《省力的轮子》教案设计

2024-04-27

《省力的轮子》教案设计（精选7篇）

篇1：《省力的轮子》教案设计

大班科学活动：省力的轮子

活动目标：

1、知道使用轮子速度快；能省力。

2、了解周围世界中有各种各样的轮子，并且对轮子在生活中的应用感兴趣。

3、乐意运用各种废旧材料制作带“轮子”的玩具。

活动准备：

教具：推车：2只；两箱子物品。

各种形状的积木块以及斜木板1块。

学具：各种积木块。

笔和纸。

酒瓶盖、盒子、胶水、铜丝和橡皮泥。

活动过程：

1、创设情境，导入活动。

（1）

教师出示没有轮子的推车，让幼儿拖一拖，感觉一下轻重。

（2）

往推车里装入物品，再让幼儿试一试能不能推动。

教师总结：因为车子里装了物品所以就变得很沉，我们没有办法拖动它。

2、基本活动，探索轮子的形状和功能。

（1）

教师出示有轮子的推车，在把第一个推车里的物品全部装入带有轮子的推车里。

讨论：比较两个推车的不同之处。

总结：因为第二个推车装了轮子，而第一个推车没有装轮子。装了轮子的推车拖起来比较省力。所以，我们能够轻松地拖动它了。

（2）

提出问题：我们看到的轮子是什么形状的？轮子为什么是原形的？如果我们用其他的形状做轮子会怎么样？

（3）

幼儿探索用不同的形状做轮子的的不同之处。

3、提供长方形、正方形、圆形等其他形状在斜板上做实验，观察哪种积木滚得快/

教师总结：原来圆形的物体比其他的物体滚得更快更远，所以轮子就做成圆形的。

4、了解轮子在生活中的实际应用。

5、活动延伸，扩展幼儿的思维。

活动反思：

由于本次活动非常贴近幼儿的生活，所以我选择了这一活动。但是由于幼儿本身缺乏一些应有的生活经验。所以，活动中幼儿的想象力、创造力不够丰富，导致活动中气氛不够浓烈。此外，我在活动中的一些提问在语言表达方面还有些欠缺，致使幼儿理解有误。因此，在这一点上还需要我（老师）以后多加的注意，争取用简单、明了的语言来引导幼儿回答问题。

活动评析

第二次活动案例

科目名称：科学

课题名称：省力的轮子

活动目标：

1、道使用轮子速度快；能省力。

2、了解周围世界中有各种各样的轮子，并且对轮子在生活中的应用感兴趣。

3、乐意运用各种废旧材料制作带“轮子”的玩具。

活动准备：

教具：推车：2只；两箱子物品。

各种形状的积木块以及斜木板1块。

学具：各种积木块。

笔和纸。

酒瓶盖、盒子、胶水、铜丝和橡皮泥。

活动过程：

1、设情境，导入活动。

教师出示没有轮子的推车，并且往推车里装入物品，让幼儿试一试能不能推动。让感觉一下轻重。

教师总结：因为车子里装了物品所以就变得很沉，我们没有办法拖动它。

2、基本活动，探索轮子的形状和功能。

a)教师出示有轮子的推车，在把第一个推车里的物品全部装入带有轮子的推车里。

讨论：比较两个推车的不同之处。

总结：因为第二个推车装了轮子，而第一个推车没有装轮子。装了轮子的推车拖起来比较省力。所以，我们能够轻松地拖动它了。

b)提出问题：我们看到的轮子是什么形状的？轮子为什么是原形的？如果我们用其他的形状做轮子会怎么样？

c)幼儿探索用不同的形状做轮子的的不同之处。

3、提供长方形、正方形、圆形等其他形状在斜板上做实验，观察哪种积木滚得快/

教师总结：原来圆形的物体比其他的物体滚得更快更远，所以轮子就做成圆形的。

4、了解轮子在生活中的实际应用。

5、出示各种图片，丰富幼儿的各种经验。

6、活动延伸，扩展幼儿的思维。

活动反思：

经过上一次的活动我发现在第一环节上有些多余。因此，我把这一环节删除了。结果幼儿很快就能感觉到没有轮子的推车里放有物品是如何的沉重。同时，我根据幼儿在上次活动中实际生活经验的不足，在活动的最后环节中又做了一定的修改。让幼儿通过各种图片来对带有轮子的物品多加的认识从而来拓展幼儿的创造性思维。使幼儿能够熟练地操作、发挥他们的想象力。

