目錄TOC\o"1-3"\h\u摘要： 果園除草機器人機械結構設計全套圖紙加V信153893706或扣3346389411摘要：根據調研發現，目前果園的除草作業效率極低，株間的雜草清除是困擾果農的大問題，為了提高果園的機械化水平，本文通過研究分析具有避障功能的果園除草機器人的詳細結構，實現了智能化的果園除草，能以極高地效率完成果園株間的雜草清除。本設計詳細分析了普通除草機的整機結構、動力傳動以及刀軸的運動軌跡，對除草機的機架結構、傳動系統進行了優化。本文所設計的果園除草機器人，能夠達到避障除草的目的，有效地清除株間的雜草，其具有較為廣闊的應用前景和市場。關鍵詞：果園除草機避障液壓油缸根據調研發現，目前果園的除草作業效率極低，株間的雜草清除是困擾果農的大問題，目前果農的老齡化趨勢嚴重，為了提高果園的機械化水平，減輕勞動強度，本課題以設計能完成果樹株間除草的避障除草機為目標，通過分析避障除草機的要求，提出了本設計的具體實施方案。在此基礎上對避障除草機的主要組成部分進行了設計與校核，完成了課題的任務要求。具體內容包括以下部分，首先分析了當前國內外果樹株間除草機的現狀，明確了避障除草機的總體要求。針對如何實現避障功能問題，提出了整個機架帶動刀軸側移的避障方法，然后分析了整機行機速度與油缸避障速度之間的關系，并對整機各部分的轉速功率進行了分析計算，并校核了齒輪的強度，確保了整機的可靠性。分析了本文所設計的果園除草機器人，能夠達到避障除草的目的，有效地清除株間的雜草，其具有較為廣闊的應用前景和市場。MechanicalStructureDesignofTheOrchardWeedingRobotAbstract：Accordingtothefindingsoftheinvestigation,weedingoperationsinorchardsareextremelyinefficientatpresent,andweedingbetweenplantsisamajorproblemthattroublesfruitfarmers.Inordertoimprovethemechanizationleveloforchards,inthispaper,thedetailedstructureofobstacle-avoidingorchardweedingrobotisstudied,andtheintelligentweedinginorchardisrealized.Thisdesignhasanalyzedthewholemachinestructure,thepowertransmissionandthemovementtrackofthecuttershaftofthecommonweedingmachineindetail,hascarriedontheoptimizationtotheweedingmachinestructure,atthesametimehasaddedtheintelligentobstacleavoidancefunctionintheweedingmachine.Framestructure,transmissionsystemTheorchardweedingrobotdesignedinthispapercanavoidobstaclesandeliminateweedseffectively.Ithasawideapplicationprospectandmarket.Keyword:orchard;weeding;aviodobstacles第一章緒論1.1本研究的意義及目標經濟林產業的發展是鄉村振興戰略和精準扶貧以及富民過程中的重要依托門REF_Ref20606\r\h[1]。