1、第 卷 第 期 年 月 成 都 大 学 学 报（自 然 科 学 版）（）文 章 编 号：（）：收 稿 日 期：基 金 项 目：四 川 省 教 育 厅 重 点 项 目（）作 者 简 介：李 晓 晓（），男，硕 士，实 验 师，从 事 机 械 机 构 设 计 与 机 器 视 觉 研 究：基 于 自 平 衡 的 林 间 竹 子 独 轮 搬 运 车 的 设 计李 晓 晓，母 银 飞，孙 付 春，杨 涛，龚 一 龙，董 万 福（成 都 大 学 机 械 工 程 学 院，成 都；成 都 农 业 科 技 职 业 学 院 机 电 信 息 学 院，四 川 成 都）摘 要：利 用 现 代 设 计 方 法 学 完 成
2、 林 间 竹 子 搬 运 车 的 初 步 功 能 方 案 设 计，再 通 过 有 效 值 分 析 法 获 得 最 佳 设 计 方 案 完 成 竹 子 独 轮 搬 运 车 的 行 走 装 置、搭 载 平 台 和 平 衡 调 节 装 置 的 结 构 设 计 后，还 进 行 了 搬 运 车 自 平 衡 控 制 系 统 的 设计 与 运 动 仿 真 分 析 基 于 自 平 衡 的 林 间 竹 子 独 轮 搬 运 车 的 设 计，能 有 效 地 解 决 目 前 竹 子 搬 运 工 具 的 通 过 性 和 平 衡性 差 的 问 题，提 升 了 运 输 效 率、减 轻 了 劳 动 强 度，具 有 良 好 的
3、 开 发 前 景 关 键 词：竹 材；现 代 设 计 方 法 学；搬 运 车；有 效 值 分 析 法；自 平 衡中 图 分 类 号：文 献 标 志 码：引 言 我 国 竹 林 资 源 大 多 分 布 在 地 势 复 杂 的 丘 陵 地区，竹 林 间 基 本 上 都 是 崎 岖 的 林 间 路，道 路 窄 小、路面 状 况 复 杂，而 且 林 间 路 坡 度 大、拐 弯 多 且 急，该路 况 基 本 无 法 使 用 中 型 和 大 型 的 运 输 机 械 来 搬 运 物资，林 间 竹 子 的 搬 运 大 多 使 用 手 推 车、两 轮 和 三 轮 摩托 车 来 搬 运 基 于 地 形 和 路 面
4、 情 况 的 复 杂，尤 其 是 下雨 过 后 山 间 道 路 泥 泞 且 很 滑，一 般 的 手 推 车 很 难 控制 速 度，两 轮 的 摩 托 车 又 很 难 控 制 平 衡，而 三 轮摩 托 车 转 向 时 容 易 发 生 侧 翻，总 之，现 有 的 搬 运 工 具实 用 性 低，竹 材 运 输 需 要 投 入 大 量 的 人 力 基 于 目 前竹 材 搬 运 车 机 械 的 自 动 化、智 能 化 程 度 低，通 过 性 和平 衡 性 不 可 兼 顾，因 此，本 研 究 制 作 出 一 款 适 合在 丘 陵 山 地 复 杂 的 林 间 道 路 上 作 业 且 可 自 动 调 节 平衡
5、 的 小 型 独 轮 搬 运 车，以 克 服 目 前 竹 材 搬 运 车 的不 足 竹 林 间 竹 子 搬 运 车 方 案 设 计 搬 运 车 的 设 计 任 务通 过 对 竹 子 生 长 环 境 和 搬 运 路 况 的 考 察，结 合具 体 使 用 情 况 和 现 代 设 计 方 法 学 原 则，竹 子 搬 运车 具 体 的 要 求 明 细 见 表 表 搬 运 车 要 求 明 细 表要 求 明 细尺 寸 要 求 搬 运 车 的 整 体 尺 寸 不 能 太 大，能 轻 松 穿 过 林 间 道 路工 作 方 式 调 节 范 围 要 广，调 节 速 度 要 快动 力 装 置 动 力 源 要 对 环
6、 境 无 污 染控 制在 一 定 的 坡 度 范 围 内，能 够 自 动 检 测 平 衡 状 态并 自 动 调 节 平 衡人 机 关 系 平 衡 调 节 范 围 要 监 测 和 控 制，有 报 警 和 安 全 措 施加 工尽 可 能 选 用 国 产 器 件，与 安 全 有 关 的 联 结要 容 易 检 查 和 维 护装 配 运 输拆 装 方 便，更 换 配 重 容 易 且 不 影 响 原 来 的调 节 速 度 和 范 围使 用 保 养 简 化 操 作 步 骤 适 合 普 通 工 人 操 作，保 养 维 修 方 便成 本 单 件 成 本 不 超 过 万 元，在 使 用 寿 命 期 限 内 收 回
7、 成 本 总 功 能 分 解竹 林 间 竹 子 搬 运 车 的 总 功 能 是 对 竹 林 间 的 竹 子实 现 短 距 离 的 运 输，并 且 能 够 在 行 驶 过 程 中 实 现 自动 检 测 并 调 节 车 体 左 右 侧 平 衡 为 了 清 楚 地 表 示竹 林 间 搬 运 车 各 工 作 部 分 和 周 围 环 境 的 工 作 关 系，建 立 了 如 图 所 示 的 独 轮 搬 运 车 技 术 过 程 流 程 图 流 程 图 中，环 境 系 统 是 指 丘 陵 山 地 的 竹 林 环 境，相 邻技 术 系 统 是 指 搬 运 车 对 能 源 和 控 制 等 的 技 术 要 求，图