第三次活动案例

科目名称：科学

课题名称：省力的轮子

活动目标：

1、使用轮子速度快；能省力。

2、了解周围世界中有各种各样的轮子，并且对轮子在生活中的应用感兴趣。

3、乐意运用各种废旧材料制作带“轮子”的玩具。

活动准备：

教具：推车：2只；两箱子物品。

各种形状的积木块以及斜木板1块。

学具：各种积木块。

笔和纸。

酒瓶盖、盒子、胶水、铜丝和橡皮泥。

活动过程：

1、设情境，导入活动。

教师出示没有轮子的推车，并且往推车里装入物品，让幼儿试一试能不能推动。让感觉一下轻重。

教师总结：因为车子里装了物品所以就变得很沉，我们没有办法拖动它。

2、基本活动，探索轮子的形状和功能。

a)教师出示有轮子的推车，在把第一个推车里的物品全部装入带有轮子的推车里。

讨论：比较两个推车的不同之处。

总结：因为第二个推车装了轮子，而第一个推车没有装轮子。装了轮子的推车拖起来比较省力。所以，我们能够轻松地拖动它了。

b)提出问题：我们看到的轮子是什么形状的？轮子为什么是原形的？如果我们用其他的形状做轮子会怎么样？

c)幼儿探索用不同的形状做轮子的的不同之处。

3、提供长方形、正方形、圆形等其他形状在斜板上做实验，观察哪种积木滚得快/

教师总结：原来圆形的物体比其他的物体滚得更快更远，所以轮子就做成圆形的。

4、了解轮子在生活中的实际应用。

5、出示各种图片，丰富幼儿的各种经验。

6、活动延伸，扩展幼儿的思维。

大班科学教案：彩色的阳光

活动目标：

1、了解阳光有不同的颜色组成，知道阳光有红色、橙色、黄色、绿色、青色、蓝色、紫色七种颜色。

2、探索观察七种颜色的方法，并通过涂色表现自己的发现。

3、产生探索自然奥秘的兴趣。

活动准备：

1、小镜子人手一面，多棱镜每组一面。

2、装水的玻璃瓶若干，水盆4～5个。

3、画纸和油画棒人手一份。

活动过程：

一、看阳光，引起幼儿的兴趣。

师：小朋友，你们知道阳光是什么颜色吗？我们一起看一看窗外的阳光吧!

师：你们看到的阳光是什么颜色的？（个别幼儿说一说）阳光真的像你们说的是这种颜色吗？

二、了解探索阳光的材料。

师：老师这里有很多的材料，看看它们是谁呀？（幼儿说说材料的名称）用这些材料可以干什么呢？（幼儿自由交流）

三、利用材料探索阳光的颜色。

1、教师引导幼儿利用多种材料亲自动手探索发现七彩的阳光。

探索一，将水盆放在阳台上，给每个小朋友一面小镜子，让幼儿将小镜子斜放在水里，玩一玩，看一看能发现什么？随即交流自己的发现。

探索二，让幼儿看一看阳光下的玻璃瓶，还能发现什么？幼儿自由交流后在集中交流。

探索三，引导幼儿利用多棱镜观察阳光，看一看有什么新发现？引导幼儿继续交流自己的发现。

2、教师与幼儿一起得出结论：阳光是有红色、橙色、黄色、绿色、青色、蓝色、紫色七种颜色组成的。

四、引导幼儿用油画棒记录阳光的颜色。

师：小朋友今天真能干，自己在玩中发现了太阳的光芒是七彩的，我们一起来画个七彩的太阳宝宝吧!

