自适应丘陵山地拖拉机虚拟设计及仿真分析

为进一步解决丘陵山地拖拉机易倾翻、通过性差等问题,利用虚拟样机技术对自适应丘陵山地拖拉机底盘模型进行模拟仿真分析,结合丘陵山地田间作业特点,考虑实际作业要求,用SolidWorks软件建立自适应丘陵山地拖拉机底盘三维简化模型,在ADAMS/View环境中模拟实际作业工况进行侧倾稳定性和越障性能分析,并利用ANSYS Workbench软件对车架纵梁及轮边传动箱等关键零部件在整机结构上进行有限元仿真分析。结果表明,自适应丘陵山地拖拉机底盘的最大侧倾稳定角为37.5°,大于标准要求的35°,符合丘陵山地作业要求;单侧越障100 mm障碍时,四轮始终同时着地并且紧贴路面,双轮越障100 mm障碍时,左右车轮同时同步越障,车身保持平稳状态,其具有良好的作业稳定性和障碍通过性。对关键零件进行有限元分析得出,车架纵梁与动力传输位置应力最大为3.0022 MPa,形变位移量为1.2896×10^(-3)mm;轮边传动箱和驱动桥链接处应力最大为30.2290 MPa,其形变位移量为2.8104×10^(-2)mm;关键部位所受应力均小于材料的屈服极限235 MPa,形变位移量对整机影响可忽略不计。整机仿形效果良好,均在安全使用范围,可以满足丘陵山地的使用要求。

基于模糊PID的山地拖拉机调平控制系统的设计

在自行开发的山地拖拉机调平机构上加装了自动调平控制系统。系统以可编程逻辑控制器(PLC)为主控核心,以倾角传感器为车身平台倾角检测机构,以模糊PID为调平控制算法,通过监测倾角传感器检测的角度值来实时调整伺服电机的转动与伺服电缸的伸缩,以实现车体平台的自动调平。静态试验结果表明,拖拉机车体平台在倾斜15°的情况下,车体平台横向和纵向单独完成调平分别用时1.851 s和1.882 s,同时调平在3.319 s内完成。动态试验结果表明,拖拉机在行驶速度1.73 km/h、最大坡度15°时,完成车体平台横向和纵向调平分别用时6.253 s和6.853 s;调平时最大超调角分别为9.053 3°和8.687 2°,调平后车体平台角度偏差最终可控在0.5°。

基于AMESim的丘陵山地拖拉机电液提升系统研究

基于丘陵山地地形特点,设计了一种适用于起伏较大地形的拖拉机电液提升系统;根据丘陵山地地形要求,设计一款具有双油缸单独控制功能、可实现外提升臂同步和异步动作的、适应于丘陵山地的新型液压提升器;同时,结合模糊PID控制算法,设计了适用于丘陵山地拖拉机电液悬挂系统的控制策略。利用AMESim软件和MATALB/Simulink搭建了液压系统和控制系统的仿真模型,并进行联合仿真,验证了电液悬挂系统的合理性和可行性;搭建田间犁耕试验平台,进行了两种工况试验,验证了电液悬挂系统的控制策略的合理性和可行性。结果表明:系统在丘陵山地耕作时具有很好的地形仿形效果,且能够确保发动机负荷的稳定性。

自适应式丘陵山地拖拉机底盘传动及转向系统设计

针对丘陵山地拖拉机田间地头转向困难及已作业地块易被压紧压实的难题,设计了一种自适应式丘陵山地拖拉机底盘。采用机械传动方式,发动机横向布置于车架上,动力由发动机一端经过胶带输送到变速器等传动部件用于底盘驱动行驶,另一端输出用于田间收割等作业。转向系统为断开式梯形结构设计,采用前轮转向和四轮转向两种转向方式,可实现全液压四轮异相位转向。结果表明,底盘最高及最低行驶速度分别为10.98和0.91km/h,最大传动比为370.37,最小传动比为61.38,底盘前轮转向时的最小转弯半径为2003mm,四轮转向时的最小转弯半径为1494mm。该丘陵山地拖拉机具有良好的小地块作业适应能力。

丘陵山地拖拉机底盘三点调平机构稳定性分析

针对丘陵山地拖拉机作业环境复杂、底盘稳定性差及易翻覆等问题,设计一款具有三点式自动调平机构的丘陵山地拖拉机底盘。采用液压油缸自动控制车架平衡的三点调平方案,保证调平角度为-25°~25°,基于Simulink软件对调平机构进行了运动学仿真分析,并运用经典力学理论,分析了拖拉机坡面横向及纵向稳定性。结果表明,底盘上坡极限翻倾角为55.38°,下坡极限翻倾角为44.03°,上坡纵向滑移角为25.62°,下坡纵向滑移角为13.18°。调平油缸角度范围为63.9°~107.5°,角速度范围为-0.2061~-0.1535 rad/s,角加速度范围为-0.0035~0.0358 rad/s^(2),液压调平机构运行平稳。该丘陵山地拖拉机底盘可提高拖拉机山地适应性及驾驶员安全性,具有良好的稳定性。

