設(shè)施農(nóng)業(yè)履帶電動(dòng)作業(yè)平臺(tái)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)

朱建錫 邊曉東 費(fèi)焱 沈建生 張加清 周延鎖

摘要：針對(duì)設(shè)施多元生態(tài)立體種植模式對(duì)機(jī)械化的作業(yè)需求，結(jié)合該新型種植模式的農(nóng)藝參數(shù)，研制履帶式電動(dòng)作業(yè)平臺(tái)。闡述整機(jī)結(jié)構(gòu)與工作原理，對(duì)履帶動(dòng)力底盤、液壓升降平臺(tái)等關(guān)鍵部件進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與動(dòng)力參數(shù)計(jì)算，并開發(fā)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)。對(duì)電動(dòng)作業(yè)平臺(tái)進(jìn)行行駛速度、續(xù)航能力和最小通過圓試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明：電動(dòng)作業(yè)平臺(tái)達(dá)到額定載重200 kg的設(shè)計(jì)要求；慢速擋平均行駛速度為0.40 m/s，快速擋平均行駛速度為0.98 m/s；100 kg負(fù)載下作業(yè)續(xù)航時(shí)間可達(dá)4.69 h，鋰電池供電穩(wěn)定；最小通過圓直徑為1.54 m，可實(shí)現(xiàn)設(shè)施多元生態(tài)立體種植機(jī)械化物資搬運(yùn)和輔助登高作業(yè)。

關(guān)鍵詞：設(shè)施農(nóng)業(yè)；履帶式；電動(dòng)作業(yè)平臺(tái)；液壓升降平臺(tái)；植保機(jī)械

中圖分類號(hào)：S24

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：20955553 （2024） 02017307

收稿日期：2022年7月14日 ?修回日期：2022年8月29日

基金項(xiàng)目：浙江省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（2019C02066）

第一作者：朱建錫，男，1990年生，浙江金華人，碩士，工程師；研究方向?yàn)樘厣?jīng)濟(jì)作物生產(chǎn)技術(shù)裝備。Email： zhujianxi829@163.com

通訊作者：張加清，男，1966年生，浙江金華人，正高級(jí)工程師；研究方向?yàn)楝F(xiàn)代農(nóng)業(yè)技術(shù)裝備。Email： zjq2050146@163.com

Design and experiment of electric crawler platform for facility agriculture

Zhu Jianxi1， Bian Xiaodong1， Fei Yan1， Shen Jiansheng1， Zhang Jiaqing1， Zhou Yansuo2

（1. Zhejiang Academy of Agricultural Machinery， Jinhua， 321051， China；

2. Zhejiang Institute of Industry and Information Technology Research， Hangzhou， 310007， China）

Abstract：

The structure and dynamic parameters of the crawler electric working platform were developed according to the requirements of the multiecological threedimensional planting mode for mechanization and the agronomic parameters of the new planting mode. Through describing ?the structure and working principle of the ?whole machine， the structural design and dynamic parameter calculation of the key components such as crawler power chassis and hydraulic lifting platform had been ?carried out. At the same time， the drive control system had been developed. The driving speed， endurance and minimum passing circle tests were carried out on the electric working platform. The test results showed that the electric working platform had achieved the design requirement of rated load of 200 kg. The average driving speed of slowspeed gear was 0.40 m/s， and the average driving speed of fastspeed gear was 0.98 m/s. The operating endurance under 100 kg load could reached 4.69 h， and the power supply of lithium battery was stable. The minimum passing circle diameter was 1.54 m. At last but not least， the performance indexed that the crawler type electric working platform had realized the mechanized material handling and auxiliary ascent operation in multidimensional ecological planting facilities.

Keywords：

facility agriculture; crawler type; electric working platform; hydraulic lifting platform; plant protection machinery

0 引言

為保障我國糧食安全，在當(dāng)前全國上下大力推進(jìn)“非糧化”“非農(nóng)化”整治的時(shí)代背景下，研究如何高效利用現(xiàn)有設(shè)施用地［1］，提高設(shè)施空間利用率、效益和機(jī)械化、智能化水平具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。然而，設(shè)施多元生態(tài)立體種植模式雖然可以提高設(shè)施空間利用率和生產(chǎn)效率［24］，但由于需要將不同的作物在垂直空間上進(jìn)行合理布置，利用搭建的鋼絲網(wǎng)將葡萄藤蔓架設(shè)在3.0 m高度，因此也帶來了修剪、花果管理、采收的不便，再加上種植密度較大、品類較多，日常生產(chǎn)物資的搬運(yùn)也是一項(xiàng)繁重的體力勞動(dòng)。

