植果園挖穴施肥機(jī)挖穴鉆頭的設(shè)計(jì)及試驗(yàn)研究[J]. 農(nóng)業(yè)科技與裝備,2013,02:39-41. [2]張靜,楊宛章. 果園挖穴施肥機(jī)的現(xiàn)狀分析與探討[J]. 現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備,2013,02:69-72. [3]郭偉,凌芝,何增富. 一種間歇式穴施肥機(jī)構(gòu)的研制[J]. 農(nóng)業(yè)裝備技術(shù),2014,01:19-21. [4]連瀟,徐萬(wàn)鵬. 一種果園追肥器的設(shè)計(jì)[J]. 隴東學(xué)院學(xué)報(bào),2014,03:29-31. [5]蘇子昊,蘭峰,黎子明,謝舒,李奇. 國(guó)內(nèi)外果園開(kāi)溝施肥機(jī)械現(xiàn)狀分析[J]. 農(nóng)業(yè)機(jī)械,2014,15:134-137. [6]蘇子昊,蘭峰,黎子明,謝舒,李奇. 果園定向施肥機(jī)施肥系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J]. 農(nóng)業(yè)工程,2014,04:116-119+124. [7]王先進(jìn). 果園機(jī)械化施肥技術(shù)應(yīng)用與探討[J]. 中國(guó)農(nóng)業(yè)信息,2014,17:59. 任務(wù)下達(dá)人（簽字） 年 月 日 任務(wù)接受人意見(jiàn) 任務(wù)接受人簽名 年 月 日 注：1、此任務(wù)書(shū)由指導(dǎo)教師填寫(xiě)，任務(wù)下達(dá)人為指導(dǎo)教師。 2、此任務(wù)書(shū)須在學(xué)生畢業(yè)實(shí)踐環(huán)節(jié)開(kāi)始前一周下達(dá)給學(xué)生本人。 3、此任務(wù)書(shū)一式三份，一份留學(xué)院存檔，一份學(xué)生本人留存，一份指導(dǎo)教師留存。 果園挖穴施肥機(jī)的設(shè)計(jì) 摘要：我國(guó)是生產(chǎn)水果的大國(guó)，無(wú)論是在面積上還是在水果產(chǎn)品的產(chǎn)量上都是位居世界第一的。但是由于果園管理和種植技術(shù)的落后使得水果產(chǎn)品的品質(zhì)下降，所以果園施肥技術(shù)和方式就成了提高水果產(chǎn)品的品質(zhì)的一大因素。雖然果園施肥方式呈現(xiàn)多樣化的趨勢(shì)，但是果園機(jī)械化施肥卻處于一種比較低下的水平。甚至在一些地方還采用著人工施肥的方式，這樣使得施肥工作繁重、效率低下、而肥料的腐蝕性對(duì)人體造成著傷害等，消耗著大量人力物力卻無(wú)法達(dá)到提高水果產(chǎn)量和品質(zhì)的提升。所以機(jī)械化施肥和肥料的利用率成了設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。就此果園定量挖坑施肥機(jī)可以解決，機(jī)械化施肥和提高肥料利用率的難題。 關(guān)鍵詞：果園；挖穴；施肥機(jī) 1引言 機(jī)械化施肥是提高水果產(chǎn)品的品質(zhì)和產(chǎn)量的一種有效方式，但是由于我國(guó)在研究機(jī)械化施肥技術(shù)萬(wàn)面的起步晚對(duì)應(yīng)的研究技術(shù)不成熟，在果園施肥方面采用的最多的還是人工施肥。但因其效率低勞動(dòng)強(qiáng)度大人工成本高等原因已經(jīng)影響到了我國(guó)果林行業(yè)的發(fā)展，人們對(duì)于機(jī)械化施肥的需求越來(lái)越強(qiáng)烈。在這種情況下我國(guó)借鑒國(guó)外先進(jìn)的技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)以及結(jié)合本土實(shí)際情況研究出了符合我國(guó)果林行情的各種施肥機(jī)械。 但是我國(guó)國(guó)內(nèi)缺少著機(jī)械化施肥機(jī)械使得很多地區(qū)都無(wú)法實(shí)現(xiàn)機(jī)械化施肥，而機(jī)械化的顯著優(yōu)點(diǎn)就是對(duì)比人工作業(yè)具有更高的效率，在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)快速發(fā)展的前提下我國(guó)對(duì)于施肥的機(jī)械化需求度越來(lái)越高而相對(duì)應(yīng)的施肥機(jī)械卻有待開(kāi)發(fā)。特別是針對(duì)挖坑機(jī)的研究挖。 挖坑機(jī)的作用是開(kāi)挖施肥坑洞，我國(guó)在果園施肥主要是先使用挖坑機(jī)進(jìn)行開(kāi)挖坑洞然后再人工進(jìn)行施肥及土壤回填。我國(guó)針對(duì)挖坑機(jī)的研究開(kāi)發(fā)晚于國(guó)外，現(xiàn)在我國(guó)使用的挖坑機(jī)雖都能針對(duì)不同環(huán)境進(jìn)行挖坑，可是功能單一挖坑之后就閑置無(wú)法滿(mǎn)足機(jī)械化施肥作業(yè)的需求。 2果園挖穴施肥機(jī)的設(shè)計(jì) 本果園施肥機(jī)主要有齒輪箱總成、傳動(dòng)箱總成、3點(diǎn)懸掛裝置、覆土裝置、排肥箱、土壤收集器、機(jī)架等部分組成如圖4.工作原理如下所述： （1）利用拖拉機(jī)的牙也懸掛系統(tǒng)將施肥機(jī)掛在施肥機(jī)后方。 （2）施肥機(jī)的動(dòng)力由拖拉機(jī)的后動(dòng)力輸出軸經(jīng)傳動(dòng)軸總成傳至于齒輪箱。 （3）動(dòng)力經(jīng)過(guò)齒輪箱的減速、換向，作用于豎直方向和水平方向的兩傳動(dòng)軸，帶動(dòng)排肥裝置實(shí)施肥料添加。 （4）在螺旋鉆頭于土壤接近時(shí)電容式接近開(kāi)關(guān)開(kāi)始開(kāi)啟排肥管，螺旋鉆頭開(kāi)始鉆孔時(shí)由其螺旋的提升作用，將土壤和肥料至于土壤收集器內(nèi)混合；在螺旋鉆孔結(jié)束提升過(guò)程中，肥料和土壤由土壤收集器置入鉆孔中，并在施肥機(jī)前進(jìn)是由覆土裝置覆土。來(lái)實(shí)現(xiàn)整機(jī)鉆孔、施肥、覆土一體化要求。 2.1果園挖穴施肥機(jī)施肥量的計(jì)算 排肥輪應(yīng)便于制造和清理，并且能使化肥均勻地落到筒底的輸送管道中。