农用拖拉机牵引装置智能化测试与改进

农用拖拉机被广泛应用在农业生产中,现代化农业要求生产的高效性,为此需要对农用拖拉机牵引装置进行改进。本文就农用拖拉机牵引装置的结构及工作原理等进行分析,提出了一些智能化测试与改进措施,可有效的提升农用拖拉机牵引装置的牵引效率以及增强整机的工作效率。     

自动化控制技术在拖拉机上的应用研究

为进一步提高拖拉机的田间作业效率和拖拉机整机的作业性能,利用自动化控制技术,针对混合动力驱动控制的拖拉机控制系统进行改进。通过深入理解拖拉机的工作原理及特点,融入扰动观测机理、双重功率流理论和闭环调节功能,针对拖拉机的导航控制、变速设置和智能显示三大模块进行智能优化。测试结果表明:优化后的拖拉机导航系统误差率可降低2. 4%,变速控制灵敏度由89. 50%提高至92. 80%,智能显示准确率提高13. 67%,整车综合作业效率提高22. 26%。此结果表明:基于自动化控制技术的拖拉机控制改善效果可行,可为其他农用机械改进提供一定思路,具有较强的实际参考价值。     

#br# 新型电动四轮农用车牵引性能研究#br#

针对传统燃油农用车辆在环保、动力等性能方面存在的不足,研制一种新型电动四轮农用车辆,对样机进行牵引性能测试。针对作业和行驶工况,提出后轮电机中央驱动、前轮轮毂电机独立驱动的新型电动四驱动力系统方案,对整机牵引动力学进行分析,并进行牵引性能实车试验和经济性分析。研究表明,新型电动四轮农用车具有较好的牵引性能和经济性：牵引性能方面,后轮驱动的最大牵引力为1 925 N,最大牵引效率为74%;经济性方面,中耕作业单位面积能量消耗降至传统燃油拖拉机的42.4%,单位面积成本费用降至传统燃油拖拉机的80.1%。该机适应温室大棚等设施农业、观光休闲农业等绿色环保的新型农业生产方式快速发展的需要,也为全新电动农业车辆设计提供参考。     

拖拉机牵引装置的优化性能研究

针对拖拉机牵引装置的牵引功率较低、使用性能较差的问题,对牵引装置进行了设计和优化改进。拖拉机牵引装置主要由牵引支座、支承架和悬挂机构组成。对牵引装置进行受力和牵引特性分析,通过采用大功率网格优化算法及利用循环寻优的方法计算拖拉机的最大牵引功率,以实现对拖拉机牵引功率的优化。试验结果表明:该拖拉机的牵引装置达到了拖拉机对农具动态控制的要求。     

电动拖拉机底盘多目标优化设计

针对目前电动拖拉机底盘布置研究相对较少的情况,基于现有的整机匹配结果进行了底盘布置设计,利用三维建模软件建立模型,输入质量参数,提取整机主要零部件重心位置参数,然后通过分析拖拉机牵引机组作业时的力学特性,建立相关数学模型。以电动拖拉机的牵引效率和整机质量作为优化目标,采用NSGA-Ⅱ算法进行多目标优化。综合考虑了犁耕作业下拖拉机的稳定性要求、驱动力要求、载荷波动情况以及传动系和行走系零件寿命等影响因素,制定了算法运行的约束条件,建立了约束方程组。以电动拖拉机的使用重力、前后电池组的质心和整机质心为目标变量,推导出动力性和经济性最优的目标函数。通过ModeFRONTIER平台,采用NSGA-Ⅱ算法对电池分布式方案进行了多目标优化。两种不同耕深条件下的优化结果对比分析表明,按照本文方式优化布置后的电动拖拉机在耕深为180mm时,优化后的整体质量与经验法相比减少了14.3%,配重质量为25.3kg;耕深为240mm时,优化后的整体质量与经验法相比减少了10.3%,配重质量仅为4.4kg,说明在牵引工况下无需额外增加配重就能达到良好的牵引性能。与经验法相比,两种耕深条件下拖拉机的配重都小很多,说明基于传统拖拉机的配重经验法计算并不适用于电动拖拉机,同时也能说明,电动拖拉机因自身总质量超过同功率段传统拖拉机,可以通过合理设计底盘布置方案,在没有配重的情况下达到理想的牵引效率。优化后的电动拖拉机底盘布置方案,在作业工况下驱动轮滑转率小于特征滑转率,整机牵引效率明显提高。     

