丘陵山地姿态调整轮式拖拉机运动控制研究

以丘陵山地姿态调整轮式拖拉机为研究对象,提出了一种基于改进遗传算法的运动控制方法,可根据地形条件实现对拖拉机的实时调平控制,提高其车身稳定性。首先,根据拖拉机机构间的运动关系,建立表征其轮心位置与车身姿态参数关系的运动学模型,并进行算例求解,验证了运动学模型的正确与准确性。然后,以提高拖拉机车身稳定性为控制目标,在运动学建模的基础上设计了一种基于改进遗传算法的运动控制方法。最后,对算法进行仿真验证,结果表明,使用算法进行运动控制可有效降低其车身姿态角,横向坡地最大侧倾角降低13.3°,纵向坡地最大俯仰角降低4.3°;在两种坡度兼有的路面上进行综合调整,其最大侧倾角和最大俯仰角分别降低13.8°和4°,极大提高了车身稳定性。同时将改进遗传算法与传统遗传算法进行对比,结果表明,改进遗传算法在响应时间和控制精度方面均优于传统遗传算法,其算法响应时间较传统遗传算法缩短63.93%,大幅提高了算法效率。

轮式拖拉机行走系典型结构及轮距计算和优化

国内外典型的轮式拖拉机行走系结构介绍;结合国内典型区域对拖拉机轮距的要求,介绍轮距与农艺、机具等的适应性;对两种典型行走系结构的轮距提出简便的计算方法,并提出优化措施。

基于OECD规则试验报告的轮式拖拉机牵引性能研究

拖拉机是农机工业的核心,牵引性能是拖拉机的重要性能之一。对OECD规则试验报告牵引性能研究分析表明,四轮驱动、无配重状态下,85.1%的拖拉机最大牵引力比值>400 N/kW、86.5%的拖拉机最大牵引功率百分比>75%、最大牵引比油耗平均值274.59 g/(kW·h)。重型拖拉机牵引性能优于大型拖拉机,也优于中型拖拉机。94.6%的拖拉机最小使用比质量>44 kg/kW、最小使用比质量50~55 kg/kW是发挥拖拉机牵引性能最优区间。不同换挡方式影响拖拉机牵引性能,无级变速传动拖拉机最大牵引力比值更大,动力换挡传动拖拉机最大牵引比油耗更低,二者牵引性能均优于机械传动式拖拉机。

基于GNSS/INS的拖拉机导向轮偏转角度测量系统设计与试验

传统的角度传感器在拖拉机导向轮偏转角度的测量中存在准确度不足、安装调试复杂等问题,这些问题制约了拖拉机在自动导航作业时的高精度、高稳定性的需求。鉴此,本文旨在构建并验证一种新型系统,该系统基于全球导航卫星系统(global navigation satellite system,GNSS)和惯性导航系统(inertial navigation system,INS)的技术原理,能够实现对拖拉机导向轮动态角度的实时解算。首先,对GNSS/INS融合原理进行了深入的分析,并设计了相应的GNSS/INS数据测量台架试验,以获取角度传感器的测量值。随后,采用卡尔曼滤波(Kalman filter,KF)、扩展卡尔曼滤波(extended Kalman filter,EKF)和无迹卡尔曼滤波(untraced Kalman filter,UKF)三种滤波算法对角度测量值的滤波处理,以超调量、响应时间和稳定性等指标进行评价,结果表明UKF在本系统中表现最优。其次,针对不同工况(沥青路面和农田),进行了拖拉机在自动导航下转向和直线性能测试。在转向性能测试中,进行了1°、5°和15°的不同角度的固定测量,结果显示在1°时两种环境的响应时间最小,但均产生了最大超调量,同时随着角度的增加,系统对稳态误差的降低有明显作用。直线自动导航性能测试中,沥青路面和农田的最大横向偏差分别为17.51 mm和18.52 mm,系统误差分别为10.45 mm(2σ)和21.07 mm(2σ)。通过对比两种工况,沥青路面的各项性能指标上均优于农田环境,但两种工况在精度、响应时间和平稳性上均满足自动导航系统需求,可应用于拖拉机的自动导航作业中。