歐美、日韓等在20世紀(jì)20年代就開始了輪式、履帶式高空作業(yè)車方面的研究［5］，研制的作業(yè)車主要用來輔助人工完成修剪及收獲工作。目前，國內(nèi)針對(duì)設(shè)施生產(chǎn)使用的電動(dòng)作業(yè)平臺(tái)主要有固定軌道式和自主行走式兩類。其中軌道式作業(yè)車較適合于規(guī)?；?、標(biāo)準(zhǔn)化、單一作物的設(shè)施栽培模式，北京某公司和蘇州某公司都推出了多款軌道式電動(dòng)作業(yè)車產(chǎn)品［6］。自主行走式具有適應(yīng)性好、成本低等優(yōu)點(diǎn)，崔志超［7］、李沖沖［8］、劉大為［9］、韓振浩［10］等相繼研制了設(shè)施果園電動(dòng)作業(yè)平臺(tái)；馬锃宏［11］、趙林亭［12］等對(duì)電動(dòng)作業(yè)平臺(tái)的驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)和遙控系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)與試驗(yàn)。電動(dòng)作業(yè)平臺(tái)具有零排放、無噪聲且適合設(shè)施相對(duì)封閉環(huán)境使用等優(yōu)點(diǎn)［13］。

為此，本文根據(jù)多元生態(tài)立體種植作業(yè)要求，設(shè)計(jì)設(shè)施履帶電動(dòng)作業(yè)平臺(tái)，對(duì)其關(guān)鍵部件和控制系統(tǒng)進(jìn)行研究，試制平臺(tái)樣機(jī)進(jìn)行作業(yè)性能試驗(yàn)，為設(shè)施多元生態(tài)立體種植解決物資搬運(yùn)和登高作業(yè)問題，從而減輕生產(chǎn)管理勞動(dòng)強(qiáng)度，提高機(jī)械化水平，助力新型種植模式的示范推廣。

1 整機(jī)結(jié)構(gòu)

1.1 設(shè)計(jì)要求

電動(dòng)作業(yè)平臺(tái)主要用于設(shè)施立體栽培模式下的輔助登高與生產(chǎn)物資搬運(yùn)作業(yè)。為適應(yīng)設(shè)施立體種植模式工作場景要求，除采用鋰電池和伺服電機(jī)為動(dòng)力外，設(shè)計(jì)開發(fā)的作業(yè)平臺(tái)應(yīng)具有良好的運(yùn)載能力、續(xù)航里程和簡單便捷的操控系統(tǒng)，同時(shí)兼具較好的田間通過性、安全性和可靠性。通過種植農(nóng)藝參數(shù)和空間布局優(yōu)化，葡萄棚架高度為3.3 m，行間通行道路寬度為1.2 m，因此確定電動(dòng)作業(yè)平臺(tái)具體設(shè)計(jì)參數(shù)如表1所示。

1.2 整機(jī)結(jié)構(gòu)及工作原理

電動(dòng)作業(yè)平臺(tái)主要由動(dòng)力底盤、機(jī)架、液壓升降平臺(tái)、載運(yùn)平臺(tái)、驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)等組成，如圖1所示。其中，由橡膠履帶總成、機(jī)架、鋰電池組、直流伺服電機(jī)、減速器組成動(dòng)力底盤，鋰電池組、直流伺服電機(jī)、減速器位于機(jī)架內(nèi)，并做好防水設(shè)計(jì)；液壓升降平臺(tái)安裝于機(jī)架上方，液壓升降平臺(tái)采用剪叉式升降機(jī)構(gòu)并由直流液壓泵體單元提供升降動(dòng)力；驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)主要包含對(duì)動(dòng)力底盤的行走和液壓升降平臺(tái)的升降控制。

1.驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)

2.載運(yùn)平臺(tái)

3.液壓升降平臺(tái)

4.機(jī)架

5.動(dòng)力底盤

2 關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)