幼儿进行涂色活动，活动完成后，让幼儿自由交流欣赏。

篇2：《省力的轮子》教案设计

活动目标：

1．知道轮子是圆的，会滚动。

2．引导幼儿探索轮子能省力且了解轮子在生活中的运用。

3．体验游戏的快乐。

活动准备：

各种积木、推车、报纸、课件。

活动过程：

一、滚一滚

1、教师出示各种积木。

教师：这是什么？盒子里有好多的积木，你们可以选择各种形状的积木在地上玩一玩，滚一滚，看看哪个会滚，哪个不会滚。

2、幼儿自由玩，提问：在玩积木时，你发现了什么呀？

圆形为什么会滚？（圆形没有角，是圆的）

3、小结：刚才我们都发现了圆形积木会滚动，因为它是圆的。

二、搬一搬

（一）实验一

1、教师出示重物，请幼儿搬。

教师：今天，小动物们都要搬家了，可是还留着一大堆的东西，它们想了各种办法还是搬不动，请小朋友来帮小动物们搬家。

2、幼儿尝试，提问：你在搬时感觉怎么样？（很重，比较累）

3、教师小结：用手去搬书很累，很重。

提问：用什么办法才不会这么累？

（二）实验二

1、教师出示推车，幼儿再次尝试。

提问：用什么办法才不会这么累？

教师：这是什么？请你用推车来搬一搬.2、提问：用小推车搬书感觉怎么样？（轻松、省力）直接搬与用手推车搬哪个省力？为什么？

3、教师小结：轮子可以帮我们省力又可以省很多的时间。

三、说一说、看一看。

1、教师：除了小推车有轮子，你还见过什么东西也有轮子的？

2、欣赏图片。

教师：老师这里有很多东西也有轮子，我们一起来看看。这是什么？它有什么用？

3、小结：今天我们知道了轮子是圆形的，会滚动，轮子还能省力，给人们生活带来好多方便。

四、活动延伸

篇3：一种省力的翻边装置设计方法

在汽车锁芯的装配中, 有一种工艺要求。通过翻边将两个件装配到一起。由于锁芯工件较小, 但翻边力较大, 这就要求装置结构紧凑, 且要省力。为解决此问题, 设计了一种简单易行的翻边机构, 其结构原理图如图1。

向下的外力先通过翻边套定位并压紧锁芯工件, 连接板压缩弹簧继续向下运动, 带动压板通过销轴1压紧翻边板 (翻边板与销轴1配合处是一长孔, 翻边板既能绕销轴1旋转, 又能滑动) , 翻边板绕销轴2旋转, 利用杠杆原理对锁芯进行翻边。此装置结构紧凑巧妙, 利用弹簧产生动作时间差, 既压紧了工件, 又对工件完成了翻边。弹簧的存在, 能使翻边板在初始状态下保持张开状态, 以便翻边套能准确定位锁芯。而且通过杠杆原理, 用很小的力就能收到良好的翻边效果。

通过多条生产线的验证, 这种装置使用运行良好, 客户对其十分赞赏。此工作原理已在自动化生产领域广泛应用。 (编辑明涛)

篇4：《省力的轮子》教案设计

车轮经常被描述为人类历史上最重要的设计成果之一，并由此引伸出关于重复“发明轮子”的各种俗语。但是，如果没有新的设计，创新可能会停滞，所以设计师需要在两者之间取得平衡。

如今，还有很多工程企业没有意识到，当前的工程问题已经得到解决，或者通过现有设计和部件的再利用可以减少设计时间和成本。

“设计再利用”的整体概念接近于“循环利用”。再利用能够减少大量能源消耗，远远超出了材料成本的节约。

相比之下，因为涉及到产品设计，再利用被视为一种提供项目定义、需求、组件和装配再利用能力的策略。因此，设计再利用可以加快产品创新、缩短产品上市时间、提高质量以及仿真、模具及加工等下游应用的生产效率。

虽然“设计再利用”策略仍面临着一些挑战，但一些企业已经通过明智有效的部署，突破这些障碍，获得了相当的成功。

设计再利用的价值

“设计再利用”所带来的好处不仅限于节约成本和减少设计时间。例如，由于过分热衷于“为设计而设计”而不断更新设计，许多制造商一直承受着巨大的库存压力；而正确进行设计再利用之后，大量组件可以在各种产品中被定制和使用，进而大幅减少库存压力，并带来批量采购的优惠。

