山地果园蓄电池驱动单轨运输机传动系统设计

第33卷第19期农业工程学报V ol.33 No.19

34 2017年10月Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering Oct. 2017

山地果园蓄电池驱动单轨运输机传动系统设计

刘岳1,3,4,5，李震1,3,4,5,※，洪添胜2,3,4,5，

吕石磊1,3,4,5，宋淑然1,3,4,5，黄双萍1,4,5

（1. 华南农业大学电子工程学院，广州 510642；2. 华南农业大学工程学院，广州 510642；

3. 国家柑橘产业技术体系机械研究室，广州 510642；

4. 广东省农情信息监测工程技术研究中心，

广州 510642；5. 广州市农情信息获取与应用重点实验室，广州 510642）

摘要：为解决将传统的蜗轮蜗杆传动机构应用于山地果园蓄电池驱动单轨运输机所带来的机械效率低的问题，该文设计了一种基于蜗轮蜗杆的双路传动链传动系统，该系统采用电动机为动力源，通过蜗轮蜗杆传动链和链条传动链两路并联传动链传递动力；两路传动链之间相互独立，根据运输机的运动状态，运用STM32内嵌控制程序对电磁离合器状态进行切换。文中分析了该系统的传动原理、关键零部件设计及机械传动效率，设计输出转速为44～131.18 r/min。采用尤奈特MY1020ZXF-75048 V电机作为动力源，4个12V40AH天能蓄电池串联作为能源，由NMRV040减速器（海格尔控股有限公司）、超越离合器与各型链轮组成双路并联传动链，并运用功率流分析法得出该系统平地与上坡运行状态下输出扭矩为44.352 N·m、输出转速为86.318 r/min、输出功率为609.31 W；下坡与反向运行状态下输出扭矩为105.760 N⋅m、输出转速为28.953 r/min，输出功率为487.342 W。结果表明，该系统结合了链传动的高效性与蜗轮蜗杆传动的自锁优势，在平地与上坡运行中理论机械效率为81.2%，下坡与反向运行中理论机械效率为60.5%。该研究可为山地果园蓄电池驱动单轨运输机提升机械效率提供参考。

关键词：农业机械；果园；运输；山地区域；单轨运输机；传动系统；机械效率；设计

doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2017.19.005

中图分类号：S229+.1 文献标志码：A 文章编号：1002-6819(2017)-19-0034-07

刘岳，李震，洪添胜，吕石磊，宋淑然，黄双萍. 山地果园蓄电池驱动单轨运输机传动系统设计[J]. 农业工程学报，2017，33(19)：34－40. doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2017.19.005

Liu Yue, Li Zhen, Hong Tiansheng, Lv Shilei, Song Shuran, Huang Shuangping. Design of drive system for battery-drive monorail transporter for mountainous orchard[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2017, 33(19): 34－40. (in Chinese with English abstract)

doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2017.19.005

0 引 言

中国柑橘等南方水果作物大多种植于山地丘陵，立地条件差，难以形成较完善的交通运输网，导致常规运输车难以在该环境下推广使用[1-6]。近年来，为解决这一问题，加快推进山地果园机械化进程，国家柑橘产业技术体系机械研究室研制了山地果园链式循环货运索道[7]、山地果园双轨运输机[8]、山地果园单轨运输机[9-10]、山地果园无轨运输机[11-12]等山地果园运输机械。其中山地果园单轨运输机因其结构简单、经济性好、铺设轨道灵活且对果园地形破坏最小、具有良好的延展性，不受地形因素影响，且转弯半径小等特点，在山地果园机械化运输中的应用较为广泛[13-14]。

收稿日期：2017-05-11 修订日期：2017-09-22

基金项目：国家现代农业柑橘产业技术体系专项资金（CARS-26）；广东省高等学校优秀青年教师培养计划项目（Yq2013028）；广东省科技计划项目（2016A020210093, 2014A020208112）

作者简介：刘岳，湖南岳阳人，主要从事山地果园单轨运输机研究。Email：liuyue@

※通信作者：李震，广东广州人，教授，博士，主要从事机电一体化技术应用研究。Email：lizhen@

现有的自走式山地果园单轨运输机多采用齿轮齿条驱动[15-16]，根据动力源不同可以分为以电动机为动力的山地果园单轨运输机和以内燃机为动力的单轨运输机2种[17]。为了控制单轨运输机下行速度，提升运输机的安全性，电动单轨运输机传动系统多采用单一的蜗轮蜗杆传动控速，或利用行车制动实现下坡控速[18]。对于采用行车制动实现下坡控速的单轨运输机，虽然能够实现速度可控，但是制动片易损耗，且频繁的制动会使制动片产生热衰退从而使行车制动削弱。对于只采用蜗轮蜗杆传动的单轨运输机，可以实现下坡严格控速，并且较行车制动具有良好的耐久性，但单轨运输机在平地与上坡运行时其机械效率相对较低。

该文针对齿轮齿条驱动且驱动轮在单轨道下方的单轨运输机，设计了一种基于蜗轮蜗杆传动的双路传动链的传动系统，并研制了该传动系统试验台进行试验。该传动系统运用了STM32内置程序，控制两个电磁离合器状态，实现不同运行状态下的动力切换，解决了电动机输出功率转换效率低和单轨运输机下坡控速问题。

1 总体结构与工作原理

该传动系统由直流电动机、蜗轮蜗杆减速器、电磁