农具质量对拖拉机悬挂农具系统振动特性的影响

为研究不同悬挂农具质量对拖拉机+悬挂农具系统振动特性的影响,该文以常发CF700型拖拉机(常发集团)为研究对象,用仿真和试验相结合的方法,建立了拖拉机+悬挂农具系统振动微分方程和仿真模型,仿真研究了拖拉机悬挂不同质量农具时拖拉机+悬挂农具系统振动特性,得到悬挂农具质量对拖拉机+悬挂农具系统垂向振动固有频率,俯仰振动固有频率,座椅安装处垂向振动加速度,俯仰振动角加速度,前、后轮动载系数的影响规律。研究结果表明,当悬挂农具质量从0增大到1 000 kg时,拖拉机+悬挂农具系统垂向振动固有频率从3.42逐渐减小到2.74 Hz,俯仰振动固有频率从3.07逐渐减小到1.78 Hz;当行驶速度相同时,座椅安装处垂向振动加速度和俯仰振动角加速度随悬挂农具质量的增大而减小,垂向振动加速度从2.73减小到1.02 m/s2,俯仰振动角加速度从2.56减小到0.82 rad/s2;前轮动载系数从0.09增大到0.33,随悬挂农具质量的增大而增大;速度较低时,后轮动载系数从0.06减小到0.03,随农具质量的增大略有减小,速度较高时,后轮动载系数随农具质量的增大逐渐增大,从0.06增大到0.17。该研究为拖拉机减振系统的设计提供了重要参考。     

基于电液悬挂系统的拖拉机主动减振控制

大功率拖拉机的减振问题对于确保拖拉机的行驶安全性及舒适性起着决定性作用。该文基于电液悬挂系统对拖拉机进行了主动减振控制系统的设计,设计了带位置校正环节的离散滑模控制方法。该方法仅利用电液悬挂系统已有的牵引力传感器及位置传感器采集振动信息,而不需增加其他振动传感器。之后该文对系统进行了仿真和试验验证,结果表明:与不加控制前相比,主动减振控制使拖拉机的振动强度及前轮胎动载荷均显著降低,在受到水泥路障冲击后的整个过程中,农具振动加速度的均方根值降低了51.2%,后轮轴心的垂直加速度均方根值降低了20.1%;拖拉机质心的垂直加速度均方根值降低了16.6%;前轮胎的平均动载荷降低了39%;农具的存在引起的10~15 Hz的振动被完全抑制,农具的存在所加强的约5 Hz的俯仰振动也几乎消失;位置校正环节使液压缸活塞的运动轨迹保持在期望位置范围内。实车试验中,振动加速度测量信号的均方根值降低了25.7%;驾驶室内测点的垂直加速度的均方根值降低了26.4%。证明了所设计的主动减振控制器的有效性和可行性。     

拖拉机后悬挂横向位姿调整的模糊PID控制

针对传统拖拉机后悬挂机构无法实现横向位姿自动调整,难以适应丘陵山地复杂地形作业需求,导致耕深均匀性差、作业效率低等问题,该文设计了—种采用双液压缸进行横向位姿调整的后悬挂系统。首先,对提升臂、提升杆、农具三脚架等构件进行运动学分析,并运用MATLAB对液压缸活塞杆位移与农机具倾斜角度进行仿真,得出当横向倾角为-15°~15°时,液压缸活塞杆位移与角度的函数关系;其次,设计了横向位姿调整机构液压系统,并建立了该液压系统的数学模型;运用Simulink搭建了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;最后,搭建了拖拉机后悬挂系统控制试验平台,进行了拖拉机后悬挂横向位姿调整试验。结果表明：在预定目标内（±2°~±15°）,最大误差为1%,平均误差为0.7%,仿真的系统调整时间较短,不足0.2 s,试验的调整时间为1 s左右,系统稳定时间仿真和试验都很小,在0.1 s左右,试验和仿真超调量为0 ,符合设计目标,能够满足山地丘陵作业的横向角度调节需求。     

