精確對靶施藥室內(nèi)測試系統(tǒng)的改進設計論文[帶圖紙]

1、<p><b>　　南京林業(yè)大學</b></p><p><b>　　本科畢業(yè)設計</b></p><p>　　題 目： 精確對靶施藥室內(nèi)測試系統(tǒng)的改進 設計 </p><p>　　學 院： 機械電子工程學院 </p><p>　　專 業(yè)： 機械設計制造及

2、其自動化 </p><p>　　學 號： </p><p>　　學生姓名： </p><p>　　指導教師： </p><p>　　職 稱： 副 教 授 </p><p><b>　　致 謝&

3、lt;/b></p><p>　　四年的讀書生活在這個季節(jié)即將劃上一個句號，而于我的人生卻只是一個逗號，我將面對又一次征程的開始。四年的求學生涯在師長、親友的大力支持下，走得辛苦卻也收獲滿囊，在論文即將付梓之際，思緒萬千，心情久久不能平靜。偉人、名人為我所崇拜，可是我更急切地要把我的敬意和贊美獻給一位平凡的人，我的導師。我不是您最出色的學生，而您卻是我最尊敬的老師。您治學嚴始進入課題到論文的順利完成，有多少

4、可敬的師長、同學、朋友給了我無言的幫助,在這里請接受我誠摯謝意！人生的道路有許多的坎坷，不是一 條 通 往光明之路，有痛苦，有傷心，有無助，也有面對一切所不能忍受的，這就是生活。但是生活中確實有許多美好的東西，有些時候你不會看到它的本身的色彩，如果你用這一種方式感受不到的話，不妨換一種方式去感受，也許它正是你所需要的那謹，學識淵博，思想深邃，視野雄闊，為我營造了一種良好的精神氛圍。授人以魚不如授人以漁，置身其間，耳濡目染，潛移默化，使我

5、不僅接受了全新的思想觀念，樹立了宏偉的學術目標，領會了基本的思考方式，從論文題目的選定到論文寫作的指導經(jīng)由您悉心的點撥再經(jīng)思考后的領悟常常讓我有“山重水復疑無路柳暗花明又一村”感謝我的</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　精確對靶施藥作為農(nóng)作物、樹木等主要的除病蟲害方式，在我國植保措施中具有著十分重要的作用。本文根據(jù)對靶施藥的發(fā)展，簡單的

6、闡述了它的研究現(xiàn)狀；通過對靶施藥的類型和改進的方式詳細地介紹了對靶施藥的發(fā)展狀況；分析了對靶施藥現(xiàn)狀存在的一些問題，針對這些問題，提出了未來的發(fā)展趨勢；最后對精確對靶施藥室內(nèi)測試系統(tǒng)的改進進行了總結與設想，并對其報以美好的祝愿。</p><p>　　Summary: Precisely target pesticide application way as crops, trees and other major

7、 addition to pests and diseases, plant protection measures in China has a very important role. Based on the development of on-target pesticide application, there will be a brief explanation of the Research; detailed desc

8、ription of the state of development of the target pesticide application by the type of the target pesticide application and improved; analysis of the status of the target pesticide application exis</p><p>&l

9、t;b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1 緒論</b></p><p>　　1.1精確對靶施藥概念及技術思想</p><p>　　1.2研究背景意義及主要研究內(nèi)容</p><p>　　1.2.1國內(nèi)外精確對靶施藥研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢</p><p>　　1.

10、2.2本文的主要研究內(nèi)容及研究意義</p><p><b>　　1.3 本章小結</b></p><p>　　2精確對靶施藥室內(nèi)試驗測試系統(tǒng)的總體設計及零部件強度校核</p><p>　　2.1精確對靶施藥室內(nèi)測試系統(tǒng)工作原理及組成部分</p><p>　　2.2運動模擬部分設計及校核</p><p

11、>　　2.2.1傳動方案的確定</p><p>　　2.2.2電動機的選擇</p><p>　　2.2.3傳動設計計算</p><p>　　2.2.4帶輪的強度校核</p><p>　　2.2.5軸的設計及校核</p><p>　　2.2.6精確校核軸的疲勞強度</p><p>　　2.2

12、.7張緊螺栓的選用及校核</p><p><b>　　2.3本章小結</b></p><p>　　3 實驗臺具體單元設計</p><p>　　3.1運動臺架的設計</p><p>　　3.2電動機架的設計</p><p>　　3.3噴頭移動組合臺架的設計</p><p>　

13、　3.3.1噴頭的橫向移動性 </p><p>　　3.3.2噴頭的縱向移動性</p><p>　　3.4攝像頭的多方位拍攝改進設計</p><p>　　3.5變頻器調控板的安放設計</p><p>　　3.6水泵的位置優(yōu)化</p><p><b>　　3.7本章小結</b></p>

14、;<p>　　4藥液的回收利用設計</p><p>　　4.1利用泵實現(xiàn)藥液的循環(huán)利用</p><p>　　4.2集水容器的設計處理實驗后藥液</p><p>　　4.3精確對靶施藥室內(nèi)測試系統(tǒng)功能的實現(xiàn)</p><p><b>　　4.4本章小結</b></p><p>　　5主要

15、研究結論及進一步研究建議</p><p><b>　　5.1主要研究結論</b></p><p>　　5.2進一步研究建議</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p><b>　　附錄</b></p><p><b>　　1

16、 緒 論</b></p><p>　　1.1 精確對靶施藥概念及技術思想</p><p>　　自新中國成立以來，在黨和政府的領導下，我國的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)取得了很大的成就，在這可觀的成就中，施藥技術功不可沒，但是人們在使用農(nóng)藥過程中存在著很多問題，比如施藥過程中忽視田間病蟲草害發(fā)生差異性和作物信息的差異性以及使用手段落后等，由于上述的問題而使大量的農(nóng)藥流失到非靶標環(huán)境中，造成人畜中毒

