王偉

(武漢船舶職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)械工程系，湖北武漢430050)

1 椰果采摘機(jī)結(jié)構(gòu)及液壓系統(tǒng)

為配合“海南省百萬畝椰林工程”規(guī)劃而由海南某大學(xué)設(shè)計(jì)的椰果采摘機(jī)結(jié)構(gòu)及液壓系統(tǒng)如圖1、2所示。

圖1 椰果采摘機(jī)結(jié)構(gòu)原理圖

其工作過程如下:該機(jī)由拖拉機(jī)拉到指定位置后，通過柴油機(jī)帶動(dòng)液壓泵工作;然后通過手動(dòng)換向閥控制4個(gè)液壓支腿先伸出來，將整臺(tái)機(jī)頂起;再控制大臂回轉(zhuǎn)、變幅缸動(dòng)作，讓大臂回轉(zhuǎn)、變幅;接著通過伸縮缸讓大臂逐級(jí)伸出，達(dá)到相應(yīng)高度后，最后通過液壓馬達(dá)使旋轉(zhuǎn)臂旋轉(zhuǎn)和割刀旋轉(zhuǎn)，完成切割椰果果穗的動(dòng)作。

它解決了傳統(tǒng)的人工爬樹采摘方式效率低、勞動(dòng)強(qiáng)度大、安全性差的缺點(diǎn)，但作者在研制過程中發(fā)現(xiàn)該液壓系統(tǒng)還存在較大缺陷，于是作了如圖3所示的技術(shù)改進(jìn)。

2 椰果采摘機(jī)液壓系統(tǒng)改進(jìn)

(1)改進(jìn)設(shè)計(jì)一

原設(shè)計(jì)方案大臂伸縮、變幅、回轉(zhuǎn)無調(diào)速，這樣無法較精確定位并有安全隱患，故在改進(jìn)設(shè)計(jì)圖3中增設(shè)調(diào)速閥6來調(diào)速。

(2)改進(jìn)設(shè)計(jì)二

原設(shè)計(jì)方案大臂伸縮、變幅、回轉(zhuǎn)以及前臂、割刀的回轉(zhuǎn)可同時(shí)操作，從提高工作效率角度來看是有利的，但極大地增加了操作員的工作強(qiáng)度，更可怕的是萬一操作員手忙腳亂碰到了不該操作的手柄極易引發(fā)安全事故。故在改進(jìn)設(shè)計(jì)圖3中用二位三通鋼球定位式手動(dòng)換向閥5將大臂伸縮、變幅、回轉(zhuǎn)的油路與前臂、割刀的回轉(zhuǎn)油路并聯(lián)起來，并且互鎖 (即大臂伸縮、變幅、回轉(zhuǎn)動(dòng)作與前臂、割刀的回轉(zhuǎn)動(dòng)作不能同時(shí)進(jìn)行)。

(3)改進(jìn)設(shè)計(jì)三

原設(shè)計(jì)方案控制割刀旋轉(zhuǎn)完成切割椰果果穗的動(dòng)作采用了彈簧復(fù)位式手動(dòng)換向閥18來控制，也就是說在切割椰果果穗時(shí)，操作者一只手必須始終按住手動(dòng)換向閥18的操作手柄不放，另一只手去操作換向閥17的操作手柄來完成切割椰果果穗動(dòng)作。這樣對(duì)操作者雙手的協(xié)調(diào)性要求較高、難度較大，勞動(dòng)強(qiáng)度也大。故在改進(jìn)設(shè)計(jì)圖3中用鋼球定位式手動(dòng)換向閥18來替換掉彈簧復(fù)位式手動(dòng)換向閥。

(4)改進(jìn)設(shè)計(jì)四

液壓馬達(dá)有2個(gè)主油路油口和1個(gè)泄漏油口。泄漏油回油箱管路為細(xì)油管，在回路中一般不表示，要表示也應(yīng)用虛線表示，而原設(shè)計(jì)方案中用粗實(shí)線，表示用主油路中的粗油管來引泄漏油回油箱，故在改進(jìn)設(shè)計(jì)圖3中干脆按繪圖要求不畫。

(5)改進(jìn)設(shè)計(jì)五

由于有了前面的改進(jìn)設(shè)計(jì)一、二和三，故原設(shè)計(jì)方案圖2中的二位三通鋼球定位式手動(dòng)換向閥3已不適用。改用圖3中的三位四通M型機(jī)能的電磁換向閥3:當(dāng)電磁鐵都不通電時(shí)，泵卸荷;9DT通電時(shí)，支腿液壓缸運(yùn)動(dòng);10DT通電時(shí)，可大臂回轉(zhuǎn)、變幅缸動(dòng)作或使旋轉(zhuǎn)臂旋轉(zhuǎn)和割刀旋轉(zhuǎn)，完成切割椰果。

圖2 原椰果采摘機(jī)液壓系統(tǒng)圖

圖3 改進(jìn)后的液壓系統(tǒng)圖

(6)改進(jìn)設(shè)計(jì)六

由于支腿采用液壓鎖鎖緊，故相應(yīng)的換向閥機(jī)能應(yīng)采用Y型，以便讓液壓鎖與換向閥間管路中的油液盡快流回油箱，使液壓鎖立即鎖緊。故換下圖2中的M型，改用圖3中的Y型，并改用電磁換向閥，以便采用單片機(jī)自動(dòng)控制。