為了充分利用重力輸送化肥，排肥元件置于排肥器的下部，使排肥性能不受箱內(nèi)化肥充滿(mǎn)程度以及地面斜度和沖擊力的影響。本施肥機(jī)械要求排肥量在5~90kg之間，因此選用外槽星輪式排肥裝置，星輪每轉(zhuǎn)排肥量q為： q=aFZσ+hr1000 （3-1） 式子中 F-排肥輪每單個(gè)齒槽面積（cm2），R=5cm，F(xiàn)=πR22=39.25； δ0-排肥輪每個(gè)齒厚（cm），取δ0=0.5； h-活門(mén)的開(kāi)度（cm），即活門(mén)至星輪最下端的距離，取h=20； α-肥料充滿(mǎn)系數(shù)，決定于肥料物理狀態(tài)、濕度和其流動(dòng)性，一般取α=0.7； Z-排肥輪輪齒的槽數(shù)，取Z=10； r-排肥單位容積質(zhì)量（gL），取r=1500。 將以上所示的各個(gè)參數(shù)帶入式子（1），得星輪每轉(zhuǎn)排肥料量q為 q=8.4kg 根據(jù)已知條件，可以按照下列公式計(jì)算出施肥機(jī)每公頃排肥量Q，即； Q=15mnq1000δ （4-1） 式子中，m為排肥器數(shù)量，取m=1；n為排肥器轉(zhuǎn)動(dòng)速（rmin），n=864；δ為排肥輪損失率（%）取δ=30。 將各個(gè)參數(shù)代入式（2），得每公頃排肥量Q為 Q=362kg 每個(gè)鉆孔內(nèi)應(yīng)排出的化肥量q0為 q0=Qj 其中，j為每公頃果園內(nèi)的果樹(shù)株數(shù)，設(shè)取為j=500。則 q0=0.72kg 所以每株果樹(shù)的施肥量約為0.5kg。 總 結(jié) 此次設(shè)計(jì)的任務(wù)是完成果園挖穴施肥機(jī)的設(shè)計(jì)。這是我們?cè)诖髮W(xué)期間所進(jìn)行的一次非常全面的設(shè)計(jì)，為自己在大學(xué)四年所學(xué)習(xí)知識(shí)的全面總結(jié)和鞏固，使我們初步了解和掌握做設(shè)計(jì)的基本步驟、基本方法，通過(guò)本環(huán)節(jié)把我們?cè)诖髮W(xué)期間所學(xué)課程中所獲得的理論知識(shí)在設(shè)計(jì)實(shí)踐中加以綜合和運(yùn)用，把大學(xué)四年以來(lái)來(lái)所學(xué)的知識(shí)貫穿起來(lái)，使理論知識(shí)和生產(chǎn)實(shí)踐密切的結(jié)合起來(lái)，為我將來(lái)的實(shí)際工作打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 這是一個(gè)非常全面而系統(tǒng)的設(shè)計(jì)題目，非常鍛煉人。從方案的論證到最終的設(shè)計(jì)，涉及的領(lǐng)域包括：機(jī)械制圖，機(jī)械原理，工程材料，機(jī)械設(shè)計(jì)等等。通過(guò)設(shè)計(jì)實(shí)踐，提高我計(jì)算、制圖能力；使我們能熟練地應(yīng)用有關(guān)參考資料、計(jì)算圖表、手冊(cè)、圖集、規(guī)范，熟悉有關(guān)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。機(jī)械方面知識(shí)得到系統(tǒng)的鞏固和提升。在進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)的同時(shí)，我還學(xué)到了許多新的知識(shí)，如Solidworks，CAD2008的使用和WORD、POWERPOINT等軟件的應(yīng)用。 我深刻的認(rèn)識(shí)到，要想成為一名合格的工程設(shè)計(jì)人員只是掌握本專(zhuān)業(yè)的知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，應(yīng)該具有更加淵博的知識(shí)，如應(yīng)該對(duì)計(jì)算機(jī)應(yīng)用，農(nóng)產(chǎn)品的特性，農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展現(xiàn)狀等各個(gè)方面能力進(jìn)行加強(qiáng)。 在設(shè)計(jì)過(guò)程中也曾遇到很多的問(wèn)題，但通過(guò)查閱相關(guān)的書(shū)籍、手冊(cè)以及老師的精心指導(dǎo)，都得到了解決，設(shè)計(jì)過(guò)程基本順利完成。 畢業(yè)設(shè)計(jì) 16 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 果園挖穴施肥機(jī)的設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名 學(xué) 號(hào) 所屬學(xué)院 機(jī)械電氣化工程學(xué)院 專(zhuān) 業(yè) 農(nóng)業(yè)機(jī)械化與其自動(dòng)化 班 級(jí) 指導(dǎo)老師 日 期 2016.05 機(jī)械電氣化工程學(xué)院制 前 言 我國(guó)是生產(chǎn)水果的大國(guó)，無(wú)論是在面積上還是在水果產(chǎn)品的產(chǎn)量上都是位居世界第一的。但是由于果園管理和種植技術(shù)的落后使得水果產(chǎn)品的品質(zhì)下降，所以果園施肥技術(shù)和方式就成了提高水果產(chǎn)品的品質(zhì)的一大因素。雖然果園施肥方式呈現(xiàn)多樣化的趨勢(shì)，但是果園機(jī)械化施肥卻處于一種比較低下的水平。甚至在一些地方還采用著人工施肥的方式，這樣使得施肥工作繁重、效率低下、而肥料的腐蝕性對(duì)人體造成著傷害等，消耗著大量人力物力卻無(wú)法達(dá)到提高水果產(chǎn)量和品質(zhì)的提升。所以機(jī)械化施肥和肥料的利用率成了設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。就此果園定量挖坑施肥機(jī)可以解決，機(jī)械化施肥和提高肥料利用率的難題。 