船式拖拉机直线工作参数优选研究

为提高船式拖拉机驱动性能,以单轮叶为研究对象,结合离散元法搭建了仿真模型与土槽试验平台,分析单轮叶与土壤的直线作业机理。验证仿真模型的有效性后,从单轮叶与土壤作业过程出发,对单轮叶直线作业过程受力进行了分析,发现单轮叶推进力和支撑力均随着转过角度的增加呈现先增加后降低的趋势变化。以单轮叶推进力和扭矩作为评价指标,探究单轮叶工作参数对驱动性能的影响规律,通过多因素法得到最佳的工作参数组合。研究结果表明:最优工作参数组合为入土角度11°、入土深度147mm、前进速度1.6m/s,此时轮叶推进力为172.51N、扭矩为69.82N·m,优化后的单轮叶推进力提高了40.82N,扭矩下降了34.77N·m。土槽试验表明:优化后的单轮叶损耗功率降低明显,驱动性能得到了有效提高,结果为船式拖拉机工作参数选择提供了理论依据。

基于折叠技术的拖拉机底盘优化设计

基于折叠技术的应用现状,系统分析了折叠技术的建模与分析方法。以拖拉机底盘为例,以提高自走式拖拉机底盘灵活性和可操作性为研究目标,使用折叠式框架和前平衡旋转轴,改进机械和工具在自行式底盘中心区的机械化挂接方式,构建一种当前轴以接近90°的角度转动时拖拉机围绕其中一个后轮原地转动的动态模型,以减少拖拉机悬挂农业机具转弯的阻力矩。研究结果表明:使用前旋转轴可以解决机具和工具在中心区的自动挂接问题,提高机动性,简化自走式拖拉机底盘的转向驱动,且在拖拉机田间运行过程中可以任意改变前轮轨道的理想转弯。田间运行颤振结果表明:使用旋转桥可以解决自动连接机具的问题,并确保桥的摆动,保持田间作业稳定性与可靠性。研究结果可为提升折叠技术在农业机械装备中的进一步应用提供技术参考与方案优化。

拖拉机底盘振动故障诊断与优化——基于模态识别模型

拖拉机是农业生产中非常重要的工具之一,被广泛用于耕种、播种、收割、运输和其他农业活动中。但是,由于农业生产环境恶劣、工况复杂多变,农业拖拉机底盘结构在运行过程中会发生各类故障,进而影响拖拉机工作可靠性,降低农业生产效率。为了精确地识别拖拉机底盘系统早期故障,融合了改进后的平均相关子空间方法,提出了一种以系统响应信号为特征输入的模态识别算法,并采用多次平均后的相关函数信号作为模型输入,通过测定拖拉机底盘不同位置振动信号验证算法的可行性。

基于主动气囊的高地隙底盘调平系统设计与试验

针对高地隙底盘在不平整地作业时,因车身随地形起伏而倾斜,导致车身稳定性变差、驾驶安全性差等问题,设计开发了基于四支腿主动气囊调节的离地间隙调整机构,实现了底盘稳定性调节,底盘俯仰调节-8.5°~8.5°,横滚调节-10°~10°,底盘最大离地间隙可调节为280mm。在此基础上,设计了一套底盘调平控制系统,并从调平系统的工作原理、硬软件设计与调平控制策略等方面展开了研究。最后,针对高地隙植保机样机加装调平系统后进行控制响应测试和田间试验。控制响应测试表明:主动气囊的自身平均超调量为3.36%,可保证其控制性能。田间试验表明:加装自动调平系统的高地隙底盘在田间不仅有效降低了底盘倾斜度,改善了底盘运动稳定性,且大大提升了高地隙底盘对不平坦地面的适应性。

玉米收获机HMT液压驱动系统的设计与试验研究

玉米是我国重要的粮食作物之一,在我国各个地区都有种植,种植面积相对较大。农业机械化属于极为重要的基础条件,可为保障国内粮食的高产、稳定与安全发挥重要作用,在推进农业可持续发展方面具备显著的现实意义。目前,玉米收获机传动机构多为机械传动,在进行玉米收获时不能进行实时监测与在线控制,自动化及智能化程度较低,影响玉米收获质量与农业生产效率。为此,针对玉米收获机的机械传动系统进行优化,采用HMT液压驱动系统替代传统的机械传动系统,并通过AMESim进行玉米收获机传动系统的仿真分析,验证设计的适用性与合理性。