由于再设计之中包含了经过测试的零件，其耐用性和能力是已知的因素，也就提供了质量保证。

此外，以现成的设计或大量预先核准的组件作为起点，工程师避免了从头开始，他们还能获得坚实的基础以及规模经济效益。

事实上，AberdeenGroup的调查结果显示46％的企业都在追求更好的创建、获得并再利用产品知识的能力，并将其作为一种控制成本同时提高收入的方法。采取了这种方法的企业实现了高产品质量、加速投入市场以及增强成本竞争力的目的，已经获得了显著的经济效益，在全球市场上获得了竞争优势。

设计再利用的好处涉及多方面且显而易见，但这往往并非一个简单的过程：包含数百个相互关联功能的设计模型非常难以改变，设计再利用使得设计师将面临花费更多时间来解决问题的风险。有效的设计再利用面临的其他挑战包括：收集现有数据或找到之后临时修改这些设计的困难；無法开发和设计可重复使用的零件和模板，或無法改变设计以适应下游工序的有效及無缝的使用，也可能成为主要障碍。这些挑战体现在流程和技术方面，但能解决所有这些问题的解决方案已经存在。

适当设计方式实现有效设计再利用

有效的设计再利用主要源于工程师自身的思维方式和方法，但有几种技术可以帮助并简化这一过程。

虽然绝大多数生产厂商都力求采取再利用措施，他们之间仍然存在着巨大的能力差距。AberdeenGroup的研究表明，许多组织机构在将现有设计改变为新的设计时仍面临挑战。这个问题可以回溯到目前设计工具的基本工作方式。

要找到适当的设计，重点在于采用系统而有效的数据库和搜索工具。大多数数据库的常规搜索都是基于元数据或属性比较的，要遵循一致的命名方式才能搜索成功并严格遵循，导致现实生活中不易于使用。

相似零件的一个共同特点是，無论被如何归类或命名，它们都呈现出某种形状。将形状添加到搜索条件中，将更容易提高这些零件的再利用率，便于跨多个数据库的数据清理和搜索。一个强大的几何搜索工具可以为企业找到丰富的再利用机会，减少多达52％的库存。

一旦设计和零件容易找到，接下来必须解决的问题就是单一的设计是由相互依存的许多特征所组成。基于特征的CAD工具允许用户创建一系列单独的几何特征共同形成一个完整的设计。在这一系列特征中存在着强烈的相互依赖关系。这种强大的相互依赖关系可以为设计带来翻天覆地的变化，但它也有可能制约设计。序列前期的一个特征变化，可以强制其后的特征以致于创建無效的几何形状。事实上，Aberdeen的研究显示，48％的企业需要不断解决僵化模式面临改变而失败的问题。

解决这个问题的方法之一是加强培训，提高设计师的CAD技能，但是这样做代价高昂，还分散了对建立新型创新设计的关注。因此，一个可以利用本地和非本地数据的灵活而可互操作的设计软件或应用程序就成为关键。它允许设计者编辑几何图形，不论它是如何创建、应用和保存的，通过同步规则、特征和几何图形提供可预测的结果。

下一个问题是如何设计可再利用的零件和模板。由于往往很难预测模型如何改动，所以需要有计划的再利用。建立再利用库可以为迅速找到系统模板、零件库、产品模板等各种各样的可再利用设计对象提供一个公共平台，用户可以取出特定的对象并将它们拖放到自动化工作流程中。

最后，再利用策略绝不仅限于设计。为了获得再利用带来的所有好处，必须着眼于下游工序。企业必须扩展他们的再利用措施，包括再利用仿真和数控编程等内容。总之，正确的应用程序可提高仿真设计或快速制作所需几何形状的能力，从而使分析师可以迅速编辑并尝试多种设计方案。

不再重复“发明的轮子”

很明显，通过规划并实现系统化和技术成熟的设计再利用架构，结合搜索、设计和编辑工具，企业可以最大限度地提高生产力，同时降低设计成本。

未能进行有效设计再利用的产品开发组织落后于时代，并将渐行渐远。能够收集现有数据、进行临时改变、开发并设计出可再利用的零件和模板，修改几何图形以适应下游工序的有效及無缝的使用，为设计师提供了创新的自由，使他们再也不必重复“发明轮子”。