17、和嚴重的環(huán)境污染，導致食品的污染和生態(tài)失衡。其主要原因是噴灑出去的農(nóng)藥只有很少的部分達到要防治的靶標上。Metcalf做了估算，從施藥機械噴灑出去的農(nóng)藥只有25％～50％能沉積到作物葉片上．只有不足0.03％的藥劑能起到殺蟲作用。這個問題在我國非常突出，目前我國化學防治面積已達2.87億hm2，并且還在以每年0.13億hm2的速度增長，每年我國都有100萬t的農(nóng)藥制劑，1億t藥液噴灑到農(nóng)田中，由于使用不當，造成的經(jīng)濟損失達數(shù)億元。我國農(nóng)

18、藥生產(chǎn)技術處予國際先進水平，而我國植保機械和農(nóng)藥使用技術嚴重落后的現(xiàn)狀與我國高速發(fā)展的農(nóng)藥水平極不相稱，已嚴重妨礙了農(nóng)作物病蟲害的防治，帶來了諸如農(nóng)藥利用率低、農(nóng)產(chǎn)品中農(nóng)藥殘留超標、環(huán)境污染、作物要害、操作者中毒等負面影響。在我國，農(nóng)藥利用率最好的也不足30％，農(nóng)藥流失量高達</p><p>　　1.2 研究背景意義及主要研究內(nèi)容</p><p>　　1.2.1 國內(nèi)外精確對靶施藥研究現(xiàn)

19、狀及發(fā)展趨勢</p><p>　?。?） 國外的國外精確對靶施藥技術的發(fā)展情況</p><p>　　技術發(fā)達，技術應用廣泛，Yang Chun-Chieh等用人工神經(jīng)網(wǎng)絡和模糊控制對除草劑的施用量進行了模擬控制，試驗結果證明除草劑的對靶覆蓋率為80％～90％[13]；美國伊利諾依大學 (University of Illinois at Urbana—Champaign)農(nóng)業(yè)工程系田磊等人

20、開發(fā)的“基于機器視覺的西紅柿田間自動雜草控制系統(tǒng)”和“基于差分GPS的施藥系統(tǒng)”；美國加利福利亞大學戴維斯分校(University of California at Davis)研制的基于視覺傳感器對成行作物實施精量噴霧系統(tǒng)等。與此同時，理論知識也得到了相當?shù)姆e累，提出了許多用于作物雜草識別、決策控制的算法[13]。</p><p>　　（2） 國內(nèi)精確對靶施藥技術的發(fā)展情況</p><p&

21、gt;　　相對于外國而言，我國在這方面科研投入比較少，近年來也很多新的技術在新起，其中研究的主要有：機器人技術，中國農(nóng)業(yè)大學應用機器人技術完成溫室精確對靶機器人，此系統(tǒng)適合在溫室中使用，可節(jié)省農(nóng)藥，并且在整個操作過程中，人可以處于溫室外操作，不會因為農(nóng)藥對人體產(chǎn)生危害。紅外傳感探測技術，中國農(nóng)業(yè)大學的鄧巍等人也對自動對靶噴霧的紅外探測作了研究，主要確定了靶標特征波長，并建立了自動對靶噴霧的紅外探測系統(tǒng)。單片機控制技術，中國農(nóng)業(yè)大學的吳澤

22、秫等人研究出一種基于AVR單片機的自動對靶噴霧控制系統(tǒng)，實驗證明此系統(tǒng)運行穩(wěn)定，在一定速度范圍內(nèi)能實現(xiàn)精確對靶，從而大大提高了農(nóng)藥的利用率。機器視覺技術，南京林業(yè)大學的葛玉峰等人設計了一套基于機器視覺的室內(nèi)農(nóng)藥自動精確噴霧系統(tǒng)，實驗證明此系統(tǒng)在低速狀態(tài)下，有80％左右的藥液擊中目標，顯著提高了噴藥的準確性，節(jié)省了大量農(nóng)藥[6]。</p><p>　　（3） 總體研究現(xiàn)狀</p><p>　

23、　國內(nèi)外的同類研究日星月異，隨著時間的推移產(chǎn)生了很多新型技術，其中有以下幾種：</p><p><b>　　1、機器人技術。</b></p><p>　　機器人技術有三個特點，一個是有類人的功能，比如說作業(yè)功能，感知功能，行走功能，還能完成各種動作，它還有一個特點是根據(jù)人的編程能自動的工作，這里一個顯著的特點，就是可以通過編程，改變它的工作、動作、工作的對象，和工作的

24、一些要求，它是人造的機器或機械電子裝置。中國農(nóng)業(yè)大學應用機器人技術完成溫室精確對靶機器人，對靶噴霧機器人整體結構包括移動平臺、機械臂、病害信息診斷及變量噴嘴4個主要組成部分。</p><p>　　2、紅外傳感探測技術。</p><p>　　所謂的紅外探測技術是利用紅外線的漫反射來完成對靶標的位置探測，即靶標存在時，紅外線接收管能接收到紅外線；當靶標不在時，紅外線接收管則接收不到紅外線。中國

25、農(nóng)業(yè)大學的鄧巍等人也對自動對靶噴霧的紅外探測作了研究，主要確定了靶標特征波長，并建立了自動對靶噴霧的紅外探測系統(tǒng)。</p><p>　　3、單片機控制技術。</p><p>　　單片機誕生于20世紀70年代末，自單片機問世以來，經(jīng)過不斷改進，逐漸發(fā)展為低功耗、小體積、大容量、高性能、低價格和外圍電路內(nèi)裝化。單片機的實時數(shù)據(jù)處理能力和控制功能，可使系統(tǒng)保持在最佳工作狀態(tài)，提高系統(tǒng)的工作效率和

