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YOLOv5的机耕船双目视觉障碍感知研究

为满足机耕船自动驾驶功能,设计一套YOLOv5融合SGBM算法的机器视觉障碍感知系统。首先,以人、机耕船和农具为对象拍摄和收集图片得到水田障碍数据集,将图像输入YOLOv5网络模型迭代训练得到最优权重,随后将最优权重用于测试,并且与YOLOv4和Faster R-CNN网络进行比较;将双目相机拍摄的左右图像输入YOLOv5模型中进行检测,将输出的目标障碍检测框信息经校正变换后用SGBM算法进行视差计算,完成对目标障碍的识别和深度估计。结果表明,YOLOv5的平均精度均值稳定在87.25%比YOLOv4高1.55%,比Faster R-CNN高4.04%,单幅图像检测时间为0.017 s比YOLOv4快0.081 s,比Faster R-CNN快0.182 s且模型大小仅为13.7 MB比YOLOv4小236.4 MB;在检测机耕船、人和农具时,YOLOv5网络模型的置信度分别为0.91、0.99、0.95。YOLOv5+SGBM的深度估计在2 m内,精度达到98.1%。基于YOLOv5和SGBM的水田深度估计,能满足带旋耕无人驾驶作业的机耕船实际需求。

旋耕埋草机螺旋横刀的数学建模与参数分析

为了研究水田高茬秸秆旋耕翻埋机理,该文对1GMC-70型船式旋耕埋草机刀辊的主要耕作部件—螺旋横刀建立了数学模型,推导了横刀棱边轮廓曲线的静态方程和动态方程,绘制了动态滑切角、动态切土角等主要耕作参数随刀辊位置角的变化规律曲线,对影响高茬秸秆旋耕翻埋效果的主要因素,例如压草角与抛土角等,进行了计算分析。结果发现,该机的良好作业效果,例如耕深稳定性达90.7%、秸秆埋覆率达94.6%、碎土率达90%、耕后地表平整度在20mm以内等,都与横刀设计理念有很大关系,横刀的主要功能不是土壤切削,而是秸秆翻埋。

多熟制稻作区水田旋耕埋草机的结构与性能

针对我国南方油-稻、麦-稻、稻-稻、肥-稻等多种水稻种植制度长期并存,水稻前茬作物收获后残留田间的秸秆愈留愈高,传统人畜力和常规机械耕整方式难以将其翻埋还田的突出问题,以及由此导致的诸多不良后果,阐述了最新研制成功的专利技术及装备船式旋耕埋草机的基本结构、工作机理与试验结果。通过机船合一、结构组合、性能综合所构建的本作业机组,体现了水田适度耕整、秸秆埋覆还田的机械化保护性耕作新技术,解决了水田现代耕作的难题。

基于灵敏度分析的船式拖拉机机架结构优化设计

为提高船式拖拉机的动态性能,针对机架与船壳可分离的船式拖拉机,对其机架进行多目标优化设计。通过模态分析确定优化响应,灵敏度分析确定设计变量,模型建立确定优化目标,多目标优化设计数学模型得到6组非劣解,并基于熵权的模糊物元模型得到最优设计方案。优化前后的对比分析可知,在机架体积只增加2.4%的基础上其第一阶模态频率提高35%,最大静应力减小35%,同时发动机的工作频率远离船式拖拉机机架的固有模态频率。结果表明,优化后的船式拖拉机机架动态性能良好。该研究可为船式拖拉机的设计研究提供参考。

南方多熟制稻区水田耕作新技术新装备研究

利用船式旋耕埋草机水田耕作新技术新装备,针对油茬、麦茬、稻茬田进行大规模生产试验与示范和生产适应性试验,试验结果表明,在不同种植制度下实现水田适度耕整与秸秆埋覆还田,作业质量能达到播栽前的耕整地质量要求。

基于SPH法的船式拖拉机叶轮单轮叶驱动性能研究

叶轮是船式拖拉机独特的行走驱动装置,其设计参数对驱动性能和作业效率具有很大影响。为此,以课题组前期研发的HH709S型船式拖拉机叶轮为研究对象,采用光滑粒子流体动力学法,建立了轮叶-土壤的动力学仿真模型,并在此基础上对单轮叶与土壤的作业过程进行了分析。通过分析不同结构参数下单轮叶推进力做功及驱动效率的变化规律,为轮叶结构参数优化设计提供依据。研究结果表明:单轮叶结构优化后最大支撑力减小了3.83%,最大推进力提升了9.66%,推进力做功提升了13.72%,驱动效率提升了20. 35%,驱动性能得到了显著提高。

船式拖拉机凸包非光滑表面船壳减阻性能研究

为降低船式拖拉机在水田工作时的阻力,设计了一种具有凸包非光滑表面的船壳。利用有限元方法对凸包非光滑表面船壳在水田泥介质中进行数值仿真研究,计算比较凸包非光滑表面船壳和光滑表面船壳在速度0.5~4 m/s范围内的阻力值,分析其减阻机理并进一步研究凸包尺寸对减阻特性的影响规律。结果表明:凸包非光滑表面船壳有较好的减阻效果,凸包结构改变流体对船壳的粘性剪应力是其产生减阻特性的重要原因。该设计得到了减阻率达到9.33%的较好减阻效果,对船式拖拉机研究设计具有重要意义。

