網(wǎng)球收容一體研發(fā)裝置

趙平嘉 朱應(yīng)烽 何基勢 張道東 張?jiān)鼋?/p>

摘 要：目前市場上存在的網(wǎng)球回收裝置類型比較少且大多價格昂貴，大部分的網(wǎng)球場任然依靠手工撿球這種低效且費(fèi)時費(fèi)力的回收方式。本文介紹一種應(yīng)用于網(wǎng)球回收的裝置，能高效的拾取大片的網(wǎng)球，取代人工撿球的煩瑣，減少不必要體力勞動。撿球裝置工作時通過太陽能板提供電源，維持裝置的工作，閑置時可通過太陽能蓄電，綠色環(huán)保;也可以直接充電 ，預(yù)防特殊情況，方便快捷。有效的延長撿球裝置的工作時長。

關(guān)鍵詞：網(wǎng)球拾取;太陽能板

隨著社會的快速發(fā)展，人們的娛樂活動越來越廣泛，而網(wǎng)球也是廣大人民群眾的愛好之一。人們在練習(xí)網(wǎng)球后，面對地上大片的網(wǎng)球也只能逐個去撿，不僅浪費(fèi)體力，而且效率低下。對于需要高強(qiáng)度訓(xùn)練的運(yùn)動員而言，減輕運(yùn)動員和教練的負(fù)擔(dān)，提高訓(xùn)練效果是非常有必要的。目前國內(nèi)市場上已有的網(wǎng)球回收裝置不是價格昂貴就是回收效率低。而此款新型的網(wǎng)球拾取裝置不僅完美的解決了這些問題，而且能高效的完成網(wǎng)球的回收工作。

1 網(wǎng)球拾取裝置的總體設(shè)計理念

網(wǎng)球拾取裝置的設(shè)計理念參照人體工程學(xué)，最大限度的契合人體的自然形態(tài)，滿足人體活動最佳舒適性的尺寸。不用主動適應(yīng)，就能輕松減少疲勞感。首先是要保證裝置的穩(wěn)定性，避免頻繁的維修和更換損壞的零部件，其次在最大程度上減輕操作人員的體力勞動，因而整體設(shè)計需要考慮裝置的整體重量與裝置的耐用度以及實(shí)用性?！懊馈笔谴蠖鄶?shù)消費(fèi)者的首選因素，一個優(yōu)秀的產(chǎn)品需要一個引人注目的外觀形象，經(jīng)調(diào)查，決定采用“動漫風(fēng)”的元素設(shè)計裝置的外觀，更符合大眾的潮流。

2 網(wǎng)球拾取裝置的工作原理

操作員推動裝置朝網(wǎng)球散落的地方行進(jìn)，擋板在前輪的帶動下快速轉(zhuǎn)動，將行進(jìn)路線上的網(wǎng)球打入裝置內(nèi)部，進(jìn)入裝置內(nèi)部的網(wǎng)球因錐形擋板的阻礙分別流向底部兩側(cè)。在減速電機(jī)的帶動下，螺旋桿會將底部的網(wǎng)球往上輸送，最后匯集在上方的收納盒，至此完成整個回收工作。

3 電源設(shè)計

太陽能是可再生資源，也是清潔能源，利用太陽能給裝置提供電源，不會產(chǎn)生任何的環(huán)境污染，綠色環(huán)保。太陽能電池板是太陽能發(fā)電系統(tǒng)中價值最高的部分。太陽能電池板是太陽能電池的集合，它們協(xié)同工作供電。單個電池不具有大量發(fā)電的能力，所以需要將多個電池單元組裝在一起。多個電池能夠增加電池容量，以滿足電池的需要。面板上的可用光越多，它們提供的電量就越大，所以其側(cè)面與頂部都裝有太陽能板，加大采光面積。本裝置采用光→電的直接轉(zhuǎn)換的形式，將太陽輻射能直接轉(zhuǎn)換成電能，或送往蓄電池存儲起來，或推動負(fù)載工作。太陽能控制器的作用是控制整個系統(tǒng)的工作狀態(tài)，并對蓄電池起到過充電保護(hù)、過放電保護(hù)的作用。合格的控制器還應(yīng)具備溫度補(bǔ)償?shù)墓δ?。其他附加功能如光控開關(guān)、時控開關(guān)都應(yīng)該是控制器的可選項(xiàng)。太陽能被稱為最理想的新能源，其受限性也很大，如果天氣不晴朗，產(chǎn)生的電流將會減少百分之七十五甚至更多。在夜間時，太陽能電池板不會產(chǎn)生任何電能，這時候的供電完全依賴于電池或者其他電力來源。所以增設(shè)外接充電器輔助充電，以防特殊狀況。

4 動力設(shè)計

尼龍螺旋桿的工作依靠電機(jī)的帶動，所以電機(jī)的性能是關(guān)鍵的一環(huán)。為了保證螺旋桿運(yùn)動的穩(wěn)定性，首先要保證有足夠大的的扭矩。扭矩是發(fā)動機(jī)性能的一個重要參數(shù)，是指發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時從曲軸端輸出的平均力矩。電機(jī)轉(zhuǎn)矩即電動機(jī)的輸出扭矩，為電動機(jī)的基本參數(shù)之一，常用單位為N*m（牛*米）。