關(guān)鍵詞：果園；挖穴；施肥機(jī) 目 錄 1緒論 3 1.1課題研究的意義 3 1.2國(guó)內(nèi)外定量挖坑施肥機(jī)發(fā)展?fàn)顩r 3 1.3國(guó)內(nèi)外果園挖坑定量施肥機(jī)存在的問(wèn)題 4 1.4研究的內(nèi)容和方法 4 1.5預(yù)期目標(biāo) 4 1.6重點(diǎn)研究的關(guān)鍵問(wèn)題及解決思路 5 1.7工作條件及解決方法 5 2果園挖穴施肥機(jī)的總體設(shè)計(jì) 5 2.1果園挖穴施肥機(jī)方案的選擇 5 2.2果園挖穴施肥機(jī)的結(jié)構(gòu) 7 2.3果園挖穴施肥機(jī)的原理 8 3施肥機(jī)主要部件的設(shè)計(jì) 8 3.1土壤收集器的設(shè)計(jì) 8 3.2螺旋鉆頭的設(shè)計(jì) 9 4機(jī)械傳動(dòng)部分的設(shè)計(jì) 10 4.1機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu) 10 4.2傳動(dòng)比以及傳動(dòng)轉(zhuǎn)速的計(jì)算 11 5挖穴施肥機(jī)的施肥箱設(shè)計(jì) 12 5.1施肥箱 12 5.2排肥輪的設(shè)計(jì)與排肥量的計(jì)算 12 6果園挖穴施肥機(jī)接近開(kāi)關(guān)的設(shè)計(jì) 13 6.1接近開(kāi)關(guān)的選擇 13 6.2電容式接近開(kāi)關(guān)與其定量施肥的原理 15 7軸的校核 16 7.1主動(dòng)軸的校核 16 總 結(jié) 18 致 謝 19 參考文獻(xiàn) 20 1緒論 1.1課題研究的意義 機(jī)械化施肥是提高水果產(chǎn)品的品質(zhì)和產(chǎn)量的一種有效方式，但是由于我國(guó)在研究機(jī)械化施肥技術(shù)萬(wàn)面的起步晚對(duì)應(yīng)的研究技術(shù)不成熟，在果園施肥方面采用的最多的還是人工施肥。但因其效率低勞動(dòng)強(qiáng)度大人工成本高等原因已經(jīng)影響到了我國(guó)果林行業(yè)的發(fā)展，人們對(duì)于機(jī)械化施肥的需求越來(lái)越強(qiáng)烈。在這種情況下我國(guó)借鑒國(guó)外先進(jìn)的技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)以及結(jié)合本土實(shí)際情況研究出了符合我國(guó)果林行情的各種施肥機(jī)械。 但是我國(guó)國(guó)內(nèi)缺少著機(jī)械化施肥機(jī)械使得很多地區(qū)都無(wú)法實(shí)現(xiàn)機(jī)械化施肥，而機(jī)械化的顯著優(yōu)點(diǎn)就是對(duì)比人工作業(yè)具有更高的效率，在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)快速發(fā)展的前提下我國(guó)對(duì)于施肥的機(jī)械化需求度越來(lái)越高而相對(duì)應(yīng)的施肥機(jī)械卻有待開(kāi)發(fā)。特別是針對(duì)挖坑機(jī)的研究挖。 挖坑機(jī)的作用是開(kāi)挖施肥坑洞，我國(guó)在果園施肥主要是先使用挖坑機(jī)進(jìn)行開(kāi)挖坑洞然后再人工進(jìn)行施肥及土壤回填。我國(guó)針對(duì)挖坑機(jī)的研究開(kāi)發(fā)晚于國(guó)外，現(xiàn)在我國(guó)使用的挖坑機(jī)雖都能針對(duì)不同環(huán)境進(jìn)行挖坑，可是功能單一挖坑之后就閑置無(wú)法滿(mǎn)足機(jī)械化施肥作業(yè)的需求。 雖然現(xiàn)在國(guó)內(nèi)對(duì)于果園機(jī)械化方面的扶持力度不斷增加，但我國(guó)在果園機(jī)械化施肥技術(shù)及機(jī)械上還存在許多問(wèn)題。特別是近幾年國(guó)內(nèi)果園種植的面積不斷增大如何因地制宜的選擇施肥肥料、施肥量、施肥間隔都是我國(guó)需要深入研究的問(wèn)題。而針對(duì)施肥機(jī)械的研究應(yīng)該從挖溝、精量施肥、覆土、壓埋的多功能一體化的機(jī)械施肥機(jī)開(kāi)發(fā)為主。所以設(shè)計(jì)此類(lèi)的施肥機(jī)械成為了不可避免的選擇。 1.2國(guó)內(nèi)外定量挖坑施肥機(jī)發(fā)展?fàn)顩r 1.2.1國(guó)外定量挖坑施肥機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀 國(guó)外很早就開(kāi)始了對(duì)于定量施肥機(jī)等精確農(nóng)業(yè)技術(shù)的研究和發(fā)展，早在80年代末美國(guó)的土壤研究專(zhuān)家們就已經(jīng)提出了精確農(nóng)業(yè)這個(gè)概念。一直到現(xiàn)在精確農(nóng)業(yè)在全世界廣泛發(fā)展。精確農(nóng)業(yè)追求的就是在追求農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效益提高的同時(shí)減少農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境的污染。而日本在于定量施肥機(jī)械等精確農(nóng)業(yè)的進(jìn)展也是相當(dāng)快的，而其生產(chǎn)的自走式高性能挖坑整地一體化施肥機(jī)采用柴油機(jī)作為動(dòng)力，行走裝置輪胎外還配備有行走腳，一般用輪胎行駛，坡地高時(shí)用行走腳行走。而英國(guó)生產(chǎn)的05H8300型號(hào)的掛式挖坑機(jī)械和美國(guó)的懸掛式挖坑機(jī)，鉆頭之間可以調(diào)節(jié)距離，工作效率高。 1.2.2國(guó)內(nèi)定量挖坑施肥機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀 我國(guó)對(duì)于精確農(nóng)業(yè)的思想也已經(jīng)逐步被社會(huì)所接受，并將一部分的研究成果應(yīng)用在了實(shí)際中。就精確農(nóng)業(yè)而講目前我國(guó)比較有代表性的研究機(jī)構(gòu)有：中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)精細(xì)農(nóng)業(yè)研究中心，北京農(nóng)業(yè)信息技術(shù)研究中心，上海精確農(nóng)業(yè)公司，浙江大學(xué)精確農(nóng)業(yè)研究中心，中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院，黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)和吉林大學(xué)精確農(nóng)業(yè)研究中心等。