四轮底盘转向方式对工作行程率影响的研究

实现四轮底盘小半径转弯,提高小地块工作行程率可提高农业机械的作业效率。通过对现有的四轮拖拉机在小地块作业时转弯半径、地头宽度对空行时间的影响分析,得出提高小地块空行时间的关键是底盘要具有转弯半径小、不需要倒车便可直接驶入下一畦的转向形式。作者认为前桥摆转转向方式四驱底盘更加适合小地块作业。该底盘在转向时,通过控制前桥驱动轮的转动,使前桥主动围绕着前桥中心点的转向装置转动,带动底盘以任意角度转向。通过将前桥摆转转向式底盘的工作行程率与偏转式底盘相比较,证明前桥摆转转向底盘更能提高小地块工作行程率。     

丘陵山地拖拉机底盘传动及转向系统的设计

针对拖拉机在丘陵山区适应性差，田间地头转向半径大、易损害作物，耗时长和效率低等问题，设计了一种可原地转向的504型丘陵山地拖拉机底盘。整机采用四驱轮式行走系统，前进和后退速度为0～5 km/h，可无级调速。传动系统采用机械式“H”型传动路线，通过纵梁内外双轴的设计将左右两侧的驱动力独立分开。采用离合器式转向分动器，通过转向分动箱内的牙嵌式离合器两两组合，完成底盘不同作业状态的控制，两路动力通过正转+正转、反转+反转、正转+反转和反转+正转4种状态的组合，实现拖拉机的前进、倒退、左右大小半径转向和原地转向。结果表明，整机最大牵引力为10.78 kN，最大及最小总传动比分别为732.50和73.25，前后驱动桥传动轴最高及最低转速分别为31.07和6.21 r/min。底盘的轮距和轴距比值为1，其所受滑移阻力矩与滚动阻力矩之和小于其所受驱动力矩，可在窄小地头实现原地转向，减小拖拉机田间作业的空行程，提高作业效率，有效保护农作物。      

前桥摆转式四轮底盘转向系统的转向机理研究

四轮底盘在小地块水田作业时,减少地头空行转弯时间是提高作业时间利用率的重要环节。为实现四轮底盘小半径转弯,以提高水田播插底盘作业率为主要研究目标,对四轮底盘在90°、180°等不同转弯形式下进行分析,得出适合小地块水稻播插作业时以较小转弯半径的转弯方式;前桥摆转四轮底盘在转向时,通过控制前桥驱动轮的转动,使前驱动桥主动围绕着转向装置转动,可以带动底盘以任意角度转向。采用ADAMS软件对四轮底盘后轮轨迹进行模拟,在确保后轮完全不吃入已完成作业区的倒U转弯方式的情况下,提出设计前桥摆转式四轮底盘转向系统的可行性。     

丘陵山地果园全液压遥控式履带动力底盘设计与试验

针对目前丘陵山地果园作业农用底盘整机体积大、行驶作业操作繁琐和通过性差等问题,结合丘陵山地果园开沟、除草和修剪等农艺管理环节的实际需求,设计了一款全液压遥控式履带动力底盘。首先,对动力底盘的整机结构和工作原理进行了阐述;其次,对前置挂载机构、行走系、变幅宽底盘、液压系统、遥控系统等关键部件进行设计和相应的匹配选型;最后,对整机进行了性能试验。试验结果表明：动力底盘在最小幅宽（1220mm）和最大幅宽(1620mm)的直线行驶偏移率分别为2.24％和2.2％,均满足相应国家标准（≤6%）要求。底盘的转向机动性能良好,最小幅宽原地转弯半径为905mm,可适应丘陵山地果园相对狭窄的坡地作业环境。遥控操作上下斜坡、翻越田埂、跨越畦沟等过程平稳,满足丘陵山地果园非结构化地形行走要求。挂载链式开沟器进行开沟作业时,沟深稳定系数为88.5%,沟宽稳定系数为92.5%,满足国家标准（≥85%）要求。整机工作性能满足丘陵果园复杂坡度地形管理作业要求,可为丘陵山地果园田间管理作业的有效实施提供综合应用平台和技术支撑。     

具有平衡摇臂悬架的丘陵山区动力平台转向系统

为适应丘陵山区地形和不同农作物的农艺特点,提出一种具有平衡摇臂悬架和H型传动的可变地隙和轮距的动力平台,该平台采用无转向梯形的四轮全液压转向,转向方式为同侧两车轮采用对称角度的偏转转向,以减小转弯半径并实现同辙转向。采用遗传算法优化左、右转向油缸的位移关系,以实现阿克曼转向。为避免运动干涉,参照同轴距普通拖拉机的最小转弯半径确定车轮极限转角。当变地隙后车轮绕主销偏转,平台的轴距发生改变和变轮距后轮距发生改变后,可根据几何关系重新确定车轮在水平面内有效转角与转向油缸位移的关系,讨论了变地隙和变轮距满足阿克曼转向的条件。实验结果表明,设计的转向系结构和转向策略是合理的和可行的。     

