防风固沙草方格铺设机械车作品被收录“3D学生汇”

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    随着人类生活需求的扩大，沙漠化已严重影响全世界的生态环境建设和社会经济发展。沙漠造成的危害，归根结底还在于风沙流的风蚀、搬运、堆积的作用。为防止沙丘的移动，首先应该控制沙丘表面疏松的沙粒不被风蚀吹扬。草方格沙障是一种防风固沙、涵养水分的治沙方法，用麦草、稻草、芦苇等材料在沙漠中扎成方格形状。草方格一是能使地面粗糙，减小风力，再一个可以截留水分，如雨水，提高沙层含水量，有利于固沙植物的存活。为有效治理沙漠、减少沙漠化的危害, 来自于郑州航空工业管理学院的创新团队设计了防风固沙草方格铺设机械车。研制的这款机械装备进行作业，预计每台机车一班(8小时)可修筑5万平方米草沙障。每年总作业时间200天计算，扣除机器使用维修费、折旧费、燃料费、驾驶员及辅助人员费用，完成同样的工作量，每年可节省费用78.8万元，提高工作效率210倍，降低成本82.5％，每台机组按10年计算使用寿命，为使用单位节省788万元的投资。了解更多机械设计大赛、工业设计大赛作品推荐可进入“3D学生汇”学生专区了解详情。
    设计思路：
    草方格铺设机械车共有以下几个部分组成：动力系统、控制系统、液压系统、太阳能发电系统，纵向铺设系统、及其他系统。
    鉴于沙漠地质疏松，车轮采用履带轮，减小地面压强。车轮为四条履带轮，前轮呈钝角形，后轮为长椭圆形，且每个车轮都有一台液压马达提供动力，柴油机驱动的液压泵将油箱的液压油增压，经控制器通过管路输送到马达。对于动力系统的设计，由于机械车长时间露天工作，我们采用单晶硅太阳能电池提供辅助能源，这样以达到节能的目的。铺草机械参照原始的草方格制作方法，由滚耙1将车厢内堆放的整齐的秸秆放到下层的输送带上，输送带将秸秆传送到滚耙2处，滚耙2将秸秆比较均匀整齐的下放到沙地上，形成三条间隔1米的草带。根据地形铺设出一定长度和宽度的草带后，机车调整方向与已铺设的草带方向垂直，继续铺设草带，经过两个方向分别铺设，形成1m×1m的草方格。在二级双向液压杆作用下，固定设计为1×1的方形的组合铁锨将方格状秸秆压入沙地约15cm。
    草方格压草机构位于草方格铺设机后部, 其上并列安装3个间距为1m，长1m的铁锨和2个用于横向压草的铁锨， 压草机构由二级双向液压杆作用上下行程35cm，机械车每前进1 m, 插草机构动作一次, 实现一次插草成形。插草机构控制系统的原理系统由测距雷达、可编程逻辑器件（CPLD）、PLC构成。整个插草机构的高度由物位传感器测得，它将数据传送给可编程逻辑器件（CPLD）。CPLD分析倒车雷达的传感器送来的信号，根据信号选择不同的档位输出送给PLC，PLC依照接到的信号提升或者降低插草机构来保持距地面的高度。
    为防止在工作中动作不到位而出现问题, 机械车设有监控系统。监控系统由一组摄像头组成, 摄像头布置在需要监控的位置, 将视频信号采集回驾驶室, 使驾驶室的人员能够实时地监控机械车的工作情况, 及时发现问题。此部分用了4 个摄像头, 1 个画面分割器、1 个显示器。4 个摄像头中有2 个安装在下草机构处, 监视车厢内滚耙1处草的接触情况、输送带与滚耙1处的草的厚度和分布的情况。1个安装在放草向机构处, 用来监视滚耙2将草下放到地面动作的执行情况。一个安放在压草机构处，用来监视压草机构的动作执行情况，距离地面高度，以及草方格的成形情况。这样, 机械车每前进1 m, 就在沙土中铺设成间距为1 m, 总宽为2 m 的草方格。机的运动距离由位移传感器采集信号传输给计算机, 从而控制供草电动机的速度以及液压马达的速度和组合铁锨的插入时机。
    创新点：
    1．草无需提前制成草辊，散草即可直接使用，减少了工艺，降低了成本。
    2.采用先铺草后压草的工艺流程，可以让工作人员便于检查铺草情况并及时修整。
    3.位于车身后部的压草机构将方格状的草一次压成型，不对已成型的草方格造成破坏。
    4.本车采用太阳能电池板和蓄电池组提供辅助能源，更加绿色节能。
    5.本车独创四轮履带，满足自身设计需要的前提下，为设计师提供了新的设计思路。