电动拖拉机动力电池压载构型设计与参数优化

为改善电动拖拉机动力电池压载效果以提升整机牵引性能,提出了一种位置可调的电池压载框架结构;基于牵引性能预测基本方程,以驱动效率、滑转率和前轴安全压载综合最优为目标建立电池压载参数优化模型,该模型可根据作业条件给出最优电池压载参数;在Matlab/Simulink仿真平台上搭建了电动拖拉机牵引作业仿真模型,针对负载1~5kN范围内的水平牵引工况,对电池压载参数优化前后的牵引性能进行了仿真对比分析;基于所提出的位置可调电池压载框架结构,搭建了电动拖拉机实验样机,并在室内土槽环境下对压载参数优化模型进行验证。结果表明：在保证前桥安全压载的前提下,所提出的电池压载构型使牵引车速和能量利用率分别提升4.16%和5.66%,有效提升了电动拖拉机的牵引作业性能。     

正确调整使用液压悬挂装置

在生产中,发现许多悬挂播种机作业的机组,不能正确地调整使用液压悬挂装置,从而影响了播种质量,甚至损坏播种部件。为了提高作业质量,保证播种机部件不受损坏,作业时必须正确地调整和使用液压悬挂装置。 1.作业时,液压分配器手柄一定要放在“浮动”位置(如换用工程阀,本身无“浮动”位置,应更换农用液压分配器),这时,拖拉机对播种机只是牵引动力,播种机靠本身的地轮随地面高低进行整机仿形作     

一种拖拉机转向系统的改进对比分析

为有效提高拖拉机的作业效率,选取轮式拖拉机的转向系统进行改进优化。在全面理解拖拉机转向控制形式及原理的基础上,建立了该拖拉机的转向角度数学模型,将全液压转向控制改进为线控液压转向。同时,对硬件配置进行合理选型,搭建正确的控制驱动电路,融入ECU控制,对转向系统的角位移信号采集与控制进行PID模糊算法程序实时调控,形成完整的优化转向系统,并进行了性能测试。试验表明:改进后的拖拉机转向系统各评定参数较改进前提升效果明显,以数字1～10为优劣评定依据,拖拉机的转向刚度评价值可提高到1. 7,整机的车轮回正满意度可提高1. 6;同时,经采样,改进后的转向装置的转角误差范围波动平稳控制在±0. 15m范围内,整机运行平稳可靠,可为类似农业机械的改进优化提供一定的参考。     

拖拉机控制系统液压驱动与电力驱动性能分析

拖拉机作为我国农业的主力装备之一,其控制系统的改进与发展对于农业机械的创新有一定的促进作用。为有效提高农用拖拉机控制系统的精确性与稳定性,从传统的液压驱动与新兴的电力驱动原理及拖拉机整机机构组成出发,通过着重分析两者在转向驱动控制系统中所起到的关键作用及产生的牵引、转向及控制的理论效能,深入研究和理解控制系统在实际作业过程中各个环节的控制与驱动要点,并加入核心控制算法进行试验对比及优化。结果表明:液压驱动与电力驱动作用于拖拉机控制系统的效果有所差异,电力驱动较液压驱动控制效能高约60%以上;将液压驱动与电力控制互相搭配协调融合,可以较好实现驱动控制系统各部件间跟随性强的动力传递与精准控制,控制效能可在原来基础上提高约50%以上。     