26、產(chǎn)品質量。中國農(nóng)業(yè)大學的吳澤秫等人研究出一種基于AVR單片機的自動對靶噴霧控制系統(tǒng)。實驗證明此系統(tǒng)運行穩(wěn)定，在一定速度范圍內(nèi)能實現(xiàn)精確對靶，從而大大提高了農(nóng)藥的利用率。</p><p><b>　　4、機器視覺技術。</b></p><p>　　在對靶噴霧系統(tǒng)中，機器視覺技術使用計算機視覺系統(tǒng)來模擬人眼的視覺功能，通過攝像機等圖像采集裝置得到目標區(qū)域的圖像信息，通過對

27、目標圖像的信息加以處理，最終用于實際測量和控制等。南京林業(yè)大學的葛玉峰等人設計了一套基于機器視覺的室內(nèi)農(nóng)藥自動精確噴霧系統(tǒng)，此系統(tǒng)利用機器視覺技術采集實時樹木圖，通過對圖像的處理完成對目標樹木的分割與識別，再以圖像信息來指導噴藥裝置，達到精確施藥的目的[12]。</p><p>　　目前，在噴霧機上應用注入式混藥系統(tǒng)、過濾系統(tǒng)、自清洗系統(tǒng)、無人駕駛噴霧機技術及風送噴霧、靜電噴霧、防漂移噴頭、防風屏等技術，使噴霧機

28、在更新結構，提高安全性能、藥液在靶標上的附著率以及防治霧滴漂移方面都取得了明顯的效果。低量噴霧和微量噴霧通過減少霧滴直徑的方法來提高噴霧質量，有效地減少了常量噴霧對環(huán)境的污染。進入21世紀后，在噴霧機上應用圖像識別技術和3S技術使自動對靶噴霧技術取得突破性進展。自動對靶噴霧技術主要有基于地理信息技術和實時信息采集與處理2種系統(tǒng)。自動對靶施藥機械能夠根據(jù)靶標的有無和靶標特征的變化有選擇性地對靶施藥，有效地提高農(nóng)藥在作物上的附著率，明顯地減

29、少農(nóng)藥在非靶標區(qū)域的沉降，獲得了較好的施藥效果，能夠降低生產(chǎn)成本和減少農(nóng)藥對環(huán)境的污染[13]。</p><p>　　1.2.2 本文的主要研究內(nèi)容及研究意義</p><p>　　本文的主要研究內(nèi)容如下：</p><p>　?、?測繪現(xiàn)有試驗臺架。</p><p>　?、?在保持現(xiàn)有試驗臺架基本型式不變的基礎上重新設計帶傳動結構。<

30、/p><p>　?、?設計攝像頭與傳動臺架的可調距離裝置。</p><p>　?、?設計噴頭立體組合裝置。</p><p>　?、?建立試驗臺架的三維模型，并對運動模擬單元進行運動仿真。</p><p>　?、?組裝試驗臺架。</p><p>　　2008年，我國設施蔬菜產(chǎn)量1.68億噸，占全國蔬菜產(chǎn)量的25％，發(fā)

31、展設施農(nóng)業(yè)已經(jīng)成為障食品供應、增加農(nóng)民收入的有效途徑。但目前設施農(nóng)業(yè)中的病蟲害種類和數(shù)量越來越多，程度越來越嚴重，防治越來越困難的趨勢。因此，精準對靶施藥新型機械將有效地控制溫室蔬菜病蟲害發(fā)展、減少農(nóng)藥用量和保證蔬菜產(chǎn)量安全[15]。當前我國森林病蟲害嚴重制約了造林綠化和生態(tài)環(huán)境建設，但病蟲害防治效率卻是相當?shù)拖碌模菏┧幖夹g落后，不管有無施藥目標都采用均勻恒速的施藥方法，而沒有考慮到林木的栽植密度、株距及樹冠形態(tài)等個體差別；施藥器材落后

32、，無論是施藥器材的藥液混合裝置、動力裝置還是噴霧裝置，其機械化、自動化、精確化程度都相當?shù)汀Ｂ浜蟮姆乐问侄问罐r(nóng)藥的利用率低，花費大；農(nóng)藥殘留、農(nóng)藥霧滴漂移加重了環(huán)境的生態(tài)問題；直接和頻繁接觸農(nóng)藥危及到操作者的人身安全。精確林業(yè)技術提供了解決的辦法，即在林業(yè)生產(chǎn)的過程中運用視覺傳感器、衛(wèi)星定位等高新技術，在作業(yè)過程中實時測知工作對象所需工作的質量和時機等時空數(shù)據(jù)，以求獲得最好的施藥效果和最小的環(huán)境代價，從而節(jié)約資源保護環(huán)境[8]。對農(nóng)藥對

33、靶噴施進行系統(tǒng)設計以便實現(xiàn)農(nóng)藥的精確利用，降低對環(huán)境</p><p><b>　　1.3 本章小結</b></p><p>　　本章介紹了精確對靶施藥的概念及其研究背景和發(fā)展趨勢，讓我們認識精確對靶施藥研究的未來發(fā)展帶來的優(yōu)勢，精確對靶施藥內(nèi)容的闡述讓我們認識發(fā)展方向確定發(fā)展的道路，讓我們努力學習，為以后的研究奠定知識的基礎。</p><p>

34、　　2 精確對靶施藥室內(nèi)試驗測試系統(tǒng)的總體設計及零部件強度校核</p><p>　　2.1 精確對靶施藥室內(nèi)測試系統(tǒng)工作原理及組成部分</p><p>　　工作原理：模擬施藥過程中施藥器材和施藥目標之間的相對運動；利用機器視覺技術采集實時樹木圖像，通過圖像處理完成目標樹木的分割與識別；以圖像處理結果為依據(jù)進行施藥決策；上位機PC和下位機單片機進行數(shù)據(jù)交換，將決策結果轉化為噴霧指令，并控制噴

35、霧執(zhí)行系統(tǒng)實現(xiàn)自動精確噴霧。</p><p>　　組成部分：運動模擬實驗臺、彩色CCD攝像頭、真彩色圖像采集卡、PC機(上位機)、單片機芯片組(下位機)、智能噴霧臺(包括噴頭若干和安裝噴頭的噴霧臺架、壓力噴霧系統(tǒng))及若干接口線路，共分為運動模擬裝置、圖像采集裝置、自動精確施藥裝置三部分。</p><p>　　2.2 運動模擬部分設計及校核</p><p>　　2.