黨的十九大，習近平總書記再次強調兩山論即綠水青山就是金山銀山的重要性。而經濟林產業不斷升級，種植規模不斷擴大，是我國林業產業中的支柱產業。但隨著種植面積增大，每年所需撫育工作量增多，經濟林作物周邊雜草不僅會搶奪土壤中養分與水分，還會寄生各類蟲害，因而除草作業成為經濟林撫育工作中主要環節REF_Ref20687\r\h[2]。經濟林產業是我國林業產業中的支柱產業。數據顯示，2014年以來，我國經濟林產品種植規模不斷擴大，產量逐年增長。截至2018年，包含水果在內的我國經濟林產品產量達1.87億t，總種植面積超4.15億ha。5年間，我國經濟林產品總產量增幅約為14.1%，林產飲料、林產調料等種植產業均在不同年份得到了大力發展REF_Ref20766\r\h[3]。本設計旨在研究一種具有避障功能的果園除草機器人，該機器可以在果園行間進行除草作業，同時可以完成果樹株間的除草作業。通過運動分析和結構計算，設計出最優的產品結構，來保證既能達到要求，又盡量輕量化。1.2國外現狀國外從1950就開始研究機械除草技術，特別是美國、德國、日本、荷蘭等國在除草機技術領域處于世界領先地位，機具品種齊全，性能可靠，能很好地滿足生產運用作業要求，隨著激光側距、視覺識別技術、液壓控制技術等的長足發展，給帶避障功能的除草機器人的發展提供了技術支持REF_Ref6071\r\h[4]。1990年代末，美國加州大學將機器人視覺系統技術融入到耕作機械中，研制出了具有一定精準度的除草機械，同時這款機械還配有噴施除草課劑的功能，在這之后的幾年時間里，R.D.Lamm等研究學者在針對棉田雜草特點上基于噴藥除草機械的結構基礎研制出了針對性強的棉田除草機械，這種機械是依靠視覺識別系統來對雜草種類進行識別，然后再根據除草機械的位移信息采集系統收集到的環境信息，控制噴藥系統完成作業過程REF_Ref6433\r\h[5]。除草機械利用視覺識別和控制系統系統實現避障和精準除草的功能。瑞典的Bjornstrand和Albert-JanBaerveldt研究了一種基于機器視覺的除草機器人。機器人安裝了兩個攝像機，黑白攝像機主要是對作物行線進行識別，指引機器人沿著作物行線行駛，彩色攝像機主要是用于識別雜草和植株REF_Ref6763\r\h[6]。國外的避障系統經歷了人工避障、機械避障、機械液壓避障、激光側距液壓避障、攝像頭目視識別避障這幾個過程。目前，國外最主流的避障除草機采用的是機械液壓避障方式，這種避障方式的準確性、效率以及故障率處于一個最合理的狀態，除草時清除單行株間的雜草，而不是株間和行間一起除草，這樣除草機可以以較快的速度前進，作業效率高，除草部分采用液壓驅動刀盤回轉的方式。國內進口的機型多為這種配置，并引來了不少國內除草機制造廠的仿制。歐美等發達國家的除草機械能夠與其果園種植模式完美結合，機械化水平、科技化水平、人性化水平、適應性水平高。值得我們學習借鑒，但其價格過于昂貴，體積大，不能與我國的老式果園種植模式匹配。1.3國內現狀我國在果園除草機器人研究方面起步較晚，技術落后。從上世紀70年代開始有學者借鑒國外先進技術進行研究，但是由于我國果園種植規模小，而且種植模式繁多，一般的機器難以適應。由于上世紀我國勞動力充足，株間的除草全部由人工完成，沒有意識到機械化水平的重要性，也錯過了發展的良好。2004年，楊照華等人研究了基于機器視覺的雜草自動識別理論，提出了適合雜草圖像濾波、分割、特征提取及模糊遺傳神經網絡分類器的設計方法，建立了雜草自動識別系統。對戶外采集的五種雜草進行識別，識別率達93.5%REF_Ref8259\r\h[7]。