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。     

拖拉机传动装置的结构优化研究

为进一步提升农用拖拉机的传动性能,同时降低能耗损失,根据拖拉机作业工况特点及用途,在查阅国内外拖拉机传动装置特性研究与整机发展情况的基础上,通过分析我国常用拖拉机的结构组成及传动系统工作原理,将混合动力传动应用于核心传动装置,并对关键部件进行合理布局和计算选型;同时,植入智能控制系统,对变速、转向、步进等各作业状态进行监控与实时调整,达到传动装置工作的可视化目标。其中,CVT应用于连续、平稳更换挡位,实现了传动及时、控制精准性能要求。搭建了试验平台对牵引性能、能耗环保指标及安全性能综合测试,结果表明:各挡位的传动比较优化前数据提升19%左右,拖拉机整体工作效率得到有效提高,可为后续拖拉机其他核心部件优化与改进提供思路和参考。     

一种轮式拖拉机的行走装置VR跟踪系统研究

为了提高轮式拖拉机行走装置的跟踪控制精度与设计优化效率,采用VR处理技术与跟踪控制理论,对其行走装置的VR跟踪系统进行了设计。通过图像准确采集与特征信号提取,在目标跟踪与智能避障核心算法下引入合适的比例因子进行VR跟踪系统模型建立与软硬件设计与仿真试验。试验结果表明:在确保VR场景渲染下拖拉机与作业场景的高度融合基础上,跟踪系统的避障成功率平均为80%以上,纠偏响应速度保持在41.2~43.8s之间,VR跟踪精度保持在89.1%以上,最高可达91.3%;拖拉机整机行走跟踪稳定性能符合实际作业要求,设计可行。该可视化设计研究可为相关学者对农机设备的开发优化提供思路,对于提高拖拉机行走装置及类似机具设计效率有很好的借鉴价值。     

电力自动控制系统应用于拖拉机的优越性分析

基于当前智能电力控制技术,对拖拉机应用效果进行了优越性分析。在了解国内外拖拉机发展基础上,结合拖拉机工作原理与作业特性,选取模糊控制算法与PID自动调节方法,对拖拉机的电力自动控制系统硬件构成及软件控制两大方面进行优化,设计了电力控制部件变换电路、力位综合控制及传感与导航控制程序,并进行试验性能验证。试验表明:电力自动控制系统的应用与传统式拖拉机相比,位置定位、转角控制及作业深度等精准度得到提升,实现了拖拉机驱动环节的混合动力控制,整体作业效率提升了近45%左右,能耗效率由8.9 kW·h/6 6 7 m^2降低至5.7 kW·h/667m^2,所耗费用降低了20%左右。     

基于粒子群优化算法的拖拉机动力匹配优化

带悬挂系统的拖拉机在工作时,要充分考虑拖拉机牵引力能否满足液压悬挂加载装置、牵引装置等作用下产生的耕作阻力要求.本文建立了驱动牵引力数学模型,参考耕作阻力模型,主要考察了驱动轮滑转率、耕作速度、耕作深度等主要因素的影响,利用约束优化问题粒子群优化算法,得出了满足特定使用条件的驱动牵引力,同时确定了耕深、速度、滑转率等参数的对应值,为带悬挂系统拖拉机的动力匹配提供了重要的方法依据.     

基于虚拟仪器的后悬挂农具田间测试系统

为了解决后悬挂农具田间测试效率和精度低,测试成本高等问题,根据田间测试需求,设计了一套基于虚拟仪器原理的田间测试系统。该系统采用上、下位机模式,多种传感器融合及无线传输等技术,实现后悬挂农具多类型参数的实时同步测试。在田间拖拉机牵引试验平台和试验平台三点悬挂2BMSF-12/6型免耕施肥播种机2种工况下进行拖拉机燃油消耗、尾气排放、驱动轮滑转率、农具地轮滑移率、六分力、PTO扭矩和转速等田间试验。试验结果表明,后悬挂农具田间测试系统通讯正常,数据量大且准确可信,满足一般后悬挂农具田间试验要求,可为农具设计优化、适用性评价等技术提供理论支持。