三自由度铰接林用底盘的设计与越障性能分析

针对一般林业机械动力底盘在丘陵山区行驶、作业时,由于地形适应性差及附着力不足导致车轮打滑,影响整机作业效果等问题,根据多自由度仿形原理,设计一种对地面仿形行走的6轮三自由度铰接林用底盘。通过Solidworks对三自由度铰接林用底盘进行三维建模,并对车辆底盘林地行驶过程中常遇到的爬越斜坡、双轮越障和单轮越障等3种情况进行运动仿真,通过车架的质心变化曲线和车轮与地面之间的作用力分析三自由度铰接林用底盘的越障性能。结果表明:与普通6轮底盘相比,三自由度铰接林用底盘具有良好的地形适应性和通过性,且转向灵活,能够保持良好的附着力,具有更好的越障性能,能够满足在崎岖不平的路面上行驶作业的要求。      

一种林用主动步态底盘双缸轮腿越障及位置优化研究

目的底盘是林业装备的关键部件,底盘技术性能中的越障性能及地形适应性能尤为关键,直接决定了林业装备是否能够上山入林。我国典型人工林具有多矮小障碍、多沟壑等立地条件特点,传统林业装备底盘在复杂立地条件下作业的能力就凸显不足,因此本研究旨在提高林业装备底盘越障性能。方法针对一种林用新型步态六轮变幅轮腿底盘,运用D-H参数法对底盘轮腿机构建立运动学模型。通过空间几何位置坐标变换方法对变幅轮腿底盘单缸控制轮腿与双缸控制轮腿越障能力进行理论计算和分析比较。运用D-H运动学正解方法计算得出双缸的最佳布置位置参数。通过仿真测试、样机测试与理论分析进行对比研究。结果双缸控制轮腿机构的越障高度始终大于单缸控制轮腿机构。理论分析、仿真分析与样机测试在最大越障高度数值的切合度分别为99.7%和97.8%。底盘轮腿越障高度可达285.9mm, 具有较强的越障性能和地形适应性,其越障能力完全满足我国林业生产对林业装备底盘越障性能的要求,充分验证了理论研究方法的正确性。结论为解决我国林业装备底盘越障性能较差这一难题提供了新的思路,为双缸控制轮腿机构运动特性、变幅轮腿底盘越障性能及大规模林业机械智能化采伐底盘的研究和发展应用提供了理论依据。      

自适应丘陵山地拖拉机虚拟设计及仿真分析

为进一步解决丘陵山地拖拉机易倾翻、通过性差等问题，利用虚拟样机技术对自适应丘陵山地拖拉机底盘模型进行模拟仿真分析，结合丘陵山地田间作业特点，考虑实际作业要求，用SolidWorks软件建立自适应丘陵山地拖拉机底盘三维简化模型，在ADAMS/View环境中模拟实际作业工况进行侧倾稳定性和越障性能分析，并利用ANSYS Workbench软件对车架纵梁及轮边传动箱等关键零部件在整机结构上进行有限元仿真分析。结果表明，自适应丘陵山地拖拉机底盘的最大侧倾稳定角为37.5°，大于标准要求的35°，符合丘陵山地作业要求；单侧越障100 mm障碍时，四轮始终同时着地并且紧贴路面，双轮越障100 mm障碍时，左右车轮同时同步越障，车身保持平稳状态，其具有良好的作业稳定性和障碍通过性。对关键零件进行有限元分析得出，车架纵梁与动力传输位置应力最大为3.002 2 MPa，形变位移量为1.289 6×10^-3mm；轮边传动箱和驱动桥链接处应力最大为30.229 0 MPa，其形变位移量为2.810 4×10^-2mm；关键部位所受应力均小于材料的屈服极限235 MP...     