目前，國內的機械式除草機中，除草工作部件多為單翼鏟或者雙翼鏟，也有圓盤式和彈齒式的除草機，但是數量較少REF_Ref9646\r\h[8]。新疆石河子大學的張斌REF_Ref22363\r\h[9]研制出了一種可以實現自動讓樹功能的果園除草機，該除草機核心組成部分有讓樹除草裝置、彈齒耙、動力系統、懸掛系統以及耕深調節裝置。這種除草方式的優點是既可以將果園果樹行間的雜草進行清除，對除去的雜草進行覆蓋以達到減少病蟲害的效果，同時也還可以起到松土、增加土壤中氧氣含量的作用。當前除草機器人當中主要有兩種方式，一種為建模分析的方式，在使用該種方式進行應用時REF_Ref12216\r\h[10]，當圖片信息進入到該系統后就會將其導入相應的三維軟件中，另一種對數字圖像處理技術的應用。南京林業大學的陳勇等人發明了一種可以進行行株間同時除草作業的機器人，其工作原理主要由導航攝像機、雜草識別攝像機、行間及行內除草機構、GPS模塊和控制器組成。在GPS導航系統的控制下，除草機器人沿作物行線行駛作業，當機器視覺系統識別出雜草時，除草機構的末端執行器閉合，執行器底部刀盤以高速旋轉的速度伸入士壤，攪斷雜草根部REF_Ref12866\r\h[11]。當識別出作物時，除草機構的末端執行器張開從而避開作物。我國的除草刀分為幾種，第一種是用還田機進行除草、還田機上的切刀高速旋轉，將雜草切碎還田，這種除草方式，消耗動力大；第二種是旋轉刀盤除草，并排布置的水平刀盤在皮帶輪的帶動下高速旋轉，將雜草切斷，這種除草方式，消耗動力小，作業效率高；第三種是旋耕機除草，旋耕松土的同時，將地面上的雜草掩埋，這種除草方式，效率低；第四種是在旋耕機的刀軸上安裝籠狀除草刀輥，這種除草方式結構簡單，除草成本低。我國避障除草機的避障方式也是五花八門，最初的機器是在除草機后邊站立一個人，手動控制除草刀盤的左右位置，可以達到避障的功能；后來的避障方式進行了改進，在除草刀盤外轉加一個可以回轉的擋圈，擋圈的直徑大于刀盤的回轉直徑，擋圈與機架連接處有旋轉軸，還有一個拉簧，沒有障礙物時，拉簧將刀盤拉到株間。有障礙物時，刀盤被果樹樹干頂開，果樹錯過以后，在拉簧的拉動下，刀盤重新回到株間。近年來，將液壓技術運用到了除草機上，在刀盤前端一個液壓閥的觸發桿，觸發桿在刀盤的行進方向的前端，刀盤在株間行進時，觸發桿先碰到樹干，觸發液壓閥進行刀盤的避礙動作，當觸發桿超過樹干并與樹干脫開后，液壓閥歸位，刀盤回到樹干中間。1.4本章小結通過對比國內外果園避障除草機的的發展歷史及現狀，看到了中國果園除草機器人與歐美發達國家的差距，尤其是在智能化方面，國內的除草避障容易損壞機身或樹干，而國外的智能化程度高，傳感器應用合理，避障效果好。同時根據國內外現狀的分析對比得出了本設計的研究內容，就是對果園除草機器人的機械結構進行設計。第二章果園除草機器人參數的確定根據走仿市場及果園種植戶，實際測量了四款具有避障功能的果園除草機的具體參數，并詳細了解這幾款除草機的優缺點，為接下來的設計提供一定的理論依據。2.1四款避障除草機參數分析廠家及型號配套動力（馬力）刀盤直徑株間/行間避障方式刀盤驅動方式耕幅cm中農博遠9GY-5060-8050cm株間液壓液壓50鑫農9G-2.250以上60cm株間和行間機械機械140哈碼匠RMK151自走2250cm株間和行間機械機械100哈碼匠G.FM150H4540cm株間和行間機械和液壓機械140表2.1四款果園避障除草機參數對比通過表2.1對比以上四款果園避障除草機的配套動力、刀盤直徑、除草位置和避障位置四項參數得出規律，純液壓驅動的除草刀，消耗動力大，耕幅大；幅寬越大，消耗動力越大。