吉林大學(xué)馬成林教授作為精確農(nóng)業(yè)學(xué)科帶頭人開(kāi)辟了精確農(nóng)業(yè)研究的新方向，他已經(jīng)完成了國(guó)家“九五”攻關(guān)項(xiàng)目“變量深施肥機(jī)的研制”和吉林省科委項(xiàng)目“精確農(nóng)業(yè)自動(dòng)變量施肥技術(shù)的研究”，對(duì)如何實(shí)施精確農(nóng)業(yè)自動(dòng)變量施肥技術(shù)進(jìn)行了深入地探討，提出了分步實(shí)施“精確農(nóng)業(yè)”的設(shè)想：第一步進(jìn)行手控變量投入；第二步采用智能化機(jī)具進(jìn)行全自動(dòng)變量投入。吉林大學(xué)為了適第一步手控變量投入技術(shù)的應(yīng)用，已完成了“手動(dòng)變量深施肥機(jī)”的研究開(kāi)發(fā)。目前正在吉林省榆樹(shù)市進(jìn)行“機(jī)械化精確施肥技術(shù)示范”，已開(kāi)始第二步“精確農(nóng)業(yè)”研究示范應(yīng)用。 1.3國(guó)內(nèi)外果園挖坑定量施肥機(jī)存在的問(wèn)題 目前，我國(guó)使用的施肥機(jī)也只能完成機(jī)械鉆孔和人工輔助施肥，施肥量不能實(shí)現(xiàn)精密控制，而且作業(yè)成本高，生產(chǎn)率低下，勞動(dòng)強(qiáng)度高。相比之下外國(guó)的施肥機(jī)械采用了電子、液壓、計(jì)算機(jī)等新型技術(shù)進(jìn)行自動(dòng)化控制來(lái)提高作業(yè)質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)精量施肥，但是其機(jī)械成本高，一次性投入較大，且于我國(guó)傳統(tǒng)的果園種植模式也并不匹配，不利于機(jī)具的的通過(guò)作業(yè)。 1.4研究的內(nèi)容和方法 就針對(duì)于目前果園挖坑施肥中存在的問(wèn)題，可以從兩個(gè)方面來(lái)考慮：第一是依靠園藝技術(shù)來(lái)改善種植模式，實(shí)現(xiàn)機(jī)具于園藝技術(shù)配套，從而保證機(jī)具順利進(jìn)行果園田間施肥作業(yè)，但就依目前來(lái)看，調(diào)整傳統(tǒng)的果園施肥模式是很難實(shí)現(xiàn)的；第二是根據(jù)果樹(shù)生長(zhǎng)情況及營(yíng)養(yǎng)需求，進(jìn)行挖坑定量施肥，一次性完成挖坑、施肥、覆土工作，有效的提高肥料的利用率和工作效率。 所以必須根據(jù)我國(guó)的實(shí)際情況，結(jié)合果樹(shù)的營(yíng)養(yǎng)需求，設(shè)計(jì)一個(gè)能夠?qū)崿F(xiàn)挖坑、施肥、覆土一體化的果園挖坑施肥機(jī)，并且具備一定的檢測(cè)和精確施肥的能力，成為本設(shè)計(jì)重點(diǎn)內(nèi)容。 1.5預(yù)期目標(biāo) （1）果園挖坑施肥機(jī)作業(yè)方便，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，通用性好，噪音小，使用壽命長(zhǎng)。 （2）施肥機(jī)施肥效率高、能實(shí)現(xiàn)精密施肥、并有一定覆土能力。 （3）可以在田間、果樹(shù)林上作業(yè)，人工勞動(dòng)量少，同時(shí)動(dòng)力上要消耗少。 （4）制造價(jià)格便宜，容易普及，能滿(mǎn)足果園農(nóng)戶(hù)的使用的要求。 1.6重點(diǎn)研究的關(guān)鍵問(wèn)題及解決思路 該果園定量施肥機(jī)的主要?jiǎng)恿υ词怯赏侠瓩C(jī)的后動(dòng)力輸出來(lái)實(shí)現(xiàn)動(dòng)力提供的，并由齒輪的傳動(dòng)作用傳動(dòng)給各個(gè)工作部件，實(shí)現(xiàn)挖坑、施肥、和覆土。在施肥過(guò)程中由電渦式接近開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)施肥量的精確控制。 （1）選擇合適動(dòng)力傳遞方式，設(shè)計(jì)工作裝置和傳動(dòng)裝置。 （2）運(yùn)用Auto CAD軟件，繪制二維零件圖和裝配圖。 （3）利用有限元分析和Solidworks進(jìn)行虛擬樣機(jī)設(shè)計(jì)，完成整機(jī)各零部件的三維建模。 1.7工作條件及解決方法 塔里木大學(xué)位于南疆中心位置，校內(nèi)有實(shí)習(xí)工廠、土槽實(shí)驗(yàn)室、農(nóng)業(yè)工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室等，設(shè)計(jì)條件較好，為項(xiàng)目開(kāi)展提供了場(chǎng)地和基本條件。校內(nèi)擁有優(yōu)良的硬件環(huán)境，機(jī)械電氣化工程學(xué)院擁有先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備和機(jī)械加工制造設(shè)備，并且?guī)熧Y力量雄厚，完全可以滿(mǎn)足果園挖穴施肥機(jī)的工作條件 2果園挖穴施肥機(jī)的總體設(shè)計(jì) 2.1果園挖穴施肥機(jī)方案的選擇 2.1.1果園挖穴施肥機(jī)的幾種樣式 目前，在果園施肥工作和過(guò)程中，多數(shù)果園農(nóng)戶(hù)仍采用傳統(tǒng)的人工挖溝或挖穴撒肥的方式，該方法的肥料利用率低，大大增加了果農(nóng)的工作強(qiáng)度。相比開(kāi)溝施肥等其他的施肥方式來(lái)講，挖穴施肥減少了對(duì)果樹(shù)根部的傷害、有利于肥料的持續(xù)性吸收，更加節(jié)約能耗。 圖片2-1中所展示的是一種小型手提式果園挖穴施肥機(jī)，此類(lèi)施肥機(jī)已被多數(shù)果農(nóng)采用，得到了一定程度的推廣。