拖拉机转向梯形机构的MATLAB优化与转向特性分析

为使轮式拖拉机转向特性曲线更接近理想的Ackemann转向特性曲线,本研究对轮式拖拉机向左转向运动时,整体式转向梯形机构中铰链四杆机构的运动几何关系进行了推导,再以某四轮轮式拖拉机转向梯形的底角和梯形臂长度作为设计变量,以外侧车轮实际转角与理想转角的累计偏差量的绝对值之和最小作为目标函数,对拖拉机作业的工况进行加权处理,运用MATLAB对转向梯形机构进行了优化设计,优化后转向梯形底角为71.7°,梯形臂长为152.5 mm。根据优化前后参数进行转向分析,验证优化前后转向特性曲线与Ackemann转向特性曲线的差异,最后绘制出优化前后转向时的偏差曲线图。结果表明:该优化设计方法可行,优化后该拖拉机的转向特性曲线更加接近理想转向特性曲线,能更好地减少转向时轮胎的磨损。为轮式拖拉机转向梯形机构的优化设计提供参考。     

仿山羊步态的林地底盘设计及仿真

  目的  我国林区地形较为复杂，林地底盘性能决定了林地装备能否“上山入林”，是林业现代化进程中需要解决的基础问题。相比轮式和履带式底盘，足式底盘腿部独立运动使得足式底盘在林区复杂地形环境中工作具有更强的灵活性和适应性。因此，研发针对我国林区环境的林地足式底盘对我国林业发展有重要意义。  方法  针对林地底盘步态规划的研究，首先分析山羊一般的行进步态，得到行走迈步顺序、各关节角关系以及变化范围。设计一种林地底盘，对其左前腿结构简图进行运动学分析，利用蒙特卡洛方法计算底盘足端的工作空间，是否能满足要求。根据实际需求，确定林地底盘的步态和关节驱动，使用ADAMS仿真软件设计简化林地底盘虚拟样机模型，进行对角小跑步态仿真，通过林地底盘质心的位移和速度变化曲线分析林地底盘的运行性能。  结果  平面运动的林地底盘质心在前进方向上位移变化稳定，前进速度0.2 m/s左右；底盘质心横向偏移程度较小，基本沿着设定轨迹前进；质心在竖直方向存在上下波动的情况，波动范围约占底盘总高度的1.04%，林地底盘在前进过程中没有发生跳跃情况或倾翻情况。  结论  仿真结果表明，步态规划可以满足林地底盘的运动要求，可以提升林地底盘的运动稳定性和地形适应能力，安全可靠，适用于林业动力底盘。      

山地果园双履带微型运输车的设计、仿真与试验

设计一种非刚性底盘的以双轮毂电机驱动的山地果园双履带微型运输车,该运输车主体外形尺寸为2 150mm×1 040mm×1 100mm,采用战车式底盘作为行驶机构和双轮毂电机独立驱动及链传动方式。通过SolidWorks软件进行三维建模,创建虚拟样机模型和高台壕沟仿真地形;应用ADAMS软件对运输车底盘行驶机构进行高台和壕沟越障的仿真分析。仿真结果显示,在高台和壕沟越障过程中,质心横向位移的绝对误差在±5%范围内,质心纵向位移的绝对误差在±3%范围内。实地样车试验结果表明,运输车的最大载荷为250kg,最大爬坡度为20°,最高车速为1.8m/s,最小转向半径为0.7m,达到设计要求;其越障能力较强,对地形复杂、路况差甚至无路的山地果园的适应性更好,能较好地满足山地果园的运输要求。     

基于ADAMS的转向机构的优化设计

利用ADAMS软件建立麦弗逊悬架转向机构的虚拟样机模型,分析了转向机构中的关键点对阿克曼转向特性和车轮前束角变化特性的影响,对转向梯形进行了优化计算.优化计算过程中把麦弗逊悬架系统和转向机构作为一个整体系统进行运动分析,考虑了车轮跳动对转向误差的影响,并根据转向过程中的实际情况给予不同的权重,使得计算结果更符合实际情况.结果表明,优化设计后改善了转向梯形的运动特性和车轮前束角的变化特性.     