36、2.1傳動方案的確定</p><p>　　已經(jīng)傳到機構的類型為：同步皮帶（傳送帶），故只要對本機構進行分析論證本傳到機構的特點：與鏈條比較，形態(tài)上自由度變大；主要用于輕載；皮帶輪轉動一圈的移動量包含π值，因此需要修正。</p><p>　　2.2.2 電動機的選擇</p><p>　　1.電動機類型和結構的選擇:</p><p>　　因為本傳

37、到工作的狀況是：載荷平穩(wěn)、單向旋轉。所以選用常用的封閉式Y系類的電動機。</p><p>　　2.電動機容量的選擇</p><p>　　1）電動機的額定功率P=1.5kw</p><p>　　2）電動機的輸出功率Pi=Pη</p><p>　　由于η=η2帶輪η2軸承η聯(lián)軸器=0.982×0.992×0.99=0.93，故

38、Pi=1.395kw</p><p>　　3）電動機轉速的選擇</p><p>　　nd=1440r/min</p><p>　　3.電動機型號的確定：Y90L-4</p><p>　　2.2.3 傳動設計計算</p><p><b>　　已知條件和設計內(nèi)容</b></p><

39、p>　　電機的轉速為1440r/min；傳輸帶輪中心距a=1750mm；傳輸帶線速度v=0.5～1.2m/s；軸承預期計算壽命L’h=10Years；攝像頭與傳動臺架的之間的距離可以調節(jié)。傳動臺架運行穩(wěn)定。 噪音等符合人機工程學的要求。各部分分布合理、功能完善、布局美觀。</p><p>　　當傳動的時候，速度越慢，傳動軸所受的力矩越大。設計要求：傳輸帶線速度v=0.5-1.2m/s可調可知，當傳輸帶線速度

40、為0.5m/s的時候，傳動軸所受力最大。故一下計算都按線速度0.5m/s進行校核。</p><p>　　由公式： (2-1)</p><p>　　得 </p><p>　　原試驗臺的帶輪直徑為120mm，此處設計取帶輪直徑為</p><

41、p><b>　　d1=120mm</b></p><p>　　所以，由公式可得 </p><p>　　所需轉速 n=79.6r/s</p><p>　　因為電動機轉速為1440r/s，由公式</p>

42、<p><b>　　(2-2)</b></p><p>　　的:調速所需頻率為 f=2.8HZ</p><p>　　兩帶輪中心軸軸心間距為 a=1750mm</p><p>　　所以，帶長為： l=a+πd

43、 (2-3)</p><p>　　=1750+3.14×120</p><p><b>　　=2126.8mm</b></p><p><b>　　曲撓次數(shù)為：</b></p><p>　　=0.58〈ymax

44、 (2-4)</p><p>　　δ=(1/40～1/30)d=0.3～0.4mm</p><p>　　選帶厚 δ=3mm</p><p>　　由測繪可得，取帶寬為b=150mm。</p><p&g

45、t;　　作用在軸上的力為： </p><p><b>　　α1=90°</b></p><p>　　σ0=1.8×106Mpa</p><p>　　A=b×δ=150×3 (2-5)</p><p><b>　　得

46、：</b></p><p><b>　　Q=1142N</b></p><p>　　2.2.4 帶輪的強度校核</p><p>　　電動機的傳遞功率為1.5Kw，功率在電動機和聯(lián)軸器中間都有損失，若兩者的效率都為0.98，則輸出軸上的功率為：</p><p>　　P=1.5×η2=1.44kw

47、 (2-6)</p><p>　　所受扭矩為： </p><p>　　=172763Nmm (2-7)</p><p>　　帶輪水平方向的受力由帶的張緊力引起，垂直方向的受力由自重引起，對帶輪受力

48、分析如圖2-1所示。</p><p><b>　　圖中：</b></p><p>　　RH1=RH2=572.5N</p><p>　　RV1=RV2=70.5N</p><p>　　T1=T2=86138Nmm</p><p>　　圖2-1 帶輪受力圖</p><p>　

49、　Fig.2-1 Pulley force</p><p>　　圖2-2 帶輪的彎矩圖</p><p>　　Fig.2-2 Pulley moment</p><p>　　如圖2-2，最大彎矩處為帶輪的中間截面處，次數(shù)彎矩為：</p><p>　　MHmax=RH×75=572.5×75=42937.5Nmm</p&

50、gt;<p>　　MVmax=Rv×240=70.5×240=16920Nmm</p><p><b>　　(2-8)</b></p><p><b>　　計算彎矩為：</b></p><p><b>　　Mca= </b></p><p>&

51、lt;b>　　=</b></p><p>　　= 113467.41 (2-9)</p><p><b>　　彎矩截面系數(shù)為：</b></p><p>　　W=0.1d(1-β4)</p><p>　　=0.1×1203

52、5;(1-0.884)</p><p>　　=69172.64 (2-10)</p><p><b>　　故所受彎曲應力為：</b></p><p><b>　　因此安全。</b></p><p>　　2.2.5 軸的設計及校