轮式拖拉机线性转向系统功能优化设计

轮式拖拉机是农业机械化过程中不可或缺的动力设备,其转向系统对于提升驾驶操作性能和降低驾驶员的疲劳强度至关重要。全液压转向系统为轮式拖拉机的主流配置,线控全液压转向系统是未来发展方向。本文分析了机械转向系统、液压转向系统的结构、原理,指出了它们的不足,然后对线控全液压转向系统进行了总体设计、原理分析,分别对其机械系统、电子控制系统、液压控制系统进行了简单的设计、选型。本次设计特别采用比例溢流阀、电液伺服阀,使拖拉机线控转向系统既能实现转向轻便、具有良好路面感知、方便零部件布置,又能保证拖拉机在各种转向条件下的转向需求。

离轴拖挂轮式移动机器人跟踪控制研究

针对离轴拖挂轮式移动机器人挂车的轨迹跟踪控制问题,基于拖车和挂车运动轨迹的相对曲率关系提出了一种动态跟踪方法。建立离轴拖挂轮式移动机器人的运动学模型和动力学模型。通过拖车和挂车位置几何关系给出了两车的速度关系,进而得到两车运动轨迹相对曲率之间的关系。基于曲率关系将挂车的运动任务转化为拖车的运动任务,并结合动态跟踪方法设计比例积分反馈控制器完成拖车的运动任务。最后通过模拟仿真实现了挂车精确的轨迹跟踪控制,仿真结果表明在所提控制器的作用下,挂车在拖车的拉拽下可精确地跟踪目标轨迹曲线。由于所使用的动态跟踪方法引入了目标轨迹曲线的相对曲率,极大地提高了跟踪的精确性。

基于曲率跟踪方法的轴上拖挂轮式移动机器人的运动控制设计

目的针对轴上拖挂轮式移动机器人中的挂车对目标轨迹精确跟踪控制问题,提出了一种能够跟踪挂车理想运动轨迹曲线相对曲率的双环控制方法。方法首先通过梳理轴上拖挂轮式移动机器人受到的非完整约束建立出运动学模型,并通过欧拉-拉格朗日方程建立其动力学模型;然后利用运动学方程推导出挂车的理想运动轨迹曲线的相对曲率和拖车与挂车理想偏航角之差之间满足的重要函数关系式;最后基于该核心关系式,利用姿态误差系统的外环速度控制器和动力学模型的内环比例积分反馈控制器组成的双环控制方法来实现给定的跟踪任务。结果仿真结果表明,对于外环系统,外环速度控制器使得姿态跟踪误差在经过一段时间的变化后全都趋近于零,实际的姿态变量最终稳定地趋近于目标姿态变量;对于内环系统,内环比例积分反馈控制器使得速度跟踪误差经过短暂的调整后趋近于零,实际速度值最终稳定地趋近于参考的速度值。结论设计的双环控制器可以有效地实现姿态跟踪和速度跟踪,能够使挂车精确地跟踪理想运动轨迹曲线,由于在姿态跟踪过程中引入了挂车运动轨迹曲线的相对曲率,该方法可以极大地提高轨迹跟踪的精确度。

拖拉机车轮螺栓扭矩计算

通过对拖拉机车轮螺栓扭矩进行了计算,提出了在设计时应注意的关键要点,并通过将校核计算满足要求的扭矩值应用到产品上,进行了后续市场验证。通过市场反映:切换后的扭矩值符合用户的工作需求,未出现螺栓松脱、断裂等情况,该设计计算不仅提升了拖拉机整机的可靠性和安全性,而且为后续的研发提供了一定的借鉴意义。

拖拉机自动驾驶转向轮角检测方法

以雷沃M904-D型轮式拖拉机为研究平台,采用WYH-3型无触点角度传感器,研究了轮式拖拉机转向轮角的标定和检测方法。介绍了拖拉机转向轮角度传感器的安装方法;采用带标度的转盘标定了角度传感器与拖拉机转向轮角之间的关系,标定结果表明,两者线性关系显著,相关系数超过0. 99。对轮角测试中存在的误差进行分析,提出基于最小二乘原理的转向轮角零位偏差估计方法,以估计车轮相对零位偏差。路径跟踪试验结果表明,其横向跟踪偏差的绝对值极值为2. 74 cm,偏差绝对值的平均值为0. 49 cm,标准差为0. 58 cm。提出的轮式拖拉机转向轮角测量模型在路径跟踪控制应用中表现出较好的效果,验证了转向轮角测试方案的可行性与准确性。