2.1 動(dòng)力底盤

2.1.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

目前，動(dòng)力底盤行走方式主要有履帶式和輪式兩種［14］。為獲得較好的動(dòng)力性能并在登高作業(yè)時(shí)具有良好的穩(wěn)定性，同時(shí)能夠減少因農(nóng)事生產(chǎn)活動(dòng)踩踏所導(dǎo)致的設(shè)施土壤微環(huán)境發(fā)生改變，出現(xiàn)土壤酸化、鹽漬化、連作障礙及有害元素積累等不利影響，因此電動(dòng)作業(yè)平臺(tái)采用具有較大接觸面積、較小接地比壓的橡膠履帶行走機(jī)構(gòu)［1516］。動(dòng)力底盤的橡膠履帶總成主要包括橡膠履帶、張緊裝置、導(dǎo)向輪、緩沖彈簧、支重輪、拖帶輪、驅(qū)動(dòng)輪，如圖2所示。設(shè)計(jì)的橡膠履帶總成選用5組支重輪均勻布置，以使履帶獲得較小且均勻的接地比壓。每組支重輪上都設(shè)計(jì)有緩沖彈簧，以降低設(shè)施路面坑洼對(duì)果蔬的振動(dòng)。

1.驅(qū)動(dòng)輪

2.拖帶輪

3.支重輪

4.緩沖彈簧

5.導(dǎo)向輪

6.張緊裝置

7.橡膠履帶

2.1.2 動(dòng)力參數(shù)計(jì)算

電動(dòng)作業(yè)平臺(tái)牽引力計(jì)算公式如式（1）所示。

F=μmg

（1）

驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率計(jì)算公式如式（2）所示。

P=Fν1000η

（2）

式中：

μ——

摩擦系數(shù)，橡膠與混凝土之間的摩擦系數(shù)為0.30～0.50，電動(dòng)作業(yè)平臺(tái)在土壤地面行駛，因此取最大值0.50［17］；

m——總重量；

g——重力加速度，g=9.80 N/kg；

η——電機(jī)效率，η=0.85；

ν——

作業(yè)平臺(tái)行駛速度，設(shè)計(jì)最大行駛速度為1.00 m/s。

電動(dòng)作業(yè)平臺(tái)自重為310.00 kg，額定載重為200.00 kg，載重安全系數(shù)取1.30，因此m為663.00 kg，電機(jī)功率為3.82 kW，直流無刷伺服電機(jī)使用電子換向替代傳統(tǒng)的電刷，具有響應(yīng)快、效率高、扭矩大等優(yōu)點(diǎn)，因此選擇額定功率為2.00 kW的直流無刷伺服電機(jī)作為作業(yè)平臺(tái)行走電機(jī)，其額定轉(zhuǎn)速為2 000 r/min。

動(dòng)力底盤左右橡膠履帶分別由兩臺(tái)直流無刷伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，兩個(gè)伺服電機(jī)通過行星減速機(jī)安裝在左右履帶驅(qū)動(dòng)輪上。當(dāng)電機(jī)等速反向時(shí)即可實(shí)現(xiàn)原地轉(zhuǎn)向，最小通過圓直徑D計(jì)算公式如式（3）所示。

D=2l22+w22

（3）

式中：

l——底盤總長度，l=1.25 m；

w——底盤總寬度，w=0.80 m。

計(jì)算可得最小通過圓直徑D=1.48 m。

2.2 液壓升降平臺(tái)設(shè)計(jì)

2.2.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

液壓升降平臺(tái)采用剪叉式升降方案，由底座、液壓缸、雙層剪叉升降機(jī)構(gòu)、翻轉(zhuǎn)旋鈕、載運(yùn)圍欄、直流液壓泵體等組成，如圖3所示。

1.直流液壓泵體單元

2.載運(yùn)圍欄

3.翻轉(zhuǎn)旋鈕

4.剪叉升降機(jī)構(gòu)

5.液壓缸

6.底座

剪叉升降機(jī)構(gòu)為一端固定鉸接，一端滾輪活動(dòng)，在相同液壓缸活塞桿行程時(shí)可獲得2倍舉升高度。載運(yùn)圍繞通過翻轉(zhuǎn)旋鈕與平板框架鉸接，該翻轉(zhuǎn)旋鈕可實(shí)現(xiàn)90°與180°翻轉(zhuǎn)角度的旋轉(zhuǎn)與鎖定，4個(gè)載運(yùn)圍繞翻轉(zhuǎn)90°鎖定后可有效提高載運(yùn)空間。