篇5：大班科学：省力的轮子

教学重、难点：感受轮子的方便和省力

教学准备：各种玩具车(部分车有轮子部分车没有轮子)、多媒体图片，五个有轮子旅行包 (内装满书)

教学流程：设疑、解疑 - 体验轮子省力 - 感知轮子的运用 - 激发探索兴趣

教学过程：

一、设疑、解疑

⑴ 引导幼儿观看多媒体(一个叔叔抱着东西走，另一个把东西放在推车上推)

提问：叔叔在干什么?你觉得哪个叔叔搬起来更省力?为什么?幼儿自由回答(推小车的叔叔省力，因为有车子……)

小结：小朋友都说用小推车帮忙搬东西的叔叔更省力。老师这儿有很多的玩具车，请你们来看一看、开一开，你会发现什么?

⑵ 幼儿自由操作、摆弄玩具车

提问：你发现了什么?你的玩具车开起来怎么样?幼儿回答(我的车开的很快，我的车上没有轮子开不动……)

小结：原来不管是小推车上还是玩具车上都要有轮子，有了轮子车子才能滚动，车子才能开

二、感受轮子的省力

⑴ 师：你们看，这儿有很多的旅行包，我想把它拿到中间来，(哇，好重呀)，谁愿意帮忙?(请一幼儿)

提问：你觉得搬起来怎么样?(重、搬不动)，幼儿想办法(大家一起搬)

⑵ 那里还有几个旅行包，你们一起帮忙搬到中间来好吗?

(全体幼儿一起动手搬旅行包)

过度语：刚才我们小朋友这么多人帮才能把旅行包搬到中间来，老师还发现很多小朋友脸都涨红了，很累，我们小朋友来发现一下旅行包上有什么秘密吗?它能不能帮我们搬起来更省力?

幼儿观察：(发现有轮子，请轮子帮忙)

⑶ 请一名幼儿示范怎么样用轮子搬旅行包

提问：你感觉怎么样?(省力、方便)

为什么刚才很多小朋友搬都很吃力，现在一个小朋友搬都觉得很省力?

幼儿回答(因为有轮子帮忙，轮子能转动，旅行包就能跟着前进……)

⑷ 全体幼儿体验(鼓励幼儿先拎一拎不用轮子帮忙，再用轮子帮忙搬，感受使用轮子的省力)

小结：工人叔叔真聪明，在旅行包上有了轮子，轮子会转动，我们就能很省力地搬旅行包了

三、感知轮子的用途

⑴ 师：除了旅行包上有轮子，小朋友你们还在哪儿看到过轮子?有什么用?(幼儿自由回答，如：火车上的轮子可以使火车开的很快，飞机上的轮子可以安全起飞降落，溜冰鞋上轮子可以锻炼身体……)

⑵ 放映多媒体(各种日常生活中有轮子的物体)，感受轮子在我们生活中的用途

四、激发幼儿探索的兴趣

篇6：轮子的科学教案设计

1、发现“转动”的有趣现象，体验“转动”游戏的乐趣;

2、尝试探索让物体转动起来的方法;

3、能关注并说出周围生活中转动的某些现象，发现转动在生

活中的运用。

二、活动准备

1、知识经验准备：幼儿在生活中感受过物体“转动”的现象。

2、物质材料准备：地球仪、风车、积木、光盘、笔、圈、绳子、圆罐、纸杯、勺子：ppt课件

三、活动过程

1、游戏：快乐小转盘

(请五位小朋友上来手拉着手，围成一个圆，边转圈边喊口令：“快乐小转盘，大家一起转，叽里咕噜转呀转，转出可爱的动物来。”喊完之后停下做出一个可爱动物的动作，没有做出来的淘汰。)

2、探索尝试，让各种物品转动起来

(1)、交代任务

(2)、幼儿操作，教师观察并指导

(3)、师幼一起总结”转动”方法(吹、拧、转、拨、搓等)