水田作业工况的拖拉机振动特性

为研究拖拉机在水田工况下的振动特性。该文采用轮胎滚动法测取南京江浦农场水田硬底层纵断面空间函数,对数据进行自相关性检验,分析硬底层垂直位移功率谱密度;以CF700型拖拉机(常发集团)为研究对象,基于轮胎-湿软水田土壤系统,建立水田工况下拖拉机三自由度振动微分方程和仿真模型,以水田硬底层纵断面时间函数为输入矢量,对拖拉机振动特性进行仿真研究,并将仿真结果与试验结果进行对比分析。结果表明,水田硬底层高程具有统计相关性,其不平度系数Gx(0.1)=316.7×10-6 m3,拟合指数w=-1.651;试验所得拖拉机前桥、后桥及座椅椅面垂向振动频率分别是2.91、3.6及2.5 Hz,与仿真结果相对误差分别为19.9%、7.2%、16.0%。以上结果为面向水田作业的拖拉机振动研究提供路面参考模型,验证了水田工况下拖拉机三自由度平面振动模型的有效性,为拖拉机减振系统的参数设计提供理论依据。     

小四轮拖拉机配套农具纵垂面内悬挂参数和重量限度的计算机辅助设计

本文针对小四轮拖拉机悬挂机构的提升行程和提升能力,研究了确定其配套农机具在纵垂面内悬挂参数及重量限度的计算机辅助设计方法;提出了小四轮拖拉机配套农具的瞬心π₁点的合理设计区域。计算结果说明提高农具的设计重量限度和重力入土力矩与提高其运输间隙是矛盾的,结合设计优化目标能迅速的设计出最佳方案。     

基于遗传算法的山区微型播种施肥机减振优化设计

针对山区以汽油发动机为动力的微型播种施肥机振动大难以操作的问题,提出了一种降低振动的方法。文中首先建立了五自由度播种施肥机数学模型,运用Matlab软件构建了仿真模型并对其进行了振动分析;其次建立了以垂直振动加速度和俯仰角加速度为指标的多目标优化数学模型,运用遗传算法进行了优化设计,优化后播种机机架处垂直振动加速度均方根值减少32.9%,俯仰角加速度均方根值减少37.6%;在此基础上,重新设计了播种施肥机的履带、减振器和橡胶垫等结构部件;最后对改进后的播种施肥机进行田间试验,对比改进前的振动测试数值可得:改进后的微型播种施肥机垂直振动均方根值在发动机安装处、机架处和把手处均显著降低,其中机架处降低28.31%,验证了优化结果的正确性。该方法也为同类产品的减振提供了方法。     

履带式行走机构粘弹性悬挂机构的刚度-阻尼特性分析

针对传统履带式拖拉机行走系易受剧烈振动冲击的问题,开发出一种新型的粘弹性悬挂机构。用复刚度理论,建立起该机构的运动微分方程,对其刚度-阻尼特性进行了分析。依据能量转换的观点,分析了机构中粘弹性阻尼材料的静、动态对振动能转换率的影响。对开发后的应用在240kW履带式拖拉机粘弹性悬挂机构上进行了刚度曲线设计和性能分析,并在电液伺服试验机上对实际产品进行了性能试验     

振动激励下枣树力传递效果室内模拟试验

为了提高林果振动采收的作业效率,根据果品在振动过程中瞬时加速度的变化,研究其振动采收时力的传递效果,降低激振功耗.该文以红枣振动采收为研究对象,建立红枣"枝-柄-果"的双摆振动模型,分析系统振动过程中的固有频率,获得系统的固有振动频率为14.69、17.26Hz;利用振动试验测试系统,进行扫频试验,测得枣树发生共振频率的范围集中出现在12~24Hz;当振幅分别为3、5、7mm时,频率在12~24Hz时进行枣树的定频振动试验,通过DHDAS分析软件分析,获得枣树的振动频率和瞬时加速度的关系;对受迫振动的红枣采用3D高速摄像技术进行运动分析,获得红枣在空间的最大瞬时加速度值,通过统计计算分析,红枣的最大瞬时惯性力值均大于果柄最大拉断力6N.试验表明在振幅为7mm、频率为17Hz时,红枣振动采收过程中,力的传递效果较好.该研究可为红枣收获机激振系统的设计提供理论依据和技术参考.     

工程机械驾驶室舒适性设计中的低频隔振优化

为提高工程机械乘坐舒适性,针对驾驶室低频晃动问题,同时考虑隔振器垂直和水平刚度,对6自由度驾驶室隔振系统进行优化设计。提出采用激励频率为人体敏感的1～80Hz的1/3倍频程中心频率计算驾驶室质心总加权加速度均方根值的方法,以此为优化目标、隔振器刚度为设计变量建立低频隔振优化模型。以装载机驾驶室隔振系统为优化算例,建立有限元模型,结果显示优化后座椅中心处垂直方向响应振幅明显减小,驾驶室垂直和俯仰模态得到解耦;实际测试结果显示驾驶室3个方向隔振均有所改善,表明优化模型的合理性。     

