山地拖拉机调平系统的研究现状及发展趋势

采用理论分析和文献综述相结合的方法,对国内外拖拉机车身调平系统的现状进行研究;从拖拉机后悬挂技术、机具调平坡地自适应技术2个方面对文献知识进行梳理和归纳。结果表明:1)利用拖拉机调平系统能使拖拉机在车身遇到颠簸或倾斜时调整至水平状态,能确保驾驶员的安全和舒适;在山地复杂多变和高低起伏环境下,拖拉机在山地作业的稳定性和通过性与车身自动调平程度密切相关;2)悬挂机构对拖拉机车身调平及后悬挂机具调平起着至关重要的连接作用,悬挂机构的技术结构直接影响了拖拉机车身调平及后悬挂技术研究的发展程度;3)对悬挂机具在坡地等高作业及耕作自适应等关键技术的研究,是整个山地拖拉机调平系统研究的关键问题。针对山地复杂地形和作业质量要求,提出如下发展策略:在搭建山地拖拉机车身调平系统和优化悬挂机构的基础之上,全面研究山地拖拉机后悬挂技术和机具调平坡地自适应技术;在保障山地作业质量和作业效率的前提下,进一步深入研究山地拖拉机车身与悬挂机具协调自适应技术,实现山地拖拉机悬挂机具对坡地的仿形作业,是山地拖拉机自动调平系统的主要发展方向。     

丘陵山地拖拉机后悬挂技术的应用与研究

大幅度提高山地拖拉机的耕作效率一直是农业生产者的使用需求,丘陵山地拖拉机后悬挂系统作为拖拉机进行农业生产的关键部分,已然成为研究问题的重要部分。本文介绍了后悬挂液压系统与电液控制系统的应用与研究,比较分析了电液控制系统的优点,进一步说明智能拖拉机是未来农业生产的关键动力源。     

电动拖拉机试验台开发

为了对新开发的电动拖拉机各项性能指标进行测试,本研究根据各项性能测试的试验要求,开发了电动拖拉机试验台。基于试验台模块化设计思想,分别设计了试验台电源模块、驱动模块、加载模块以及装夹装置;电源模块主要由电动拖拉机所用电池组及电源管理系统组成,驱动模块由电动拖拉机所用驱动电机及调速系统组成,加载模块则由磁粉制动器组成,装夹装置则由一些支架、夹紧机构组成。基于LabVIEW平台,开发了试验台虚拟测控系统,系统不仅具有数据采集、分析功能,还能够通过数据采集卡的输出通道控制加载模块。以研制的电动拖拉机为测试对象,进行了驱动轮输出特性及模拟作业等测试试验。结果表明:试验台功能全,不仅能够测试电动拖拉机各组成部件的输出特性、传递效率,还能测试电动拖拉机整车模拟作业性能,测控系统既可检测驱动和加载部件转矩、转速、电压、电流等12个信号,还能用来控制加载载荷。本研究所开发的试验台运行稳定,达到设计要求。     

拖拉机作业机组电液悬挂控制系统的研制

在FIAT—780型拖拉机上采用了电液悬挂控制系统代替传统的机械式液压悬挂系统,并以电液比例方向阀作为主控制阀,建立了电液悬挂控制系统的数学模型,利用MATLAB工具分析了该系统的稳定性和静动态品质。采用MCS96系列16位单片机系统实现了对电液悬挂控制系统的数字化控制,并在FIAT—780型拖拉机室内仿真试验台上进行了试验,结果表明所研制的电液悬挂控制系统能够满足农机具位调节和力调节的控制要求。     

拖拉机电液悬挂半物理仿真系统设计及试验

为实现拖拉机电液悬挂系统的准确控制,以福田雷沃欧豹TG1254拖拉机为研究平台,设计了一套拖拉机电液悬挂半物理仿真系统.该系统硬件平台主要包括拖拉机液压回路、传感器、数据采集装置等;软件平台采用SIT模块,联合LabVIEW和MATLAB建立控制器模型.设计自适应控制算法,实现系统的牵引力调节、位置调节和力位综合调节并进行了实车试验.在牵引力调节试验、位置调节试验和力位综合调节试验中,系统过渡过程时间均低于或等于6s,系统超调量小于或等于25%,系统控制过程平稳,耕深稳定,实现作业质量提升.     