我国微耕机技术现状与发展方向

微耕机具有体积小、价格低、适应性广等特点。为此,介绍了微耕机的由来、结构、工作过程和技术现状,并针对存在的问题提出了以加强基础理论研究、提高作业性能、扩大适应范围、降低成本及增加使用功能等为主要内容的技术发展方向。

基于ADAMS的轮式拖拉机行驶平顺性研究

基于Pro/E软件平台,构建拖拉机-座椅悬架系统简化的几何模型,并将其导入ADAMS软件,编写轮胎属性文件与路面激励文件,构建拖拉机-座椅-路面系统的虚拟样机。针对不同的行驶速度与路面激励,对拖拉机的行驶平顺性进行仿真分析,探究行驶速度与路面激励对拖拉机平顺性的影响。结果表明,行驶速度与路面激励不平度对拖拉机行驶平顺性具有重要影响,以较高车速行驶时,驾驶员垂直方向振动强度明显高于较低车速的振动强度;在粗糙路面上行驶时,驾驶员的主观振动感明显强于平坦路面的振动感。增设座椅悬架系统改进拖拉机座椅结构,探究增设座椅悬架系统对行驶平顺性的影响,结果表明,增设座椅悬架系统可以明显降低其垂直方向的振动幅度,避开人体内脏器官和脊椎系统振动敏感频率区域,提高拖拉机行驶的平顺性。

轮式通井机的现状与发展趋势

从技术和经济角度综述中国通井机设备的现状 ,结合通井机的使用状况 ,分析了轮式通井机的优势。指出从技术先进性和经济可行性出发 ,开发自携井架、自走式专用底盘的经济实用型轮式通井机较为适宜。轮式通井机宜走国产化的路子 ,在降低成本、提高可靠性、优化综合性能上继续努力。

轮式丘陵山地拖拉机扭腰姿态调整装置设计与试验

针对目前姿态调整式丘陵山地拖拉机只能实现静态调平和差高调平、调平精度低等问题,设计了一种轮式丘陵山地拖拉机扭腰姿态调整装置,该装置通过调整前后车身的相对转动来实现丘陵山地拖拉机对复杂路面的适应。首先,根据丘陵山地特殊作业要求,对拖拉机坡地作业稳定性进行研究,设计了扭腰姿态调整装置;然后,对扭腰姿态调整装置进行动力学仿真,建立轮式拖拉机模型并进行多工况动力学仿真分析,仿真试验结果显示,扭腰姿态调整装置最大转动角为15.2°,拖拉机纵向坡行驶保持稳定的最大倾角为23.2°,横向坡行驶保持稳定的最大倾角为16.8°;最后,进行了样机田间试验,田间试验结果表明,扭腰姿态调整装置平均转动角为15.03°,拖拉机最大纵向爬坡角为25.6°,最大横向爬坡角为16.2°;在坡度为15°的地面上,旋耕作业平均生产率为0.65 hm^(2)/h,犁耕作业平均生产率为0.36 hm^(2)/h,该拖拉机能够较好地适应丘陵山地环境,满足丘陵山地正常作业需求。

不同土壤水分条件下拖拉机行走对四川丘陵旱地土壤特性及小麦生长的影响

以四川丘陵地区广泛使用的小四轮拖拉机为对象,研究其在不同土壤水分(16.5%,20.0%和22.5%)条件下行走对土壤特性及小麦生长的影响。结果表明:机械压实造成土壤容重、毛细孔度、硬度显著增加,总孔隙度显著降低,不同土壤水分处理间差异显著。土壤水分16.5%条件下,拖拉机行走显著影响0-10cm土层土壤特性;土壤水分20.0%和22.5%条件下,则显著影响0-20cm土层土壤特性,但以22.5%水分条件下0-20cm土层各土壤特性参数变化值最大。同时,土壤含水量越高,土壤压实后地表径流出现时间越早,土壤含水率16.5%,20.0%及22.5%处理0-30cm土层的含水量分别降低0.3,1.1,1.8个百分点。另外,土壤水分16.5%条件下,机械压实对小麦群体生长及产量的影响较小;但土壤水分上升至20.0%或22.5%后,压实处理的小麦单株干物质积累速率、单株及群体干物质积累量显著降低,群体有效茎蘖数、千粒重显著减少,最终分别显著减产8.7%和11.8%。综合来看,四川丘陵旱地小四轮作业时土壤含水率不宜超过20.0%。