振动力场提高牧草种子丸粒化包衣效果数值模拟与试验

为提高牧草种子丸粒化包衣合格率,对振动力场作用下的小粒不规则牧草种子进行丸粒化包衣研究.运用Solid-Works和离散元仿真软件EDEM建立了包衣锅三维模型及仿真模型,研究了牧草种子丸粒化包衣过程的运动规律.引入振动后的仿真结果表明:在包衣锅转速为40 r/min,包衣锅振动频率为20 Hz,振幅为2 mm,包衣锅倾角为35°的条件下,种群能在不同的时间点、相同的空间区域分布较为离散,种群的运动剧烈加速种粉间的离散程度,促使种粉达到"沸腾"状态,使其进入彼此间隙,增大种粉间碰撞摩擦次数,达到丸粒包衣的理想效果.试验结果表明:随包衣锅振动频率的增加,单籽率及有籽率均略有提高,而当振动频率为20 Hz时,单籽率及有籽率可达到较理想的丸粒化效果;正交试验结果表明:当包衣锅转速为40 r/min,包衣锅振动频率为20 Hz,包衣锅倾角为35°,包衣时间为20 min时,单籽率达到82.08%,包衣合格率达到98.22%,研究结果可为小粒不规则种子包衣提供参考依据.     

拖拉机前桥悬架参数匹配及其对振动特性的影响

拖拉机长年行驶在田间和路况较差的农村土路上,且减振装置简陋,其振动尤为剧烈。为降低拖拉机的振动,以江苏常发集团CF700型拖拉机为研究对象,建立了前桥悬架拖拉机三自由度振动模型,以机身垂向振动加速度、机身俯仰振动角加速度、座椅安装处垂向振动加速度、前后轮动载荷以及前桥悬架动挠度作为评价指标,对前桥悬架刚度和阻尼系数进行了优化匹配,得到了前桥悬架刚度和阻尼系数的最佳匹配值(120 000 N/m、8 000 N·s/m)。计算并比较了安装前桥悬架拖拉机和无悬架拖拉机的振动特性。当拖拉机以3~18 km/h行驶速度在国标D级路面上行驶时,安装前桥悬架拖拉机的机身垂向振动加速度均方根值和俯仰振动角加速度均方根值平均下降24.03%和42.46%;座椅安装处垂向振动加速度均方根值平均下降29.77%;前轮动载荷平均下降21.72%。研究结果表明,拖拉机前桥悬架对提高拖拉机的乘坐舒适性和行驶安全性具有显著作用。该研究结果为拖拉机前桥悬架的设计及优化提供了参考。     

基于倾角传感器的拖拉机悬挂机组耕深自动测量方法

在拖拉机悬挂机组耕深自动控制系统中,位置测量具有重要的作用,该文提出了一种基于倾角传感器自动测量农机具耕深的方法。通过检测提升臂的水平倾角变化,由悬挂机构几何关系和倾角传感器输出特性推导出耕深值与测量电压值之间的线性关系并换算得到实际耕深。与其他传感方式相比,该方法具有封装小、集成度高、安装和维护方便、标定易操作的特点,测量综合精度为±1.4mm;虚拟终端显示装置可直观反映耕作过程中耕深控制的实时状况,为操作者提供有效的判断依据。田间试验结果表明,耕深稳定在-200mm时的标准差为8.19,低于五轮仪测量方式,测量稳定;耕深从-100mm下降到-200mm时响应时间为3.5s,少于五轮仪测量方式,动态特性更好;耕深稳定性变异系数为3.34%,满足农艺要求。论文提出的耕深测量方法、显示界面和自动控制系统对拖拉机设计具有一定的参考意义。     

串联式混合动力拖拉机驱动系设计

针对传统拖拉机存在变速器结构复杂、传动效率低、高油耗、高排放等问题,提出一种基于犁耕工况下串联式混合动力拖拉机驱动系设计方法,包括确定传动方案、匹配牵引电动机和主能源功率参数及设计变速器挡位和辅助能源参数等。基于提出的设计方法,以东方红1804拖拉机为研究对象,对其串联混合动力驱动系主要参数进行了设计计算,分析了其牵引性能,结果表明:混合动力拖拉机特性曲线在有效牵引力范围内完全覆盖原拖拉机的工作特性场,且牵引效率较高;发动机同机械传动装置解耦,等效燃油消耗率平均降低了2.64%;变速器结构得到较大简化,传动效率较高;变速器速比设置合理,可满足拖拉机不同作业工况下对负载的需求,同时实现了无级变速。该研究为混合动力拖拉机能量管理策略、换挡规律及控制系统的设计提供了理论依据。     