因此本設計果園除草機器人的初定參數為幅寬1300mm，耕深30mm，除草刀回轉直徑460mm，刀片數量14把，刀軸轉速270r/min，機組行走速度3-6km/h，除草率90%以上，消耗動力≤50馬力，避障方式為液壓油桿橫向整體移動避障，液壓系統包括齒輪泵、液壓油箱、電磁閥、液壓管路等全部安裝在除草機器人上。避障的觸發方式為光電感應傳感器。避障行程400mm，整機結構如圖2.1。圖2.1整機結構圖2.2整機運動分析計算2.2.1刀軸的運動計算確定整機前進速度與刀軸轉速除草作業時，除草刀軸的旋轉方向與拖拉機車輪的旋轉方向是一致的，因此刀片的絕對速度是刀軸的回轉運轉加上拖拉機向前運動，兩個運動疊加而成的，見圖2.2。為了不產生推土現象，要求刀軸的轉速和拖拉機前進的速度呈一定比例關系，如果拖拉機前進速度過快，就會導致除草機無法入土，無法粉碎雜草；如果拖拉機前進速度過慢，就會導致動力的浪費。圖2.2除草刀動力軌跡分析圖通過查閱農業機械設計手冊REF_Ref24587\r\h[13]得知，刀軸轉速的計算公式為（2.1）式中：n表示刀輥轉速，r/min；VcVmR表示刀軸回轉半徑,m；h表示除茬深度,m上一節確定的作業速度為3-6km/h，一般中型拖拉機的低二檔到低三檔的行進速度是這個范圍，取最大值6km/h，換算成單位m/s（2.2）R取0.23m，這是L型刀片的回轉半徑。上一節確定的除草機耕深選擇0.03m。除草速度Vc綜合計算得到n≥265r/min，上一節的參數中選定的刀軸轉速是270r/min，符合要求。2.2.2刀片數量的計算刀片之間的距離設計100mm，刀片寬度105mm，這樣可以減少漏割，刀片數量計算如下：（2.3）式中：N,刀片總數刀片密度，片/mm，0.01REF_Ref24681\r\h[14REF_Ref24685\r\h-15]刀片在刀軸上的分布長度，mm，根據上節中確定的幅寬為1300經計算可知，刀片數量取14。滿足設計要求。2.2.3除草機總功率的計算除草功率的計算查詢《農業機械設計手冊》中計算功耗的公式：（2.4）式中：PqKr，除草比阻，N/H,除草深度，30mm除草寬度，1300mmvm計算得除草消耗的功率9.4kw查詢相關資料，得知，除草深度30mm左右時，前進消耗功率PX=5kwREF_Ref24809\r\h[16]。由此得知除草機作業消耗的功率P1（2.5）計算得P液壓系統消耗功率P2（2.6）式中：N，液壓系統壓力，kgf/cm2，1MPa≈10.2kgf/cm式中：Q，流量，L/min，（2.7）式中：q，選定的齒輪泵的排量，ml/轉，我們選定的齒輪泵的排量為80ml/轉；我們將齒輪泵設計在變速箱輸出軸上，除草機需要配套的拖拉機后動力輸出轉速為720r/min，變速箱里的錐齒輪速比初定為20/26，因此，齒輪的轉速n（2.8）計算得Q=44034ml/轉=44L/min。計算得液壓系統消耗的功率P2'（2.9）除草機總功率的計算除草機總功率P（2.10）計算得P=28.4kw。配套拖拉機功率的確定通過查閱拖拉機國家標準REF_Ref24880\r\h[17]，我們得知，拖拉機的動力輸出軸標定功率應該不低于發動機標定功率的80%，因此我們可以得到拖拉機額定功率P發的計算公式（2.11）通過功率與馬力換算公式（2.12）得出配套動力為48.28馬力，適配機型應為500或504拖拉機。因此，我們可以驗證擬定的參數是配套功率不大于50馬力，完全可行。2.3本章小結本章主要是對果園除草機器人參數的確定，通過對比四款具有避障功能的果園除草機的優缺點和參數，先擬定一個大概參數，然后對所有參數進行計算，驗證參數的可行性，并進行修改。