小型玉米播種機行走裝置設計摘要鑒于山區地勢混亂，農田地勢狹窄。設計一款符合山區田地情況且具備一定程度自動化的小型玉米播種機，使其能在山區地形能夠高效工作，節省人力勞動。本次設計的產品用電力驅動，體型小，適合在交通相對不太便利的山區使用，適合在小型田地中使用。具備簡單機器人的基本行走功能，安裝上播種機的播種機構后，能夠在設定的位置啟動，在無人干涉的情況下，能配合播種機的播種機構聯動，能為玉米免耕播種機的優化設計提供一種可行的設計及制造辦法和手段，縮短種植機的設計周期，提升產品的靠譜性。關鍵詞：玉米播種機；行走裝置；鏈條傳動目錄TOC\o"1-3"\h\u23278第1章引言 第1章引言我國的平原地形則相對較少，只有115萬平方公里，和美國的相比之下，美國的平原面積約為我國的4.2倍。因此我們研究的農業機械也不能只是考慮平原地區的地形來設計研發產品。我國的山地面積約占全國面積的二分之三，許多傳統山地耕地都在山上。因此更多的也需要考慮山地耕地的農業機械方面的研究。而山區地形相對平原地區的地形來說較為復雜，每一塊田地的邊界也并不是那么規則，由于田地更多的是處于山上，交通不太便利，且耕地內的地面也凹凸不平，且大多數田地面積較小，因此大型拖拉機型的農機不易送到地里作業，以及難以在那樣狹小的田地里高效的作業。因此研究一款小型的能夠穩定安全的在山地行走的農業耕種機器是很有必要的。而要在山地工作的農機必須面對的是地勢復雜，田地邊界極為不規則的條件，因此設計研發出來的機器能否在這樣的田地里穩定和有效的行走就是關鍵問題所在。因此要研發這樣的符合山地行走耕作的機器，將其行走裝置作為一個模塊來進行專門的研究設計是很有必要的。而山地多為旱地，種植玉米較多，因此這次選擇設計一款小型玉米播種機自行走裝置。第2章總體方案設計2.1技術要求本次設計的小型玉米播種機自行走裝置應該具備簡單機器人的基本功能，安裝上播種機的其余機構后，能夠在設定的位置啟動后，在無人干涉的情況下，能配合播種機的其余機構聯動，獨立完成播種工作，且在自動行走過程中，不被田地的凹凸不平、存在障礙物、曲折不規整的田地邊界所影響，穩定工作。且出現意外時會報警，告知需要人為檢查（包括超載、電路故障、行走時遇到特殊障礙物履帶懸空轉動等問題）。2.1.1主要技術參數該自行走裝置有傳動系統，副、主支架，減震懸掛系統、主控箱、各類必須傳感器、播種模塊連接孔、其他模塊連接預留孔等組成。與播種裝置連接采用可拆卸式螺栓—孔連接，連接孔數可根據連接裝置靈活選擇安裝孔，進行裝載。前后兩端，每端預留3×3的?9的安裝孔。該自行走裝置具有簡單仿形、自動根據所在田塊的邊界所指定的路線行走，帶者玉米播種裝置或者其他附屬功能裝置執行玩該塊田地的播種或者別的任務功能。行走與地面接觸的履帶寬度為121.8mm，承重系統單元數量6個。本機主要技術參數如表2-1所示。表2-1小型玉米免耕播種機主要技術參數表項目參數自行走裝置電機配套功率（W）550與玉米播種機構或其他附屬機構連接方式可拆卸式螺栓杠—孔連接自行走裝置寬度(mm)655自行走裝置長度(mm)925自行走裝置高度(mm)475行走機構類型履帶式履帶寬度（mm）122減振系統類型三筒彈簧式減振獨立懸掛系統類型麥弗遜式獨立懸掛承重輪橡膠輪承重系統單元數（個）6裝置凈質量（kg）120控制系統基于Arduino作業時速10～122.1.2主要特點（1）全履帶減震底盤設計：采用直線三點式受力減振，最大效率的緩解工作過程中遇到的振動。（2）行走控制設計：采用超聲波測距傳感器來配合控制軌跡的規劃，達到自動化行走目的。（3）防過熱安全設計：采用溫度傳感器監控機器的關鍵部位(例如:電機、電源、繼電器等部位)，防止電路故障導致安全事故。