Design and performance of an adjustable three-point hitch dynamometer

Mounted implements necessitate the use of a three-point hitch dynamometer to measure the forces between the tractor and implements. In this work, an adjustable three-point hitch dynamometer was designed to fit most of the implements (standard and non-standard) available in Jordan. The dynamometer consists of three telescoping beams connected to a central T-shaped box. The system provides variable width and height of the dynamometer to satisfy a wide range of implement dimensions. Strain gages attached to cantilever beams were connected to a Wheatstone bridge in such a manner that only draft force is measured. The dynamometer was calibrated and several field tests were conducted to measure the force required to pull a chisel plow in a Jordanian clay loam soil at various depths and speeds. Different sets of strain gages can be attached and arranged in the bridge so that only the lateral or vertical forces can be measured.     

后轮驱动大功率拖拉机牵引力-滑转率联合自动控制方法

针对后轮驱动大功率拖拉机犁耕作业工况,提出了大功率拖拉机牵引力-滑转率联合自动控制方法。基于Freescale MC9S12XS128型微处理器开发了联合控制器硬件系统;采用PID(proportion integral derivative)控制算法,制定了牵引力PID控制和滑转率开关控制的联合控制策略,基于模块化设计开发了联合控制软件系统;进行了牵引力控制、牵引力与滑转率联合控制的田间实车对比试验,分析了2种不同控制方法下滑转率、牵引力和耕深的控制效果,验证了联合控制系统的性能。试验结果表明:当设定滑转率阀值区间0.1~0.2,牵引力阀值6 000 N时,联合控制下的实际耕深平均误差为1.45 cm,均方根误差为2.79 cm;实际牵引力平均误差为270.73 N,均方根误差为366.23 N;滑转率采样时间50 s,阀值区间以内43.78 s,有效控制时间范围为88%。与单独的牵引力控制相比,实际耕深、牵引力的平均误差和均方根误差均明显减小,实际滑转率的控制效率有较大提高。结果表明,该文提出的大功率拖拉机牵引力-滑转率联合自动控制方法,可以实现牵引力和滑转率的双目标联合控制,能够满足实际生产的农艺要求。     

轮式拖拉机振动系统横向固有频率理论建模及验证

为了进一步研究拖拉机的振动特性,对拖拉机振动系统的横向固有频率进行研究,建立了无悬架拖拉机横向和侧倾2自由度振动模型,推导出拖拉机横向固有频率的理论计算公式。以江苏常发集团CF700型拖拉机为研究对象,用理论与试验相结合的方法进行了试验验证,试验分别在5、9、11、13和15 km/h的行驶速度下测得拖拉机的横向固有频率,并与其相应的横向固有频率理论计算值进行比较。结果表明,理论计算值与试验值最大相对误差为1.11%,验证了横向固有频率理论计算公式的准确性,该研究为拖拉机座椅横向减振系统的设计提供了重要参考。     

Computer Simulation of Tractor Single-point Drawbar Performance

A computer algorithm has been developed to predict single-point drawbar performance of a tractor taking into account all the necessary variables during field operation. The performance of tractor–implement system with a single-point hitch involves the effect of a number of variables on the whole tractor–implement–soil system. Considering all these, the developed computer algorithm is able to predict the performance of whole operation. This model is capable of determining the maximum pull available in the given field condition and matches the performance of trailed implements, such as a disc harrow and two-axle trailer. The model was able to predict maximum load and slope climbing ability of tractor with single- and two-axle trailers under different conditions. It was predicted by the model that the maximum pull developed by a tractor is limited by gross traction in the soft soil whereas it was limited by the power available from the tractor in hard soil. The longitudinal stability of the tractor taken for analysis varied with hitch point position. Appropriate determination of disc harrow performance was possible using the developed model.     

土壤阻力连续测试设备研制

为解决目前点采样方法获取的土壤压实信息少和信息获取速度慢的不足,该文研制了可快速连续测量土壤阻力（水平方向）以反映土壤压实程度的测试系统。系统包括机械部分、传感器和信息采集3部分。测试系统由拖拉机牵引,工作时连续测试速度1 m/s,土壤阻力信息采样频率为300 Hz,采样数据处理后与GPS定位数据对应存储。实验室试验表明,系统平均测试精度达93.4%。田间试验显示,测试系统性能可靠稳定,具有连续快速获取土壤压实程度信息并反映土壤压实程度空间分布的能力。定义的土壤阻力指数TRI 可以反映土壤的压实程度。