這種挖穴機(jī)采用的是一汽油機(jī)作為動(dòng)力，動(dòng)力強(qiáng)勁，由單人或是雙人手提操作，方便使用效率又高，而且可以根據(jù)果園的需要來(lái)跟換不同的鉆頭。實(shí)用、方便，但是挖穴工作結(jié)束以后要使用人力來(lái)將液體或固體肥料填埋到坑穴中，比較適合于拖拉機(jī)無(wú)法通過(guò)的地形復(fù)雜的山地、丘陵等地區(qū)。 圖2-1 手提式挖穴施肥機(jī) 圖片2-2所展示的是懸掛挖穴式施肥機(jī)，廣泛用于果樹(shù)的挖穴施肥作業(yè)，也可以用于獨(dú)立的挖穴作業(yè)。其挖穴機(jī)設(shè)置在機(jī)架的后端，拖拉機(jī)設(shè)置在機(jī)架的后部，但其施肥工作需要人工操作，所以雖然提高了施肥作業(yè)效率但是肥料利用率卻低下。 圖2-2 懸掛式挖穴施肥機(jī) 圖片2-3為山東農(nóng)業(yè)大學(xué)韓大勇等人根據(jù)果樹(shù)標(biāo)準(zhǔn)化施肥技術(shù)的要求，研制設(shè)計(jì)的一種自走式施肥機(jī)，該施肥機(jī)由發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)液壓泵供油，電磁閥控制馬達(dá)旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)鉆頭轉(zhuǎn)動(dòng)，另外一個(gè)電磁閥控制升降液壓缸，帶動(dòng)鉆頭由上往下進(jìn)行鉆孔作業(yè)，挖出的土壤搜集器，由單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)排肥器工作，實(shí)現(xiàn)定量施肥。 圖2-3 自走式施肥機(jī) 2.1.2果園挖穴施肥機(jī)方案的制定 為了實(shí)現(xiàn)預(yù)定功能制定了一個(gè)方案： 使用已拖拉機(jī)為輸出動(dòng)力源的挖穴施肥機(jī)，施肥機(jī)鉆頭轉(zhuǎn)速由拖拉機(jī)馬力和減速器的減速作用來(lái)確定，并采用土壤收集器來(lái)進(jìn)行土壤的混合和施肥。為滿(mǎn)足定量施肥的要求，利用電容式接近開(kāi)關(guān)來(lái)檢查于土壤的距離來(lái)封閉或是開(kāi)啟施肥管來(lái)控制施肥量。 2.2果園挖穴施肥機(jī)的結(jié)構(gòu) 果園挖穴施肥機(jī)主要由，機(jī)架、施肥箱、后動(dòng)力輸出軸、齒輪箱總成、土壤收集器等構(gòu)成。本機(jī)能在果園施肥作業(yè)中實(shí)現(xiàn)挖穴、施肥、覆土作業(yè)，大幅度減少勞動(dòng)力，提高肥料利用率。比較使用果樹(shù)農(nóng)戶(hù)的需要。 1 3點(diǎn)懸掛裝置、 2 機(jī)架、 3 鏈條、 4 施肥箱、 5 排肥輪、 6 覆土裝置 、7 排肥管、8 土壤收集器、 9 彈簧、 10 挖穴鉆頭、 11 齒輪箱總成、 12 主動(dòng)軸、 13 從動(dòng)軸、 14 后動(dòng)力輸出軸。 圖2-4 果園挖穴機(jī)結(jié)構(gòu)圖 2.3果園挖穴施肥機(jī)的原理 本果園施肥機(jī)主要有齒輪箱總成、傳動(dòng)箱總成、3點(diǎn)懸掛裝置、覆土裝置、排肥箱、土壤收集器、機(jī)架等部分組成如圖4.工作原理如下所述： （1）利用拖拉機(jī)的牙也懸掛系統(tǒng)將施肥機(jī)掛在施肥機(jī)后方。 （2）施肥機(jī)的動(dòng)力由拖拉機(jī)的后動(dòng)力輸出軸經(jīng)傳動(dòng)軸總成傳至于齒輪箱。 （3）動(dòng)力經(jīng)過(guò)齒輪箱的減速、換向，作用于豎直方向和水平方向的兩傳動(dòng)軸，帶動(dòng)排肥裝置實(shí)施肥料添加。 （4）在螺旋鉆頭于土壤接近時(shí)電容式接近開(kāi)關(guān)開(kāi)始開(kāi)啟排肥管，螺旋鉆頭開(kāi)始鉆孔時(shí)由其螺旋的提升作用，將土壤和肥料至于土壤收集器內(nèi)混合；在螺旋鉆孔結(jié)束提升過(guò)程中，肥料和土壤由土壤收集器置入鉆孔中，并在施肥機(jī)前進(jìn)是由覆土裝置覆土。來(lái)實(shí)現(xiàn)整機(jī)鉆孔、施肥、覆土一體化要求。 3施肥機(jī)主要部件的設(shè)計(jì) 3.1土壤收集器的設(shè)計(jì) 土壤收集器主要以外套筒、內(nèi)套筒和彈簧構(gòu)成。其外套同和內(nèi)套筒因?yàn)橐屯寥?、肥料相接觸所以采用耐磨性能比較好65Mn 剛。在螺旋鉆頭對(duì)土壤開(kāi)始進(jìn)行鉆孔工作時(shí)，土壤收集器的內(nèi)套筒受力向上收縮，通過(guò)螺旋鉆的螺旋葉片的提升作用，將土壤提升至搜集器內(nèi)部，隨后土壤與肥料接觸混合并在螺旋鉆提升后隨著土壤收集器向下進(jìn)入鉆孔內(nèi)部，其結(jié)構(gòu)圖如下3-1所示。 圖3-1 土壤收集器結(jié)構(gòu)圖 3.2螺旋鉆頭的設(shè)計(jì) 3.1.1 螺旋刀片的參數(shù)的選擇 刀片的選擇：選用梯形刀片比較事宜，安裝角度以小于30°比較合適。 刀片的厚度/mm：8~10； 刀刃的厚度/mm：0.2~0.8； 刀片的材料：65 SiMnRe 鋼或65Mn 剛 刀片的硬度：HRC46~HRC60 3.1.2 螺旋鉆頭的外徑 螺旋鉆頭的外徑是根據(jù)施肥坑洞的直徑確定的，螺旋鉆頭的外徑應(yīng)略微大于施肥坑洞的直徑，而隨著土壤類(lèi)型的不同其差異也有所不同。所以其螺旋鉆的外徑可以以下面的公式確定； D=0.92~0.98D0 （3-1） 其中，D為螺旋鉆頭的外徑；D0為施肥坑洞的直徑，取0.38m。將數(shù)據(jù)代入式子（1），得出 D=0.349~0.372m 根據(jù)果園挖穴施肥機(jī)的工作要去，固取D=0.36m。 3.1.3 螺旋鉆頭的長(zhǎng)度的確定 一般的螺旋鉆頭的長(zhǎng)度H應(yīng)不小于坑深H0，即H≥H0；該施肥機(jī)的挖穴深度H0=0.30m，故取=0.30m。 挖穴鉆頭的螺旋升角α，有 α<90°-（ρ1+ρ2） （3-2） 其中，ρ1為土壤對(duì)于剛的摩擦角，取30°；ρ2為土壤之間的摩擦角，取40° 把以上的數(shù)據(jù)都代入式子（2）中，得到 α<90°-（30°+40°），得到α<20° 根據(jù)我國(guó)國(guó)內(nèi)挖穴用的螺旋鉆的實(shí)驗(yàn)要求，α=（15°~22°），因此該設(shè)計(jì)中取α=16° 。 