Design and Test of Closed Hydraulic Transmission System of 4WD High-clearance Wheeled Sprayer

In conjunction with the working characteristics of the high-clearance wheeled sprayer and the benefits of the closed hydraulic system,a series of reasonable working parameters should be established,and a hydraulic system that fulfills the requisite specifications should be designed.The AMESim software model is employed to construct a closed hydraulic transmission system,and the simulation analysis is then performed according to the data of hydraulic components.According to analysis results,the prototype can be optimized and upgraded,and a verification test is further carried out.The test results demonstrate that the designed closed hydraulic transmission system meets the actual working requirements of the high-clearance wheeled sprayer and provides a stable experimental platform for intelligent control of agricultural machinery.

4WID高地隙自走式电动喷雾机定速巡航控制方法

针对4WID高地隙自走式电动喷雾机在复杂工况下,面对来自外部道路坡度改变及内部药液喷洒带来整备质量下降,从而导致喷雾机行驶速度稳定性差、作业质量恶化等问题,在分析4WID高地隙自走式电动喷雾机结构与纵向动力学特性基础上,设计一种定速巡航分层控制算法。控制算法模型接收用户设定的期望行驶车速,经过算法计算后对纵向动力学系统模型输入加速度控制信号,实现喷雾机对期望车速的跟踪。搭建的纵向动力学系统结构主要包括5个部分:逆纵向动力学模型、加速与制动切换模型、转矩分配模型、电机模型和纵向动力学模型。通过对斜坡行驶状态下喷雾机的车身状态进行受力分析可获得其逆纵向动力学及纵向动力学模型;同时,为建立合理的四轮转矩分配策略,在喷雾机车身同时具有俯仰及侧倾的条件下进行分析,以各驱动轮的附着率作为分配依据,满足不同工况下各车轮的最佳驱动力矩,确保喷雾机动力的均衡性。模型定速巡航控制采用分层控制方法,通过建立上层PID控制及下层的模糊PID控制实现对喷雾机车速的有效跟踪,通过制定模糊控制规则,自动对下层控制器的PID参数进行整定,保证在各种复杂工况下喷雾机定速巡航系统的良好适应性。应用Matlab/Simulink建立控制模型,对控制系统进行仿真分析。试验结果表明,在典型工况下,设计的定速巡航控制系统能够有效地对喷雾机的速度进行控制。具体而言,在系统输入外部干扰及自重变化条件下,该控制系统的表现良好,超调量在2%以内,响应时间小于0.2 s,稳态误差趋于0,验证了所采用控制算法的准确性。

高地隙四轮独立驱动喷雾机路径跟踪与防侧翻控制

基于喷雾机的运动学模型分别构建了路径跟踪控制以及防侧翻控制.上层采用的模型预测控制(MPC)根据喷雾机的当前状态以及期望路径来输出喷雾机的期望转向角以及车速,实现轨迹跟踪控制.下层控制器通过引入横向荷载转移率(LTR)作为衡量侧倾的指标来判断车辆状态是否产生侧倾,通过引入模糊控制器来对转向角进行补偿,进而控制LTR稳定在某一阈值,使喷雾机在轨迹跟踪的过程中既具有较好的控制精度又具有较好的行驶稳定性,保证喷雾机不发生侧倾.通过ADAMS/MATLAB的联合仿真结果表明:在复杂的道路条件下喷雾机采用防侧翻控制时,LTR可以控制在0.5以内,并且具有较高的轨迹跟踪精度,安全性得到了提高.

高地隙液压四轮驱动喷雾机转向防滑控制系统

建立了高地隙四轮驱动喷雾机转向过程中的线性2自由度模型,以前轮转向为例计算出了实际转向角,设计了一种以实际转速比与理论转速比差值为控制对象的转向防滑控制系统。构建了转向电液防滑系统试验装置,分别在转角为5°、10°、15°、20°、25°、30°以及转角在0°～30°连续变化时对控制系统进行了试验验证。结果表明,高地隙四轮驱动喷雾机的转向防滑控制效果良好,控制平均误差最大为2.01%,均值为1.25%。

高地隙轮式自走喷雾机液压系统的设计研究

针对玉米与棉花等高秆农作物的生长后期喷雾作业环境及液压传动的技术特点,设计了高地隙轮式自走喷雾机的液压系统,对行走液压工作系统中各元器件工作状态进行了分析,根据工作环境进行了元器件选型,并运用建模软件AMESim进行液压回路的仿真分析,将分析结果作用于样机的制造,同时并对样机进行验证。试验结果表明,设计的液压驱动系统满足使用要求。