多轮转向车辆转向原理与控制方法

多轮转向车车辆的转向性能直接影响着整车的操纵稳定性、灵活机动性和经济性,本文分析了多轮转向车辆的不同车轮理想转角之间的关系。针对多轮转向的控制目标,阐述了多轮转向的控制方法。     

一种可变形履带行走装置的设计

针对微型履带车辆在丘陵山区崎岖路面和坡地作业时存在稳定性减弱、爬坡性能变差等问题,提出了一种采用三连杆运动变形机构,由固定在行走架上的液压缸驱动变形机构变形,使得行走架在一定角度范围内处于水平的可变形履带行走装置设计方案。通过对变形机构的自由度计算和可变形履带行走装置的数学建模,分析了平衡状态下变形杆件的受力情况和机构的变形性能,确定了变形角度与构件之间的相对关系,以及坡地行驶过程中,变形与未变形状态下履带车辆的垂直越障和爬坡性能。结果表明:可变形履带行走装置可实现28°以下坡度自适应;变形后,能够提升车辆在坡地作业时3°左右的爬坡性能,但减弱了垂直越障能力。     

农用柔性底盘偏置转向机构工作参数试验及优化

【目的】分析农用柔性底盘偏置转向机构工作参数对其运动与动力性能的影响,为柔性底盘转向控制提供依据。【方法】基于转向理论,以电动轮转速与载荷为因素,利用模糊综合评价法,用柔性底盘偏置转向时纵、横向驱动力及偏置臂转角相对误差构建综合指标,通过柔性底盘试验台测试二者对综合指标的影响,分析电磁摩擦锁锁紧电压与转向电桥步进电机转速对各个转向性能指标的单因素作用,并以转向内、外侧锁紧电压和步进电机转速为因素,通过L_(16)(4~5)正交试验,探讨两侧偏置转向机构参数的分配特性。【结果】电动轮转速、载荷及交互作用对综合转向性能均有显著影响(P0.05),电动轮转速为120 r/min左右时综合转向指标最小;随着锁紧电压及步进电机转速的增大,纵、横向驱动力均随之增大,而转角相对误差随锁紧电压上升先增大后减小,随步进电机转速增大而增大,锁紧电压与步进电机转速的适宜范围分别为18～24 V和150～180 r/min;转向内、外侧锁紧电压与步进电机转速对综合转向指标均有显著影响(P0.05),空载时最优内、外侧锁紧电压分别为22和20 V,最优步进电机转速分别为180和170 r/min,额定载荷时最优内、外侧锁紧电压分别为24和22 V,最优步进电机转速仍分别为180和170 r/min;最优参数分配方案的验证试验表明,最优转向参数分配下柔性底盘偏置转向的纵、横向驱动力均有所提升且转向误差减小。【结论】优化试验所得转向内、外侧锁紧电压与步进电机转速组合可提升柔性底盘的综合转向性能。     

一种可变形履带行走装置的设计

针对微型履带车辆在丘陵山区崎岖路面和坡地作业时存在稳定性减弱、爬坡性能变差等问题,提出了一种采用三连杆运动变形机构,由固定在行走架上的液压缸驱动变形机构变形,使得行走架在一定角度范围内处于水平的可变形履带行走装置设计方案。通过对变形机构的自由度计算和可变形履带行走装置的数学建模,分析了平衡状态下变形杆件的受力情况和机构的变形性能,确定了变形角度与构件之间的相对关系,以及坡地行驶过程中,变形与未变形状态下履带车辆的垂直越障和爬坡性能。结果表明:可变形履带行走装置可实现28°以下坡度自适应;变形后,能够提升车辆在坡地作业时3°左右的爬坡性能,但减弱了垂直越障能力。     

车辆转向梯形机构的优化设计

运输车辆普遍采用转向梯形结构,正确选择转向梯形臂m和梯形角r两个变量是设计转向梯形机构需要解决的问题。转向机构的设计一般采用图解法,但工作量大,精度低。本优化设计采用一维搜索法,充分利用计算机的特点,方法简单,易于掌握。     