螺旋鉆頭的導(dǎo)程h。有公式為 h=πDtanα=0.18m （3-3） 所以螺旋鉆頭的設(shè)計(jì)為 圖3-2 螺旋鉆頭圖 4機(jī)械傳動(dòng)部分的設(shè)計(jì) 4.1機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu) 本挖穴施肥機(jī)根據(jù)功能要求采用了兩級(jí)齒輪傳動(dòng)，傳動(dòng)部分借助于后動(dòng)力減速器和其3個(gè)直傘齒輪構(gòu)成，其結(jié)構(gòu)圖如圖4-1所示 圖4-1 機(jī)械傳動(dòng)部分結(jié)構(gòu)圖 其中，1為后動(dòng)力傳輸裝置， 2為主動(dòng)齒輪，3從動(dòng)齒輪為其鏈輪和螺旋鉆頭提供動(dòng)力輸出。 根據(jù)螺旋鉆頭的傳動(dòng)需要的總傳矩，分別設(shè)計(jì)了直傘齒輪（2、3、4）其參數(shù)如下 齒輪 2：z1=20，d1=285mm 齒輪 3：z2=25，d2=367mm 齒輪 4：z3=15，d3=285mm 齒輪 1、2、4傳動(dòng)：模數(shù)m1=6，寬度b1=60 4.2傳動(dòng)比以及傳動(dòng)轉(zhuǎn)速的計(jì)算 本施肥機(jī)采用的是以拖拉機(jī)后動(dòng)力輸出軸為傳動(dòng)提供動(dòng)力，如果采用東風(fēng)904農(nóng)用拖拉機(jī)為動(dòng)力源其傳輸轉(zhuǎn)速為540（r/min）。已知傳動(dòng)公式為； i=z1z2=D2D1 （4-2） 本施肥機(jī)后動(dòng)力輸出裝置是采用傳動(dòng)比1:1減速來(lái)輸出的動(dòng)力經(jīng)過(guò)齒輪1和各個(gè)齒輪減速來(lái)改變轉(zhuǎn)速，已知齒輪2的齒數(shù)為20齒輪3為25其傳動(dòng)比為； i=2025=0.8 其于螺旋鉆頭的齒輪之間的傳動(dòng)比為； i=2515=1.6 求出其傳動(dòng)比后計(jì)算其轉(zhuǎn)速，其公式為； n1=i×n0 其中n0為東風(fēng)904農(nóng)用拖拉機(jī)轉(zhuǎn)速540（r/min），n1為從動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)速 n1=0.8×540=432（r/min） 在算出螺旋鉆孔的速度，將n0=432，i=1.6 代入得到 n1=1.6×432=691（r/min） 為后續(xù)計(jì)算排肥量方便，將大鏈輪和小鏈輪傳動(dòng)比和轉(zhuǎn)速計(jì)算出來(lái)，所以將z1為27、z2為13得到傳動(dòng)比為 i=2713=2 計(jì)算出小鏈輪轉(zhuǎn)速為 n1=2×432=864（r/min） 5挖穴施肥機(jī)的施肥箱設(shè)計(jì) 5.1施肥箱 施肥箱為整體式焊接結(jié)構(gòu)，采用單一的排種口，箱體采用了厚度為1mm的鐵板，采用等腰梯形結(jié)構(gòu)，箱體沒(méi)有死角，使肥料的殘余量少，有利于肥料進(jìn)入排肥輪中。 根據(jù)施肥裝置的通用尺寸參數(shù)，并結(jié)合果園施肥機(jī)的設(shè)計(jì)要求，確定了如下尺寸： 施肥箱的開(kāi)口出寬度為度a1=600mm；施肥箱下底的寬度為b1=500mm；施肥箱高度h=600mm；工作幅度l=300mm；排肥箱容積為V=ha+bl2=98L。 排肥口尺寸設(shè)置為：長(zhǎng)a2=100mm；b2=50mm。 5.2排肥輪的設(shè)計(jì)與排肥量的計(jì)算 排肥輪應(yīng)便于制造和清理，并且能使化肥均勻地落到筒底的輸送管道中。為了充分利用重力輸送化肥，排肥元件置于排肥器的下部，使排肥性能不受箱內(nèi)化肥充滿(mǎn)程度以及地面斜度和沖擊力的影響。本施肥機(jī)械要求排肥量在5~90kg之間，因此選用外槽星輪式排肥裝置，星輪每轉(zhuǎn)排肥量q為： q=aFZσ+hr1000 （5-1） 式子中 F-排肥輪每單個(gè)齒槽面積（cm2），R=5cm，F(xiàn)=πR22=39.25； δ0-排肥輪每個(gè)齒厚（cm），取δ0=0.5； h-活門(mén)的開(kāi)度（cm），即活門(mén)至星輪最下端的距離，取h=20； α-肥料充滿(mǎn)系數(shù)，決定于肥料物理狀態(tài)、濕度和其流動(dòng)性，一般取α=0.7； Z-排肥輪輪齒的槽數(shù)，取Z=10； r-排肥單位容積質(zhì)量（gL），取r=1500。 將以上所示的各個(gè)參數(shù)帶入式子（1），得星輪每轉(zhuǎn)排肥料量q為 q=8.4kg 根據(jù)已知條件，可以按照下列公式計(jì)算出施肥機(jī)每公頃排肥量Q，即； Q=15mnq1000δ （5-1） 式子中，m為排肥器數(shù)量，取m=1；n為排肥器轉(zhuǎn)動(dòng)速（rmin），n=864；δ為排肥輪損失率（%）取δ=30。 將各個(gè)參數(shù)代入式（2），得每公頃排肥量Q為 Q=362kg 每個(gè)鉆孔內(nèi)應(yīng)排出的化肥量q0為 q0=Qj 其中，j為每公頃果園內(nèi)的果樹(shù)株數(shù)，設(shè)取為j=500。則 q0=0.72kg 所以每株果樹(shù)的施肥量約為0.5kg。 6果園挖穴施肥機(jī)接近開(kāi)關(guān)的設(shè)計(jì) 6.1接近開(kāi)關(guān)的選擇 接近開(kāi)關(guān)是一中無(wú)需要與運(yùn)動(dòng)部件進(jìn)行機(jī)械直接的接觸而可以操作的位置開(kāi)關(guān)，當(dāng)物體接近開(kāi)關(guān)的感應(yīng)面到動(dòng)作距離的時(shí)候，不需要機(jī)械接觸及施加任何壓力即可使開(kāi)關(guān)動(dòng)作，從而使驅(qū)動(dòng)直流電器或給計(jì)算機(jī)（plc)裝置提供控制指令。接近開(kāi)關(guān)是種開(kāi)關(guān)型傳感器（即無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)），它既有行程開(kāi)關(guān)、微動(dòng)開(kāi)關(guān)的特性，同時(shí)具有傳感性能，且動(dòng)作可靠強(qiáng)，性能穩(wěn)定，頻率響應(yīng)快，應(yīng)用壽命長(zhǎng)，抗干擾能力強(qiáng)等、并具有防水、防震、耐腐蝕等特點(diǎn)。