作物表型信息获取机器人底盘设计与试验

为进一步提升农业机器人底盘田间适应性和行驶稳定性,面向我国山东地区小麦表型信息获取作业场景,设计了一种四轮独立驱动转向的农业机器人底盘。根据小麦种植农艺需求和行驶地形环境,确定了底盘总体布局方案和主要技术参数。分别开展了底盘驱动部件、转向部件以及摆臂平衡部件设计,并进行了参数校核和元件选型。建立了关键部件ANSYS有限元模型,分别进行了摆臂平衡机构的应力形变分析和车架振动模态模拟,仿真结果表明,摆臂平衡机构的强度和刚度均能满足设计要求,车架能够有效避免因地形激励产生的共振。建立底盘ADAMS动力学仿真模型,分别进行纵向、横向稳定性分析和单侧凸起、凹坑越障性分析,仿真结果表明,底盘横纵向稳定性能够满足设计要求,摆臂平衡机构能够有效补偿单侧障碍造成的质心高度变化,提高了底盘的行驶稳定性。田间试验表明,机器人底盘具有良好的行驶性能,硬质地面直线行驶平均偏驶率为0.51%,田间地面平均偏驶率为1.13%。原地转向中心点偏移量为3.1mm,阿克曼转向最小转向半径为1.125mm。纵向翻倾角为34°,横向翻倾角为28°。单侧越障最大高度为160mm,单侧跨坑最大深度为160mm。     

基于一种两侧独立驱动全驱轮式底盘的转向性能分析

本研究对两侧独立驱动全驱轮式底盘结构进行运动学及动力学分析,得出影响其转向能力的数学表达式。进而对底盘进行仿真分析,得出底盘在转向过程中的横摆角速度、转向半径和转向灵活性等评价参数,并提出改善转向性能的措施。结果表明：1）底盘的行驶稳定性受速度、质心高度、转弯半径等因素影响,其中速度和转弯半径变化对底盘的稳定性影响较大。当底盘速度大于设定值25 km/h时,底盘在双移线试验中的侧向加速度大于0.4 g,底盘的稳定性变差。2）当转弯半径R﹤13m时,轮胎与地面将产生滑移,导致底盘侧滑。故该底盘的最高车速不应超过25km/h,以最高车速行驶时,转弯半径不应小于13 m。     

单轨式运输机的车轮参数与最小转弯半径的几何关系研究

单轨式运输机是解决丘陵山地运输问题的一种运输装备。针对采用非转向式结构底盘的运输机,研究其最小转弯半径与轮面间距、轴距之间的几何关系,提出三者之间的求解方程式,开发出采用C++语言的程序求解器,并根据样机试制试验情况对车轮与轨道的间隙参数进行修正。研究结果对采用非转向车轮的运输机底盘的设计具有参考意义。     

拖拉机前轮前束值模型建立与仿真

拖拉机前轮定位参数影响到拖拉机的使用性能和工作性能。该文对拖拉机转向进行了力学分析,建立了在转弯半径最小的情况下,转向力矩、车速及前轮前束值三者之间关系的数学模型,并通过实验验证数学模型的准确性,为通过调整前轮前束值达到转向力矩最小的要求提供理论依据,可用于液压装置调节拖拉机不同工况下最佳前轮前束值,以实现轻便转向。     

遥控全向调平山地履带拖拉机设计与性能试验

针对传统拖拉机坡地行驶及作业时稳定性差、安全性不高、操纵复杂等问题,设计了一种遥控全向调平山地履带拖拉机（简称山地拖拉机）。首先,在分析山地拖拉机调平原理的基础上,提出基于平行四杆机构的车身横向调平方案和基于双车架机构的纵向调平方案;其次,对山地拖拉机的全向调平装置、行走系、基于静液压驱动装置（HST）的无级调速传动系统、多功能液压系统、坡地适应液压悬挂装置等关键部件进行设计和相应的匹配选型;最后,对山地拖拉机进行了整机性能试验。试验表明,拖拉机在0°~15°的横向坡地和0°~10°的纵向坡地可以实现车身横、纵向的调平,有效提高了拖拉机坡地行驶和作业的稳定性;拖拉机可实现0~8km/h的无级调速,满足平地行驶、爬坡、等高线作业等多种工况的速度要求;可遥控实现山地拖拉机行车、制动、转向、全向（横向和纵向）调平、农具升降及姿态调整等动作,极大地提高了操纵的便捷性;山地拖拉机的接地比压为0.025MPa,在松软路面和沼泽地均具有良好的通过性;山地拖拉机的转向机动性能良好,最小转弯半径为1728mm,可适应丘陵山地相对狭小的坡地作业环境;山地拖拉机的平地偏驶率为5.5%,在15°坡地车身调平后的偏驶率为5.75%,小于车身未调平时偏驶率8.62%,均满足相应国家标准（≤6%）要求;液压悬挂装置的最大提升力为8.2kN,满足基本的作业需求;坡地旋耕的耕深稳定性满足国家标准（≥85%）要求。     