2.2.2 液壓缸參數(shù)計(jì)算

為使液壓升降平臺(tái)具有較好的穩(wěn)定和舉升能力以及舉升高度能夠滿足使用要求，需要對(duì)液壓缸參數(shù)進(jìn)行計(jì)算確定。液壓升降平臺(tái)運(yùn)動(dòng)簡圖如圖4所示。其中，A點(diǎn)和C點(diǎn)分別為升降平臺(tái)與底盤的固定鉸接點(diǎn)；B點(diǎn)和D點(diǎn)分別為升降平臺(tái)與底盤的活動(dòng)鉸接點(diǎn)；O1、O2點(diǎn)為剪叉臂中間鉸接點(diǎn)；液壓缸活塞桿上端與剪叉臂DE的延長桿PI鉸接于I點(diǎn)；缸體與剪叉臂BE的延長桿JK鉸接于J點(diǎn)。

根據(jù)運(yùn)動(dòng)簡圖，以A點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，以水平方向?yàn)閄軸，豎直方向?yàn)閅軸，建立坐標(biāo)系，可得I、J鉸接點(diǎn)和重物W的X、Y坐標(biāo)方程［18］。

Jx=12Lcosα+bcosα-ccos（Φ1－α）

（4）

Jy=12Lsinα-bsinα-csin（Φ1－α）

（5）

Ix=12L-acosα+dcos（Φ2+α）

（6）

Iy=32Lsinα-asinα+dsin（Φ2+α）

（7）

Wx=12Lcosα

（8）

Wy=2Lsinα

（9）

式中：

Jx——J鉸接點(diǎn)x坐標(biāo)；

Jy——J鉸接點(diǎn)y坐標(biāo)；

Ix——I鉸接點(diǎn)x坐標(biāo)；

Iy——I鉸接點(diǎn)y坐標(biāo)；

Wx——重物W的x坐標(biāo)；

Wy——重物W的y坐標(biāo)；

L——剪叉臂長度，L=852.00mm；

a——O2P長度，a=325.00mm；

b——O1K長度，b=370.00mm；

c——JK長度，c=60.00mm；

d——PI長度，d=145.00mm；

Φ1——

BE和JK夾角，Φ1=30.00°；

Φ2——

DE和PI夾角，Φ2=40.00°；

α——AF和AB夾角；

C——

常數(shù)，即重物W的x坐標(biāo)隨角度α變化始終保持不變。

根據(jù)虛位移原理［19］，對(duì)I、J、W坐標(biāo)方程進(jìn)行微分求解，可得

δJx=－12Lsinα－bsinα－csin（Φ1－α）δα

（10）

δJy=12Lcosα－bcosα+ccos（Φ1－α）δα

（11）

δIx=a－12Lsinα－dsin（Φ2+α）δα

（12）

δIy=32Lcosα－acosα+dcos（Φ2+α）δα

（13）

δWx=-12sinαδα

（14）

δWy=2Lδαcosα

（15）

式中：

δJx——J鉸接點(diǎn)x方向虛位移；

δJy——J鉸接點(diǎn)y方向虛位移；

δIx——I鉸接點(diǎn)x方向虛位移；

δIy——I鉸接點(diǎn)y方向虛位移；

δWx——重物W在x方向虛位移；

δWy——重物W在y方向虛位移；

δα——AF和AB夾角的虛位移。

剪叉機(jī)構(gòu)未舉升時(shí)，α取得最小值8.00°，當(dāng)舉升高度H達(dá)到1200.00mm時(shí)，α取得最大值44.75°。

虛位移夾角方程

tanβ=δIyδIx

（16）

tanψ=δJyδJx

（17）

式中：

β——

I處y方向與x方向的虛位移夾角，（°）；

ψ——

J處y方向與x方向的虛位移夾角，（°）。

虛位移方程

－PδWy+FδIxcosβ+FδIysinβ－FδJxcosψ－

FδJysinψ=0

（18）

式中：

P——平臺(tái)載重，kN；

F——油缸推力，kN。

通過受力分析可知，油缸最大推力發(fā)生在剪叉機(jī)構(gòu)未舉升時(shí)，按額定載重200kg，安全系數(shù)取1.5計(jì)算，P=2.94kN，代入式（18）求解可得，F(xiàn)max=5.67kN。

油缸行程

S=

（Jx2－Ix2）2+（Iy2－Jy2）2－

（Jx1－Ix1）2+（Iy1－Jy1）2

（19）

式中：

Jx2、Ix2、Jy2、Iy2——

當(dāng)α=44.75°時(shí)，I、J鉸接點(diǎn)的x軸、y軸坐標(biāo)；

Jx1、Ix1、Jy1、Iy1——

當(dāng)α=8.00°時(shí)，I、J鉸接點(diǎn)的x軸、y軸坐標(biāo)。

將α值代入式（4）～式（7）求解可得Jx2、Ix2、Jy2、Iy2、Jx1、Ix1、Jy1、Iy1，代入式（19）可得油缸行程S為273.00 mm。

根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》選用缸徑為50.00mm，行程為300.00mm的液壓缸［17］，并選擇額定壓力為5.00MPa，配有雙通道電磁換向閥的直流電機(jī)液壓泵作為動(dòng)力單元。