“水垫”形成原理在船拖上的应用和试验研究

用正交试验直观分析法，对工农１２船拖底部“水垫”形成的影响因素进行了试验研究，得出了影响因素的顺序及最优水平组合。试验还表明，加装水垫形成装置后，可以在船拖底部形成水垫，使其滑行阻力下降７９．４４％～８２．０６％。测试验证表明，在船拖前横挡板下后部有负压区产生，其平均比压值为－０．００３３５Ｎ／ｃｍ￣２。３．３３３公顷对比生产查定测试表明，加装水垫装置后，可提高船拖工效２４％，公顷油耗率下降３９％，船体尾部的磨损值减少６６．６％，有很大的经济效益与社会效益。

沿前刺孔行驶的水田叶轮动力学的试验研究

四轮驱动拖拉机的驱动轮沿前轮辙行驶,在旱地、水田获得良好的牵引性能,因而得列广泛应用,有取代履带拖拉机的趋势。在水田,四轮驱动船式拖拉帆具有优良的越野、牵引性能,其后驱动叶轮除滑前驱动轮轮辙行驶外,还要求后驱动轮轮时沿前驱动轮刺孔行驶,这是更进一步的要求。该文是对沿前刺孔行驶的四轮驱动船式拖拉机动力学的专项试验研究,设计了三轮叶模拟试验装置,对前后轮叶刺孔的最佳偏移距或偏移率、前岳驱动叶轮轮叶的推力、承力和效率,以及影响效率的因素如滑转率、倾角、陷深、轮叶数等进行了深入的试验和探讨。

船式拖拉机底板非光滑表面减阻机理研究

基于Fluent软件对船式拖拉机底板建立三维模型,采用数值模拟的方法研究非光滑表面凹坑结构对机身底板的减阻影响。研究非光滑表面凹坑在不同深度、直径下滑行阻力的影响规律,选取最优的凹坑组合成等距排列、等差排列、菱形排列3种结构。分析凹坑结构的减阻机理,发现压差阻力增大、摩擦阻力减小是总阻力减小的原因。结果表明:船式拖拉机凹坑结构具有良好的减阻效果;相比光滑的船式拖拉机底板,非光滑表面凹坑直径为8mm,深度为5mm的等距排列结构的减阻率达到了5. 4%。

基于SPH法船式拖拉机单折面轮叶驱动性能研究

船式拖拉机的驱动性能很大程度上取决于其行走机构叶轮,轮叶的结构参数是影响船式拖拉机驱动效率的重要指标。为进一步减小轮叶与土壤接触过程中的滚动阻力,提高其驱动性能,在前期研究的HH709S型船式拖拉机直面轮叶优化结构的基础上,构建了单折面轮叶—土壤光滑粒子流体动力学(SPH)模型,分析了单折面轮叶折角处半径、驱动面倾角、非驱动面倾角对驱动性能的影响,最终获得驱动效果最佳的轮叶结构。研究结果表明:优化后单折面轮叶结构的驱动效率与原直叶片相比提高了15.03%,与优化后的直叶轮相比提高了13.65%,推进力做功提升了8.13%,叶轮轮叶驱动性能得到了显著改进。

基于带传动的四轮驱动传动系统的仿真与试验

【目的】针对传统两轮驱动船式拖拉机存在的传动效率低、机动性差等问题,设计一种四轮驱动传动系统,能够提高整机传动效率和机动性,增加转向时的灵活性,提高作业效率.【方法】运用ADAMS软件对传动系统进行了平整路面动力学仿真,并将试制的传动系统安装在船式拖拉机上,在水泥路面条件下进行直线性能试验和原地转向性能试验.【结果】直线行驶时,4个轮胎的角速度为0.93r/s,同步性好且传动效率高,直线性能的偏驶率为0.77%,符合国家标准;原地转向行驶时,样机在档位为1档、2档、3档和倒挡时的最小转向半径分别为0.02,0.023,0.024,0.022m,转向占用面积小,在档位为3档时,测得最小周转向时间为9.29s,最大转向角速度为0.68r/s,转向效率高,不同档位可提供不同的转向角速度,满足田间作业的复杂性要求;原地转向的转向角速度大且波动大,不适应于高速急转向和对方向进行纠偏.【结论】采用同步带式传动系统能使船式拖拉机的行走性能显著提高.

