丘陵山地拖拉机坡地自适应控制系统仿真分析与试验

针对丘陵山地地形复杂、耕作阻力波动大等问题,基于研制的新型丘陵山地拖拉机及三点悬挂式后悬挂机构,设计坡地自适应控制系统。对位姿调整机构的调整原理进行分析,得出左右悬挂点距车身基准面的距离与地面坡度的函数关系;设计横向位姿调整液压系统,运用AMEsim搭建横向位姿调整系统的液压系统仿真模型,并采用模糊PID控制方法对仿真模型进行控制性能仿真;搭建拖拉机后悬挂系统控制试验平台,进行拖拉机后悬挂横向位姿调整试验。当坡度低于15°,后悬挂机构跟随坡地调整效果良好,具有良好的稳定性。由仿真结果和对比试验可知,二者位姿调整位移最大误差为9.32%、平均误差为4.2%;所开发的坡地自适应控制系统具有较高的控制精度,可为丘陵山地拖拉机坡地自适应问题提供借鉴。

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。

丘陵山地拖拉机调平与防翻关键技术研究现状与发展趋势

[目的/意义]丘陵山区的机械化、智能化是未来农机行业研究和发展的热点。中国丘陵山区耕地面积占比超过50%,且面临坡陡路窄、地块碎小、地形地貌复杂等多种环境因素制约,各生产环节存在“无机可用,无好机用”的现实问题,并且缺乏适合丘陵山区大坡度农机装备研发的理论支撑。[进展]综述了国内外丘陵山地拖拉机调平及防翻系统的研究现状。其中拖拉机车身调平技术平行四杆与液压差高式结构简单,折腰扭腰式更适合连续起伏的崎岖路面,重心可调与全向调平式坡地牵引性与适应性均较好;驾驶室及座椅调平技术基于角度传感器自适应控制,关键在于缓解驾驶疲劳提高舒适度;车身与农具姿态协同控制技术大都采用PID控制技术实现协同控制,但缺乏作业效果反馈机制;拖拉机防翻保护装置与预警技术在防翻保护架的基础上,通过环境模拟感知提前预判翻车危险信号并及时反馈。[结论/展望]未来丘陵山地拖拉机调平、防翻预警及无人化、自动化技术的发展方向:1)结构优化、灵敏度高、稳定性好的山地拖拉机调平系统研究;2)坡地适应性好的农机具仿形系统研究;3)环境感知、自动干涉的防翻预警技术研究;4)农机精准导航技术、智能化监测技术和农机作业远程调度与管理技术研究;5)坡地纵向稳定性理论研究。以期为研发符合中国丘陵山地复杂作业环境的高可靠性、高安全性山地拖拉机提供借鉴参考。

丘陵山地拖拉机悬挂液压集成阀块结构参数设计及优化

液压集成阀块作为丘陵山地拖拉机液压系统的重要组成部分,可减少液压元件之间连接管的数量,对解决因油管连接而引起的油液泄露问题具有重要意义。针对丘陵山地拖拉机电液悬挂系统工作性能要求,设计一组用于悬挂系统姿态调节的液压集成阀块,对其主要结构参数进行设计计算,建立液压集成阀块三维模型。根据刀尖角、工艺孔、非正交流道单目标优化结果,组合流道响应面分析结果、整体流道CFD分析结果和流固耦合分析结果,对液压集成块内部流道结构进行优化设计。最后,通过CFD仿真与流固耦合仿真对比优化前后性能。仿真结果表明:优化后的A口供油横向姿态调节进油流道和回油流道压力损失相比于优化前分别减小0.005 MPa、0.013 MPa,B口供油横向姿态调节进油流道和回油流道压力损失相比于优化前分别减小0.048 MPa、0.015 MPa,升降回路进油流道和回油流道压力损失相比于优化前分别减小0.129 MPa、0.003 MPa,验证优化后阀块性能的优越性。

先导式节流阀比例电磁铁参数设计及优化

保证丘陵山地拖拉机在起伏山地或土质较硬地块作业时的牵引力和耕深之间的最佳匹配状态是丘陵山地拖拉机悬挂系统设计的重要指标。比例电磁铁作为节流阀电—机转换的主要元件,其性能优劣对控制节流口开度、实现流量的比例调节具有重要意义。针对丘陵山地拖拉机悬挂系统作业需求和电液比例阀设计要求,设计一种用于悬挂液压系统姿态调整的先导式节流阀比例电磁铁,对其关键结构参数进行设计,建立比例电磁铁数学模型,通过Maxwell对阀组流量特性的影响进行仿真分析。同时利用遗传算法对隔磁导向套厚度、隔磁环角度、隔磁环宽度和定子铁心深度等参数进行匹配优化,通过Maxwell对优化前后的比例电磁铁进行有限元分析。仿真结果表明:优化后的比例电磁铁在1~3 mm时电磁力几乎与X轴平行,具有更好的位移—力特性。建立先导式节流阀数学模型,通过Simulink对其进行动态特性和静态特性仿真,验证所设计的比例电磁铁参数的合理性。