最終確定的參數是幅寬1300mm，耕深30mm，作業速度3-6km/h，刀軸轉速270r/min，除草率90%以上，配套動力不大于50馬力。在此值得提出的是，選型的參數是配套動力為50馬力，50馬力拖拉機的長度3米左右，寬度1.4米左右，高度近2米，該馬力段拖拉機只能用于新型果園，而傳統的老式果園無法使用，如果老式果園想使用該機，可以摒棄自動避障功能不用，只使用其除草功能。只除掉行間的雜草，這樣的話使用20-25馬力單缸小拖拉機便可以帶動。這樣可以實現果園除草機器人的一機多用。第三章主要零部件的設計與計算3.1整機傳動比的計算我國拖拉機的后動力輸出軸的常用轉速有540/720/760/1000轉，50馬力左右的拖拉機基本上都配有兩個轉速可供選擇，720為常用轉速，因為除草機和拖拉機用萬向節傳動軸連接，動力傳動比為1，所以除草機的輸入軸轉速nz1也為720r/min。故整機的傳動比i為（3.1）圖3.1整機傳動結構示意圖整機的傳動路線如圖3.1所示，拖拉機的動力經輸入小錐齒輪Z1、一軸大錐齒輪Z2、一軸直齒輪Z3、二軸直齒輪Z4、小鏈輪Z5、大鏈輪Z6傳遞給刀軸。其中，小錐齒輪Z1、一軸大錐齒輪Z2、一軸直齒輪Z3、二軸直齒輪Z4全部在變速箱中，與一軸、二軸、軸承、變速箱體等組成變速箱。小鏈輪Z5和大鏈輪Z6以及鏈條在側邊箱中。各輪的齒數如表3.1所示。輪Z1Z2Z3Z4Z5Z6齒數202623231530表3.1各輪齒數表3.2整機傳動各軸功率、轉速和扭矩的確定查詢機械設計冊得知各傳動副的效率如下：圓錐齒輪傳動η1圓柱齒輪傳動η2圓錐滾子軸承η3深溝球軸承η4由式（2-10）計算得知，輸入小錐齒輪Z1的功率PZ1=28.4kw，輸入小錐齒輪Z1的轉速nZ1=720r/min。因此通過功率公式可得出輸入小錐齒輪Z1的扭矩（3.1）一軸大錐齒輪Z2的功率PZ2（3.2）一軸大錐齒輪Z2的轉速nZ1（3.3）一軸大錐齒輪Z2的扭矩TZ2（3.4）由于一直大錐齒輪Z2和一軸直齒輪Z3在同一軸上，為鋼性連接，因此其傳遞功率、轉速和扭矩值一樣。二軸直齒輪Z4的功率PZ4（3.5）二軸直齒輪Z4的轉速nZ4（3.6）二軸直齒輪Z4的扭矩TZ4（3.7）由于二軸直齒輪Z4和小鏈輪Z5同軸，且鋼性連接，因此其傳遞功轉速一樣，由于二軸的左側為小鏈輪Z5，動力向下傳遞給大鏈輪Z6，最終給刀軸，二軸右側傳遞功率給齒輪泵。同式（2-9）計算得知，齒輪泵的功率為P齒為14kw，因此小鏈輪Z5得到的功率PZ5（3.8）小鏈輪Z5的扭矩TZ5（3.9）查閱機械手冊得知，鏈輪鏈條的傳遞功率有兩個，一個是根據工況系數選擇的f1為0.96，第二個是根據小鏈輪齒數系數確定的f2,Z5齒數為15齒，因此查表得f2為0.95大鏈輪Z6的功率PZ6（3.10）大鏈輪Z6的轉速nZ6（3.11）大鏈輪Z6的扭矩TZ6（3.12）變速箱各軸齒輪功率、轉速和扭矩如表3.2輸入軸小錐齒輪Z1一軸大錐齒輪Z2一軸直齒輪z3二軸直齒輪Z4小鏈輪25輸出齒輪z6和輸出軸齒數202623231530功率kw28.426.7226.7225.3911.3910.39轉速r/min720553.85553.85553.85553.85276.92扭矩nm376.69460.73460.73437.80196.40358.31表3.2各輪齒數、功率、轉速、扭矩表3.3齒輪參數的計算3.3.1齒輪材料和精度的選擇齒輪的材質有45、20Cr、40Cr、20CrMnTi、42CrMo等，通過調研農機配件市場得知，旋耕機上的齒輪多采用20CrMnTi，因為其有良好的綜合力學性能。因此本機上的齒輪也選用該材質。