2.3 驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.3.1 系統(tǒng)組成與控制原理

電動(dòng)作業(yè)平臺(tái)通過驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)將操作者的使用意圖轉(zhuǎn)化為驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)并輸出相應(yīng)動(dòng)力，驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)應(yīng)具有較好的響應(yīng)性能和穩(wěn)定性［1112］。電動(dòng)作業(yè)平臺(tái)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)主要由供電及電源模塊、主控制器、行走伺服電機(jī)、液壓升降平臺(tái)、IO模塊和藍(lán)牙遙控器及其信號(hào)接收器組成。其系統(tǒng)組成和控制原理如圖5所示。

橡膠履帶動(dòng)力底盤和液壓升降平臺(tái)均可通過藍(lán)牙遙控器進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，實(shí)現(xiàn)履帶動(dòng)力底盤的前進(jìn)、停止、轉(zhuǎn)向和液壓升降平臺(tái)的上升、下降，同時(shí)在液壓升降平臺(tái)上也配備了本地開關(guān)控制。

2.3.2 主控制器設(shè)計(jì)

主控制器采用STM32控制板，以STM32F103RC控制芯片為核心，配套設(shè)計(jì)相應(yīng)的硬件控制電路，主要包括STM32最小系統(tǒng)、電源電路、保護(hù)電路、USB通訊電路、控制信號(hào)輸出電路（USB轉(zhuǎn)485模塊、網(wǎng)線）。驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)控制流程如圖6所示。STM32控制板通過USB接收信號(hào)接收藍(lán)牙信號(hào)接收器發(fā)出的履帶底盤和升降平臺(tái)的控制信號(hào)，并將信號(hào)轉(zhuǎn)換為電機(jī)和電磁閥控制信號(hào)，電機(jī)控制信號(hào)通過USB轉(zhuǎn)485模塊發(fā)送給電機(jī)控制器，利用電機(jī)控制器進(jìn)行左右行走電機(jī)的控制，電磁閥控制信號(hào)利用網(wǎng)線輸出給IO模塊，IO模塊通過高低電平控制電磁閥的通斷，最終實(shí)現(xiàn)履帶動(dòng)力底盤和電動(dòng)升降平臺(tái)的控制。

2.3.3 電機(jī)控制器設(shè)計(jì)

履帶底盤的左右行走電機(jī)選用的為額定功率2.00 kW的直流無刷伺服電機(jī)，型號(hào)為FDK132020C2，額定電壓為48.00 V，因此選擇雙直流無刷伺服電機(jī)控制器進(jìn)行控制，型號(hào)為KYDBL4850-2E，工作電壓為48.00 V，最大輸出電流為75.00 A，支持485通訊?？刂破骶哂袃陕藩?dú)立的驅(qū)動(dòng)芯片，兩路編碼器處理芯片和兩路霍爾信號(hào)處理芯片，能夠?qū)崿F(xiàn)兩臺(tái)直流無刷伺服電機(jī)的同步控制，包括前進(jìn)、停止、左右轉(zhuǎn)向等，控制器結(jié)構(gòu)框圖如圖7所示。

3 作業(yè)性能試驗(yàn)

3.1 行駛速度試驗(yàn)

在空載、載重100 kg、載重200 kg條件下分別測試作業(yè)平臺(tái)以慢速擋和快速擋在平整水泥路面的平均行駛速度［7］，預(yù)設(shè)行駛距離為15.00 m。試驗(yàn)時(shí)，首先選取長度為15.00 m的平整水泥路面，然后將夾持有鋼針的磁性表座固定于底盤下方記錄起始點(diǎn)，并利用激光平度儀調(diào)整好作業(yè)平臺(tái)行駛方向，最后在作業(yè)平臺(tái)行駛通過終止線時(shí)記錄鋼針起點(diǎn)和終點(diǎn)之間的距離和時(shí)間，如圖8所示。