国外丘陵山地用典型拖拉机关键技术概述

介绍国外丘陵山地用典型拖拉机的主要类型和结构特点,重点分析与丘陵山地使用关系密切的整机、机架、底盘等主要部件的关键技术要点,为研发相关产品提供参考。

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。

丘陵山地农业装备与坡地作业关键技术研究综述

丘陵山区先进适用农机装备的研发是目前国内农机装备研究的热点和难点问题之一。目前,我国丘陵山区农业生产存在“无机可用,无好机用”的现实问题,并且先进适用丘陵山地农机装备(简称山地农业装备)的研发缺乏必要的理论支撑。本文重点综述了国内外山地农业装备尤其是山地拖拉机及山地农机调平技术、山地拖拉机驱动与动力系统、山地农机具及其作业性能的研究现状,阐述了农机土壤压实与坡地土壤耕作侵蚀的研究进展,总结归纳了山地农机设计及山地农机-土壤互作机理研究的计算机辅助方法。展望丘陵山地农机装备及坡地作业技术的研究重点及发展方向:山地农机-坡地土壤-作物(养分)互作机理研究;山地农机总体设计与农艺及坡地作业场景深度融合;山地农机姿态调平机构与控制策略;山地农机动力高效传递与灵便转向驱动;山地农机作业机组的智能化监测与精确自主导航。以期为我国丘陵山区农机装备的研发设计提供借鉴参考。

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°。

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。

基于多传感器融合的拖拉机侧滑量估计方法及其验证

针对丘陵山地中拖拉机的侧滑估计,提出了一种融合机器视觉与全球卫星导航定位系统(Global navigation satellite system,GNSS)的多传感器信息融合算法。首先提出了简化的拖拉机运动学模型,再阐述基于GNSS与机器视觉技术的侧滑量估计方法。并通过CarSim和Simulink的联合仿真验证侧滑估计方法的可行性。引入卡尔曼滤波和权重函数对传感器数据进行融合和动态调节。搭建模拟丘陵山地实验平台,在不同的地面倾角、GNSS遮挡条件以及路面条件下进行了实验。实验结果表明,在干燥路面且GNSS遮挡条件下,拖拉机在9°、18°路面条件下行驶时最终融合后的总侧滑量分别为0.322 m和0.432 m,相对误差分别为7.86%和6.00%,即在GNSS信号遮挡的情况下依然能够准确地估计出拖拉机的侧滑量。研究可为拖拉机的精确横向控制提供新的方法和实验基础。

山地全履带拖拉机动力换挡装置设计

针对目前动力换挡变速器结构复杂、自动化水平低、制造成本高等问题,以山地全履带拖拉机变速箱为基础,设计了一个简易版动力换挡装置。主要由液压离合器和行星轮系组成,结构简单,降低了制造成本,实现了拖拉机传统手动变速箱动力换挡功能,极大地解决换挡过程中出现动力中断的问题,大大降低了换挡时的冲击载荷,提高了换挡品质。

山区小型电动拖拉机设计研究

结合国家相关政策,针对丘陵山区大棚内不适宜燃油动力机械工作以及在沟梁山坡种植时劳动力缺乏的问题,设计了一种适合丘陵山区的小型电动拖拉机装备,经试验该装备样机各方面性能均达到了设计要求。

山地履带拖拉机与农具姿态协同控制系统设计与试验

针对山地履带拖拉机(简称山地拖拉机)等高线作业时,车身调平和农具仿形作业不同的姿态调整需求,在建立车身及农具运动学模型的基础之上,构建了整个系统的控制策略,设计了车身与农具姿态协同控制系统,其中,对车身和农具的控制分别采用PID算法和双闭环模糊PID算法。基于Simulink对控制算法进行了仿真分析,结果表明:采用PID算法实现车身调平可以满足其基本调平要求;采用双闭环模糊PID算法实现农具姿态调整的控制效果优于PID算法。最后,进行了机组姿态协同调整的静态试验和动态试验,结果表明,采用所设计的姿态协同控制系统:在坡度±15°的坡地上静态调整时,车身横向倾角最大误差为1.10°,农具横向倾角最大误差为0.46°;在坡度14°~16°的坡地上动态作业时,车身横向倾角最大误差为1.90°,农具横向倾角最大误差为0.93°。该姿态协同控制系统精度和稳定性能够满足丘陵山区坡地等高线作业需求。

山地履带拖拉机纵向坡地越障性能仿真分析及试验验证

山地履带拖拉机作为一种农用动力机械,工作在地形复杂、条件恶劣的丘陵山区,因此,要求其不仅具有一般履带拖拉机的基本特点,而且应具有良好的坡地越障性能。利用Pro/E三维软件绘制山地履带拖拉机车体几何模型,并在多体动力学软件Recur Dyn中完成履带行走机构的选配及整机动力学模型的建立,同时利用Recur Dyn自带的地面Ground模块建立地面模型,基于以上3种模型对该机进行多体动力学仿真,分析速度、坡度角及拖拉机质心位置对其纵向坡地越障性能相关参数的影响。仿真结果表明,在车速与坡度角一定的情况下,质心位置越靠车体前端且越接近地面,越有利于纵向越障性能。相关的坡地实测试验所测得结果与仿真结果基本保持一致,验证了仿真模型的正确性,为山地履带拖拉机进一步的改进设计提供理论参考依据。

山地步行式拖拉机及造林机具的研究

介绍了国内外山地步行式拖拉机的发展水平、主要技术内容及参数。山地步行式拖拉机的推广应用将取得良好的经济效益及社会生态效益。

国外山地型多用途拖拉机产品的技术发展

简要介绍了国外山地型多用途拖拉机的产品技术发展,着重介绍了两家公司的山地型拖拉机典型产品的结构特点。

奥地利Lindner公司Geotrac4ep系列山地型新拖拉机

简要介绍了Lindner公司的Geotrac4ep系列山地拖拉机各主要部件的技术性能和结构特点,为我国拖拉机行业各有关企业和研究部门进一步研究和开发山地拖拉机新产品提供了参考。

REFORM公司Mounty100V型山地多用途新拖拉机(上)

简要介绍了Reform公司的Mounty100V山地型新拖拉机各主要部件的技术性能和结构特点,为我国拖拉机行业各有关企业和研究部门进一步研究和开发山地拖拉机新产品提供了参考。

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。