履带车辆小半径差速转向时滑转的载荷比研究

为分析履带车辆差速转向机构的转向性能,在考虑滑转的履带车辆实际转向情况的基础上,对履带车辆小半径差速转向时其载荷比和转向半径的关系进行理论分析,并获得两者间关系。通过样机试验和数据计算获得小半径差速转向且考虑滑转时的载荷比和转向半径数值,并绘制考虑滑转时载荷比与转向半径的实际关系曲线,发现在考虑滑转条件下实际转向时消耗的功率小于理论转向时消耗功率,且小半径差速转向时内侧履带滑转率大于外侧履带滑转率,同时发现根据土壤剪切作用也可以计算出考虑滑转的载荷比,虽然该方法计算的载荷比在数值上与实测载荷比有一定误差,但因其无需进行扭矩测试,可作为载荷比的定性分析方法,研究可为采用液压机械双功率流的差速转向机构履带车辆的研究提供参考。     

喷杆喷雾机平衡底盘连杆机构的运动学分析及仿真

为了提高喷杆喷雾机在不平整路面行走作业时车体平稳性和车轮承力平衡性,设计了连杆式平衡底盘机构,运用仿真分析软件ADAMS创建了喷杆喷雾机平衡底盘连杆机构的三维仿真模型,在ADAMS软件中对该平衡底盘进行了运动学建模、分析计算和运动仿真,分别获得了平衡底盘主要构件运动计算数据曲线和运动仿真曲线,验证了建立的平衡底盘连杆机构运动学模型的正确性和设计的平衡底盘连杆机构的平衡稳定性能,平衡底盘原理样机试验结果与机构学理论计算及运动仿真结果较好吻合,更进一步验证了分析方法和结论的正确性。     

基于ANSYS Workbench的自走式农机底盘的优化设计

针对丘陵山区地块面积小、农机底盘作业转向难的问题，设计了转向灵活、转弯半径小的摆转转向底盘。底盘由转向装置、浮动装置、液压系统、发动机，前桥、后桥、控制系统、PTO输出等组成，采用水冷系统以及CVT无级变速的汽油发动机与液压系统结合，实现底盘的动力匹配；通过ANSYS Workbench构建摆转转向底盘前桥、后桥、整体机构的力学模型，分析各机构不同状态下的变形参数的变化趋势，并对底盘机构易于损坏的部位进行优化。结果表明：前桥转向机构附近的配件对前桥的变形影响较大，采用5 mm厚度方钢的前桥结构变形量为0.85 mm，优化后的前桥所安装的配件采用模块化分配，使用10 mm以上方钢加工制作，保证前桥变形量稳定控制在0.3~1.0 mm；优化后的底盘后桥最大等效应力为14 MPa，变形量为0.25 mm，分别较优化前降低了33.33%和28.57%，机架的结构稳定性得到改善。通过压力测试仪器对实物平台的测试，底盘在行驶过程中的压力变化曲线平稳，启动和停止阶段所受的压力在可控制的范围内；底盘的行驶直线度、偏驶率均低于1%，且不受底盘载重的影响。     

林业机器人车轮与土壤相互作用力学性能仿真

为了提高林业机器人在林区地面的行走性能,以东北林业大学帽儿山实验林场为试验地,在分析林区土壤力学特性基础上,依据车轮与林区土壤相互作用力的关系,建立了轮胎-林区土壤力学模型;应用力学分析软件,对林业机器人的车轮与林区土壤力学性能进行了仿真研究。结果表明:在现有结构和受力情况下,轮胎不会陷入林区土壤中。     

陕北黄土区不同微地形土壤水分变化趋势分析

目的我国黄土高原地区干旱少雨、蒸发性强,降雨成为当地土壤水分的主要来源,而黄土坡面微地形对降水进行二次分配,因此研究不同立地类型的微地形土壤水分的动态变化趋势,可以为困难立地类型的微地形的植被生长和恢复提供参考依据。方法本文选择缓台、塌陷、陡坎、切沟和浅沟5种微地形的土壤水分为研究对象,于2010年8月至2013年6月在吴起县合沟流域阳坡上的定位观测数据,利用自相关检验、Mann-Kendall趋势检验、线性回归等方法,分析研究5种微地形0~160cm各土层土壤水分动态变化特征。结果在检测期间的全年和生长季中,微地形的土壤含水量随深度的增加呈现增大的趋势,其中切沟的土壤含水量相对较高,陡坎最低。各土层的土壤水分存在显著的正自相关性;5种微地形土壤水分在检测期间的变化趋势均不显著,其中塌陷的土壤水分在各土层均有微弱增加的趋势,其他4种微地形的土壤水分在各土层的变化趋势均有增有减;缓台、塌陷、陡坎、切沟和浅沟5种微地形在观测期间的变化速率也有差异,相对而言塌陷的土壤水分变化速率最快。结论综合分析可得,在监测期间,切沟的土壤含水量最高,但塌陷的增长速率较快。      