一种拖拉机核心执行机构的可靠性分析

以拖拉机转向机构为研究对象,对不确定因素下转向机构的运动精度进行分析,并利用概率学相关理论对转向机构运动误差和可靠性进行建模,同时采用一次二阶矩阵进行可靠性模型求解。结果表明:受转向机构工作过程可靠性不确定因素影响,拖拉机转向机构结构件误差最大时,其失效概率并未达到最大值。

位置扰动影响下的拖拉机底盘横向振动模型研究

为了探明行走速度、地面坡度和地面摩擦因数对拖拉机底盘横向稳定性的影响,建立了拖拉机动力学模型。考虑两种拖拉机失稳类型,即翻车和打滑引起的拖拉机底盘不稳定,为每种情况确定了稳定性指数。选取MITSUBISHI MT-2501D拖拉机进行试验与分析,结果表明:行走速度和地面坡度对所有稳定性指标都有显著的负相关影响(P<0.05),拖拉机的稳定性受拖拉机打滑的影响比翻车的影响更大。因此,为了提高该拖拉机底盘的整体稳定性,应该优先考虑提高由拖拉机打滑动力学得出的拖拉机稳定性指数。研究结果可为提高拖拉机田间运行稳定性提供新的研究思路及技术参考。

基于耦合动力学的拖拉机传动装置性能提升

为进一步提升我国农用拖拉机的综合作业效率,选定其传动装置展开性能优化分析。以耦合动力学理论为改善原则,结合拖拉机传动装置的工作机理与效率传递特点,建立耦合动力学数学模型,并通过传动结构分析与性能提升方案设计,进行整机作业试验。试验结果表明:基于耦合动力学的拖拉机传动装置性能优化效果明显,传动系统的传动效率与动力输出效率分别相对提高了5.09%和7.40%;此思路将传动系统的机械元件与电控模块的内部力学关系进行耦合处理,改善了整机的系统稳定性与振动舒适度,综合作业效率相对提升了6.90%,是耦合思维在拖拉机转型升级的创新应用,具有重要的借鉴意义。

拖拉机驱动系统对其性能和油耗的影响及试验研究

高机械性能和优化能源利用是机械化农业的重要发展目标。为此,通过优化拖拉机驱动系统,研究后轮驱动(RWD)、四轮驱动(4WD)和前轮驱动(FWD)对耕作作业中拖拉机性能和燃料使用的影响。选取轮胎充气压力分别为170、200、230kPa,压载质量分别为0、60、120kg,拉力分别为2、6和10kN,对高尔多尼拖拉机性能进行了测试。结果表明:4WD系统对拖拉机滚动阻力的影响最大,在不超过允许滑移的情况下可获得更高的牵引力;当拉力为2kN时,RWD系统的油耗最小,4WD系统的油耗最大;在10kN的拉力下,驱动系统的类型对降低油耗有显著影响,4WD系统的油耗达到了最低。

基于正交实验法拖拉机底盘的优化设计

拖拉机底盘作为承载拖拉机的重要部件之一,是保证拖拉机完成各项田间工作重要基础条件之一。为此,在保证拖拉机最大负载的前提下,减轻拖拉机底盘的质量和强度是拖拉机底盘优化的重要条件。针对以上问题,以拖拉机底盘优化为基础条件,在考虑拖拉机底盘具有足够的弯曲刚度的前提下,可以获得更好的田间工作性能。选取拖拉机底盘最大应力、最大等边应力和挠度作为拖拉机底盘设计的评价指标,通过拖拉机底盘两个不同的截面,即C和I进行拖拉机底盘的建模,通过正交阵列方法得到各个截面的最佳参数。采用数值模型分析腹板厚度、上翼缘厚度和下翼缘厚度等参数的影响,并对不同截面进行应力分析来确定最大挠度和应力。研究结果可为实现拖拉机底盘的优化设计提供技术参考。