(4)、引出转动和“力“有关

3、尝试让两种物品一起转动起来

(1)、交代任务

(2)、幼儿操作，教师观察并指导

四、转动与生活、并播放PPT课件

活动总结

篇7：《省力的轮子》教案设计

在以太行山脉为主体的华北山区果园,园内运输作业是一项比较艰难的工作。其原因之一是青壮年大多都进城务工,果园内的劳动力以中老年人为主,他们经验虽然丰富,但体力相对较差,动作迟缓,难以长时间劳作。同时,由于果树相对较矮,枝杈径向伸出幅度大,可供穿行的区域窄,给果农运粪、施肥、除草、剪枝、果实运输等作业带来了一定的困难。不同的季节,果园内的路面行走条件也有很大的差异。夏秋两季,果树和杂草同时处于旺盛的生长期,路面的沟坎、碎石等,也给果园运输车的开发带来了一定的困难。

国内外学者对如何克服各种不利因素,开发出适应山区果园条件的运输机械,进行了大量的研究与探讨,如铺设单轨道与双轨道山地的果园运输机[2,3]。这种山地运输机械具有运输量大、效率高的基本特点;但轨道只能铺设在主要干道上,在果树丛中是无法铺设轨道的,运输时也只能将所运物料装卸在临近轨道的路边。此外,山地果园轨道运输的投入成本过大,不是农户一家一户所能承当的。而在冬季农闲时节,对轨道的维护与保养也是一项繁重的工作、一笔不小的费用。

如何创新性地开发一种适应于华北山区果园条件,适于中老年人操作的,能在果园树丛间自由穿行,并能对果品、肥料、杂草、枝杈等进行运输作业的省力化车型,是本课题研究的主要落脚点。

1 总体结构、原理和设计要求

1.1 工作条件要求

果园运输机械的基本要求是:①省力化。以减小果农在园内运输劳作时的劳动强度。②环保。现有山区果园多为生态园,园内应尽可能避免化石燃料产生的废气,且作业时的噪声应得到控制,以免影响立体种植园内的家禽等生物。③较好的通过性。由于要在果园内树丛间进行穿行作业,车辆的体积不能过于庞大,车辆宽度应限定在800mm以内。④人机分离。因车辆的体积相对较小,不允许操作人员上车,否则会影响车辆的稳定性、安全性;并且车辆过于沉重时,还会造成转向困难、消耗动力过大等现象。⑤成本不宜过高。如果果农采购价格过高,会影响后期研究成果的转化。

1.2 工作原理与结构设计

1.2.1 果园运输机械的总体结构

果园运输机械的总体结构如图1和图2所示。果园运输车总体由转向、驱动、制动、调速、车厢等5大部分组成,总体长度为1 420mm,宽度为800mm,箱部高度为1 065mm。

为了适应操作者跟车操控的目的,车速控制在步行或小跑速度以内,即1～2.5m/s。卸货方式:打开锁销后,在弹簧力作用下侧向门自动开启,物料靠自重下卸;但仍需采用人工上料的方式装料。由于前桥轴载相对较轻,转向传动机构并不使用转向减速器;而是由转向摇杆通过转向纵拉杆带动四连杆转向梯形运动,从而实现前桥内外侧车轮的偏转。调速手柄位于制动杆上端,其上备有倒挡开关;而制动则是利用向后拉动制动杆来实现的。

1.侧开门 2.转向摇杆 3.调整及制动拉杆

1.转向传动机构 2.电瓶 3.料箱 4.差速驱动桥

为降低后期使用成本,驱动系统采用的是电动车市场上使用的电机、差速、桥壳一体装置。因为要求电机的速度较低,而对电机本身进行了一些改制。

1.2.2 前转向从动桥工作原理

为了保证前轮具有较大的接近角,受车体结构空间的限制应采用钢板弹簧结构;并考虑到行驶路况的不利影响,前转向桥车轮选用独立的螺旋弹簧悬挂,转向机构选用四连杆转向梯形。其依据是,由于果园内侧向坡度通常在15%(8.53°)以内,左右两侧转向梯形的浮动球销完全能够适应(受篇幅所限,不作理论计算)。其具体结构,如图3所示。

1.推力轴承 2.活塞 3.密封螺母 4.转向主销 5.缓冲弹簧 6.悬架套筒 7.车架

在活塞下部设置推力轴承的目的是避免在偏转车轮的过程中,悬挂弹簧产生的滑动摩擦阻力。采用这种结构既能起到弹性元件的作用,空气在活塞的伸张作用下,也能起到阻尼的效果。后期实际使用表明,转向轻便、灵活、占用空间小。