8、中 点 划 线 表 示 机 械 系 统 与 外 部 的 联 系 为 了 更 直 观 地 了 解 竹 林 间 搬 运 车 系 统 各 部 分 的功 能，将 系 统 的 总 功 能 分 解 为 简 单 的 功 能 元，并 建 立如 图 的 搬 运 车 功 能 树 搬 运 车 总 功 能 具 体 分 为 驱动 功 能、执 行 功 能、控 制 功 能 和 支 撑 联 结 部 分 环 境 系 统 人 相 邻 技 术 系 统 信 息 控 制 工 作 机 构 行 走，调 节 平 衡 能 量 传 递 能 量 转 换 能 量 待 运 竹 材 竹 材 支 撑 和 联 结 部 分 图 搬 运 车 技 术 过 程 流
9、 程 图能 量 转 换 能 量 传 递 与 分 配 行 走 调 节 平 衡 启 动 和 停 止 变 速 驱 动 功 能 执 行 功 能 控 制 功 能 支 撑 联 结 总 功 能 图 搬 运 车 功 能 结 构 树 原 理 方 案 解根 据 搬 运 车 功 能 树，采 取 系 统 组 合 的 方 法，建 立起 搬 运 车 组 合 的 形 态 矩 阵，将 其 可 能 的 方 法 进 行 列举 排 列，计 算 出 解 法，并 在 所 有 的 解 法 中 找 出 符 合 项目 实 际 意 义 的 方 案 搬 运 车 所 有 形 态 矩 阵 见 表 表 搬 运 车 功 能 解功 能 原 理 解 能 量
10、 转 换 汽 油 机 柴 油 机 液 压 马 达 电 动 机行 走 方 式 四 轮 三 轮 两 轮 独 轮调 节 平 衡齿 轮 齿条 传 动滚 珠 丝杠 组 件齿 轮 传动 组 件制 动 鼓 式 制 动 盘 式 制 动 由 表 可 知，当 不 考 虑 实 际 工 作 环 境 和 其 他 条件 制 约 的 情 况 下，能 得 到 的 方 案 一 共 有 种 方 案）能 量 转 换 丘 陵 地 区 竹 林 间 的 竹 子 运 输 对 生态 环 境 的 保 护 是 必 须 首 要 考 虑 的 问 题，首 先 考 虑 使用 电 动 机 作 为 驱 动 源 交 流 电 动 机 在 竹 林 中 使 用 会
11、造 成 诸 多 的 不 方 便，初 步 考 虑 使 用 直 流 电 动 机 作 为驱 动 源）行 走 方 式 对 于 竹 林 间 的 道 路 而 言，四 轮、三轮 和 两 轮 的 搬 运 车 都 存 在 通 过 性 差 的 问 题，相 比 较之 下 独 轮 车 拥 有 较 好 的 通 过 性）制 动 方 式 盘 式 制 动 的 制 造 成 本 会 比 鼓 式 的更 高，但 是 鼓 式 构 造 零 件 多，不 利 于 后 续 的 维 修，盘式 刹 车 构 造 简 单，维 修 更 容 易，初 步 选 用 盘 式 制 动 综 上 所 述，初 步 制 定 了 种 搬 运 车 的 设 计 方 案 方 案
12、：使 用 直 流 电 机 的 齿 轮 齿 条 传 动 调 节 平衡 的 独 轮 搬 运 车 如 图 所 示 其 主 要 包 括 车 体、车 把手、行 走 装 置、齿 轮 齿 条 平 衡 调 节 装 置、平 衡 调 节 装置 安 装 架 和 控 制 器 此 方 案 通 过 控 制 把 手 对 行 走 轮的 运 动 状 态 进 行 调 控；通 过 刹 车 把 手 停 止 行 走 轮；当检 测 到 车 体 不 平 衡 时，通 过 平 衡 调 节 装 置 对 车 体 进行 平 衡 调 节；当 车 体 有 向 左 倾 斜 的 趋 势 时，则 由 伺 服电 机 控 制 齿 轮 向 右 运 动，从 而 带
13、动 整 个 滑 板 向 右 运动，最 后 使 车 体 重 新 恢 复 平 衡；当 车 体 有 向 右 倾 斜 的趋 势 时，则 由 伺 服 电 机 控 制 齿 轮 向 左 运 动，从 而 带 动整 个 滑 板 向 左 运 动，最 后 使 车 体 重 新 恢 复 平 衡 1 2 5 4 3 注：车 体，车 把 手，行 走 装 置，齿 轮 齿 条 平 衡 调 节 装 置，平 衡 调 节 装 置 安 装 架图 齿 轮 齿 条 传 动 调 节 平 衡 的 独 轮 搬 运 车 方 案：使 用 直 流 电 机 的 滚 珠 丝 杠 调 节 平 衡 的独 轮 搬 运 车 如 图 所 示 其 主 要 包 括 车
14、 体、行 走 装 置和 滚 珠 丝 杠 平 衡 调 节 装 置 此 方 案 通 过 控 制 车 体 上的 把 手 对 行 走 轮 的 运 动 状 态 进 行 调 控；当 检 测 到 车体 不 平 衡 时，通 过 滚 珠 丝 杠 平 衡 调 节 装 置 对 车 体 进行 平 衡 调 节；当 车 体 有 向 左 倾 斜 的 趋 势 时，则 由 伺 服电 机 控 制 滚 珠 丝 杠 向 右 运 动，从 而 带 动 整 个 平 衡 调节 装 置 向 右 运 动，最 后 使 车 体 重 新 恢 复 平 衡；当 车 体1 2 注：车 体，滚 珠 丝 杠 平 衡 调 节 装 置图 滚 珠 丝 杠 调 节 平 衡 的 独 轮 搬 运 车 第 期 李 晓 晓，等：基 于 自 平 衡 的 林 间 竹 子 独 轮 搬 运 车 的 设 计