53、核</p><p><b>　　1 材料的選擇</b></p><p>　　在一般溫度下工作及其廉價性已經(jīng)軸的直徑小選用45鋼。 </p><p>　　2 求軸上的受力及彎矩、扭矩</p><p>　　分析軸上的受力由帶的張緊力和零件的自重產(chǎn)生，帶的張緊力作用在帶輪上，而帶輪以反作用力的形式作用在與軸相配合的擋板上產(chǎn)生了

54、水平方向的受力，而零件的自重產(chǎn)生垂直面內(nèi)的力。</p><p>　　RV1=RV2=120N</p><p>　　RH1=RH2=572.5N</p><p>　　RV1’=RV2’=70.5N</p><p>　　RH1’=RH2’=572.5N</p><p>　　3 初步確定軸上最小直徑</p>&

55、lt;p>　　選取材料為45號鋼，調質處理。根據(jù)表3-1取A0=112，于是得</p><p><b>　　(2-11) </b></p><p>　　輸出軸的最小直徑處即圖中軸Ⅰ-Ⅱ處安裝聯(lián)軸器處，取d=28mm。</p><p>　　表2-1 軸的常用材料及其機械性能</p><p>　　Table 2-1

56、 The shaft and mechanical properties of commonly used materials</p><p><b>　　4選用聯(lián)軸器型號</b></p><p><b>　　聯(lián)軸器計算轉矩為：</b></p><p>　　Tca=KAT (

57、2-12) 查表2-2</p><p>　　表2-2 工作情況系數(shù)</p><p>　　Table 2-2 Work coefficient</p><p>　　考慮到轉矩變化很小，故取KA=1.3</p><p>　　Tca=KAT=1.3×172763=221591.9Nmm (2-13)

58、 </p><p>　　按照計算轉矩應小于聯(lián)軸器公稱轉矩的條件，查取手冊由GB 5014-85，選用GY4型凸緣聯(lián)軸器，其公稱轉矩為2240000Nmm，半聯(lián)軸器長度為47mm，半聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長度為44mm。</p><p>　　5初步選定滾動軸承。</p><p>　　因為軸的最小直徑為28mm，為配合聯(lián)軸器，查表2-3選取型號為6206的深溝

59、球軸承，其尺寸為：d×D×T=30mm×62mm×16mm。</p><p>　　表2-3 軸承的規(guī)格</p><p>　　Table 2-3 Bearing Specifications</p><p><b>　　6 軸的結構設計 </b></p><p>　　根據(jù)軸向定位要求

60、確定軸的各段直徑和長度</p><p>　　由帶輪長寬可知：Ⅳ-Ⅴ段直徑為120mm，長度為150mm。為防止皮帶從軸上滑出，需在Ⅵ的左側和Ⅴ的右側設計一個擋圈，其內(nèi)勁為95mm，外徑為145mm，厚度為7mm。</p><p>　　根據(jù)前面選取的軸承可得，Ⅱ-Ⅲ的的直徑為30mm，長度為16mm。同理，Ⅵ-Ⅶ直徑為30mm，長度為16mm。</p><p>　　因

61、為軸承用軸承座定位，根據(jù)軸承型號，選取型號為1506的軸承座。。</p><p>　　根據(jù)尺寸可知，軸承座一端面到軸承的同一端面距離為22mm，為使軸承座不碰到Ⅳ-Ⅴ段，故設計Ⅲ-Ⅵ軸的長度為27mm。因為軸承一端需要用軸肩定位，所以Ⅲ-Ⅵ需要造出一軸肩，故取Ⅲ-Ⅵ直徑為34mm。同理可得，Ⅴ-Ⅵ直徑為34mm,長度為27mm。</p><p>　　因為半聯(lián)軸器長度為44mm，又因為軸承座

62、一端面到軸承的同一端面距離為22mm，為了不影響軸和聯(lián)軸器的正常工作，設計聯(lián)軸器和軸承座之間的距離為2mm，所以設計Ⅰ-Ⅱ長度為68mm。為了配合聯(lián)軸器的孔徑，設計Ⅰ-Ⅱ直徑為28mm。</p><p>　　綜上所述，可以畫出軸的示意圖如圖2-3所示。</p><p>　　同樣的方法和原理，可以得到運動臺另一端從動軸如圖2-4。因為從動軸的受力比主動軸小，所以不再做校核。</p>

63、;<p><b>　　圖2-3 主動軸</b></p><p>　　Fig.2-3 Drive shaft</p><p><b>　　圖2-4 從動軸</b></p><p>　　Fig.2-4 Driven shaft</p><p><b>　　7校核軸承的靜載荷<

64、;/b></p><p>　　軸承在運動中僅受徑向力，由于帶的張緊力而使軸承承受的力為2700N，由于帶輪的自重而使軸承承受的力為120N，因此軸承承受的合力為</p><p>　　(2-14) </p><p>　　因為軸承在運動中承受的為沖擊力不大的普通載荷，因此，S0=2

65、，</p><p>　　S0P=2×589.94=1179.88N (2-15) 而我們選用的軸承的基本額定靜載荷為11.5KN》S0P，因此靜載荷滿足條件。</p><p><b>　　8計算軸承壽命</b></p><p>　　因為我們所選的軸承為球軸承，所以ε=3計算。計算如

66、下：</p><p>　　=476.6×106h (2-16)</p><p>　　軸承采用軸承座定位，軸承座型號為1506。</p><p><b>　　9鍵的選擇及校核</b></p><p>　　電動機和聯(lián)軸器及

67、聯(lián)軸器和輸出軸之間都需要用鍵固定。聯(lián)軸器與輸出軸的鍵按Ⅰ-Ⅱ段軸徑，查表2-4得鍵的截面尺寸為b×h×l=10×8×50，采用圓頭平鍵。電動機與聯(lián)軸器的連接采用的平鍵尺寸為b×h×l=8×7×35，采用平鍵頭。鍵、軸、轂的材料都是鋼，由表2-5查得許用擠壓應力為[σ]p=110Mpa。</p><p><b>　　對鍵校核如

