The Research on Selecting the Optimum Coefficient of Inharmonious Motion for the Front Wheel Assist Tractor

Based on dynamic analysis for the Front Wheel Assist (FWA) tractor, a calculating and analysing method on selecting the optimum coefficient of inharmonious motion for the FWA tractor is described in this paper and the mathematical models arc also established. The article first time dlefines the ratio of thrust of front wheels to that of rear wheels, which is an important parameter affecting the tractive performance of the FWA tractor and establishes the condition of no power circulation of the FWA tractor. The optimum coefficient of inharmonious motion for a FWA tractor (UTB-445) is also given.

A Research on Thrust Ratio of Front Wheels to Rear Wheels of Front Wheel Assist Tractor

Based on dynamic analysis of Front wheel Assist (FWA) Tractor,a method for calculating the thrust Ratio of front wheels to rear wheels is described in this paper,a mathematical model is established and verified,The article introduces the definition of thrust ratio of front wheels to rear wheels,which is an important parameter affecting the tractive performance of FWA tractor.

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。

PHENOMENON OF CARVED DRIVING WHEELS

A newly found phenomenon of carved driving wheels of a rear-wheel-drive tractor used in an airport is discussed. The circum of every driving wheel is damaged at three regions, which distribute regularly and uniformly. Everyday, the tractor tows a trailer which are times heavier than the tractor, and moves on the same road in the airport. The phenomenon is explained by the torsional self-excited vibration system of the powertrain. The simplified torsional vibration system is discribed by a 2-order ordinary differential equation, which has a limit circle. Experiments and numerical simulations show the followings： Because of the heavy trailer, the slip ratio of the tractor＇s driving wheels is very large. Therefore, there is severe torsional self-excited vibration in the tractor＇s drivetrain, and the self-excited vibration results in severe and regular fluctuations of the rear wheel＇s velocity. The severe fluctuations in velocity fastens the damage of the driving wheels. At the same time, the time interval in which an arbitrary point in the circum of the driving wheel contacts with the road twice is two times more than the period of the torsional self-excited vibration, and this times explained the existence of three damaged regions. At last, it points out that the phenomenon can be avoided when the torsional damping is large enough.

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。

含斜坡扰动的轮式拖拉机路径跟踪控制方法

针对部分地区横向斜坡农田地形导致路径跟踪控制算法精度下降的问题,提出了一种包含路面坡度扰动的动力学模型与跟踪误差模型结合的轮式拖拉机行驶动态过程的控制模型,并基于此模型通过线性模型预测控制方法得到控制律,由于预测模型包含了坡度的影响,使得反馈校正能够提前补偿,有效改善了农机在坡地上的路径跟踪性能。考虑到农机在不同行驶阶段对于误差和稳定程度需求的不同,提出了自适应的模型预测方法,令Q、R值随动变化以应对不同的需求(随动变化指的是两者相对大小的变化而非绝对数值)。进行了预测区间与控制区间选择的试验,而后基于简单运动学模型的模型预测控制进行了有无自适应Q、R的对比试验,最后分别在固定斜坡角的横向斜坡路面上和在斜坡角连续变化的横向斜坡路面上进行了本文方法与基于简单运动学的模型预测控制方法对比试验。试验结果表明:自适应能显著提升控制效果;本文方法在横向斜坡路面上的路径跟踪表现明显优于基于简单运动学模型的方法,此外稳态时的稳定程度也有较大的提升。

飞机牵引车抱轮机构惯容隔振装置振动特性分析

为减小牵引工作过程中机场道面不平度对牵引车抱轮机构的影响,需在抱轮机构与车体之间设置隔振装置。以位移传递率为隔振性能评价指标,以随机路面函数为激励,分析添加惯容隔振装置后抱轮机构的振动特性,随后对比分析弹簧刚度、阻尼系数和惯容系数对系统隔振性能的影响。结果表明:传统隔振装置与惯容隔振装置的平均位移传递率分别为71.45%和65.23%;增大弹簧刚度,系统共振频率和反共振频率都将增加;增加阻尼系数,共振频率处振动传递减弱,而反共振频率处隔振效果降低;惯容系数越大,共振频率、反共振频率越小,隔振频带越宽,但高频处的隔振性能呈下降趋势。因此,设置反共振频率略小于车体工作振动频率时,惯容隔振装置具有显著隔振性能。通过正交试验法,得出对反共振频率点影响最大的参数为惯容系数。

轮式拖拉机可靠性评价及剩余寿命预测

为提高拖拉机的可靠性,减少维修次数,运用可靠性分析理论对其使用寿命进行分析研究。首先对某型号轮式拖拉机进行750 h的现场使用跟踪试验,将收集到的故障时间数据分析整理,采用二参数威布尔分布对其进行建模,然后利用四分段距法筛选有效数据,使用最小二乘法和极大似然估计法进行模型参数求解,选取最优的参数求解方法,最后采用K-S检验法对威布尔分布模型进行检验。结果表明,拖拉机的故障时间服从二参数威布尔分布。通过模型计算得到拖拉机的平均无故障工作时间为317.78 h,中位寿命为451.28 h,特征寿命为513.45 h,随后以A、B、C、D四台拖拉机为例,进行剩余寿命预测,得到使用时间和剩余寿命之间具体的对应关系,从而对拖拉机制定合理的预防性维修周期。

