近几年温室大棚种植业逐渐发展壮大,已经成为农业生产结构调整和增加农民收入的重要产业。由于日光温室是单跨结构一面坡温室,室内作业空间小,产品运输大多靠人工搬运,如果搬运操作不当还会对农产品造成损伤,不仅降低了工作效率,同时还加大了工作人员的劳动强度。
随着日光温室面积的不断扩大,劳动力成本的不断攀升和劳动力资源越来越短缺,迫切需要提高日光温室内的机械化作业水平。日光温室轨道遥控运输车可代替人工搬运,并且实现了远距离遥控运输车的启动、停止和前进、后退,从而达到了减轻劳动强度,提高作业效率的目的,改变了日光温室内农产品无机械化运输的现状。
一、总体结构及工作原理
1. 机具总体结构 运输车主要由以下几部分组成:车体、配套动力、机架、控制系统、传动系统、轨道和导向柱等组成,如图1所示。
2.工作原理 200W直流无刷电机提供动力,搭配减速器和12V55AH蓄电池一起使用,采用无线遥控方式控制电机的启动、停止和前进、后退,电机和驱动轴之间采用同步带联接,单根方管导轨铺于地面,两个可以旋转的圆管固定于车身夹在导轨两侧,起到导向作用,在导轨两端安装感应装置,操作人员将采摘箱放置在车体上就可以通过遥控器让运输车沿轨道运行,运输车运行到制定地点后可通过感应装置自行停止。在无电供应的情况下也可以人工操作运输车。
二、部件结构设计与选型
1. 直流电机的选择 根据工作所需功率,选择直流电机。
工作功率计算:
设:车体匀速运动,F牵=f摩=uMg
(u为橡胶轮与地面的滚动摩擦系数,一般为0.25~0.4;M为车体质量)
V:车体行进速度为3km/小时(近似于人的行走速度),空车质量30±5 kg,载重量最大40kg
P= FV= f摩V=uMgV
PMin = f摩V= uMMingV =0.25×25×9.8×3=183.6W
PMax = f摩V= uMMaxgV =0.25×75×9.8×3=551.25W
根据功率范围和市场上电机型号选择:U=12V;P=200w;N= 1800r/min的直流电机。
2.工作电池的选择 考虑市场上常见的电池和运输车的空载重量,同时也为保证足够长的工作时间,最终选择的蓄电池电量为55AH,电压为12V。电流I=P/U=200/12=16.6A,单次充电后可持续工作时间T=55/16.6=3.3h。
3.控制选择 为了进一步减少人工操作,选择遥控方式。遥控距离可达到100m,操作人员在温室的一端就可以控制运输车的工作状态。
4.传动比计算
地轮为4寸橡胶轮
L轮=2πR=3.14×10.16/1000=0.03919m
3km/小时=50m/min
N轮=50/0.03919=1276r/min
减速比 I= N电机:N轮=1.4∶1
5. 传动计算与同步带选型 皮带传动具有结构简单,维护方便,同时传动平稳,噪音小的优点,所以在设计的过程中选择了皮带传动,但为了保证较准确的传动比,选择了皮带传动中的同步齿形带传动。
根据《机械设计》第四版,第十一章带传动设计,图11.20和11.21选择L型同步带,带宽选择25.4mm。
Pc= KA ×P kW (KA 同步带传动的工作情况系数,KA =1.6)
Z1≥ZMin (ZMin =12) ;Z2=iZ1
带轮节圆直径:D1= Z1 p/π mm, D2= Z2 p/π mm, (p为节距)
带速:V=(πD1 N轮/ 60×1000)≤VMax
L型V Max=50m/s
初定中心距:0.7(D1 +D2)≤a≤2(D1 +D2),或由结构决定
带长及其齿数:选取标准节线长度Lp及其齿数z,实际中心距:
L=πDm +2a1+ a1为初定中心距,
根据电机的高度和车底到驱动轴的距离来初定中心距195mm,得出中心距为215mm。
6.车体和轨道选择 车体选择市场上常见的尼龙静音车。轨道选择单根方管(30×30mm)铺于地面,导向部分选择安装轴承的两个圆柱固定于车身,同时分布于轨道两侧夹住方管。
三、机具参数及试验情况
1. 机具的性能参数 通过分析日光温室轨道遥控运输车的技术参数,该机的作业适应性基本能够满足日光温室内的运输要求。机具的技术参数见表1。
表1 机具性能参数表
配套动力 | 200w直流无刷电机 |
机具尺寸(长×宽×高) | 750×480×580 mm |
空载质量 | 34kg |
最大载重量 | 40kg |
控制方式 | 遥控 |
2.试验情况 在进行实际的生产试验时,对运输车的作业性能及作业效果进行了监测。从试验统计数据看,该机作业效果良好,性能稳定。机具的田间生产试验表见表2。
表2 田间生产试验表
指标 次数 | 载重 kg | 距离 m | 起始时 间/s | 结束 s | 平均速度m/s | 工作 状态 |
1 | 20 | 21 | 00.00 | 18.00 | 1.17 | 平稳良好 |
2 | 20 | 21 | 00.00 | 17.00 | 1.24 | 平稳良好 |
3 | 30 | 21 | 00.00 | 21.00 | 1.00 | 平稳良好 |
4 | 30 | 21 | 00.00 | 20.00 | 1.05 | 平稳良好 |
5 | 40 | 21 | 00.00 | 23.00 | 0.91 | 平稳良好 |
6 | 40 | 21 | 00.00 | 24.00 | 0.88 | 平稳良好 |
四、应用条件
运输车运行温室靠近后墙的走道需为硬质路面,并需按照要求安装轨道。
五、使用寿命
运输车使用的电池为铅酸蓄电池,寿命为3~4年,市场售价约为300~500元;电机使用寿命约为8~10年,所以在电机正常的情况下更换电池即可。
六、结论
遥控运输车在温室中试验情况良好,性能稳定,可以满足实际的生产运输要求。该机最大的技术创新是采用了远程遥控的方式控制运输车的前进、后退和启动、停止,使用该机可以大幅度提高温室产品搬运的作业效率,降低劳动强度,适宜在日光温室内推广使用。