68、下：</b></p><p>　　1）對電動機的軸用鍵進行校核：</p><p>　　其長度為35mm，為平鍵頭，為此工作長度為35mm，k=0.5,h=4。</p><p><b>　　由公式得：</b></p><p>　　=85.7Mpa<[σ]p

69、(2-17) </p><p>　　2）對輸出軸與聯(lián)軸器連接鍵進行校核。</p><p>　　其工作長度為：l=L-b=50-10=40，k=0.5，h=5。</p><p><b>　　由公式得</b></p><p>　　=45Mpa&

70、lt;[σ]p (2-18)</p><p>　　因此以上兩鍵均安全。</p><p>　　表2-4 普通平鍵和普通楔鍵的主要尺寸</p><p>　　Table 2-4 The main dimensions of common flat key and c

71、ommon wedge bond</p><p>　　表2-5 鍵連接的許用擠壓應力、許用壓力</p><p>　　Table 2-5 The key to connect the allowable extrusion stress,allowable pressure</p><p>　　10螺釘?shù)倪x擇及校核</p><p>　　帶輪與擋

72、板采用螺釘連接，螺釘個數(shù)為六個，對其進行受力分析得：</p><p><b>　　(2-19)</b></p><p>　　得： F =249.67N </p><p>　　螺釘材料為45號鋼，剪切強度和安全系數(shù)分別為[σ]=120Mpa，Sp=1.25,擠壓強度和安全系數(shù)非別為[σ]=120M

73、pa，Sp=1.25，擠壓強度和安全系數(shù)分別為[τ]=90Mpa,Sp=1.25。</p><p>　　先對剪切強度進行校核：</p><p>　　(2-20) </p><

74、;p>　　再對擠壓強度進行校核：</p><p>　　(2-21) </p><p>　　許用剪應力為：

75、 </p><p>　　11按彎矩合成校核軸的強度</p><p>　　首先根據(jù)受力圖作軸上的彎矩圖，</p><p>　　在水平面內(nèi)與垂直面內(nèi)的最大彎矩分別為：</p><p>　　MHmax=572.5×64=36640Nmm</p><p>　　MVmax=120×309-7

76、0.5×245=19807.5Nmm</p><p>　　T=144000Nmm</p><p>　　T1=T2=72000Nmm （2-22） </p><p>　　進行校核時，通常只校核軸上承受最大計算彎矩截面即可，經(jīng)判斷，所受最大彎矩的截面為截面B，截面上所

77、受彎矩為：</p><p>　　MVB=120×54=6480Nmm</p><p>　　MHB=572.5×54=30915Nmm</p><p>　　TB=T-T1=172763Nmm （2-23） </p><p>

78、　　截面上所受的計算彎矩為：</p><p>　　（2-24） </p><p><b>　　抗截面系數(shù)為：</b></p><p><b>　　WB=0.1d3</b></p><p><b>　　=0.1×523<

79、/b></p><p>　　=14060.8mm （2-25） </p><p><b>　　計算彎曲應力為：</b></p><p>　?。?-26）

80、 </p><p><b>　　故安全。 </b></p><p>　　2.2.6 精確校核軸的疲勞強度</p><p><b>　　1 判斷危險截面</b></p><p>　　截面Ⅰ、Ⅱ僅受扭矩作用，雖然鍵槽、軸肩及過渡配合所引起的應力集中將削弱軸的疲勞強度，但由于軸的最小直徑是按扭轉強度較為寬

81、裕的確定的，所以截面Ⅰ、Ⅱ無須進行校核。</p><p>　　從應力集中對軸的疲勞強度的影響來看，截面Ⅳ處的過盈配合引起的應力集中最嚴重；從受載的情況看，截面B處的Mca最大，但此處的應力集中不大(過盈配合引起的應力集中分布在軸的兩端)，而且這里的軸徑最大，故也不必要進行校核，由第三章附錄可知，鍵的應力集中系數(shù)比過盈配合的小，因而只需校核截面Ⅳ的兩端即可。</p><p><b>

82、;　　2 校核截面Ⅳ左側</b></p><p>　　軸的抗彎截面系數(shù)計算如下：</p><p><b>　　W=0.1d3</b></p><p><b>　　=0.1×463</b></p><p>　　=9722.6mm3

83、 （2-27） </p><p>　　軸的抗扭截面系數(shù)為：</p><p><b>　　WT=0.2d3</b></p><p><b>　　=0.2×463</b></p><p>　　=19427.2mm3

84、 （2-28） </p><p><b>　　截面左側的彎矩為：</b></p><p>　　M=145943.9×(49/54) </p><p>　　=132430.6N （2-29）

85、 </p><p><b>　　截面上的扭矩為：</b></p><p>　　T=144000Nmm</p><p>　　截面上的彎曲應力為 </p><p>　?。?-30） </p>

86、<p><b>　　扭轉應力為：</b></p><p>　?。?-31） </p><p>　　軸的材料為45號鋼，調質處理。</p><p><b>　　σB=640Mpa</b></p><p>　

87、　由表2-1查的 τ-1=155Mpa</p><p>　　截面上由于軸肩形成的理論應力集中系數(shù)及a0和aτ按表2-5查取。</p><p>　　（2-32） </p><p>　　經(jīng)插值后查得：ασ=2.06，ατ=1.52</p><p>　　由圖2-5得軸的敏性系數(shù)

88、為：</p><p>　　qσ=0.82，qτ=0.85</p><p>　　故有效應力集中系數(shù)按式為：</p><p>　　kσ=1+qσ(ασ-1)=1.87</p><p>　　kτ=1+qτ(ατ-1)=1.87 （2-33） </p><p>　　表2-6