四轮独立驱动高地隙无人喷雾机轨迹跟踪自适应控制

针对高地隙喷雾机在自主导航作业中因侧滑影响而导致轨迹跟踪精度降低的问题,提出一种基于四轮独立驱动(4WID)高地隙无人喷雾机的自适应控制方法。首先,建立4WID高地隙喷雾机的运动学模型;然后基于运动学几何约束和速度约束,引入两个表征侧滑效应的参数构建改进位姿误差模型;最后将参数自适应与反步控制方法结合,设计自适应控制律实时估计并补偿侧滑效应。以典型的U形作业路径为例,在考虑和不考虑侧滑的情况下分别进行了仿真和试验验证。仿真结果表明:本文提出的控制算法在喷雾机出现侧滑的情况下可以保证较高的轨迹跟踪精度;水田试验表明,当喷雾机在常规作业速度3.6 km/h时,与不考虑侧滑的轨迹跟踪控制算法相比,喷雾机轨迹跟踪的横向平均绝对误差减小至0.041 m,标准差减小至0.059 m;纵向平均绝对误差减小至0.018 m,标准差减小至0.015 m;航向平均绝对误差减小至2.56°,标准差减小至3.57°。

四轮独立电驱动高地隙喷雾机辅助转向系统设计与试验

针对四轮独立电驱动高地隙喷雾机因轮毂电机控制器遇到较大扰动无法及时响应而导致的转向不稳定问题,该研究提出了一种液压辅助转向方法。通过对四轮独立电驱动高地隙喷雾机的自转向底盘结构原理的分析,设计了液压辅助转向系统,在此基础上建立了简化二自由度车辆转向模型,用于对辅助转向系统转角控制进行分析,并通过仿真分析和试验验证自转向和辅助转向协调控制性能。四轮电驱动喷雾机分别在自转向系统单独作业以及自转向系统和辅助转向系统协同作业的工况下,以1 m/s的速度分别进行了坡度为15°的下坡转向对比试验和水田转向对比试验。试验结果表明:在下坡试验中,单独自转向系统作业的最大跟踪偏差为6.1°,自转向和辅助转向协同作业的最大跟踪偏差为0.9°;水田试验中,单独自转向系统作业的最大跟踪偏差为10.3°,自转向和辅助转向协同作业的最大跟踪偏差为1.5°。研究结果表明该文所设计的液压辅助转向系统具有可行性和较好的稳定性,能够满足实际作业需求。

高地隙自走式喷雾机多轮转向系统设计与试验

大型高地隙自走式喷雾机在田间作业过程中,由于整车地隙高、质量以及体积较大,导致换行及转场作业困难,影响作业效率。为提高喷雾机的机动性能和作业效率,设计了一套全液压多轮转向系统,并提出了基于PID控制方法的四轮转向系统控制方法。在建立全液压转向系统数学模型的基础上,应用Matlab/Simulink进行了转向系统仿真分析。仿真结果表明:四轮转向过程中后轮转角对前轮转角的跟随存在0. 04 s的滞后,最大转角跟随误差为2. 82°,误差在阿克曼转向理论允许范围之内,满足转向要求。基于研发的3WPG-3000型大型高地隙自走式喷雾机,搭建了多轮转向系统实车试验平台,进行了后轮对前轮转向角的跟随控制试验,试验结果表明:在田间随机转向试验过程中,最大转角跟随误差为2. 60°,满足四轮转向要求,验证了所设计的多轮转向系统的响应性、准确性和稳定性。

喷雾机全液压四轮转向系统设计与分析

以某高地隙自走式农用喷雾机的全液压转向系统为对象,针对其转向不灵活、转向半径过大的问题,设计出一种新颖的全液压四轮转向系统。根据喷雾机的总体设计要求确定转向器、转向动力缸、转向泵等液压元件的相关参数,然后基于AMEsim建立了转向系统机械-液压耦合模型,并在方向盘匀速慢转和匀速快转2种工况下进行了转向性能的动态特性仿真分析。仿真结果表明:该转向系统动态响应快、机动性能好,较好地满足了高地隙自走式农用喷雾机的作业要求。

小型四轮拖拉机背挎式喷雾机组的设计研究

介绍了以小型四轮拖拉机为动力的背挎式喷雾机组在液泵选型与固定、液泵传动与动力配套、药液搅拌、药箱配置等方面的设计研究。

基于ADAMS的喷杆喷雾机前悬架仿真与优化

对喷杆喷雾机前悬架进行了仿真与优化。首先,使用Pro/e建立前独立悬架三维模型,并在PRO/E中测出关键点的坐标值;其次,利用ADAMS对前悬架进行了建模,并对上横臂进行了柔性化处理,仿真后,验证了模型的准确性。通过使用ADAMS/Insight模块找出了对前轮定位参数影响较大的因子,采用直接加权法获得的函数为优化目标。最后,利用ADAMS/view的优化(optimization)功能,使主销内倾角、主销后倾角、外倾角、前束角变化量分别减少了50%,50%,44.9%,28.5%,改善了悬架的运动学性能。