基于分类分析的中国碳交易价格变化分析——兼对林业碳汇造林的讨论

目的为了加强对中国碳交易市场价格的管理,推动林业碳汇造林的发展,调动碳汇造林者的积极性,本文对2013年以来中国碳交易试点的碳交易价格进行了分析,以期为相关管理决策提供参考。方法研究选取2013年6月至2018年3月中国碳排放权交易市场的实际交易数据,采取分类分析中聚类分析和判别分析的方法对2013年以来中国碳交易试点的碳交易价格进行分析。结果我国的碳排放权交易市场价格存在明显的波动性和规律性,每年6月或7月和1月及2月份是碳市场最为活跃的时期,且在周期性波动中,交易价格明显发生变化。碳交易价格共分为3类,即1—5月份交易价格为第1类;6—7月份交易价格为第2类;8—12月份交易价格为第3类。另外,在碳交易价格周期性波动中,每年4月份、9月份的碳交易价对价格划分的影响较大,且对交易价格类型的划分的影响显著。另外,研究还对林业碳汇造林进行了讨论,指出按目前的碳市场价格进行林业碳汇交易,其收益远低于当前的林业碳汇平均造林成本。目前的林业碳汇造林平均成本约为28 812.08元/hm2,造林30年的林业碳汇平均收益为14 102.58元/hm2。这是在目前的碳汇管理中迫切需要解决的问题。结论我国的碳排放权交易市场价格存在明显的波动和规律性,且价格的波动幅度较大。一年中的碳交易价格呈现3次近似的“Ⅴ”字型变化。目前,我国林业碳汇造林的平均成本远高于按目前碳市场交易价格所获得的平均收益,从经济上来说是十分不划算的,这种情况应该引起人们的注意。      

柔性智能化喷雾机底盘概念设计方案的确定

【目的】基于复杂农林环境对喷雾机底盘的柔性化和智能化需求,提出了底盘概念设计方案生成和评价方法,为喷雾机底盘概念设计提供方法和理论指导。【方法】在对喷雾机底盘进行功能需求分析的基础上,以功能树形式对底盘进行了功能分解,采用机构综合法对喷雾机底盘分功能原理解进行了创新和综合,并构建底盘形态学矩阵;在集合专家经验的基础上剔除明显不合理的方案解;采用基于模糊数互补判断矩阵的群决策方法进行方案的评价,构建目标规划的数学模型并进行求解,最终确定最佳的设计方案。【结果】获得了喷雾机底盘分功能的多个原理解,其中主要检测功能原理解方案数为25个,主要执行功能原理解方案数为19 683个,经过筛选和综合评定,获得喷雾机底盘整体可行的概念设计方案有3种,经过专家评判,构造模糊区间数互补判断矩阵,通过求解得其排序权重分别为0.27,0.46,0.27,最终确定方案2为最佳方案,即以柴油机作为原动机为液压泵提供动力,驱动车轮马达完成四轮驱动及两轮转向功能;驱动液压缸完成底盘轮距、地隙调整和喷雾系统升降功能;驱动液压马达经圆柱齿轮和圆锥齿轮机构完成底盘工作台旋转功能;借助GPS和电子罗盘完成检测功能。【结论】借助功能原理分析和机构综合法可快速有效生成喷雾机底盘概念设计方案,基于模糊互补判断矩阵的群决策方法可有效消除个人主观偏好对概念设计方案评价结果的影响,这些方法可为喷雾机底盘乃至其他机械产品的概念设计提供理论指导。     

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。