山地拖拉机车身自动调平控制系统的设计

所设计的车身自动调平控制系统主要由单片机STC89C52、单轴倾角传感器和限位开关组成,通过单片机处理倾角传感器和限位开关的信号,做出调平决策,然后通过控制液压缸缸体的运动使山地拖拉机在工作过程中可以实现车身自动调平。该车身自动调平控制系统可以使山地拖拉机满足在丘陵山区的工作要求。

丘陵山地拖拉机机身自平衡机构稳定性分析

针对丘陵山地拖拉机坡地适应性差,易翻倾,通过性差等问题,设计一种具有自动调平机构的504型丘陵山地拖拉机。整机采用机械传动,四驱轮式行走系统,两侧独立传动转向系统,平行四杆自动调平机构,可实现拖拉机姿态自动仿形调平。基于SolidWorks对拖拉机进行整机三维建模,运用ADAMS软件对虚拟样机进行侧倾稳定性动态仿真分析。结果表明:自动调平机构调平动作范围732 mm,可在25°的坡地上保证车身横向水平。上坡极限翻倾角及下坡极限翻倾角均为45°,上坡纵向滑移角为33.69°,下坡纵向滑移角为16°,前后驱动轮越障高度为214 mm。调平状态下车身的最大侧倾角为37.5°,与理论计算35.93°非常接近。该机前后驱动桥均可进行独立调平,保证机身始终处于水平姿态,能够满足丘陵山地生产作业要求。

一种山地拖拉机车身调平控制系统设计

针对丘陵山地拖拉机车身调平过程复杂、调平精确度高、自动化程度要求高等问题,本研究将PLC、触控屏等自动化及人机工程引入到履带式丘陵山地拖拉机车身调平装置中,建立PLC、LCD触控显示屏、电磁比例阀、液压执行机构、温度传感器、倾角传感器、限位开关、系统压力传感器等组成的丘陵山地拖拉机车身自动调平控制系统。重点研究了丘陵山地拖拉机车身调平PLC自动控制系统的结构和原理,进行PLC、触控屏的选型,并编制了上位机和下位机控制程序,并进行实际运行结果试验。

差高机构对微型履带山地拖拉机稳定性的影响

为使微型履带山地拖拉机更好地适应丘陵、山地等地带作业,在现有履带拖拉机的基础上,对其行走系统进行了改进,增加了液压差高机构。根据差高机构的工作原理,运用矢量矩阵理论,建立了差高机构工作时整机质心位置变化的数学模型,并进一步给出了在坡道行驶时允许的最大坡度角。实例分析表明,差高机构使微型履带山地拖拉机纵向稳定性有所降低,但可提高其横向稳定性。

耕深自动测量方法分析——基于具有车身调平功能的山地拖拉机

通过对丘陵山地拖拉机车身调平模式和后悬挂机具横向调平模式的研究和分析,以及在研究了现有耕深自动测量方法的基础上,通过理论分析和计算,本文提出一种基于具有车身调平功能的丘陵山地拖拉机的耕深自动测量方法。丘陵山地拖拉机车身调平模式分为单侧作用和双侧作用2种形式;后悬挂机具横向调平模式也分为单侧作用和双侧作用2种形式,进行搭配组合得到4种组合工作模式。针对这4种工作模式,通过对事先在水平作业面内标定好的耕深测量公式分别进行零点修正和等效角度选用,共得到8组最终的测量公式。不仅能够满足水平作业面内的测量要求,而且还能在坡地等高作业时,后悬挂机具的横向角度调整后,通过实时采集传感器的信号即可获得实际耕深,实现耕深的自动测量。

基于两自由度的山地拖拉机操纵稳定性分析

为了预测山地拖拉机在山地作业的操纵稳定性,基于车辆操纵稳定性理论建立了两自由度拖拉机-悬挂农具系统动力学模型,并应用ADAMS软件对系统进行了稳定性分析和仿真,并得出结果分析和结论。