采用16位单片机的拖拉机电液悬挂控制系统

将原有机械式液压悬挂控制系统改装为电液式悬挂控制系统,其控制核心采用了MCS96系列16位单片机系统;对电液悬挂控制系统进行了硬件和软件设计,并在室内仿真试验台上进行了试验验证。试验结果表明,系统具有较好的调节性能,能够满足对拖拉机悬挂控制系统的静动态要求。     

拖拉机作业负荷仿真装置

为将拖拉机作业机组室内仿真控制研究中模拟的作业阻力转化为拖拉机作业负荷，设计了一种拖拉机作业负荷仿真装置，由拖拉机动力输出轴、万向节传动轴、增速箱和电涡流测功机、模拟犁架和液压加载器几部分组成。试验结果表明，阻力模拟加载系统中牵引力和电涡流测功机产生的制动转矩变化规律与耕深阶跃信号变化规律相同。测功机产生的制动转矩实测值与设定值变化趋势一致。该装置能在计算机控制下实现拖拉机作业负荷的实时模拟和对机组进行各种加载试验研究。     

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。     

耕深自动测量方法的研究

通过对丘陵山地拖拉机车身调平模式和后悬挂机具横向调平模式的研究和分析,以及在研究了现有耕深自动测量方法的基础上,通过理论分析和计算,本文提出一种基于具有车身调平功能的丘陵山地拖拉机的耕深自动测量方法。丘陵山地拖拉机车身调平模式分为单侧作用和双侧作用两种形式；后悬挂机具横向调平模式也分为单侧作用和双侧作用两种形式,进行搭配组合得到四种组合工作模式。针对这四种工作模式,通过对事先在水平作业面内标定好的耕深测量公式分别进行零点修正和等效角度选用,共得到8组最终的测量公式。不仅能够满足水平作业面内的测量要求,而且还能在坡地等高作业时,后悬挂机具的横向角度调整后,通过实时采集传感器的信号即可获得实际耕深,实现耕深的自动测量。     

耕深自动测量方法分析——基于具有车身调平功能的山地拖拉机

通过对丘陵山地拖拉机车身调平模式和后悬挂机具横向调平模式的研究和分析,以及在研究了现有耕深自动测量方法的基础上,通过理论分析和计算,本文提出一种基于具有车身调平功能的丘陵山地拖拉机的耕深自动测量方法。丘陵山地拖拉机车身调平模式分为单侧作用和双侧作用2种形式;后悬挂机具横向调平模式也分为单侧作用和双侧作用2种形式,进行搭配组合得到4种组合工作模式。针对这4种工作模式,通过对事先在水平作业面内标定好的耕深测量公式分别进行零点修正和等效角度选用,共得到8组最终的测量公式。不仅能够满足水平作业面内的测量要求,而且还能在坡地等高作业时,后悬挂机具的横向角度调整后,通过实时采集传感器的信号即可获得实际耕深,实现耕深的自动测量。     

拖拉机动态载荷加载平台设计与试验

拖拉机作业性能及其可靠性直接影响农业生产效率.针对室内固定试验台结构庞大、成本高、移动负荷车功能单一等问题,设计了一种适用于中小型拖拉机的动态载荷加载平台.该平台可根据拖拉机试验国家标准,完成包括PTO功率、牵引功率和提升能力在内的多项加载试验,还可实现基于不同农机具、土壤条件、作业工况等田间作业载荷谱的动态加载试验,...     

基于DSP线控液压转向系统的研究

设计了线控液压转向系统的转向模块、液压系统模块和主控制器模块,搭建了其实验台架。该液压系统模块核心元件电液比例换向阀采用基于DSP2812发射的PWM占空比控制,并采用模糊PID算法提高其转向控制的精确度。结果表明:该系统能更好地结合路况实现对车辆的转向控制,减少液压震颤。     

基于DGPS定位与双闭环转向控制的农业自动导航系统

以东方红X-804拖拉机为平台,开发了一种基于RTK-DGPS定位和双闭环转向控制相组合的农业自动导航系统。系统主要包括RTK-DGPS接收机、姿态航向参考系统(AHRS)、转向控制器、电控液压转向装置和转向角检测传感器。设计了Kalman滤波器对定位数据进行平滑处理,同时实现航向角的校正。为实现自动转向,在拖拉机原有手动控制系统基础上加上电控比例液压阀,并设计电控单元。然后,推导了转向系统的数学模型,通过Matlab仿真工具箱得到传递函数的参数,设计了双闭环转向控制算法。最后,进行了算法验证试验和田间试验,结果表明,双闭环控制方法较好抑制了稳态时的震荡现象,方波信号的角度跟踪稳态时最大误差0.60°,平均误差0.40°,平均延时为0.20 s;设计的Kalman滤波器有助于提高定位系统的精度,横向跟踪误差不超过0.09 m,转向角度平均跟踪误差为0.43°,延时0.25 s。     