產(chǎn)品有電感式、電容式、霍爾式、交、直流型。 接近開(kāi)關(guān)又稱(chēng)是無(wú)觸點(diǎn)式接近開(kāi)關(guān)，是理想的電子開(kāi)關(guān)量的傳感器。當(dāng)金屬檢測(cè)體接近開(kāi)關(guān)的感應(yīng)區(qū)域時(shí)候，開(kāi)關(guān)就能無(wú)接觸，無(wú)壓力、無(wú)火花、迅速發(fā)出電氣指令，準(zhǔn)確反應(yīng)出運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的位置和行程，即使用于一般的行程控制，其定位精度、操作頻率、使用壽命、安裝調(diào)整的方便性和對(duì)惡劣環(huán)境的適用能力上，是一般機(jī)械式行程開(kāi)關(guān)所不能相比較的。它廣泛地應(yīng)用于機(jī)床、冶金、化工、輕紡和印刷等行業(yè)。在自動(dòng)控制系統(tǒng)中可作為限位、計(jì)數(shù)、定位控制和其自動(dòng)保護(hù)環(huán)節(jié)等。 而接近開(kāi)關(guān)的種類(lèi)和原理分別有； 電容式接近開(kāi)關(guān) 圖6-1 為電容式接近開(kāi)關(guān) 這種開(kāi)關(guān)的測(cè)量通常是構(gòu)成電容器的一個(gè)極板，而另一個(gè)極板是開(kāi)關(guān)的外殼。這個(gè)外殼在測(cè)量過(guò)程中通常是接地或與設(shè)備的機(jī)殼相連接。當(dāng)有物體移向接近開(kāi)關(guān)時(shí)，不論它是否為導(dǎo)體，由于它的接近，總要使電容的介電常數(shù)發(fā)生變化，從而使電容量發(fā)生變化，使得和測(cè)量頭相連的電路狀態(tài)也隨之發(fā)生變化，由此便可控制開(kāi)關(guān)的接通或斷開(kāi)。這種接近開(kāi)關(guān)檢測(cè)的對(duì)象，不限于導(dǎo)體，可以絕緣的液體或粉狀物等。 霍爾接近開(kāi)關(guān) 圖6-2 霍爾接近開(kāi)關(guān) 霍爾元件是一種磁敏元件。利用霍爾元件做成的開(kāi)關(guān)，叫做霍爾開(kāi)關(guān)。當(dāng)磁性物件移近霍爾開(kāi)關(guān)時(shí)，開(kāi)關(guān)檢測(cè)面上的霍爾元件因產(chǎn)生霍爾效應(yīng)而使開(kāi)關(guān)內(nèi)部電路狀態(tài)發(fā)生變化，由此識(shí)別附近有磁性物體存在，進(jìn)而控制開(kāi)關(guān)的通或斷。這種接近開(kāi)關(guān)的檢測(cè)對(duì)象必須是磁性物體。 光電式接近開(kāi)關(guān) 圖6-3 光電式接近開(kāi)關(guān) 利用光電效應(yīng)做成的開(kāi)關(guān)叫光電開(kāi)關(guān)。將發(fā)光器件與光電器件按一定方向裝在同一個(gè)檢測(cè)頭內(nèi)。當(dāng)有反光面（被檢測(cè)物體）接近時(shí)，光電器件接收到反射光后便在信號(hào)輸出，由此便可“感知”有物體接近。 而本施肥機(jī)才用在接近開(kāi)關(guān)與地面的距離來(lái)控制施肥管封閉與開(kāi)啟，所以只有電容式接近開(kāi)關(guān)比較合適于本施肥機(jī)的要求，故選擇電容式接近開(kāi)過(guò)作為感應(yīng)和開(kāi)關(guān)裝置。 6.2電容式接近開(kāi)關(guān)與其定量施肥的原理 電容式接近開(kāi)關(guān)屬于一種具有開(kāi)關(guān)量輸出的位置傳感器,它是由兩個(gè)同軸金屬電極構(gòu)成，很象“打開(kāi)的”電容器電極，該兩個(gè)電極構(gòu)成一個(gè)電容，串聯(lián)在RC振蕩的回路內(nèi)。電源接通時(shí)，RC振蕩器不振蕩，當(dāng)一個(gè)目標(biāo)朝著電容器的電極靠近時(shí)，電容器的容量增加，使振蕩器開(kāi)始振蕩，通過(guò)后級(jí)電路的處理，將停振和振蕩兩種信號(hào)轉(zhuǎn)換成開(kāi)關(guān)信號(hào)，從而起到了檢測(cè)有無(wú)物體存在的目的。該傳感器能檢測(cè)金屬物體，也能檢測(cè)非金屬物體，對(duì)金屬物體可以獲得最大的動(dòng)作距離，對(duì)非金屬物體動(dòng)作距離決定于材料的介電系數(shù)，介電系數(shù)變得越大，可獲得的動(dòng)作距離越大。大多數(shù)的電容式接近開(kāi)關(guān)都有一個(gè)多圈的螺旋電位器，用于開(kāi)關(guān)距離的調(diào)整，其部分材料的介電常數(shù)如圖； 圖6-4 部分材料的介電常數(shù) 本果園施肥機(jī)其在挖穴過(guò)程中利用施肥機(jī)與地面距離的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)感應(yīng)器感應(yīng)地面來(lái)實(shí)現(xiàn)，肥料的定量施肥的。但其中重點(diǎn)在于感應(yīng)器與地面達(dá)到多少距離時(shí)施肥，本果園施肥機(jī)螺旋鉆頭與地面開(kāi)始接觸到開(kāi)始鉆孔時(shí)施肥管開(kāi)啟使肥料進(jìn)入土壤收集器來(lái)與土壤混合為宜，所以根據(jù)材料介電常數(shù)來(lái)確定電容式接近開(kāi)關(guān)于地面距離為15cm時(shí)施肥比較時(shí)候于本施肥機(jī)，也合理于傳感器的感應(yīng)范圍。 7軸的校核 7.1傳動(dòng)軸的校核 軸的校核是選擇軸和其強(qiáng)度計(jì)算的重要已經(jīng)，計(jì)算其扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度。 圖7-1 主動(dòng)軸的結(jié)構(gòu)視圖 選用45#調(diào)制，硬度為217~255HBS 軸的直徑約為d=36mm 轉(zhuǎn)速為n1=540 根據(jù)軸直徑公式得出其扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度 WT=πd316=0.2d3=9331 mm2 (7-1) 7.1.2軸長(zhǎng)支反力 根據(jù)軸承支反力的作用點(diǎn)以及軸承和齒輪在軸上的安裝位置，建立力學(xué)模型。 