丘陵山地拖拉机液压多点动力输出系统设计与试验

针对丘陵山区地形复杂、地块通常起伏不平,丘陵山地拖拉机在工作时需要调平车身,悬挂装置需要实时调节以适应地形变化的具体情况,设计了一套适用于丘陵山地拖拉机复合作业的液压多点动力输出系统。首先,根据阀的工作原理建立了主要液压阀的数学模型;然后,基于AMESim(Advanced modeling environment of simulation)仿真软件建立了拖拉机液压多点动力输出系统仿真模型。仿真结果表明,右路负载阶跃变化时,系统压力调整时间约0. 1 s,超调量为2. 13%,两路稳态流量保持不变;右路阀芯阶跃变化时,右路流量在7. 2~13 L/min范围内阶跃变化,调整时间约0. 1 s,几乎无超调,左路流量波动很小。最后,进行了室内试验,验证了所设计的液压系统具有负载反馈、压力补偿和流量分配等功能。

丘陵山地拖拉机电液悬挂仿形控制系统研究

针对丘陵山地拖拉机作业地形复杂,传统电液悬挂控制系统地形适应性差的问题,设计了一套横向姿态可调的丘陵山地拖拉机电液悬挂仿形控制系统。根据丘陵山地拖拉机仿形控制作业需求,在传统悬挂结构基础上加装一个液压驱动旋转装置,设计了一种仿形悬挂机构,基于液压多点动力输出技术设计了带有负载反馈的闭心式液压控制系统,并提出了一种基于带死区的经典PID算法的控制方法。通过对阀控非对称液压缸工作原理的分析,建立了其数学模型并推导出仿形控制系统的传递函数,运用Matlab/Simulink建立了电液悬挂仿形控制系统的动力学模型并进行了仿真分析,仿真结果表明,系统在0°~11°阶跃信号的作用下,调整时间约为0.4 s,几乎无超调,系统稳定后农机具横向倾角约为11.1°,稳态误差约为0.1°,仿真结果验证了该控制算法的有效性。通过对传统拖拉机的液压悬挂装置进行改装,将原来的手柄操纵式液压悬挂装置改装成带有虚拟终端的电液悬挂控制系统,搭建了仿形控制试验台并进行了室内台架试验,试验结果表明,系统调整时间约为2.2 s,几乎无超调,系统稳定后农机具横向倾角约为11.2°,稳态误差约为0.2°,在系统允许误差(0.5°)范围内,试验结果验证了所设计的丘陵山地拖拉机电液悬挂仿形控制系统调节的快速性与稳定性,满足拖拉机等高线坡地作业需求。

半主动悬架山地拖拉机姿态控制系统设计与仿真

为提高山地拖拉机在复杂农田环境中的作业平稳性,基于Matlab/Simulink仿真平台,搭建了半主动悬架拖拉机七自由度时域仿真模型,包括四轮路面激励模型、半主动悬架振动模型、半主动悬架拖拉机车体受力分析模型、车身姿态分析模型以及半主动悬架拖拉机时域仿真模型,以车身垂向位移、车身倾斜角和车身俯仰角作为拖拉机的姿态变化参数进行仿真试验。通过构建增量式比例积分微分(Proportion integration differentiation,PID)控制器和反向传播(Back propagation,BP)神经网络PID控制器仿真模型实现对半主动悬架拖拉机车身姿态的自动控制,并分别对两种控制器的控制性能进行测试与评价。利用车身垂直向加速度和车轮相对动载作为半主动悬架系统性能的评价指标,对两种控制方式下的半主动悬架性能进行了评价。仿真结果表明:基于传统增量式PID控制算法的半主动悬架拖拉机,其车身垂直位移均方根减少42.17%、侧倾角均方根减少36.76%、俯仰角均方根减少57.85%,其车身垂向加速度为0.0177 m/s^(2),4个车轮的动载荷均方根分别为0.0284、0.0346、0.0239、0.0304 N。基于BP神经网络PID控制算法的半主动悬架拖拉机,其车身垂直位移均方根减少74.54%、侧倾角均方根减少74.66%、俯仰角均方根减少75.03%,其车身垂向加速度为7.5758×10^(-5)m/s^(2),4个车轮的动载荷均方根值分别为0.0197、0.0235、0.0166、0.0198 N。相比增量式PID控制的半主动悬架拖拉机,基于BP神经网络PID控制的半主动悬架拖拉机,其车体平稳性得到了较好的提高。