齒輪的精度等級選擇8級，8級較7級價格便宜也可以滿足滅茬機上的精度要求。齒輪的粗糙度選擇1.6-3.2。熱處理采用碳氮共滲工藝，滲碳深度0.8-1.2mm，硬度HRC56-60。3.3.2齒輪模數的計算齒數模數的計算流程：計算齒輪傳動比、傳遞扭矩再根據齒面接觸疲勞強度公式計算小齒輪大端分度圓直徑，最后通過大端端面模數公式確定模數。輸入齒輪軸z1和一軸傘齒輪z2的傳動比μ（3.13）通過查詢機械設計手冊中試驗齒輪接觸疲勞極限表得知選取材料的接觸疲勞極限應力（3.14）估算時的安全系數SH（3.15）載荷系數K=1.2齒面接觸疲勞強度公式（3.16）輸入齒輪軸z1的大端模數m（3.17）取整后，mZ1實際大端模數de1（3.18）3.3.3齒寬的計算輸入齒輪軸z1分錐角δ1的計算（3.19）外錐距Re（3.20）查表得齒寬系數為0.3輸入軸齒輪z1的齒寬bZ1（3.22）取整得25mm。3.4二軸尺寸的設計軸的材質選40Cr，熱處理工藝選定為調質處理，硬度為HRC27-30。A值查表得97，軸采用實心軸查閱機械設計手冊得知實心軸危險截面處直徑dZ1（3.23）由此可知，二軸的設計尺寸最小軸徑選擇35mm。軸的結構如圖3.2所示。圖3.2二軸結構圖3.5變速箱材質選擇變速箱安裝在機架上，內部安裝齒輪和軸，是支撐齒輪傳動的重要部件。變速箱常采用鑄鐵箱體，其特點是可承受較大的沖擊力，常用的鑄鐵材質有灰鑄鐵件、球墨鑄鐵件、可鍛鑄鐵件、蠕墨鑄鐵等，這些材質抗拉強度蠕墨鑄鐵最高，但是其成本也最高，綜合強度和使用成本兩方面考慮，我們選擇灰鑄鐵件當作變速箱的材質。查閱資料可知，HT200這個牌號使用的最為廣泛，而且其綜合力學性能非常高，因此選擇HT200灰鑄鐵。3.6懸掛架的設計3.6.1懸掛架尺寸的確定由于確定的配套拖拉機的動力為80馬力，因此通過查詢農業輪式拖拉機后置式三點懸掛裝置第1部分：1、2、3和4類國家標準REF_Ref25018\r\h[18]，得知動力輸出軸功率小于48kw時，選用1類懸掛，懸掛尺寸如圖3.3。圖3.3懸掛尺寸示意圖1類懸掛的下懸掛點跨度l值為683mm，立柱高度h值為460mm，下懸掛點聯接銷直徑22mm,上懸掛點聯接銷孔尺寸19.3mm。3.6.2懸掛架結構的選擇目前我國農機具的懸掛架有兩種類型一種是龍門式懸掛架，如圖3.4；一種是鋼板折彎式懸掛架，如圖3.5，有專門制造龍門懸掛架廠家，根據配套機具不同，龍門懸掛架尺寸也不同；鋼板折彎式的懸掛架根據機具結構自行設計。龍門式懸掛架結構復雜，成本高，但是強度較高，輕量化較好，適用于配套50馬力以上的機具，而鋼板折彎式的懸掛架結構簡單，易于制造，成本低，側向受力時易變形，適用于配套50馬力以下的機具，因此本機型選用鋼板折彎式的懸掛架，使用10mm厚的鋼板折彎焊接而成。圖3.4龍門式懸掛架圖3.5鋼板折彎式懸掛架3.7鏈輪的計算側邊傳動傳輸要從二軸傳遞給刀軸，由于要考慮刀的回轉半徑，和變速箱的底部空間，因此本設計中兩個軸的軸距選擇390mm。此距離有三種方案可以考慮，一是鏈輪傳動，二是齒輪傳動，三是帶輪傳動。我們最終選擇鏈輪傳動，因為鏈輪傳動與帶傳動相比無彈性滑動和打滑現象，平均傳動比準確，工作可靠，相同情況下，對軸的拉力??；鏈輪傳動與齒輪傳動相比又有著明顯的價格優勢。此距離要想使用齒輪傳動至少要4個齒輪，成本較高。鏈輪按節距不同分為10A、12A、16A等，按鏈排數分為單排、雙排和三排甚至更多。理論上節距越大，承受拉力越大，排數越多，承受拉力也越大。但是隨之成本也會升高。因此我們要選擇合理的鏈條及鏈輪型號。根據經驗我們選擇12A雙排鏈條。