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田间单轨运输机的开发研究

时间:2020-09-16 来源:湖北工业大学 本文字数:4804字
作者:李超 单位:湖北工业大学
  摘  要
  
  地大物博,山川辽阔是我国的一个标签。在这种地形环境中进行货物运输我们首先要考虑安全和环保。设计一款即安全又环保的田间单轨运输机成为我们迫切的需求。以湖北恩施地区特殊地形为研究对象,我们拟设计一种山地果园单轨运输机。它可以实现不小于 4.2m 的转弯半径,最大 360kg 的承重能力和 46°的最大爬坡能力,以完成短途货物运输。经实地考察,设计了一种适合该地形的田间单轨运输机设计与实现的方案,完成了车身结构,重要零部件、EPB 系统方案和轨道的设计,并对样机进行了稳定性和可靠性分析。通过分析结果对运输机进行了优化设计。


田间单轨运输机的开发研究
  
 
  通过对运输机的发展现状,运输车的车身结构、轨道、动力装置、国家设计标准及其他有关数据的收集、分析和研究,梳理和总结了我国及国外工业发达国家田间单轨运输机相关设计的理论和试验数据,为设计在特殊地形条件下运行的田间单轨运输机的设计和实现提供较为牢固的理论和实践基础。利用 Creo、CAD、Mold Flow 等CAE 软件对运输机进行结构设计、建模及优化,大大提高了设计过程的可靠性,提高设计效率并且减少设计经费。在设计过程中,进行了许多数据分析和计算,例如材料选择,载荷分布,动态和静态疲劳强度,动态和静态弯曲强度计算等。利用这些数据,先在理论上进行了可行性设计保证了所设计的运输工具的实用性,然后进行试验验证理论结果是否合理,利用实验数据进一步对运输机进行优化设计。研究的主要内容如下:
  
  1.田间单轨运输机的结构分析,以及关键部件的结构分析与设计。
  
  2.田间单轨运输机 EPB 系统的设计、轨道的设计、啮合机构设计、支撑机构以及连接机制设计等。
  
  3.田间单轨运输机工作状态下负载、空载性能稳定性分析,并利用分析结果对设计部件进行优化设计。
  
  4.田间单轨运输机试验,通过现场试验进一步验证运输机的性能,总结归纳理论数据与试验数据的差异,为今后的进一步优化提供实践基础。
  
  关键词:   田间单轨运输机;EPB 系统;轨道;载荷;稳定性 。
  
  Abstract
  
  The land is vast, and the vast mountains and rivers are a label of our country. We must  first  consider  safety  and  environmental  protection  for  cargo  transportation  in  this terrain  environment.  It  is  our  urgent  need  to  design  a  field  monorail  transporter  that  is safe  and  environmentally  friendly.  At  present,  there  are  few  applications  for  field monorail  transport  in  China.  Field  monorail  transport  operating  in  mountainous  areas and woodland areas still has a lot of room for improvement in China. Taking the special terrain  of  the  Enshi  area  in  Hubei  as  the  research  object,  we  designed  a  mountain  rail orchard monorail transporter.  It can achieve a minimum turning radius of not less than 4.2m, a maximum load-bearing capacity of 360kg and a maximum climbing capacity of 46°  to  complete  short-distance  cargo  transportation.  In  the  field  investigation  and research, through inductive summaries, field investigation feasibility analysis and other methods,  a  complete  set  of  field  monorail  transporter  design  and  implementation  plan was  designed,  and  the body  structure,  important  parts,  EPB  system  plan and  guide rail design were completed. And the stability and reliability analysis of the prototype. Based on the analysis results, the transport plane was optimized.
  
  Through  the  collection,  analysis  and  research  of  the  development  status  of  the transport aircraft, the body structure of the transport vehicle, the track, the power device, the national design standards and other relevant data, the theory and research of the field monorail  transport  aircraft  design  in  China  and  foreign  industrial  developed  countries are  summarized  and  summarized  To  provide  a  solid  theoretical  and  practical  basis  for the design and implementation of field monorail transporters designed to operate under special terrain conditions. The use of CAE software such as Creo, CAD, Mold Flow to carry  out  structural  design,  modeling  and  optimization  of  the  transport  aircraft  greatly improves  the  reliability  of  the  design  process,  reduces  blindness,  improves  design efficiency  and  reduces  design  costs.  In  the  design  process  using  various  data,  the feasibility design is carried out in theory, thus ensuring the practicality of the designed transportation means. The main contents of the study are as follows:
  
  1.  Structural  analysis  of  field  monorail  conveyors,  and  structural  analysis  and design of key components.
  
  2.  Design  of  EPB  system,  track  design,  meshing  mechanism  design,  support mechanism and connection mechanism design of field monorail transporter.
  
