步行式插秧机的无线遥控化设计

摘要

随着农业机械自动化、智能化发展，插秧机的自动驾驶也越来越受到重视，在世界各国不懈的努力研究下，成果斐然。但世界各国关于插秧机自动驾驶的研究对象主要以乘坐式或高速机为主，对于步行式插秧机的研究却寥寥无几。 步行式插秧机在常规生产过程中，需要由人员托扶操控插秧机作业，人员需要长期处于恶劣的水田环境中，尤其是当水田的泥脚较深，粘度较大，操作人员的劳动强度更是成倍增加，天气环境恶劣，气温较低的状况下，长期处于水田的操作人员的身体情况令人担忧，改善操作步行式插秧机人员的作业环境刻不容缓。为降低研究推广成本，该文对步行式插秧机的无线遥控展开研究，为实现步行式插秧机的自动驾驶奠定基础。该文研究的内容及结论概括如下。 (1)步行式插秧机行走装置对转向性能的影响分析 该文以富来威2Z-455步行式插秧机为研究对象，对插秧机独立行走的条件进行了分析，解释了将辅助行走轮布置在插秧机后端且只使用一个的原因。在本课题小组对辅助行走装置研究的基础上，做出了设计调整，并对其进行田间试验，发现插秧机存在转向驱动力不足的问题。从转弯半径和转向力矩两个层面，对实现步行式插秧机差速转向的三种自定义的转向方式进行了分析，经计算验证，采用正反向式行走装置不仅能有效提升插秧机的转向驱动力矩，而且可以获得最小的转弯半径，对插秧机的转弯掉头具有显著改善。 (2)正反向式行走装置的设计与仿真 为满足驱动行走轮一侧正向转动，另一侧以相同速度反向转动的需求，对步行式插秧机的行走装置进行了重新设计。引入了动力分配轴对动力进行再度分配，由于链传动和齿轮传动的传递方向的特点，可根据运动需求将动力传递给链传动或齿轮传动，实现驱动行走轮的正反向转动，进而完成转向掉头过程;另对动力分配轴、齿轮传动和链轮传动中的关键部件进行了设计。绘制了正反向式行走装置中各零件的三维模型，并使用Solidworks完成了装配过程。为进一步验证设计的可行性，将三维模型导入ADAMS予以仿真，正反向式行走装置在仿真过程中能够实现链传动与齿轮传动的切换，进而实现驱动行走轮的正反转切换，整个仿真过程流畅，无干涉的情况出现。最后，对物理样机进行了加工装配。 (3)步行式插秧机无线遥控的实现 为实现步行式插秧机的无线遥控，构建以单片机STC15F408AD为核心的控制器，通过无线传输模块AS32构建无线传输网络，并通过Altium designer绘制了手持控制器的原理图以及PCB板。设计了气动执行系统、液压执行系统以及电动执行系统，分析了气动执行系统存在载荷负担过大以及动力源过多，布置复杂的问题;液压执行系统无合适的动力来源。相比之下，最终选用了布置简便动力源单一的电动执行系统，并根据需求对关键执行元件电动推杆、电磁铁进行选择构建。 经对以上3个部分的研究，实现了步行式插秧机的无线遥控，并解决了转向过程中转向驱动力不足的问题，对改善操作人员的作业环境，减轻劳动强度具有重要意义，并为日后实现步行式插秧机的自动驾驶奠定基础。

目录

声明

摘要

1 引言

1．1 研究的背景与目的意义

1．1．1 插秧机自动化趋势

1．1．2 遥控步行式插秧机的目的意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 国内研究现状

1．2．2 国外研究现状

1．2．3 国内外研究现状总结

1．3 研究内容及技术路线

1．3．1 研究内容

1．3．2 技术路线

2 步行式插秧机行走装置分析

2．1 步行式插秧机简介

2．2 步行式插秧机独立行走的条件分析

2．2．1 辅助行走轮的布置分析

2．2．2 辅助行走轮的数量分析

2．2．3 辅助行走轮的设计现状及其探究

2．3 转向方式及其转向性能

2．3．1 转向方式分析

2．3．2 转向性能

2．4 转弯半径分析计算

2．4．1 离合器式行走装置转弯半径的计算

2．4．2 离合器并制动器式行走装置转弯半径的计算

2．4．3 正反向式行走装置转弯半径的计算

2．5 车轮运转条件及其行走阻力

2．5．1 车轮运转条件

2．5．2 车轮的行走阻力计算

2．6 转向力矩分析计算

2．6．1 离合器式行走装置转向力矩分析

2．6．2 离合器并制动器行走装置转向力矩分析

2．6．3 正反向式行走装置转向力矩分析

2．6．4 各转向方式转向力矩计算

2．7 本章小结

3 正反向式行走装置的设计与仿真

3．1 行走装置的结构和原理

3．1．1 行走装置的结构设计

3．1．2 行走装置的工作原理

3．2 正反向式行走装置的设计计算

3．2．1 正反向式行走装置的齿轮传动设计计算

3．2．2 正反向式行走装置的链传动设计计算

3．2．3 动力分配轴的设计计算

3．2．4 三维装配模型建立

3．3 虚拟样机仿真

3．3．1 样机模型导入ADAMS

3．3．2 添加约束条件和驱动

3．3．3 仿真结果

3．4 物理样机的加工装配

3．5 本章小结

4 步行式插秧机的无线遥控设计

4．1 无线遥控系统的构成

4．2 单片机控制器

4．3 无线通讯技术

4．4 控制逻辑分析设计

4．5 手持控制端原理图绘制及PCB板的制作

4．6 系统执行方案分析

4．6．1 气动执行系统

4．6．2 液压执行系统

4．6．3 电动执行系统

4．7 电动执行元件的分析选型

4．7．1 电动推杆的分析及其定制

4．7．2 电动推杆驱动与控制的硬件设计

4．7．3 电磁铁的分析及其选择

4．8 本章小结

5 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

致谢

参考文献