這里我們用solidworks中的邁迪插件進行鏈輪的生成以及尺寸的計算圖3.5solidworks鏈輪生成界面如圖3.5所示，在邁迪鏈輪界面中輸入12A雙排鏈輪，鏈輪的齒數、功率及轉速就可以計算出鏈條的長度為1.22m，鏈條的速度1.43m/s，實際鏈長節數取整后為64節，小鏈輪的包角為166.73大于最小包角要求，有效圓周力為8104.9N，軸上的拉力9920.63N3.8液壓系統的設計本機的液壓系統的作用主要是給果園機器人的避障提供動力。左右移動靠的是液壓油缸的伸縮來完成的。整個液壓系統全部集成到機器上。液壓系統組成如下圖，包括液壓油箱、齒輪泵、液壓管路、液壓閥、液壓油缸等組成，如圖3.6。圖3.6液壓系統結構圖1.液壓油箱本機的液壓油箱為一個容量20L的液壓油箱，安裝在機架上方，由于液壓油箱高出機架部分，為避免機架左右移動時油箱碰到樹冠，需要將液壓油箱安裝到機架靠左的位置。液壓油箱由箱體、油箱蓋、油口過濾器、出口過濾器、液位顯示器等組成。2.齒輪泵由上一章可知，液壓泵的型號為CBT-E580，泵的排量是80l/r，整個系統的液壓流量是44L/min。3.液壓閥液壓閥是控制整個液壓系統動作的控制元件，液壓閥有手動閥和電磁閥。本機的避障動作全是由機器自己根據環境來執行的，因此本機選用電磁液壓閥，電磁液壓閥的工作原理是通過電磁線圈產生的磁力來推動閥芯的左右移動從而達到液壓換向的功能。由于本機是懸掛式機器，需要用拖拉機來提供動力，因為大部分50馬力以下拖拉機的電器全部為12V，因此本機的液壓電磁閥選用DC12V，由拖拉機蓄電池直接供電。4.液壓油缸液壓油缸是整個避障系統里最關鍵的執行部件，液壓油缸由缸體、活塞桿、導向支撐環、防塵蓋和密封圈組成。見圖3.7。圖3.7油缸結構示意圖本機中的避障要求檢測到樹干時快速規避，理論上規避的速度越快，機具前進的速度才可以越快，因此規避速度是限制機具作業速度的關鍵參數。如下圖所示，L1是光電傳感器離機架的位置，通過查閱文獻資料得知，我國果樹樹干直徑超過300mm的很少，因此我們選擇果樹直徑300進行計算，機器在株間除草作業時，最右側除草刀要超過樹干右側邊緣至少50mm。當光電傳感器檢測到樹干時，立刻給液壓換向閥信號，油缸開始動作進行避障，因為機具前進速度恒定，因此，留給機具避障的時間t（3.24）式中，Vm機具能夠成功避障的條件是，油缸的避障速度VX（3.25）公式經過推導：（3.26）通過上式分析可知，機具行進速度越快，要求油缸移動越快，油缸移動越快，就要求整個液壓系統的流量要增加，整機轉速不變的情況下，就要提高泵的排量，排量越大，價格越高，機器消耗的動力也越大。因此機具的行走速度不宜過快。同時如果增大光電傳感器與機架的安裝距離L1，油缸的移動速度就可以降低，但同時根據經驗，漏耕的面積就會越大，因此本機的安裝距離L1選則750mm。為了適應不同行走速度的拖拉機，在設計機器時，光電傳感器的前后位置應該設計成前后可調節的，見圖3.8。計算得（3.27）圖3.8果園除草機器人與果樹位置關系圖并于漏耕面積的分析，由圖3.9可知，同等機具前進速度下，油缸的避障速度越快，陰影部分的漏耕面積越小。圖3.9不同速度漏耕面積油缸的移動速度取決于液壓系統的排量、油缸內壁直徑D，活塞桿直徑d，見圖3.10。圖3.10油缸尺寸示意圖液壓油從無活塞桿側進入從有活塞桿側出去的速度V無為（3.28）液壓油從有活塞桿側進入從無活塞桿側出去的速度V有為（3.29）式中，Q，液壓系統的排量，m3/s，由式（2-7）得知（3.30）D，油缸內壁，本設計的油缸內壁0.04m活塞桿直徑，本設計的活塞桿直徑0.02m計算得：（3.31）（3.32）因為所選的油缸，滿足避障要求。