Using a vision sensor system for performance testing of satellite-based tractor auto-guidance

A vision sensing system for the measurement of auto-guidance pass-to-pass and long-term errors was implemented to test the steering performance of tractors equipped with auto-guidance systems. The developed test system consisted of an optical machine vision sensor rigidly mounted on the rear of the tested tractor. The center of the drawbar hitch pin point was used as the reference from which to measure the deviation of the tractor's actual travel path from its desired path. The system was built and calibrated to a measurement accuracy of better than 2 mm. To evaluate the sensor, two auto-guidance systems equipped with RTK-level GNSS receivers were tested and the results for different travel speeds compared. Pass-to-pass and long-term errors were calculated using the relative positions of a reference at a collocated point when the tractor was operated in opposite directions within 15 min and more than 1 h apart, respectively. In addition to variations in speed, two different auto-guidance steering stabilization distances allowed for comparison of two different definitions of steady-state operation of the system. For the analysis, non-parametric cumulative distributions were generated to determine error values that corresponded to 95% of the cumulative distribution. Both auto-guidance systems provided 95% cumulative error estimates comparable to 51 mm (2 in.) claims and even smaller during Test A. Higher travel speeds (especially 5.0 m/s) significantly increased measured auto-guidance error, but no significant difference was observed between pass-to-pass and long-term error estimates. The vision sensor testing system could be used as a means to implement the auto-guidance test standard under development by the International Standard Organization (ISO). Third-party evaluation of auto-guidance performance will increase consumer awareness of the potential performance of products provided by a variety of vendors.     

履带式拖拉机可视遥控驾驶系统的设计及试验

为实现履带式拖拉机超视距遥控驾驶,以农夫小机灵502履带式拖拉机为平台,设计了一套拖拉机可视遥控驾驶系统。该系统主要包括中央处理器模块、2.4 G和433 M无线模块、全景视频拼接系统、液压及电动执行机构。操作者通过可视遥控器获取拖拉机的实时作业环境图像,并发送操作命令,实现遥控操作。为适应履带式拖拉机的作业环境,控制系统电路采用了抗震和抗干扰设计。在无同频电磁干扰、无杂草的旱田进行试验,可视遥控驾驶系统的遥控距离达150 m以上,视频传输稳定、无中断,直线行驶偏差小于0.2 m,转弯半径小于1.9m,能满足农机作业要求。     

农业车辆电控液压转向系统的设计

以茂源250型拖拉机为试验平台,设计一种用于农业车辆自主导航的电控液压转向系统。该系统使用电控比例液压阀、换向阀和溢流阀,改造拖拉机的液压转向油路;采用STC12C5A60S2作为比例阀的控制器,同时加装角度传感器作为系统的反馈。将带有死区的PD控制算法在SimHydraulics建立的液压转向系统模型上进行仿真,并实车试验验证。在左、右极限转向和4种特定目标角度转向试验中,该系统比原有系统响应时间快0.2 s,超调量在5%以内。     

铰接转向果园割草机的设计与试验

针对丘陵山地现有果园割草机行走性能差及人员操作便捷性低等问题,设计一种铰接转向果园割草机。采用理论分析与仿真、田间试验相结合的方法,对铰接转向果园割草机进行研究。结果表明:1)铰接转向果园割草机最大行驶速度5.9 km/h,割刀转速1 450~3 850 rad/min,最小转弯半径466.4 mm,爬坡与下坡纵向极限倾覆角度分别为37.47°和60.99°,横向极限倾覆角为48.76°;2)应用Ansys workbench软件分析得到割草机车架在平地直行、平地最大角度转向、直行爬坡与直行下坡四种工况下最大变形量和最大等效应力分别为0.034 4 mm和20.06 MPa。田间试验结果表明:铰接转向果园割草机的割幅利用率为98.9%,平均碎草率85.9%,割茬高度基本符合设定高度,满足丘陵山地小地块果园作业需求。     

丘陵山区农机深松作业深度和面积远程监测系统

为了提高农机在丘陵山区深松作业深度和面积的监测准确性,研究设计了一种深松作业远程监测系统.该系统以角位移传感器间接测量作业深度,利用北斗/GPS定位数据计算深松面积,并在此基础上搭建了基于·NET分布式深松作业远程监测服务平台,实现多台农机深松作业深度和面积的远程监控,为政府补贴资金计算与核实提供了便利,提高了深松作业监测效率.试验结果表明,使用角位移传感器适用于丘陵山区农机深松作业深度测量,深度测量平均误差为0.98cm,使用北斗/GPS定位基于多边形解析法计算小地块面积相对误差为3.2%,满足丘陵山区农机深松作业监测要求.