試驗(yàn)結(jié)果如表2、表3所示，結(jié)果表明：作業(yè)平臺(tái)在不同載重情況下慢速擋、快速擋行駛速度穩(wěn)定，慢速擋平均行駛速度為0.40 m/s、快速擋平均行駛速度為0.98 m/s，伺服行走電機(jī)扭矩、轉(zhuǎn)速輸出穩(wěn)定。

3.2 續(xù)航能力試驗(yàn)

測試電動(dòng)作業(yè)平臺(tái)30%～80%電量范圍內(nèi)的續(xù)航時(shí)間，載重平臺(tái)負(fù)載100 kg，使用慢速擋進(jìn)行續(xù)航能力試驗(yàn)，電量每下降10%記錄一次行駛時(shí)間。測試結(jié)果見表4，在30%～80%電量范圍內(nèi)，每10%電量的平均行駛時(shí)間為31.26 min。為保證電動(dòng)作業(yè)平臺(tái)留有一定的電量能夠繼續(xù)完成作業(yè)并駛回充電處，按90%電量計(jì)算，電動(dòng)作業(yè)平臺(tái)的續(xù)航能力為4.69 h，達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)。

3.3 最小通過圓試驗(yàn)

在空載、載重100 kg、載重200 kg條件下分別測試作業(yè)平臺(tái)的最小通過圓直徑［20］。

將作業(yè)平臺(tái)行駛至平整水泥地面上，升降平臺(tái)降至最低位置，在平臺(tái)外輪廓上使用磁力座固定劃線筆，轉(zhuǎn)彎時(shí)操作遙控手柄轉(zhuǎn)向搖桿至最大轉(zhuǎn)向角后保持不動(dòng)，每次試驗(yàn)分別遙控作業(yè)平臺(tái)旋轉(zhuǎn)3圈，每圈分別標(biāo)記最外側(cè)3個(gè)點(diǎn)，每次試驗(yàn)結(jié)束后測量每兩點(diǎn)之間的距離，最小通過圓計(jì)算示意圖如圖9所示，試驗(yàn)測得數(shù)據(jù)如表5所示。

根據(jù)圖9可知

D=2A1B1C12（A12B12+A12C12+B12C12）-（A14+B14+C14）

（20）

式中：

A1、B1、C1——最小通過圓弦長，m。

綜上可知，在空載時(shí)作業(yè)平臺(tái)的最小通過圓直徑最大，平均值為1.55 mm；由于隨著載重的增加，提高了履帶與地面的滑動(dòng)摩擦力，減小了履帶在轉(zhuǎn)向時(shí)的滑移，所以最小通過圓直徑依次減小，但由于滑移的存在，實(shí)際最小通過圓直徑要大于理論值。

4 結(jié)論

1） ?針對(duì)設(shè)施多元生態(tài)立體種植機(jī)械化作業(yè)需求，研制由履帶動(dòng)力底盤、液壓升降平臺(tái)、無線遙控驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)和鋰電池組等組成的電動(dòng)作業(yè)平臺(tái)，可用于生產(chǎn)物資搬運(yùn)、輔助登高等生產(chǎn)管理作業(yè)，結(jié)構(gòu)簡單、操控方便。

2） ?對(duì)電動(dòng)作業(yè)平臺(tái)的履帶動(dòng)力底盤、液壓升降平臺(tái)等關(guān)鍵工作部件進(jìn)行了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、動(dòng)力參數(shù)計(jì)算和匹配選型，確定行走電機(jī)額定功率為2.00 kW、額定轉(zhuǎn)速為2000 r/min，選用缸徑為50.00 mm，行程為300.00 mm的液壓缸作為升降液壓缸，設(shè)定液壓動(dòng)力單元額定壓力為5.00 MPa；根據(jù)作業(yè)平臺(tái)操控要求，設(shè)計(jì)了基于STM32控制板的驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)，并進(jìn)行了整機(jī)作業(yè)性能試驗(yàn)。

3） ?研制的電動(dòng)作業(yè)平臺(tái)在200 kg負(fù)載情況下，慢速擋平均行駛速度為0.39 m/s，快速擋平均行駛速度為0.98 m/s，選用的伺服電機(jī)功率合理，動(dòng)力輸出穩(wěn)定；100 kg負(fù)載下作業(yè)續(xù)航時(shí)間可達(dá)4.69 h，鋰電池供電穩(wěn)定，最小通過圓直徑為1.54 m。作業(yè)性能試驗(yàn)結(jié)果表明整機(jī)性能良好，各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到了設(shè)計(jì)和使用要求。

參 考 文 獻(xiàn)

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