丘陵山地拖拉机机身自平衡机构稳定性分析

针对丘陵山地拖拉机坡地适应性差,易翻倾,通过性差等问题,设计一种具有自动调平机构的504型丘陵山地拖拉机。整机采用机械传动,四驱轮式行走系统,两侧独立传动转向系统,平行四杆自动调平机构,可实现拖拉机姿态自动仿形调平。基于SolidWorks对拖拉机进行整机三维建模,运用ADAMS软件对虚拟样机进行侧倾稳定性动态仿真分析。结果表明: 自动调平机构调平动作范围732 mm,可在25°的坡地上保证车身横向水平。上坡极限翻倾角及下坡极限翻倾角均为45°,上坡纵向滑移角为33.69°,下坡纵向滑移角为16°,前后驱动轮越障高度为214 mm。调平状态下车身的最大侧倾角为37.5°,与理论计算35.93°非常接近。该机前后驱动桥均可进行独立调平,保证机身始终处于水平姿态,能够满足丘陵山地生产作业要求。     

丘陵山地四轮驱动拖拉机驱动力主动分配系统研究

针对丘陵山地四轮驱动拖拉机在作业时车轮打滑而驱动力不足的状况,对丘陵山地拖拉机传动系统的关键部件行了优化设计。对丘陵山地拖拉机建立了动力学模型,并对丘陵山地拖拉机的轮间驱动力进行分析,提出了提高驱动效率最佳条件;设计了一种新型的驱动力分配装置对轴间驱动力重新进行分配,并对该装置的控制系统进行了设计和仿真。结果表明:该装置能明显改善打滑现象,提高驱动性能。     

液电混动履带底盘电液系统联合仿真与试验

针对传统以液压驱动或纯电驱动的履带式农机装备功耗大、系统响应慢、电池续航短、功率扭矩输出不足等问题,本文提出了一种高效液电混动履带式行走底盘,集成了液压驱动和电驱动两套独立动力系统,双液压马达及双伺服电机的四轮驱动结构,可实现整机大扭矩输出,利于整机轻量化设计;通过伺服电机速度及力闭环控制,适应匹配底盘外负载的变化,可显著改善闭式液压驱动系统的动态输出特性,提高整机动态控制性能并降低工作能耗。基于AMESim与Matlab建立了电液混动系统的联合仿真模型,对比分析整机在平地直线行驶、山地爬坡、原地转向等不同工况的行驶动态性能,试验结果表明所设计的液电混合驱动履带底盘最大行驶速度可达1.1m/s,原地转弯时间最快为2.4s,最小转弯直径为150cm,可实现丘陵山地复杂地形转弯及调头;履带底盘直线行驶偏移率不大于3.3%;在相同工况下与液压驱动相比,液电混合动模式下整机能耗可减少9.3%,提高了整机工作效率。     

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。     

农用柔性底盘前轮转向动力学研究

农用柔性底盘通过偏置转向轴转向,4个独立的电动轮既要用于行进,又要驱动转向,控制难度大.为探明柔性底盘前轮转向过程的转向特性,建立了7自由度整车动力学模型,并通过Matlab/Simulink软件建立相应的交互控制仿真模型,进行了不同车速下单轮驱动转向与双轮比例控制转向的仿真与分析,根据仿真结果制定了控制策略;在此基础...     

拖拉机自动导航单因子控制系统设计

针对当前拖拉机自动导航转向控制系统结构复杂、算法繁琐及对上位所检测机位置姿态信息要求较高等特点,设计了一种基于51单片机为中央控制载体的拖拉机自动导航执行系统。本系统在不改变原车的液压转向控制系统的前提下,通过加装以步进电机为动力的驱动装置带动方向盘转动实现前轮转向;同时利用角度传感器不断检测前轮转角,为系统在进行转向决策时提供反馈,并且在执行过程中采用涡轮电机控制齿轮啮合与分离。控制系统采用单因子补偿控制算法,通过判断当前车辆的横向偏差走势判断当前的车身偏角。为验证程序算法以及结构设计的可行性,以TN954为实验对象,构建了转向系统和车身偏角的数学模型,运用Matlab/Simulink进行仿真。结果表明:拖拉机以3 km/h作业速度行驶时,在初始横向轨迹偏差设定在5 cm的调整过程中,稳态误差达到2%,单因子补偿控制算法所需的平均调整时间为1. 4 s,满足当今拖拉机自动驾驶控制实时性的要求。     

利用单轮重复通过分析水田四轮驱动拖拉机的牵引性能

针对水田土壤的特点 ,采用单轮重复通过的方法 ,模拟水田四轮驱动拖拉机的工作过程 ,探索前轮通过后土壤状况的变化对后驱动轮牵引性能的影响规律 ,进而分析水田四轮驱动拖拉机的牵引性能。