拖拉机底盘离地高度对整机横向振动的影响

由于农业生产环境较为复杂,田间地形粗糙度、拖拉机行驶速度、轮胎性能、后轴宽度和拖拉机底盘离地高度等田间因素会造成农业拖拉机操作时机身的振动,影响田间作业效果与驾驶员的操作舒适性与安全性。针对以上问题,探讨了拖拉机底盘离地高度对拖拉机横向振动的影响。研究结果表明:拖拉机车身横向振动随着拖拉机底盘离地高度的增加呈线性增加,将拖拉机底盘高度降低30cm(仅占当前高度的15%),将减少20%的拖拉机横向振动;拖拉机车身垂直振动几乎不受拖拉机底盘离地高度的影响。综上所述,拖拉机设计与生产优化过程中可以通过降低拖拉机底盘离地高度减少车身横向振动,进而提高拖拉机的驾驶舒适性。

基于机器视觉的拖拉机地头转向控制研究

自动驾驶拖拉机可按照规划好的路线进行自动化作业,但离不开预先的路径信息采集,而基于深度学习的图像识别技术在自动驾驶汽车上的应用越来越普遍,可以用图像识别代替路径规划,实现拖拉机对地头的识别。为此,以基于深度学习的图像识别技术为核心,采集秋季收获后田间图像进行训练,设计了地头识别软件,可通过OPC协议与PLC通讯,控制电磁换向阀。利用Carsim仿真拖拉机转向获得拖拉机前轮转角参数,用于系统控制可行性检验,结果表明:训练的识别模块对田间图像的识别准确度为99.11%,且软件对电磁换向阀有实时精准的控制。Carsim中,拖拉机转向仿真可输出各种自动驾驶参数,可为今后研究提供参考。

拖拉机三点悬挂电液加载系统研究与试验

三点悬挂系统是拖拉机关键工作系统之一。由于田间作业工况的复杂多变,拖拉机三点悬挂液压系统承受较大的随机载荷,容易发生零部件破坏与液压故障等问题,直接影响拖拉机安全及作业效率。基于以上问题,研发了拖拉机三点悬挂电液加载系统,并基于NI Compact-RIO开发了拖拉机加载平台测控仪与上位机测控软件,实现了信号采集与加载控制。利用ARMAX模型进行系统辨识,得到电液系统模型,并与MatLab传递函数辨识箱比较,平均绝对误差降低33.90%,均方误差降低87.36%,均方根误差降低64.45%;基于PID控制方法,上位机以20Hz加载频率将阶梯信号、正弦信号、田间三点悬挂牵引力载荷应用于加载系统进行复现,效果完全可以满足试验台的控制加载要求。试验结果表明:基于ARMAX模型的系统辨识及基于PID的控制方法结合三点悬挂电液加载系统,可将田间三点悬挂牵引力载荷加载复现,为基于田间动态载荷加载的拖拉机三点悬挂零部件与系统可靠性试验提供了平台和方法支撑。

大马力拖拉机底盘控制液压系统介绍及优化设计

介绍了一例大马力拖拉机底盘控制系统,针对拖拉机在使用过程中出现的液压系统震动大、噪声大、管路压力损失大、管路布置复杂等问题,提出了一种底盘液压控制系统集成化设计的解决方案。该方案把分散的多种阀块集成化设计为一种阀组,优化了管路设计,通过装机后田间验证,解决了震动、噪声等问题,为拖拉机底盘液压系设计提供了一种可靠的思路及方法。

基于模糊神经网络的农机自动转向系统的设计

现代农业生产中要求农业机械在田间工作过程中可实现实时、高效的控制性能。为此,基于模糊控制规则的模糊神经网络控制器,利用遗传算法(Genetic Algorithm,GA)进行人工神经网络模型的优化,对拖拉机转向系统进行优化设计,得到农业机械田间工作时目标输出和实际输出的仿真曲线。基于东方红拖拉机搭建试验平台,进行了输出响应测试和角度测试,并通过MatLab仿真对控制系统的性能进行了分析。研究结果表明:模糊控制规则的模糊神经网络控制器和基于遗传神经网络的改进算法能有效缩短农业转向系统的响应时间,减少超调量,提高转向精度,是一种更加有效的田间作业的控制方法。