  3. The stability analysis of the load and no-load performance of the field monorail transporter in  working condition, and use the analysis results to optimize the design ofthe design components.
  
  4.  Field  monorail  transport  aircraft  test,  further  verify  the  performance  of  the transport aircraft through field tests, summarize the differences between the theoretical data and the test data, and provide a practical basis for further optimization in the future.
  
  Keywords:   Monorail transport; track;EPB Syestem; load; stability.
  
  第 1 章  绪论
 
  
  1.1  课题来源

  
  本课题来源于湖北工业大学横向项目“田间单轨运输机研发及销售”。该产品主要以湖北恩施地区的地形为研究对象,设计出符合当地地理形势的单轨道运输机械以满足果农对山区种植的水果进行种植、采摘、施肥等作业。
  
  1.2  立题背景和意义
  
  中国是森林覆盖面积较大的一个国家。山区占该国总面积的三分之二以上,山区几乎占该市总面积的一半。山区地形复杂,土地经常被河流,沟壑,丘陵和山谷分隔,地形高度差较大,非常不利于公路交通建设。同时,中国的森林生态系统面积很大,目前使用的运输工具会对森林造成不同程度的破坏,需要使用这些工具来建立,开阔道路或铺平道路,这既困难又昂贵。因此,有必要开发一种既能满足特殊地形运输要求又能节省资源,安全和环保的运输方式,运输机已成为非常合适的选择。
  
  在这些地区,有大片山脉,林地和其他常规运输工具无法开车,这在一定程度上限制了他们的生产,生活和经济发展。为了实现货物的短距离运输,运输商只是为这种区域的运行提供了一种可能的方式。迫切需要果园运输机减轻劳动强度,提高农民的劳动热情,增加果园产量,降低采摘和运输成本,实现现代农业的机械化。中国南方的大多数果树都种植在山区。由于地形的限制,传统的公路运输(拖拉机等)无法正确满足运输要求,并且存在一定的风险。在山上的栏杆上配备适当的运输机,您可以方便,安全地运输水果和肥料。当前使用的轨道是单轨,双轨,悬架等。主要应用是煤矿运输,过山车轨道,工厂悬架轨道等。铁路运输中有直线和弧形轨道,比弧形轨道更实用,但是弧形轨道也受到许多因素的限制。因此,如果能够克服这些问题,那么这种弯轨输送机应该能够满足市场需求。
  
  目前,我国有大片地区常规运输车辆无法正常行驶,例如高山和林地。单轨运输为这种区域提供了一种可能的运输方式。重庆承重运输机的问世填补了我国运输机历史上的空白。以国家984项目为例,以恩施地区为例,设计了一种可以自由转弯的运输车,其额定载重量为360kg,通过铺设轨道可以实现46°的爬坡度,从而实现了短距离运输。货物的远距离运输。本文提出了一种可行的运输机结构设计方案,包括通过实地考察和总结等方法,对运输机的车体结构、车轮和车道进行设计。
  
  1.3  国内外研究现状
  
  1.3.1  国外研究现状

  
  国外对山果园运输机械的研究始于中国。1824年初,世界上第一条单轨铁路诞生在英国伦敦的码头上。轨道是木制的轨道。运输货物时,用马将车辆向前拉。1888 年,蒸汽机车被用作拖拉机,并且在爱尔兰开始出现使用动力车拖曳单轨车辆的现象。1903 年,至今仍在德国伍珀塔尔开放并使用了悬挂式单轨运输系统。
  