（4）防超載設計：HX711壓力傳感器的進行防超載監測，防止超載對機器帶來的損傷，影響機器使用的壽命。（5）類積木連接結構設計：甲板和底盤基架的連接采用M9×30六角連接柱進行連接固定。往上可直接疊加M9×30六角連接柱直接形成對外連接接口，對播種、施肥等模塊，此接口的連接方式增加了行走機構的可開發性及功能多樣化。2.2底盤基架結構設計底盤基架是整個小型玉米播種機自行走裝置的基礎，是保障支撐整個機器穩定的重要機構，底盤基架支承、安裝電動機及其各部件、總成，形成小型玉米播種機自行走裝置的整體造型，并由電動機產生的扭矩驅動，讓小型玉米播種機自行走裝置獲得動力，使其正常行駛。因此底盤基架的設計是否合理決定了整個小型玉米播種機自行走裝置是否可行，底盤基架的質量好壞也決定了整個小型玉米播種機自行走裝置的質量的好壞。小型玉米播種機自行走裝置中，其余機構都是圍繞底盤基架來進行配合設計的，因此基架的設計必須從多方面綜合考慮。因此本次設計考慮到使用的場合為農村家用，且用于山地，因此結合互換性的需要，為了方便零件的替換和生產，整個底盤基架機構的零部件之間都采用M9螺絲—螺母固定進行裝配的方式進行設計。本次設計的底盤基架機構由副支架、主支架、底盤側板、M9帶帽螺母、M9螺絲組成，如圖2-1所示：1.副支架2.主支架3.底盤側板4.M9帶帽螺母5.M9螺絲圖2-1底盤結構圖采用非焊接，以便拆裝，在運送土中節省空間，有利于保護機器，到達目的地再進行組裝，提高運送效率。2.3行走傳動及承重系統設計考慮到山地的地形凹凸不平，地勢復雜，因此本次設計行走傳動機構采用履帶行走方式，具體結構如圖2-2所示。圖2-3為去掉履帶的行走傳動機構圖。1.履帶連接軸2.承重輪3.承重輪連接架4.履帶單元5.履帶主動輪側板6.托鏈輪支架7.托鏈輪8.履帶從動輪側板圖2-2行走傳動及承重系統圖11.直流電機2.履帶主動輪聯軸器3.M9螺絲4.履帶傳輪連接六角柱5.承重輪套筒6.托鏈輪支架連接筒7.托鏈輪套筒8.履帶從動輪主軸9.履帶從動輪軸承10.從動輪墊片圖2-3行走傳動及承重系統圖2因為本次設計的是小型的玉米播種機自行走裝置，所以為了節省空間，采用大扭矩減速電機，直接驅動履帶行走，大大提高了裝置的空間利用率，且履帶行走形勢相較于輪式行走而言，履帶行走機構和地面接觸面積更大，第3章機械結構設計3.1軟件UGNX簡介UGNX軟件是SiemensPLMSoftware公司推出的集合CAD、CAM、CAE于一體的綜合性設計輔助軟件，其擁有強大的三維功能，功能模塊化大大提高了操作效率。該軟件還提供了三維裝配功能，輸出二位圖功能。在CAE方面還軟件擁強大的有限元分析和運動仿真功能。CAM方面可以在繪制好三維后進入加工模塊，進行數控自動編程，如今該軟件廣泛的應用于汽車，航空，模具和機械電子工業等領域。3.2底盤基架機構零件設計3.2.1底盤側板結構設計本次設計的底盤基架是根據已經采用的M9螺絲—螺母連接固定的基礎上進行設計的，本次設計的最基礎零件為底盤側板，然后在底盤側板的基礎上進行其余零件的配合設計，因此底盤側板的性能及其重要，本次設計底盤側板如圖3-1所示。在滿足設計中能夠承受的載荷的基礎上，對該零部件進行簡化設計，使零部件結構簡單可靠。本次設計將長方形的鋁合金板上劃分為六個區域，分別是副支架安裝區、主支架安裝區、拖鏈輪安裝區、電機安裝區、減振系統安裝區、履帶從動輪安裝區。如此設計即方便制造，也方便組裝，容易識別，簡單易懂。盡可能的避免了非設計人員安裝錯誤。1.副支架安裝區2.主支架安裝區3.托鏈輪安裝區4.電機安裝區5.減振系統設計安裝區6.履帶從動輪安裝區圖3-1底盤側板結構設計圖3.2.2主支架設計本次設計的主支架是在前面已經設計好的底盤側板基礎上進行配合設計的，是構成底盤基架的重要零部件，其主要的功能是連接底盤側板，構成底盤基架的基本框架。