基于CAXA的轮式拖拉机液压悬挂系统设计

通过对轮式拖拉机不同使用环境进行介绍,提出了一种能够适应不同地形条件的定流量负载敏感型液压悬挂系统,并利用CAXA绘制液压悬挂系统工作原理和结构图,分别在定负载和变负载两种工作条件下使用AMESim对其进行仿真分析。结果显示:液压缸的运动过程与负载大小无关,系统流量不受负载变化的影响,仿真过程中液压缸的位移和速度误差均可控制在5%以内。由此表明,定流量负载敏感型液压悬挂系统能够在不同的地形条件中进行使用。

基于DSP的电动拖拉机开关磁阻电机双轮驱动系统

以TMS320LF2407 DSP控制器为核心,采用三相不对称半桥功率转换模块,以mos管为主开关器件,利用光电传感器检测电机位置和电机相电流,设计了一套电动农用拖拉机开关磁阻电机双轮驱动系统。实验结果表明:所设计的开关磁阻电机双轮驱动系统可以实现电动农用拖拉机运行过程中的差速控制,且系统运行比较稳定,提高了电动农用拖拉机的行驶性能。

基于磁-热双向耦合的电动拖拉机轮边电机电磁性能分析与结构优化

为预测和评估电动拖拉机轮边驱动电机的电磁性能同时优化电磁转换装置结构,该研究以一种减速式12槽7对极永磁无刷直流轮边驱动电机为对象,建立电机电磁有限元模型并通过试验验证模型的正确性,分析了空载、半载和额定负载工况下电机的动态特性。在此基础上,基于热损耗载荷构建电机的磁-热双向耦合模型,模拟分析额定负载工况下电机的温度场分布规律。结果表明,3种工况下电机最高温度均发生在永磁体部位,温升分别为54.61、77.63和87.1℃。以气隙宽度、定子槽口宽度、永磁体间距和宽度为变量,以齿槽转矩、转矩密度和永磁体损耗为优化目标,提出一种田口法-响应面法双层多目标优化方法,确定电机最佳结构参数为:永磁体间距为0.4 mm、永磁体宽度为3.5 mm、气隙宽度为1.1 mm、定子槽口宽度为4.75 mm。仿真结果表明,优化后的电机转矩密度较优化前增加了8%,永磁体损耗降低了18.6%。样机台架试验结果表明,优化后电机齿槽转矩较优化前降低了20.9%,验证了所提优化方法的有效性,对电机性能研究具有一定的参考价值。

拖拉机助力转向控制策略研究—基于3C2410微处理器

为了改善拖拉机转向困难,保证车辆行驶的安全性,提出了一种基于3C2410微处理器的拖拉机助力转向控制策略,可实现拖拉机方向盘转向的精准控制。试验结果表明:系统方向盘助力电流可以快速跟随方向盘变化,给方向盘转向提供助力,说明系统助力电机跟随性能好,验证了系统的可行性和可靠性。

四轮驱动拖拉机牵引性能预测模型建立与试验

针对现有拖拉机牵引性能预测模型未包含前后轮附着差异、载荷转移和前后桥运动不协调等因素对滑转效率和滚动阻力的影响,导致四轮驱动拖拉机的田间牵引性能预测精度较低。为此本文从拖拉机轮胎的驱动特性和载荷特性入手,通过引入轮胎指数、机动指数等特征参数,分别建立了土壤-轮胎驱动模型与包含轴荷转移的前后轮胎载荷模型;在牵引受力分析的基础上,考虑实际前后桥运动不协调性对总体底盘作业的影响,分别建立了整机滚动效率与滑转效率的预测模型,导出了包含轮胎规格、土壤特性、整机前后桥运动不协调特性、传动效率的四轮驱动拖拉机牵引性能预测模型。针对模型多变量、非线性产生的求解难题,基于双维度迭代法设计了预测算法与流程;采用研究的方法开展了实例分析应用;针对预测模型的有效性验证需求,设计并开展了实车田间牵引试验,结果表明:最大牵引力与特征滑转率对应的牵引力的仿真值误差分别为1.41%与1.74%,滚动阻力误差为0.64%,较对照组准确度提升较大,总体误差较小。

水平井轮式牵引器推靠机构液压系统研究与仿真

轮式牵引器驱动轮常被设计为近似齿轮的外形,但不合理的接触正压力加快驱动轮齿形压溃和磨损,降低驱动轮和套管的摩擦性能和越障能力,因此需要通过控制液压系统输出性能合理匹配驱动轮接触正压力。针对此问题建立了100~150 mm套管中液压缸活塞杆位置和驱动轮正压力之间的力学关系,利用AMEsim软件建立120 mm套管推靠机构的二维机械结构和液压系统仿真模型,联合Simulink建立液压缸输出位置的模糊PID控制,研究液压系统输出特性及驱动轮接触正压力和驱动臂、推靠臂的运动学性能。仿真结果表明:在120 mm套管中通过模糊PID控制的液压缸活塞杆输出位置,整个过程中液压缸活塞杆输出位置稳定时最大误差0.5 mm,接触正压力最大误差为5.24 N,驱动轮和套管壁接触稳定,推靠臂、驱动臂转速合理且不会产生过大冲击,验证了方法的可行性和可靠性,为后续轮式牵引器优化提供依据。