89、軸肩圓角處的理論應力集中系數(shù)</p><p>　　Table 2-6 The shaft shoulder fillet of the theoretical stress concentration factor</p><p>　　圖2-5 軸的敏性系數(shù)</p><p>　　Fig.2-5 Sensitivity factor axis</p>&

90、lt;p>　　幾何不連續(xù)處的圓角半徑 r/mm</p><p>　　曲線上的數(shù)字為材料的強度極限c查qσ時用不帶括號的數(shù)字，查qr時用帶括號的數(shù)字</p><p>　　由附圖2-6，得尺寸系數(shù)為εσ=0.76</p><p>　　圖2-6 鋼材的尺寸及截面形狀系數(shù)</p><p>　　Fig 2-6 The size and shap

91、e factor of section steel</p><p>　　由附圖2-7，得扭轉尺寸系數(shù)為ετ=0.85。</p><p>　　圖2-7圓截面鋼材的扭轉剪切截面系數(shù)</p><p>　　Fig 2-7 Torsional shear coefficient of section round section steel</p><p&g

92、t;　　由附圖2-8，軸按磨削加工得表面質量系數(shù)為βσ=βτ=0.92。</p><p>　　圖2-8 鋼材的表面質量系數(shù)</p><p>　　Fig 2-8 The surface quality of steel</p><p>　　軸未經(jīng)表面氧化處理，即βq=1</p><p>　　得綜合表面系數(shù)為： </p><

93、p>　　(2-34) </p><p><b>　

94、　(2-35)</b></p><p><b>　　因為材料特性系數(shù)</b></p><p>　　φσ=0.1～0.2，取φσ=0.1</p><p>　　φr=0.05～0.1,取φr=0.05</p><p>　　于是計算安全系數(shù)Sca值，按式則得</p><p>　　(2-36)

95、 </p><p><b>　　= </b></p><p>　　=20.6 (2-37) </p><p>　　7.4>1.5 (2-38)

96、 </p><p><b>　　故可知截面左側安全</b></p><p><b>　　3校核截面Ⅳ左側</b></p><p>　　抗彎與抗扭截面系數(shù)按表2-7中的公式計算</p><p>　　W=0.1d3=0.1×523=14060.8

97、</p><p>　　WT=0.2d3=28121.6</p><p>　　M=132430.6Nmm (2-39) </p><p><b>　　彎矩及彎曲應力為</b></p><p>　　T=144000Nmm</p&

98、gt;<p>　　=5.12Mpa (2-40) </p><p>　　過盈配合處的Kσ/εσ由表2-8，由插值法查取</p><p>　　并取 Kτ/στ=0.8Kσ/εσ

99、 (2-41) </p><p>　　于是得 </p><p>　　軸按磨削加工，由附圖2-8得表面質量系數(shù)為</p><p>　　Βσ=βτ=0.92 </p><p><b>　　故得綜合系數(shù)為：</b></p><p>　　(2-42)

100、 </p><p>　　所以在危險截面右側的安全系數(shù)為：</p><p>　　(2-43) </p><p>　　所以截面左側安全。 </p><p>　　表2-7 抗彎、扭轉

101、截面系數(shù)計算公式</p><p>　　Table 2-7 The torsion of bending and section coefficient calculation formula</p><p>　　表2-8 零件與軸過盈配合處的kσ/εσ值</p><p>　　Table 2-8 Shaft parts with interference fit th

102、e kσ/εσ value</p><p>　　注1）滾動軸承與軸配合處的值與表內(nèi)所列配合的；</p><p>　　2）表中無相應數(shù)值時，可按插值計算。</p><p>　　2.2.7 張緊螺栓的選用及校核</p><p><b>　　1選擇螺栓直徑</b></p><p>　　選擇螺栓材料為Q2

103、35，性能等級為4.6的螺栓，由表5-9查的材料屈服極限為σS=240Mpa,由表5-1查得安全系數(shù)為S=4，故螺栓材料的許用應力為：</p><p>　　(2-44) 螺栓所受應力為2700N</p><p>　　(2-45) <

104、;/p><p>　　按國標5783-86，選用全螺紋六角頭螺栓，選用螺紋公稱直徑為d=12mm。</p><p>　　2 校核螺栓所需的預緊力是否合適</p><p>　　參考式5-2，對碳素鋼螺紋，要求</p><p>　　Qp≤(0.6～0.7)σSA1 (2-46) </

105、p><p><b>　　已知</b></p><p><b>　　取預緊力下限為：</b></p><p>　　0.6σSA1=0.6×240×80.214=11550.8N</p><p>　　要求的預緊力為Qp=2700N，小于上值，故滿足條件。</p><p

106、><b>　　2.3 本章小結</b></p><p>　　本章節(jié)著重介紹了各系列零件的設計與校核，頻繁的查表與選用以及繪圖凸顯出了設計的精確度，各方面的校核體現(xiàn)了設計的嚴謹性，以及設計知識的廣泛性。</p><p>　　3 實驗臺具體單元設計</p><p>　　3.1運動臺架的設計</p><p><b

107、>　　1材料的選擇</b></p><p>　　選用Q235鋼作為臺架材料，Q235鋼有一定的抗腐蝕性，易焊接，且價格低廉，比較適合作為臺架的選擇材料。</p><p><b>　　2形狀和尺寸的確定</b></p><p>　　圖3-1運動臺架的結構簡圖</p><p>　　Fig 3-1 Frame

108、 table structure diagram</p><p>　　臺架長：1980mm；寬：260mm；高：750mm；腿長：710mm；腿連接板長：1750mm。</p><p>　　考慮支架的重量不易移動，在支架的腿下安裝滾輪方便支架移動，同時滾輪擁有制動功能以及臺架橫豎的焊接增加了臺架的穩(wěn)定性。</p><p>　　3.2 電動機架的設計</p>