另外通過M9×30六角柱與甲板連接，從而承受甲板及甲板以上的載荷，因此其材料的力學性能也和底盤側板一樣要求，依舊選用硬度較大，重量較輕的7075鋁合金。具體結構如圖3-2所示，本次設計壁厚厚度均為6mm的T形結構，在滿足力學性能的前提上，大大減輕了自身重量。兩側有兩塊與底盤側板裝配連接的側板，以及?9的裝配孔。圖3-2主支架設計圖打開UGNX軟件，進入軟件界面，文件→新建→模型(選擇保存的路徑)→確定。打開UGNX模塊,用草圖繪制出截面的輪廓圖形，完成草圖繪制，利用拉伸命令，依次拉伸出主支架的兩側安裝板和中間的承重T形梁，用主頁的布爾求合并命令，選擇合并，將拉伸的部分合并為完整的主支架模型。至此主支架設計完成。繪制完成的主支架模型如圖3-3所示。圖3-3主支架三維模型圖3.2.3副支架設計本次設計的副支架的作用和主支架類似，主要是輔助主支架加強底盤基架的固定，提高底盤基架的性能，因此副支架的設計也采用了類似主支架的設計，材料也采用了7075鋁合金,采用M9螺絲—螺母與底盤側板進行裝配。該零部件安裝在底盤基架的兩側。接住甲板，減小甲板在M9×30六角柱上兩頭延伸出來的彎矩，使得兩頭可以承受更大的載荷。副支架具體結構設計如圖3-4所示。圖3-4副支架設計圖3.3行走傳動及承重系統主要零件設計3.3.1承重輪連接架結構設計及承重輪連接架是直接與承重輪連接的零部件，如圖3-5所示，承重輪連接架直接承載了幾乎整個行走裝置的重量，其與減振系統連接，下面與承重輪連接，起到中間的過度作用。每個承重輪連接架帶有兩個承重輪，作為一個承重單元，整個行走裝置兩側均配置了三個這樣的承重單元，共計6個承重單元，即需要6個承重輪連接架。因此承重輪的力學性能，直接影響了整個行走裝置的承載能力，且由于體積的限制要求，該零部件的設計不能過大，因此本次設計的承重輪連接架從簡單易加工，易安裝，和互換性的角度出發，采用曲線相切平板型的設計，具體結構如圖3-5所示。因此該零部件對材料的硬度，強度都有一定的要求。圖3-5承重輪連接架設計圖因此本次設計的承重輪連接架采用的材料為Q275碳素結構鋼，Q275屬于普通碳素結構鋼。它具有強度高，可塑性好和切削加工性能的特征。具有一定的焊性。小配件能淬火和強化。主要用于制造高強度零件，本次設計的承重輪連接架與承重輪和減振系統連接，會有產生一定的振動，Q275碳素結構鋼剛好符合本次設計的力學性能要求。3.3.2承重輪連接架設計打開UGNX軟件，進入軟件界面，文件→新建→模型(選擇保存的路徑)→確定。打開UGNX模塊,用草圖繪制出承重輪連接架的輪廓草圖，完成草圖繪制。點擊拉伸命令，設置拉伸長度為9mm。至此承重輪連接架設計完成。繪制完成的主支架模型如圖3-6所示。圖3-6承重輪連接架圖第4章設計總結在本次畢業設計中，小型玉米播種機的自行走裝置針對山區地形的耕地進行了機械結構的設計，首先為了適應小規模田地的耕種，對整個機器的體積進行了限制。機械結構部分在規定的體積內進行了整個機器的總體設計。采用分模塊化設計，在各個模塊內進行具體的零部件設計及裝配，最終模塊組裝成整體的機器。實現了行走裝置的小巧化，模塊化，安裝的簡便性。預留的連接結構模塊增加了行走機構的多功能化，可后續開發性。綜上所述，本次設計還存在許多不足之處，尤其是控制部分，采用差速轉彎和等速直線行走的情況下，缺少行駛反饋，精度不好保證，還待改進。以及能否和播種模塊進行良好配合，需要后續的深入研究。本次設計研發僅實現了基本行走功能。參考文獻[1]楊傳琪,楊樹蔚,劉詠梅,閆克丁.基于Arduino的目標跟蹤系統設計[J].上海電力大學學報,20