1.2.3 后差速驱动桥

后桥与车箱的连接采用的是传统的钢板弹簧方式。由图2可以看出,该布置方式并没有过多地影响离去角。

后桥采用的是轻型电动三轮车的具有差速性能的标准结构。其由0.5kW的直流电动机直接带动差速器,从而实现后桥左右两侧车轮同时驱动。这样不仅保证了双轮驱动,在转向过程中,内外两侧车轮还具有差速能力。

2 关键技术参数分析

2.1 果园车运行条件

夏秋两季,果园内杂草的生长高度可达450mm,生长密度达到看不见地面的程度;在早晚时分,草叶上往往还挂有露珠,将进一步导致路面附着条件的下降。果园内的地面还分布有沟坎、碎石等。经过整理后,地面的碎石通常不大于200mm,石块台阶的高度通常小于100mm。此外,由于相邻果树的枝杈可能搭接在一起,阻碍了车辆的穿行。

根据相关测试,橡胶轮胎在草地上的滚动阻力因数是0.08,在含露水的草地上行驶时滚阻因数要更小些。在草地上行驶时的附着系数在0.25～0.3之间,在干燥土地上的附着因数值就要高得多。

经过整理的果园地面坡度通常小于15%,转运道路的坡度通常小于30%。

上述不利因素的存在,决定了果园运输车的开发必须受到一定条件的制约。

2.2 关键参数分析

整车设计参数:装运不同物料时,质心点的位置会有所变化(以下数据可认为是最大值)。

质心点距前桥距离a/mm:570

质心点距后桥距离b/mm:380

轴距L/mm:950

轮距B/mm:800

质心点高度h/mm:800

车轮直径D/mm:450

满载重力G/N:800(干燥农家肥);1 000(土石)

2.2.1 整车侧向稳定性

受道路条件的限制,果园运输车的宽度相对较窄,因而必须确保车辆具有较好的侧向稳定性。在车速较低(不超过步行速度)的前提下,可以认为侧向稳定性不受离心力的影响。在此前提下,可能影响侧向稳定性的因素只有满载时质心点位置,山区果园侧向坡度造成的侧倾等。

侧向稳定性的实质是:车厢侧倾时,质心点的垂线是否仍位于两轮之间。在不计离心力的前提下,车厢的侧倾角度只取决于地面的侧向坡度。以河北省临城县1 333.33hm2生态核桃园为例,经整理后的园内地面,果树间的侧向不平造成的坡度角通常小于15°(坡度i=0.27)。设坡度角为a,由图4可以看出,其侧向偏移量为

Δl=hsinα

由图4可得侧向稳定性条件Δl≤B/2,可推出

undefined (1)

依据式(1)进行质心点设计时,为了确保安全可靠,实际质心点的高度应小于此值。将B=800mm,α=15°代入,可得hmax=1 545mm。而实际的果园运输车质心点高度仅为800mm,完全满足果园作业侧向稳定性的基本要求。

2.2.2 惯性力

惯性力会带来冲击等问题,但车辆在行驶过程中的惯性力是不可避免的。其原因可能是果农原来推独轮车时的习惯性动作,或是其它不确定因素作用的结果。举例来说,果农操纵车辆时,一旦遇到坡道或沟坎台阶时,往往会习惯性地采取加速冲坡的方式,这也是非常有效和必要的。但是操作者往往是在接近坡道的平坦路面上就采取加速的动作,此时如果加速度过大,操作人员可能会跟不上或造成所运输的物料出现掉落的情况。

最大加速度的产生只能在满载时,空载时通常是不需要进行加速冲坡的。因此,只需对满载时平坦路面的最大加速度进行讨论。

在电动机驱动扭矩足够大时,满载时最大加速度取决于地面情况—附着因数。有

amax=(φGφ-fG)/m (2)

式中 amax—地面条件决定的最大加速度;