電機(jī)相關(guān)性能的計算公式如下：

電機(jī)功率：P=1.732*U*I*cosφ

電機(jī)轉(zhuǎn)矩：T=9549*P/n

即 ?電機(jī)轉(zhuǎn)矩=9550*輸出功率/輸出轉(zhuǎn)速

其中，P為功率，單位KW;T為扭矩，單位N.m;n為轉(zhuǎn)速，單位rpm;

其次要選擇合適的轉(zhuǎn)速;直流減速電機(jī)的特性是轉(zhuǎn)速越低，扭矩越大。在保證扭矩足夠大的情況下，應(yīng)盡量提高電機(jī)轉(zhuǎn)速，保證螺旋桿能足夠快的抬升網(wǎng)球，縮短網(wǎng)球上升的時間。但電機(jī)機(jī)轉(zhuǎn)速也不能過快，否則網(wǎng)球會在切入螺旋桿時有2到3秒的卡頓，對于整體而言，得不償失;

最后是電機(jī)的額定功率;電動機(jī)的額定功率，是指電動機(jī)在額定運(yùn)行（額定電壓，額定轉(zhuǎn)速，額定負(fù)載）條件下，轉(zhuǎn)軸上輸出的機(jī)械功率;經(jīng)過計算，選用額定電壓為12V、額定轉(zhuǎn)速95r/min、額定轉(zhuǎn)矩1.7N.m的行星減速電機(jī);當(dāng)使用電壓：DC12.0V的時候，最大功率達(dá)到30W。而太陽能電池板能提供18v 的電壓50w的功率，在正常情況下，足以維持裝置的正常運(yùn)作，在太陽能電池板提供的電壓較低時電機(jī)仍能帶動螺旋桿轉(zhuǎn)動。行星減速電機(jī)具有體積小、重量輕、噪聲低、承載能力高，輸出扭矩大等特點(diǎn)，是螺旋桿動力來源的不二之選。

5 機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計

5.1行走機(jī)構(gòu)設(shè)計

行走機(jī)構(gòu)由底盤和萬向輪（后輪）、計米輪（前輪）構(gòu)成。底盤框架由輕型鋁材組成，兩兩之間由三角板固定，增加其穩(wěn)定性。輕型鋁材的剛度和強(qiáng)度足以承受機(jī)身重量?？紤]到整體裝置的穩(wěn)定性，采用“綜合三角式”的穩(wěn)定立體架構(gòu)。萬向輪提供了全向移動的能力，增加其靈活性。

5.2拾取機(jī)構(gòu)設(shè)計

拾取機(jī)構(gòu)由特制的3D打印擋板，同步輪，同步帶，計米輪，三角形斜坡等構(gòu)成，拾取機(jī)構(gòu)是整個裝置的靈魂，拾取機(jī)構(gòu)的工作“效果”是最為重要的一個環(huán)節(jié)。經(jīng)過反復(fù)實(shí)驗(yàn)，調(diào)整擋板的離地高度與擋板的厚度。擋板通過同步輪、同步帶與計米輪（前輪）相連，獲得動力。當(dāng)傳動比為1：3時，擋板能順暢的將網(wǎng)球打入內(nèi)部，不會因?yàn)槿肆Φ囊蛩囟霈F(xiàn)卡頓等情況，穩(wěn)定的完成網(wǎng)球的拾取工作。在裝置行進(jìn)過程中，三角形斜坡保證了進(jìn)入內(nèi)部的網(wǎng)球能快速的流向底部抬升機(jī)構(gòu)處，且避免了網(wǎng)球回流，影響后面的網(wǎng)球流入底部。

5.3網(wǎng)球抬升機(jī)構(gòu)設(shè)計

網(wǎng)球抬升機(jī)構(gòu)主要由直流減速電機(jī)、尼龍輸送螺桿、臥式軸承，聯(lián)軸器等組成。螺桿與臥式軸承在特定的位置固定，保證螺桿與網(wǎng)球有合適角度接觸，能快速的將網(wǎng)球拉入，避免網(wǎng)球在底部堆積。減速電機(jī)通過聯(lián)軸器與螺旋桿相接，給螺桿提供動力。隨著螺旋桿的運(yùn)動，底部的網(wǎng)球沿著螺旋桿邊緣同步運(yùn)動，達(dá)到網(wǎng)球抬升的目的。

結(jié)束語

基于螺旋式上升的網(wǎng)球拾取裝置，本文設(shè)計的一款人性化的網(wǎng)球回收裝置，具有操作簡潔，制作方便，運(yùn)行平穩(wěn)，工作效率高等特點(diǎn)。并對網(wǎng)球拾取裝置進(jìn)行總體設(shè)計，還對其各個機(jī)構(gòu)部件進(jìn)行系統(tǒng)的設(shè)計分析。網(wǎng)球拾取裝置實(shí)現(xiàn)了對網(wǎng)球的高效回收，可以給人們提供極大便利，讓人們在娛樂活動和訓(xùn)練中有更好的體驗(yàn)感。網(wǎng)球拾取裝置的更新?lián)Q代勢必對其他類似的機(jī)構(gòu)或者機(jī)械產(chǎn)生重大影響。

（北部灣大學(xué)機(jī)械與船舶海洋工程學(xué)院 ?廣西 ?欽州 ?53500）