船式拖拉机船型参数对滑行阻力与下陷深度的影响

为获得水田船式拖拉机船型参数对滑行阻力和下陷深度的影响规律,设计了水田船式拖拉机船体模型滑行阻力试验台。以船型参数接地比压、滑行速度、首舷曲率半径、接地角和水田土壤表层水深为试验因素,以船体模型在水田土壤中的滑行阻力、下陷深度为试验指标,以粉砂壤土为水田土壤介质,研究了船型参数、土壤表层水深对试验指标的影响规律。结果表明:接地比压、滑行速度、首舷曲率半径、接地角和水田土壤表层水深对船体模型的滑行阻力、下陷深度均有明显影响。在接地比压为250~350 kg/m^2时,滑行阻力、下陷深度随着接地比压的增加均单调递增,但当接地比压大于300 kg/m^2时,增加幅度降低;当滑行速度为0.2~1.0 m/s、首舷曲率半径为300~500 mm、接地角为25.0°~35.0°时,滑行阻力、下陷深度总体上随各参数增加均呈先下降后上升的趋势;当滑行速度分别为0.6和0.8 m/s时,滑行阻力、下陷深度分别达到最小值;接地角为27.5°时下陷深度最小,接地角为30.0°时滑行阻力最小;水田土壤表层水深在10~50 mm之间时,随着表层水深增加,下陷深度单调递减,滑行阻力总体上呈先减少后增加的趋势,且表层水深为20 mm时滑行阻力最小。综上所述,船式拖拉机船体较优的船型参数为滑行速度0.6~0.8 m/s、首舷曲率半径350~450 mm、接地角27.5°~30.0°,水田作业时土壤表层水深的较佳范围为20~40 mm。以上研究结果可为水田船式拖拉机的设计和运行提供参考。

基于离散元法的船式拖拉机直线驱动性能研究

以叶轮直叶片为研究对象,构建了单轮叶—土壤离散元模型,充分校核模型准确性后,分析了轮毂宽度对各个最优参数的影响规律以及叶片在不同速度下叶片长度最优值的变化情况。对实际工况下的叶片结构参数进行优化设计,以单轮叶叶片长度、轮叶厚度、轮叶驱动面倾角、轮叶非驱动面倾角为试验因素,驱动叶轮平均驱动效率为试验指标,进行仿真试验,研究叶轮与土壤相互作用过程中土壤颗粒空间位置的变化、颗粒堆积流动现象、叶轮受力情况以及各个参数的变化对驱动轮驱动性能的影响机理。优化后的最佳结构参数分别为叶片长度240mm、轮叶厚度6mm、轮叶驱动面倾角5°、轮叶非驱动面倾角4°,此时单轮叶的驱动效率最高。

基于AMESim船式拖拉机悬挂液压系统分析与优化

管道压力损失广泛存在于液压系统中,严重影响其性能。为此,以船式拖拉机悬挂液压系统为研究对象,采用理论计算和AMESim软件仿真相结合方法分析其压力损失,发现管路压力损失占该系统总压力损失的20.5%。进一步对船式拖拉机悬挂液压系统进行优化设计,优化后其压力损失较之前下降了21.9%,执行机构响应速度较优化之前提高了68.8%,并通过实验验证该方法的有效性。该研究对提高船式拖拉机悬挂机构操作性能具有指导意义,可为液压系统仿真分析与优化设计提供一种思路。

基于流固耦合的船式拖拉机船壳的结构强度分析

为计算船式拖拉机的船壳在实际工况下的应力及应变,运用流固耦合理论和有限元方法对船壳进行结构强度分析。分别计算船壳在不同载荷下的最大等效应力及变形量,进一步研究船式拖拉机工作速度对船壳最大等效应力和总变形量的影响,并对船壳进行强度校核和刚度评价。结果表明:船壳最大等效应力和变形量受水田支反力影响较大,受流体压力影响较小;船壳的最大等效应力及变形量随着速度的增加而增大,船壳的最大等效应力增大的速率较大。强度校核结果表明:当速度超过7m/s时,船壳在工作时有可能发生破坏;船壳刚度评价都符合标准要求。

加快我国船式拖拉机产业发展的建议

综述了船式拖拉机产业发展的优势及现状,并从如何促进我国船式拖拉机产业又好又快发展的视角,提出了加快科技创新步伐,优化产品结构;加强基础条件建设,促进产业升级;加大产品推广力度,创建驰名品牌;增大资金扶持力度,提高企业产能;实施企业战略重组,倡导合作共赢等5点建议。

船式拖拉机悬挂液压系统热平衡研究与优化设计

针对船式拖拉机悬挂液压系统因油温过高而影响作业效率问题,构建船式拖拉机悬挂液压系统AMESim热平衡仿真模型,通过对原有系统仿真结果与理论计算结果进行对比,来验证系统热仿真模型的正确性。根据仿真结果对原有悬挂液压系统进行优化设计,使其满足系统散热要求。试验验证,该方法有效,对液压系统热平衡研究具有借鉴意义。

我国水田动力机械发展概述

水田面积的逐年扩大,以及劳动力成本的提升,促进了水田动力机械的快速发展。从传统的畜力耕作,逐渐过渡到手扶拖拉机、船式拖拉机、水田轮式拖拉机、履带式水田耕作机,各种动力机械在水田使用过程中均不尽完美。水田履带拖拉机的出现基本解决了现水田耕作过程中面对的问题。