109、;<p>　　1初步確定機架的形狀和尺寸</p><p>　　圖3-2 電動機架形狀</p><p>　　Fig 3-2 Motor frame shape</p><p>　　長：432mm ；寬：200mm； 高：700mm</p><p>　　2根據(jù)機架的制造數(shù)量、結構形狀和尺寸大小，初定制造工藝。</p>

110、<p>　　由于是非標準設備的單件機架、機座，可采用焊接代替鑄造。</p><p>　　3 分析負載情況，負載包括機架上的設備重量，機架本身的重量，設備運轉的動負載等。</p><p>　　作用在設備上的載荷一般分為三類：基本載荷、附加載荷和特殊載荷。先僅有基本載荷，即自重力PG級設備運行時產(chǎn)生的動載荷Pd。</p><p><b>　　4 確定

111、結構的形式</b></p><p><b>　　5 結構簡圖</b></p><p>　　3.3 噴頭移動組合臺架的設計</p><p>　　3.3.1 噴頭的橫向固定性</p><p>　　圖3-3 噴頭架橫梁</p><p>　　Fig 3-3 Multifunctional be

112、nch</p><p>　　圖3-4 噴頭架</p><p>　　Fig The nozzle frame</p><p>　　由俯視圖可知噴頭的橫向位子上有一排圓形軌道，噴頭旁接的電磁閥有螺釘緊固設置，可以通過墊圈和螺釘把噴頭固定在圓形圈內(nèi)，豎直的方位的噴頭同樣如此，可以保證了噴頭的豎直方向在同一直線上，同時也保證了噴頭可以移動，增大了噴頭的橫向位子的靈活性。

113、</p><p>　　圖3-5 噴頭與電磁閥的配合</p><p>　　Fig 3-5 With nozzle and solenoid valve</p><p>　　圖3-4的噴頭通過電磁閥的腳爪和螺栓穩(wěn)固在多功能臺架上，使得噴頭穩(wěn)固。 </p><p>　　3.3.2 噴頭的縱向移動性&l

114、t;/p><p><b>　　圖3-6 噴頭臺架</b></p><p>　　Fig 3-6 Nozzle bench</p><p>　　與噴頭的左右移動相同，如圖3-5，可以通過調節(jié)多功能臺架的螺栓的松緊來帶動橫向支架縱向上的移動，通過此縱向移動可以根據(jù)模擬運動上的施藥對象的大小進行位置上的調整使得噴施藥液更加精確，同時配合電磁閥根據(jù)接受有無靶

115、標進行噴與不噴，也節(jié)省了大量的農(nóng)藥。</p><p>　　3.4 攝像頭的多方位拍攝改進設計</p><p>　　圖3-7 攝像頭效果圖</p><p>　　Fig 3-7 Camera renderings</p><p>　　圖3-8 攝像頭的地理分布圖</p><p>　　Fig 3-8 The geograp

116、hical distribution of camera</p><p>　　1:攝像頭 </p><p>　　圖3-7中攝像頭是用于拍攝施藥對象。圖像采集裝置由CCD攝像頭、圖像采集卡、PC機組成。攝像頭放置于噴頭的噴施方向，鏡頭與樹葉同高，其基線與傳輸帶運動方向垂直。其中通過支架的結構設計，如圖3-6，可以通過調節(jié)支架的高度來實現(xiàn)攝像頭高

117、度的改變，從而使得攝像頭的多方位拍攝。 </p><p>　　3.5 變頻器調控板的安放設計</p><p><b>　　圖3-9 總裝圖</b></p><p>　　Fig 3-9 Assembly diagram</p><p>　　如圖3-8所示，變頻

118、器調控板設計并安放在發(fā)動機的側邊，一方面可以方便連接，另一方面符合人機工程學，方便人調控，此外，變頻器調控板放在此側也增加了安全性，避免了被藥液的噴灑。</p><p><b>　　3.7 本章小結</b></p><p>　　本章節(jié)介紹了精確對靶施藥室內(nèi)測試系統(tǒng)各類零部件的改進設計，根據(jù)室外的施藥情況進行室內(nèi)的模擬改進，噴頭支架，攝像頭支架燈設計，使得實驗更加精確環(huán)

119、保，各類位置的優(yōu)化不僅保護了機器而且使得操作者更加適應操作。</p><p>　　4 藥液的回收利用設計</p><p>　　4.1 利用泵實現(xiàn)藥液的循環(huán)利用</p><p>　　如圖3-9所示，藥液盛放在藥液存放器中，泵經(jīng)管從藥液存放器中抽取藥液，再經(jīng)過噴頭噴向施藥目標，藥液在噴灑的過程中落入藥液存放器中，如此形成了一個循環(huán)，不僅節(jié)約了藥液同時保護了環(huán)境。<

120、;/p><p>　　4.2 集水容器的設計處理實驗后藥液</p><p>　　圖3-10 回水收集裝置</p><p>　　實驗后藥液在藥液存放器中，通過下口收集到集水容器中進行藥液的回收處理，經(jīng)濟實惠，同時有利于保護環(huán)境。</p><p>　　4.3精確對靶施藥室內(nèi)測試系統(tǒng)功能的實現(xiàn)</p><p>　　精確對靶施藥室

121、內(nèi)測試系統(tǒng)功能的實現(xiàn)由以下幾部分組成：運動模擬裝置、圖像采集裝置、自動精確施藥裝置。同時加以PIV和激光粒度儀來分析藥液噴灑液滴的情況。</p><p>　　運動模擬裝置：首先傳輸帶模擬運動試驗臺用于模擬施藥過程中施藥器械與施藥對象之間的相對運動，同時便于機器視覺系統(tǒng)采集到連續(xù)目標的運動圖像。在傳輸帶上安裝了樹葉以模擬樹木，同時傳輸帶的顏色應避免綠色從而影響實驗數(shù)據(jù)，矢量變頻器調速器來完成工作臺的啟動與調速。&l