Gφ—平坦地面上驱动轮附着重力;

m—整车质量。

依据本课题研究的数据,满载整车重力为800N,驱动轮附着重力Gφ=500N,整车在湿滑野草地面的滚动阻力因数f=0.08。在果园运输车电瓶电量充裕的前提下,可以得出春秋两季野草地面最大加速度为

undefined=0.75m/s2

车辆以这样的最大加速度,操控人员短时间内的快步走是完全能够跟上的,同时也不至于使装载的物料脱落。这里强调的短时指的是控制在一两步之快步走内,这样的要求主要是为了适应中老年体力的需要。而从果园坡道的实际情况看,除坡度并不太大以外,坡道长度相对也比较短,这也确保了加速过程中操作人员的步伐跟不上的情况出现。

2.2.3 土石道路爬坡作业

虽然果园运输车的主要任务是在果树间进行短途穿行,但也需要在不同的园林间进行转运。与果园内不同的是,转运作业时的地面通常是相对较好的路面,由土石铺就,称之为土石路。其优势是附着因数远高于果园内地面的附着因数,同时道路也比较宽阔,为果园运输车的机动创造了条件;其缺点是坡度通常较大,车辆在上坡时需要较大的驱动力,而下坡时又需要辅之以制动力。依据前期调研,园林间道路的坡度通常在30%以下,也就是在21.8°以下。

果园运输车在转运坡道上的爬坡能力,取决于车辆驱动轮的驱动力,在车辆动力足够的前提下,驱动力由地面附着条件决定,即

φGφcosα≥fGcosα+Gsinα

式中 α—坡道角。

φGφ≥fG+Gtanα

或 Gφ≥(f+i)G/φ (3)

式中 i—坡度。

与前述春秋两季野草地面的滚动阻力、附着因数不同,由于在修整过的土石坡道上行驶,行驶条件要远优于果园内。在干燥地面(不论季节,转运坡道都可认为是干燥地面)条件下,滚动阻力因数约在0.03～0.04之间(取中间值为0.035),附着因数为0.6左右。依据此,可得

undefined=447N

而在平坦路面条件下的附着重力Gφ=500N。

两项比较,满足Gφ≥(f+i)G/φ的要求。

3 操控性与实地测试

3.1 操控性

本课题的创新点在于人与车的分离。由于现有市场没有同类型的产品,果农在实际使用过程中存在一个操控适应性的问题,主要指的是转向、调速以及制动3方面。

转向操控方面,由人们习惯的转动方向盘转向改为了操作杆转向,可能会有些不习惯。但实际检验表明,一个中老年人,经过半天左右的训练,就能很好地实现起步、行走、转向与倒车,转向力的值小于100N。

调速与制动方面,调速手柄位于右手制动控制杆的顶端,前进和倒车的调速的动作都是转动手柄;但倒车时需要将开关拨向倒车挡,而制动的动作是向后拉动手柄。虽然是两个操控动作位于同一个部件上,但由于两个动作互不干扰,并不会出现相互影响的情况。调速原理与电动自行车完全相同,即使是没有电动车驾驶经验的人,只要稍加训练也能够熟练地对速度进行调节。

3.2 实地测试

果园运输车实物,如图5所示。由于是针对整车极限能力进行的,所以测试指标要高于设计值,装载物料为干土,装载质量为80kg,路面为华北南部地区冬季干燥土石路面,附着因数约为0.55。干燥地面实测指标及效果参数为:

道路沟坎落差hw/mm:115

侧向坡道角a/(°):12

最大纵向坡度i/%:35

行走速度v/m·s-1:1～2.6

最大加速度amax/m·s-2:0.65

从实测效果看,有些指标大于理论值。其原因是华北南部地区冬季干燥地面附着因数值相对较高的缘故。为使实测指标更加具有说服力,在原实测地面进行了洒水,浸润深度为3～5mm。再对上述指标进行重新测试,结果为除最大加速度降为0.4m/s2外,其余指标没有明显下降。

4 结论

1)果园运输车的开发,能够适应华北山区果园的实际作业条件,达到减轻果农的劳动强度,实现省力的基本目的。

2)果园运输车的运行,采用的是驾驶员跟车步行操控的方式。这不仅降低了车辆的无效载荷,提高了果农的安全性,同时在操控过程中具有视野开阔,通过预选道路,能够提前规避各种障碍物。

3)由于大量采用了市场上电动三轮车的零部件,使后续的使用成本大大降低,成为果农买得起、用得起的农机设备。