高地隙可调节底盘喷雾机的设计及稳定性分析

针对我国华北地区玉米种植整个生长周期玉米病虫害及不同区域玉米种植行距不同的植保问题,设计开发了一款自走式高地隙底盘可调节喷雾机。该喷雾机可通过调节底盘地隙高低与轮距,满足应玉米在不同生长阶段的药物喷洒及不同区域玉米行距的需求。通过SolidWorks进行整车关键部件三维建模,经喷雾机的稳定性理论计算分析后再对行驶工况进行Adams稳定性仿真分析,结果表明:横向行驶时侧倾角为29.40°,符合车辆设计横向侧翻稳定性要求。

四驱高地隙轮式喷雾机闭式液压传动系统设计与试验

高地隙轮式喷雾机在西北与东北有广泛的农业经济市场,结合高地隙轮式喷雾机的工作特点与闭式液压系统的优势,制定合理的工作参数,设计符合要求的液压系统。运用AMESim软件模型创建闭式液压传动系统,并根据设计选型的液压元器件数据进行仿真分析。根据分析结果对样机进行优化升级,并进行验证试验。试验结果表明,设计的闭式液压传动系统满足高地隙轮式喷雾机实际工况的使用要求,为农业机械智能化控制改造提供可靠的试验平台。

高地隙自走式车辆主动前轮转向稳定性控制的研究

针对高地隙自走式车辆动力系统非线性以及多耦合的问题,本文提出基于BP神经网络的自抗扰主动前轮转向控制策略,建立了高地隙车辆非线性七自由度操纵稳定性动力学模型及其参考模型;设计了质心侧偏角自抗扰控制器以及横摆角速度自抗扰控制器,对整车行驶过程中质心侧偏角和横摆角速度之间的耦合特性以及非线性因素进行在线估计和抑制;添加BP神经网络模块对控制器参数进行在线寻优,提高控制器精度和鲁棒性;最后,基于MATLAB/Simulink仿真了高地隙车辆在不同路面环境转向工况下的响应。研究结果表明:基于BP神经网络的自抗扰主动前轮转向控制器BPADRC对比无控制,质心侧偏角峰值降低约6%,横摆角速度峰值降低约7%;对比普通的自抗扰控制器ADRC,控制精度更高,鲁棒性更好。

立式挤压机轮毂模具自动喷雾机的研发

针对目前国内压铸行业使用的自动喷雾机的缺点,结合已开发的两板立式金属内腔挤压成形机的结构,按一体化成套开发的理念设计开发了一种结构紧凑性能优异高效率的喷涂设备,通过创新开发的双盘旋转式喷雾装置及采用单独控制外混式雾化技术的自动喷枪,大大的缩短了轮毂等大面积零件的喷涂时间,有效节省了脱模剂、压缩空气的消耗量,提高了喷涂质量。通过将喷雾机直接设计安装在主机导轨架上,采用双轴直线运动机构完成喷雾装置上下及前后移动,减少了占地面积,降低了造价成本,使整套装备更紧凑,工作效率更高。

挤压成形轮毂模具自动喷雾机的研发

针对目前国内压铸行业使用的自动喷雾机的缺点,结合已开发的两板立式金属内腔挤压成形机的结构,按一体化成套开发的理念设计开发了一种结构紧凑性能优异高效率的喷涂设备,通过创新开发的双盘旋转式喷雾装置及采用单独控制外混式雾化技术的自动喷枪,大大的缩短了轮毂等大面积零件的喷涂时间,有效节省了脱模剂、压缩空气的消耗量,提高了喷涂质量。通过将喷雾机直接设计安装在主机导轨架上,采用双轴直线运动机构完成喷雾装置上下及前后移动,减少了占地面积,降低了造价成本,使整套装备更紧凑,工作效率更高。

轮距可调式喷雾机底盘驱动桥静强度分析及试验研究

为保证高地隙喷雾机底盘的可靠性,针对开发的高地隙喷雾机底盘及其轮距可调特性,建立了底盘驱动桥的三维模型,基于ANSYS软件对其静态结构强度进行了有限元分析研究,并对分析结果进行了试验验证。静强度分析结果与试验测量结果基本吻合。同时,结果表明,横管截面尺寸和壁厚对驱动桥的静强度有显著影响,采用截面尺寸为180 mm×130 mm、横管壁厚为15 mm的驱动桥完全能满足高地隙喷雾机底盘结构的强度要求,其产生的最大总变形对底盘性能的影响也可忽略。采用该驱动桥时,底盘单侧轮距调出量从0 mm增加到400 mm,驱动桥产生的最大等效应力从159.7 MPa增大至285.17 MPa,驱动桥产生的最大总变形从1.04 mm增大至2.52 mm。该结果为保证轮距调节范围内高地隙底盘驱动桥强度的可靠性和满足变形范围要求提供了理论依据和数据支撑。