小四轮田间行走对四川丘陵旱地土壤特性及冬小麦幼苗生长的影响

以四川丘陵地区广泛使用的小四轮拖拉机为对象,研究其田间行走对丘陵旱地土壤特性及冬小麦幼苗生长的影响。结果表明,小四轮行走造成0-20cm土层压实,土壤容重和土壤机械阻力增加,孔隙度减少,土壤水分下渗受到抑制。压实不会影响冬小麦的出苗率和最高苗,但会延迟分蘖发生,降低分蘖成穗率,减少有效穗数。压实显著减弱了幼苗素质,表现为根系长度、根系表面积和根系活力下降,根系直径增加,株高、叶面积、干物重、根冠比显著下降,最终减产9.7%。因此,四川丘陵旱地小麦机播过程中,应采取有效措施减轻机械压实。

轮式拖拉机电液转向系统的建模与仿真

针对轮式拖拉机的液压转向系统 ,提出了由中央控制器、脉宽调制放大器、比例阀控缸、转向执行机构构成的电液转向系统的数学模型 ,该模型是在假定液体不可压缩、滑阀无摩擦、零开口的基础上线性化的 ,线性化模型采用 MATL AB Simulink进行仿真 ,并通过野外实车运行验证。结果表明 ,对系统死区、饱和、时间延迟进行补偿的三阶线性化模型 ,在转向角为 [- 10°。

铰接摆杆式大功率拖拉机原地转向仿真与实验

基于欧拉四元数,利用含拉格朗日乘子的增广矩阵法建立铰接式拖拉机12自由度原地转向多体动力学仿真模型。采用12个状态变量的状态方程对转向液压系统进行描述。运用Matlab对液压系统与空间多体动力学的联合仿真进行编程。并与铰接摆杆式拖拉机硬质路面上原地转向的实验结果进行了对比分析,验证了模型。通过实验与仿真研究,获得了拖拉机原地转向的动态特性,为铰接摆杆式拖拉机线控转向技术与自动驾驶技术提供了理论基础。

基于傅里叶变换和小波分析的拖拉机振动研究

以John Deer1240型拖拉机为研究对象,用快速傅里叶变换分析方法,分析了座椅的固有频率。基于小波分析的方法,对轮式拖拉机整车振动信号进行了处理分析。对采集到的拖拉机前桥、座椅、车体、后桥等处的振动信号进行了多级小波分解,从1级、2级小波分解的细节信号中,检测出了振动信号的奇异性,从5级小波分解的逼近信号,得到了路面激励信号。同时,分析了地面激励信号经拖拉机的传递方向和衰减程度。研究为拖拉机减振研究和异常信号检测提供了借鉴。

拖拉机整车系统声固耦合噪声响应分析

建立了拖拉机驾驶室内部噪声随机响应的声固耦合模型，利用该模型计算了驾驶室内部噪声的随机响应，经ＭＴＳ振台上的道路模拟试验表明，计算结果和试验结果吻合较好。把此模型和文献１中计算发动机振动引起的室内噪声模型结合在一起，对拖拉机在实际工况下的室内噪声进行了分析计算和试验，获得了较满意的结果。利用上述方法，在拖拉机产品设计阶段就能对其声学性能进行分析和修改，改变了以往要等样机制造出来之后才能对其声学性能进行分析的传统做法，使拖拉机驾驶室的动态择优声学设计成为可能。

路面行驶工况下拖拉机驱动轮滑转率的测试与分析

为测试拖拉机经常行驶的水泥路面、石子路面、软土路面工况驱动轮滑转率的变化情况,采用GPS法、雷达法、最小轮速法3种方法对拖拉机的行驶速度进行测试,驱动轮的轮速采用编码器进行测量;利用PCI1740数据采集卡采集各传感器信号,采用图形化编程软件Labview编程来实现数据的实时显示和存储,测试不同车速、不同路面行驶工况下拖拉机驱动轮滑转率。结果表明：软土路面上的打滑程度最大,水泥路面上打滑程度最低;在低速（一档、二档）时,拖拉机的滑转率为9.0%~13.6%;在高速（三档、四档）时,拖拉机的滑转率为3.26%~6.27%。GPS法测试时不受路面情况的影响,雷达法适合路面情况较好的环境,最小轮速法适合车速较高的时候;拖拉机的滑转率随着车速的增加呈减小的趋势。