基于数字孪生的动力换挡拖拉机换挡策略研究

发动机性能变化和牵引阻力波动等时变因素对大功率动力换挡拖拉机(PST)换挡策略的适应性具有巨大威胁。为了构建动态精准模型和应对负载波动,以提高PST换挡策略的适应性,提出了一种基于数字孪生的自适应换挡策略。一方面,将发动机状态变化视作内部干扰,基于深度确定性策略梯度(DDPG)算法对虚拟PST发动机进行实时校准,结合PST机理模型,实现对PST的实时动态精准建模。另一方面,将牵引阻力波动视作外部干扰,提出基于深度Q网络(DQN)的换挡策略生成方法。在实时动态精准建模和换挡策略自动生成两个机制的协同作用下,实现换挡策略的自适应调整。最后,开展了犁耕工况下的虚拟PST训练仿真及本文方法与模糊自适应方法的车速跟踪对比试验。结果表明,发动机转矩和燃油消耗率跟踪误差均值不超过7.28 N·m和1.55 g/(kW·h),实现了对物理PST的动态精准建模。在长时间使用之后,发动机和牵引阻力的变化导致模糊自适应方法的换挡点和模糊规则不再完全适用,换挡表现逐渐变差,而本文方法的换挡表现和车速跟踪效果全程良好,其车速跟踪误差均值、燃油消耗率均值和总换挡次数分别为0.0125 m/s、229.76 g/(kW·h)和42,比模糊自适应方法分别减小0.91%、11.14%、34.38%,验证了本文方法的适应性和优越性。

拖拉机平视显示研究与分析--基于DeeplabV3+和眼动追踪技术

为了提高拖拉机驾驶人员的驾驶安全系数,解决拖拉机驾驶人员经常扭头观看后方农机机具作业情况的问题,对拖拉机驾驶室使用平视显示(HUD)进行研究分析。首先,利用Deeplabv3+图像语义分割法与眼动追踪技术结合的方式,对拖拉机驾驶人员观察后方农机机具的画面进行采集并对重要信息进行标注;然后,使用Pytorch深度学习框架来搭建所需的模型网络结构和完成相应的代码开发,最终得到较为清晰的分割图像;最后,对原始图像及分割后图像进行眼动追踪实验验证,提取被试者的眼动轨迹,发现分割后图像能更好地被观看者识别。研究结果表明:利用DeeplabV3+对图像进行分割增强,应用到平视显示技术中,可以有效提高拖拉机驾驶人员的驾驶安全性和工作效率。

拖拉机转向梯形优化设计研究

在现有文献研究的基础上,对拖拉机转向梯形优化设计问题进行了进一步深入研究,提出了一种以拖拉机转弯半径最小为目标的优化设计方法。以减小拖拉机最小转弯半径为目标,以转向臂长度、梯形底角和传动角为约束条件,通过推导给出了相关的数学公式,建立了拖拉机转向梯形优化设计模型。针对模型的求解,给出了一种求解该问题的改进实数遗传算法。最后,对转向梯形优化设计模型进行了实例计算,取得了良好的结果,优化后的拖拉机转弯半径较优化前减小了0.1039m。

基于液压机械无级变速的拖拉机起步预测控制

为提高配备液压机械无级变速器(Hydro-Mechanical Continuously Variable Transmission,HMCVT)的拖拉机起步性能,提出了一种基于排量预测调节的液压机械无级变速拖拉机起步控制方法。通过分析HMCVT工作原理及其排量调节机构工作特性,将拖拉机起步过程进行3阶段划分,并以减小起步时间和起步冲击度为目标,建立了基于模型预测控制的拖拉机起步过程排量控制策略。仿真结果表明:与未采用基于排量预测调节的起步控制方法相比,液压机械无级变速拖拉机起步时间缩短了8%,起步最大冲击度减小了32.6%,对HCMCVT拖拉机起步过程有较好的控制效果,起步性能得到较大提高。

基于驾驶意图识别的拖拉机综合变速规律

为了实现拖拉机能够根据作业工况自动选择变速规律,基于采用液压机械无级变速器(Hydro-Mechanical Continuously Variable Transmission,HMCVT)的拖拉机,分析了其HMCVT的工作原理,并结合发动机万有特性曲线分析了动力性与经济性变速规律;在此基础上,根据驾驶员意图引入了模糊推理的权重系数,制定了基于驾驶意图识别的综合变速规律。仿真结果表明:综合变速规律能够在拖拉机加速工作过程中调整发动机目标转速,从而使拖拉机在加速过程中具有良好的动力性;在加速完成后,发动机能够按照经济性变速规律运行,保证了拖拉机平稳状态工作时具有良好的经济性以及优异的综合性能。研究结果可以为拖拉机综合变速规律的控制策略提供一定的理论依据。