基于半实物仿真的丘陵山地拖拉机电液悬挂控制试验

针对丘陵山地拖拉机电液悬挂控制系统田间试验困难、可重复性差等问题,基于半实物仿真技术开展电液悬挂控制系统试验研究。首先通过对试验拖拉机和悬挂作业装置进行受力分析,建立了丘陵山地拖拉机整机动力学模型、铧犁体的土壤阻力模型和拖拉机悬挂装置动力学模型。然后对丘陵山地拖拉机电液悬挂系统横向仿形控制、位控制、牵引力控制以及力位综合控制的系统原理进行了分析,设计了丘陵山地拖拉机电液悬挂模糊PID控制器。之后搭建拖拉机电液悬挂控制系统半实物仿真试验平台,开发电液悬挂控制系统,开展电液悬挂系统仿地形控制、力控制、位控制和力位综合控制等试验,对比分析模糊PID控制和经典PID控制方法性能。试验结果表明,模糊PID控制性能较好:在位置控制模式下,模糊PID控制无超调,控制系统响应时间为0.6 s,较经典PID控制提高约33.3%;耕深控制系统稳态误差约为0.05 cm,较经典PID控制降低约50%;在力控制模式下,模糊PID控制耕深的跟随误差最大值为0.38 cm,标准差为0.17 cm,较经典PID控制分别下降了64.5%、39.3%,验证了所开发的电液悬挂控制系统的有效性。

丘陵山地拖拉机整机轻量化技术研究

为了发展丘陵地区轻简型农业机械,研究了丘陵山地拖拉机整机轻量化技术。首先概述了材料、结构、先进工艺的拖拉机零件轻量化技术,提出了拖拉机部件轻量化技术;然后以丘陵山地拖拉机整机为研究对象,提出了拖拉机整机轻量化技术路线,包括利用回归分析方法确定整机目标质量及采用比值法将整机质量分解为各系统目标质量,同时,对分解后系统中的零部件进行轻量化设计,并提出整机轻量化效果评估系数,进行拖拉机整机轻量化效果评价。

丘陵山地拖拉机前驱动桥壳组件轻量化设计与试验研究

为适应丘陵山地道路条件差、田块小且分散等情况,本文进行丘陵山地拖拉机轻量化研究。以拖拉机前驱动桥壳组件为对象,首先利用该组件三维模型,进行有限元静力学分析,结果发现组件强度和刚度有较大的余量;其次以组件质量、变形量最小为优化目标进行轻量化设计,轻量化后组件质量减轻7.7%,变形量增加5.5%,轻量化后桥壳组件满足强度和刚度要求;然后对轻量化后的组件进行了评估,轻量化效果评估系数较小,表明组件轻量化设计效果较好;最后进行轻量化后桥壳垂直弯曲强度和垂直弯曲刚度试验,从0加载至3倍满载荷,驱动桥的变形为1.69 mm,垂直弯曲强度224.8 MPa,试验结果比轻量化设计结果略大。

丘陵山地拖拉机车身调平液压系统设计与分析

针对某丘陵山地拖拉机车身调平的功能要求,设计了一种可以实现车身姿态自调整的调平液压系统。结合丘陵山地拖拉机车身调平控制方法与策略,运用AMESim对调平液压系统进行建模,分析了车身调平液压系统动态工作过程,得到了该液压系统中调平液压缸内流量、压力,液压缸活塞杆位移、速度等曲线。由仿真结果可知,在横坡倾角≤15°工况下车身调平液压系统的响应速度、稳定性能够满足工作要求,验证了所设计的丘陵山地拖拉机调平液压系统具有良好的工作性能。

山地拖拉机电控液压转向系统设计分析

为进一步提升山地拖拉机的工作效率及作业过程中转向系统的运转平稳性与准确性,采用电机控制技术,针对山地拖拉机的电控液压转向系统进行设计分析。基于转向控制的内部形成机理,建立了电控液压转向控制系统数学模型,对转向系统的核心部件进行参数选取,实现机身转向平稳机构设计。利用SolidWorks构建电控液压转向系统的物理模型,并结合3Dmax提供山地作业场景,从转向系统转矩控制与拖拉机行进速度变化角度进行转向仿真试验。试验结果表明:选取转向角度与转向平稳性作为评价分析参数,在角度范围-25°～25°之间变化时,每次变化角度误差在-0. 64°～+0. 94°的范围内,满足设计要求;转向试验过程中机身的转向平稳性控制在79. 8%以上,大于75%的设计指标,说明仿真试验可行。

丘陵山地拖拉机后悬挂技术的应用与研究

大幅度提高山地拖拉机的耕作效率一直是农业生产者的使用需求,丘陵山地拖拉机后悬挂系统作为拖拉机进行农业生产的关键部分,已然成为研究问题的重要部分。本文介绍了后悬挂液压系统与电液控制系统的应用与研究,比较分析了电液控制系统的优点,进一步说明智能拖拉机是未来农业生产的关键动力源。