  单轨车辆始于欧洲,但在日本迅速发展。1957 年12 月,悬挂式单轨系统在东京上野动物园诞生,使其成为日本第一个单轨系统。1977 年,日本开始研究用于在森林中运输树木的单链运输机。森林的地形非常复杂,有许多山丘。使用山区单轨运输机的轨道可以位于森林中的任何地方,以解决木材运输问题。日本还积极开发一种多用途的山果园单轨系统,该系统可在果园内执行施肥,喷洒和运输作业。日本还开发了基于单轨的两轨运输车辆。双轨运输车辆比单轨运输车辆更重要,它们更稳定且操作成本更低,但是与单轨运输车辆相比,履带在果园面积更大,安装难度更大。[1]
  
  【由于本篇文章为硕士论文,如需全文请点击底部下载全文链接】
  
  1.3.2、国内研究现状.
  1.3.3、因内外研究现状总结.
  1.4、研究内容及技术路线.
  1.4.1 、主要研究内容
  1.4.2、技术路线
  1.5、本章小结
  
  第2章、田间单轨运输机总体结构设.
  
  2.1、运输机的总体设计要求.
  2.1.1、技术要求.
  2.1.2、功能要求
  2.2、运输机总体结构分析.
  2.3、运输机各部件结构分
  2.4、本章小结
  
  第3章、田间单轨运输机关键机构的部件设.
  
  3.1、 功能与设计目标.
  3.2、运输机EPB系统传动方案设计.
  3.3、车体结构设计
  3.2.1、车体的功能要求
  3.2.2、车体结构的承载形式
  3.2.3、结构和尺寸设计.
  3.2.4、材料选择
  3.4、轨道设计
  3.4.1、设计原则
  3.6、本章小结
  
  第4章、田间单轨运输机稳定性分析及支撑相构
  
  4.1、运输机空载、负载工作条件下的稳定性分析
  4.1.1、空载、负载情况下平道支撑立杆和斜杆的稳定性分析
  4.1.2 、空载、负载情况下弯道支撑立杆、斜杆的稳定性分析.
  4.1.3、空载、负载有坡度情况下支撑机构的稳定性分析
  4.2、运输机弯道、平道运行载荷计算
  4.2.1、剪力和弯矩计算.
  4.3、基于稳定性和载荷分析后的轨道及支撑机构优化设计.
  4.3.1、支撑装置特点
  4.3.2、支撑立杆与斜杆长度设计
  4.3.3、支撑立杆与斜杆安装设计
  4.3.4、轨道连接设计.
  4.4、本章小结
  
  第5章、田间单轨运输机样机试验
  
  5.1、单轨运输机试验.
  5.1.1、轨道试验.
  5.1.2、最高速度测
  5.1.3、制动距离测
  5.1.4、坡道制动性能测.
  5.1.5、燃油.
  5.1.6、可靠性试
  5.2、本章小结.

  第 6 章  总结

  本机器适用于林地、山地等无路地段。本文结合相关标准展开结构设计,与运输机系统的设计配合完成完整的运输机。根据预设目标对核心部件展开详尽的理论研究,并与实际测试结合,以确定运输机的最佳性能参数,从而对单轨运输机进行优化设计。

  1.  对田间单轨运输机进行了结构优化设计,提出了 EPB 控制系统并对其传动方案和结构进行了设计。设计完成的运输机能够达到最大转弯半径4.2m、上坡最大负载能力360kg、下坡最大负载能力420kg、最大爬坡度46°、最小转弯半径4.2m。

  2.  完成了运输机体设计。设计了1280mmx600mmx1000mm的具有三个横支架和6个纵支架的货运台车车体。

  3.  为运输机设计了EPB传动方案,从而实现运输机自我状态的监测。提高田间单轨运输机的安全稳定性。为运输机设计了轨道,每节轨道宽度H=55mm,长度L=3100mm,截面积为E=7.135cm?,壁厚t=4.2mm的35号钢空心型钢。支撑装置采用圆形热轧无缝钢管,材料Q235,桩基深度810mm,并设有止沉台。

  4.  对田间单轨运输机进行了稳定性分析。在空载和负载两种情况下,对平道、弯道、坡道三种不同情况进行受力分析,并从数据分析角度,校核评价了田间单轨运输机的稳定性。

  5.  对田间单轨运输机进行了实操作业,通过试验数据,对比理论分析。为运输机进一步优化设计提供数据和理论基础。

  参考文献.

  原文出处:田间单轨运输机的设计与实现[D]. 李超.湖北工业大学 2020
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