(7)改進(jìn)設(shè)計(jì)七

支腿沒必要雙向鎖緊，故改用圖3中的液控單向閥單向鎖緊。

(8)改進(jìn)設(shè)計(jì)八

原設(shè)計(jì)前后腿動(dòng)作不一致:后腿液壓缸活塞桿伸出為支腿放下，前腿液壓缸活塞桿收回為支腿放下。改進(jìn)設(shè)計(jì)圖3中全調(diào)整為活塞桿伸出為支腿放下。

(9)改進(jìn)設(shè)計(jì)九

液壓支腿采用先進(jìn)的智能調(diào)平系統(tǒng)。

智能調(diào)平系統(tǒng)硬件組成如圖4所示，主要組成部分有:雙軸傾角傳感器、單片機(jī)、控制電路、鍵盤顯示板以及控制支腿行程的液壓系統(tǒng)等。

圖4 系統(tǒng)硬件組成

文中選擇位置誤差調(diào)平法中的“最高點(diǎn)不動(dòng)”調(diào)平法。平臺(tái)經(jīng)過預(yù)支撐后，一般是不水平的，在有傾角的情況下，平臺(tái)肯定會(huì)有一個(gè)最高點(diǎn)，在調(diào)平時(shí)保持最高點(diǎn)不動(dòng)，其他支撐點(diǎn)向上運(yùn)動(dòng)與之對(duì)齊，當(dāng)各點(diǎn)達(dá)到最高點(diǎn)位置時(shí)平臺(tái)即處于水平狀態(tài)。這種只升不降調(diào)平方法可以避免由于平臺(tái)自重和負(fù)載過大，在下降過程中產(chǎn)生較大的慣性力，而使平臺(tái)出現(xiàn)劇烈抖動(dòng)，以致無法調(diào)平的現(xiàn)象。

圖5 調(diào)平平臺(tái)示意圖

“最高點(diǎn)”調(diào)平法的具體實(shí)現(xiàn)方法是:根據(jù)傾角傳感器的信號(hào)，確定平臺(tái)的最高點(diǎn)，并將信號(hào)送給控制裝置(單片機(jī))，控制裝置通過調(diào)平程序驅(qū)動(dòng)各支腿液壓缸，使較低的支腿上升，從而使各點(diǎn)處于同一個(gè)高度，平臺(tái)達(dá)到水平狀態(tài)。調(diào)平平臺(tái)示意圖如圖5所示。

圖5中水平面坐標(biāo)系為Ox0y0z0，與椰果采摘機(jī)平臺(tái)固聯(lián)的平臺(tái)坐標(biāo)系為Ox1y1z1。α、β角為雙軸傾角傳感器所測(cè)得的俯仰角與橫滾角。最高點(diǎn)的確定是:當(dāng)α＞0、β＞0時(shí)，3點(diǎn)為最高點(diǎn);當(dāng)α＞0、β＜0時(shí)，4點(diǎn)為最高點(diǎn);當(dāng)α＜0、β＞0時(shí)，2點(diǎn)為最高點(diǎn);當(dāng)α＜0、β＜0時(shí)，1點(diǎn)為最高點(diǎn)。當(dāng)α=0、β= 0時(shí)，平臺(tái)達(dá)到水平狀態(tài)。

液壓支腿智能調(diào)平系統(tǒng)調(diào)平控制流程圖如圖6所示。

圖6 調(diào)平系統(tǒng)調(diào)平控制流程圖

3 結(jié)束語

機(jī)械化椰果采收模式的出現(xiàn)，能解決傳統(tǒng)的人工爬樹采摘方式危險(xiǎn)性大、采摘質(zhì)量差及工效低的問題，必然會(huì)更加有力地推動(dòng)“百萬畝椰林工程”的建設(shè)，促進(jìn)椰子產(chǎn)業(yè)化、商品化的發(fā)展。

新系統(tǒng)較原系統(tǒng)在許多方面作了改進(jìn)，更合理，操作更輕松，特別是液壓支腿智能調(diào)平系統(tǒng)將機(jī)電技術(shù)、液壓傳動(dòng)與控制技術(shù)結(jié)合在一起，實(shí)現(xiàn)了平臺(tái)的快速而精準(zhǔn)的調(diào)平功能，提高了調(diào)平精度，縮短了調(diào)平的時(shí)間，擴(kuò)大了智能調(diào)平系統(tǒng)的適用范圍，具有很大的應(yīng)用價(jià)值。

【1】梁棟，張勁.椰果采摘機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.液壓與氣動(dòng)，2010(5):27-28.

【2】張芳.高精度平臺(tái)調(diào)平控制系統(tǒng)研究［D］.太原:中北大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，2008.

【3】倪江生，翟羽健.六點(diǎn)支承靜基座液壓平臺(tái)的調(diào)平方法［J］.東南大學(xué)學(xué)報(bào)，1996，26(2):74-79.