油缸時要分方向，油缸縮回時要快，油缸伸出時可以適當慢點，所以安裝時伸出的活塞桿一頭在機具行進方向的右側。3.9光電開關傳感器的選型光電開關傳感器是利用光束如近紅外線和紅外線的來檢測、判別物體。通過光電裝置瞬間發射的微弱光束能被安全可靠的準確的發射和接收。光是一種電磁射波，傳遞速度約為300000千米/秒，在發射的一瞬間被其接收，使傳感器快速響應。光電開關的重要功能是能夠處理光的強度變化：利用光學元件，在傳播媒介中間使光束發生變化；利用光束來反射物體；使光束發射經過長距離后瞬間返回。光電開關是由發射器、接收器和檢測電路三部分組成。發射器對準目標發射光束，發射的光束一般來源于發光二極管（LED）和激光二極管。光束不間斷地發射，或者改變脈沖寬度。受脈沖調制的光束輻射強度在發射中經過多次選擇，朝著目標不間接地運行。接收器有光電二極管或光電三極管組成。在接收器的前面，裝有光學元件如透鏡和光圈等。在其后面的是檢測電路，它能濾出有效信號和應用該信號。光電開關傳感器光電開關可分為對射型、漫反射型、鏡面反射型。綜合考慮三種光電開關的特點以及安裝位置，我們選擇漫反射型光電開關傳感器，本設計選擇SULERCH旗下的E3Z-D61-G型光電開關傳感器，電源類型選擇DC12-36V，NPN型，3-60cm照射范圍，響應時間0.5m以下。3.10本章小結本章中對整機的主要參數，如變速箱齒輪和軸的參數進行了計算，對懸掛架、液壓系統的選型進行了說明，對避障油缸的移動速度進行了計算說明。第四章主要零部件強度的校核4.1輸入軸小錐齒輪Z1的齒面接觸疲勞強度校核圖4.1Z1齒輪和Z2齒輪強度條件（5.1）齒面接觸應力（5.2）式中：ZMZHZEZLSZβZKKAKVKHβ,KHαFt，中點分布圓上的切向力，dm1，中點分布圓直徑，lbm，齒中部接觸線長度，μ，齒數比許用接觸應力（5.3）式中：ZNTZLZWZXSHmin中點分度圓上的切向力（5.4）式中，（5.5）上一章中得知，de1=100mm,計算得dm1因此，Ft使用系數查表得KA中點節點線速度Vm（5.6）由8級精度和中心節點線度查表得KVA查表得齒向載荷分布系數KHβe節點區域系數Z端面載荷系數（5.7）查表得K中點區域系數（5.8）式中，查表F1=2，Fdva1，小齒輪當量齒輪頂圓直徑dva2，大齒輪當量齒輪頂圓直徑dvb1，小齒輪當量齒輪根圓直徑dvb2，大齒輪當量齒輪根圓直徑Zv1Zv2計算得：ZM查表得螺旋角系數Zβ錐齒輪系數ZK載荷分配系數ZLS彈性系數ZE試驗齒輪的接觸疲勞極限σ壽命系數ZN潤滑油影響系數Z工作硬化系數ZW尺寸系數ZX最小安全系數SHmin計算得σHP=1454.5MPa由于，通過。4.2輸入軸小錐齒輪Z1的齒根彎曲疲勞強度校核齒根彎曲疲勞強度校核強度條件（5.9）齒面接觸應力（5.10）式中σF0（5.11）KA，KV，KFβ，mmYFa，YYεYKYLS許用彎曲應力（5.12）通用系數KA=1.25，KV=1.045查齒形系數YFa及應力校正系數Y復合齒形系數（5.13）（5.14）復合度系數（5.15）錐齒輪系數（5.16）載荷分配系數（5.17）齒根彎曲應力計算值（5.18）（5.19）查表得齒根彎曲疲勞強度基本值（5.20）長期工作，取壽命系數Y查表得：相對齒根圓角敏感系數Y查表得：相對齒根表面狀況系數Y查表得：尺寸系數Y最小安全系數設定為S許用彎曲應力值（5.21）齒根彎曲強度校核結果通過。第五章結論針對目前果園除草機械化率低、特別是果樹株間除草困難的問題，提出了設計具有避障功能的果園除草機器人來進行果樹株間雜草的清除的解決方案，運用的大學期間學習的機械制圖、理論力學、材料力學、機械原理等專業知識理論，采用調研