水平面的支反力：RA=RB=Ft/2 =1606.43 N 垂直面的支反力：由于選用深溝球軸承則Fa=0 那么RA’=RB’ =Fr×65.5/131=584.695 N 畫(huà)彎矩圖 主動(dòng)軸剖面處的彎矩： 水平面的彎矩：MC=RA×65.5×0.001=105.221 Nm 垂直面的彎矩：MC1’= MC2’=RA’×65.5×0.001=38.297 Nm 合成彎矩： (7-2) 畫(huà)轉(zhuǎn)矩圖： T= Ft×d1/2=3212.86×70/2×0.001=112.45 Nm 畫(huà)當(dāng)量彎矩圖 因?yàn)槭菃蜗蚧剞D(zhuǎn)，轉(zhuǎn)矩為脈動(dòng)循環(huán)，α=0.6 可得右起第三段剖面C處的當(dāng)量彎矩： (7-3) 7.1.3判斷危險(xiǎn)截面并驗(yàn)算強(qiáng)度 右起第三段剖面C處當(dāng)量彎矩最大，而其直徑與相鄰段相差不大，所以剖面C為危險(xiǎn)截面。 已知MeC2=130.34Nm ,由課本表13-1有: ［σ-1］=60Mpa 則： σe= MeC2/W= MeC2/(0.1·D43) =130.34×1000/(0.1×553)=7.8 Nm<［σ-1］ 右起第一段D處雖僅受轉(zhuǎn)矩但其直徑較小，故該面也為危險(xiǎn)截面： (7-4) σe= MD/W= MD/(0.1·D13) =67.47×1000/(0.1×303)=34.99 Nm<［σ-1］ 所以確定的尺寸是安全的 。 總 結(jié) 此次設(shè)計(jì)的任務(wù)是完成果園挖穴施肥機(jī)的設(shè)計(jì)。這是我們?cè)诖髮W(xué)期間所進(jìn)行的一次非常全面的設(shè)計(jì)，為自己在大學(xué)四年所學(xué)習(xí)知識(shí)的全面總結(jié)和鞏固，使我們初步了解和掌握做設(shè)計(jì)的基本步驟、基本方法，通過(guò)本環(huán)節(jié)把我們?cè)诖髮W(xué)期間所學(xué)課程中所獲得的理論知識(shí)在設(shè)計(jì)實(shí)踐中加以綜合和運(yùn)用，把大學(xué)四年以來(lái)來(lái)所學(xué)的知識(shí)貫穿起來(lái)，使理論知識(shí)和生產(chǎn)實(shí)踐密切的結(jié)合起來(lái)，為我將來(lái)的實(shí)際工作打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 這是一個(gè)非常全面而系統(tǒng)的設(shè)計(jì)題目，非常鍛煉人。從方案的論證到最終的設(shè)計(jì)，涉及的領(lǐng)域包括：機(jī)械制圖，機(jī)械原理，工程材料，機(jī)械設(shè)計(jì)等等。通過(guò)設(shè)計(jì)實(shí)踐，提高我計(jì)算、制圖能力；使我們能熟練地應(yīng)用有關(guān)參考資料、計(jì)算圖表、手冊(cè)、圖集、規(guī)范，熟悉有關(guān)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。機(jī)械方面知識(shí)得到系統(tǒng)的鞏固和提升。在進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)的同時(shí)，我還學(xué)到了許多新的知識(shí)，如Solidworks，CAD2008的使用和WORD、POWERPOINT等軟件的應(yīng)用。 我深刻的認(rèn)識(shí)到，要想成為一名合格的工程設(shè)計(jì)人員只是掌握本專(zhuān)業(yè)的知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，應(yīng)該具有更加淵博的知識(shí)，如應(yīng)該對(duì)計(jì)算機(jī)應(yīng)用，農(nóng)產(chǎn)品的特性，農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展現(xiàn)狀等各個(gè)方面能力進(jìn)行加強(qiáng)。 在設(shè)計(jì)過(guò)程中也曾遇到很多的問(wèn)題，但通過(guò)查閱相關(guān)的書(shū)籍、手冊(cè)以及老師的精心指導(dǎo)，都得到了解決，設(shè)計(jì)過(guò)程基本順利完成。 致 謝 畢業(yè)在即，四年的大學(xué)生活已接近尾聲，經(jīng)過(guò)三個(gè)多月的不斷努力，在賀小偉老師的悉心指導(dǎo)下，設(shè)計(jì)任務(wù)基本完成了。在撰寫(xiě)論文期間，我要衷心的感謝我的指導(dǎo)老師賀小偉，從設(shè)計(jì)的選題、實(shí)施到撰寫(xiě)、修改和定稿，賀小偉均傾注了大量的心血。導(dǎo)師的悉心指導(dǎo)、熱忱鼓勵(lì)不僅使我樹(shù)立了深遠(yuǎn)的學(xué)術(shù)目標(biāo)、掌握了基本的研究方法，還使我明白了許多待人接物與為人處事的道理。還有，導(dǎo)師淵博的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，精益求精的工作作風(fēng)，誨人不倦的高尚師德，嚴(yán)以律己、寬以待人的崇高風(fēng)范，樸實(shí)無(wú)華、平易近人的人格魅力將使我終生受益。同時(shí)我還要感謝大學(xué)期間各位任課老師在學(xué)習(xí)上給予我的指導(dǎo)和幫助，感謝他們四年來(lái)的辛勤栽培，他們的關(guān)懷和熏陶讓我在這四年里收獲頗豐。 最后，也感謝和我一起學(xué)習(xí)的同窗朋友，他們給了我無(wú)數(shù)的關(guān)心和鼓勵(lì)，也讓我的大學(xué)生活充滿(mǎn)了溫暖和歡樂(lè)，感謝他們的陪伴與幫助，愿我們以后的人生都可以充實(shí)、多彩與快樂(lè)！ 參考文獻(xiàn) [1]張洪,張學(xué)軍,鄢金山,史增錄,牟國(guó)良,于蒙杰. 密植果園挖穴施肥機(jī)挖穴鉆頭的設(shè)計(jì)及試驗(yàn)研究[J]. 農(nóng)業(yè)科技與裝備,2013,02:39-41. 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