一种农业机械安全驾驶室静压强度试验台的设计

随着农业机械的广泛使用,翻车防护装置的强度试验也倍受人们的关注。该文介绍了一种农业机械翻车防护装置静压强度试验台,重点阐述了机械加载试验装置(水平加载试验装置和压块加载试验装置)的结构设计以及试验方法(包括纵向加载试验、第一次压垮试验、侧向加载试验、第二次压垮试验和第二次纵向加载试验)。该试验台试验操作简单、安全且试验性能可靠,符合GB/T 19498-2017《农林拖拉机防护装置静态试验方法和验收技术条件》标准要求,其成功研制对日后农业机械翻车防护装置的设计制造,具有重要的现实意义。     

电封闭加载磨合试验台的研究

电封闭加载磨合试验台可高效地对拖拉机传动系进行加载磨合试验,提高产品的工艺装配质量;并且试验台采用直流电封闭回馈系统,对加载能量回收,节能环保。该系统满足拖拉机负荷试验的要求,且同步实现数据的采集、处理、保存等功能,具有很高的测量精度和效率,操作简单,具有良好的扩展性,是拖拉机传动系加载磨合的理想检测试验设备。     

拖拉机三点悬挂电液加载系统研究与试验

三点悬挂系统是拖拉机关键工作系统之一。由于田间作业工况的复杂多变，拖拉机三点悬挂液压系统承受较大的随机载荷，容易发生零部件破坏与液压故障等问题，直接影响拖拉机安全及作业效率。基于以上问题，研发了拖拉机三点悬挂电液加载系统，并基于NI Compact-RIO开发了拖拉机加载平台测控仪与上位机测控软件，实现了信号采集与加载控制。利用ARMAX模型进行系统辨识，得到电液系统模型，并与MatLab传递函数辨识箱比较，平均绝对误差降低33.90%,均方误差降低87.36%,均方根误差降低64.45%;基于PID控制方法，上位机以20Hz加载频率将阶梯信号、正弦信号、田间三点悬挂牵引力载荷应用于加载系统进行复现，效果完全可以满足试验台的控制加载要求。试验结果表明：基于ARMAX模型的系统辨识及基于PID的控制方法结合三点悬挂电液加载系统，可将田间三点悬挂牵引力载荷加载复现，为基于田间动态载荷加载的拖拉机三点悬挂零部件与系统可靠性试验提供了平台和方法支撑。     

拖拉机田间作业参数无线检测系统研究

针对当前拖拉机检测系统功能集成度低、检测参数不全面、传输距离有限的问题，开发了拖拉机田间作业参数无线检测系统。该系统由传感器、数据采集仪及上位机软件监测平台3部分组成，能够实现PTO转矩及转速、油耗、发动机转速、悬挂提升力、力位调节加载力、加载角度、行驶速度、车轮转速、牵引力等多种参数的采集、无线发送与存储。系统工作时，数据采集仪中的车载检测仪将采集的传感器数据发送至无线数据接收器，无线数据接收器通过串口将数据传输至上位机软件监测平台，实现对各类试验参数的实时监测与数据处理。为验证检测系统的可行性与稳定性，对系统进行了采集通道的计量，结果显示模拟信号通道绝对误差绝对值最大为0.003V，引用误差最大为0.03%，频率信号通道检测绝对误差最大为2Hz，引用误差最大为0.013%，满足对拖拉机作业参数的采集需求。在此基础上，进行了PTO转矩参数及拖拉机无负载行驶速度采集试验。试验结果表明，检测系统可以实现转矩参数的稳定采集及数据的无线传输；在5、8、14km/h 3挡车速匀速行驶下，拖拉机车轮转速与实际行驶速度基本一致，最大相对误差分别为2.0%、1.2%及0.7%。本系统可满足对拖拉机工作性能参数的无线检测需求，数据采集稳定且采集精度较高，为拖拉机多作业参数的无线采集提供有效手段。     

基于高斯混合模型的履带拖拉机转弯半径控制方法

履带拖拉机采用差速转向，转向可控性差，影响自动导航性能，为提高履带拖拉机自动导航的性能，以液压传动控制行星差速转向履带拖拉机为研究对象，建立履带拖拉机转弯半径数学模型。构建每个控制量下转弯半径均值和方差计算方法，建立基于卡尔曼滤波和局部加权回归的转弯半径均值和方差更新方法。分别针对直线路径跟踪和掉头建立基于高斯混合模型的履带拖拉机转弯半径控制方法。采用纯跟踪算法分别以不同的初始位置偏差进行自动导航仿真试验，得到导航轨迹、位置偏差和角度偏差。以农夫NF-702型履带拖拉机为平台，分别以不同车速进行导航试验，试验结果表明，在初始航向角为0，车速分别为1.0、1.5m/s时，导航平均误差分别为-0.62cm和0.28cm，导航误差绝对值极值分别为10.14cm和8.10cm，导航误差绝对值均值分别为2.34cm和2.57cm，导航均方根误差分别为3.77cm和3.99cm。本文提出的基于高斯混合模型的履带拖拉机转弯半径控制方法可应用到液压传动控制行星差速转向履带拖拉机自动导航领域，满足实际田间作业需求。     

拖拉机自动导航摩擦轮式转向驱动系统设计与试验

针对农机导航系统中使用传统拖拉机前轮转向驱动子系统机构复杂、装卸不便等问题,设计了一种摩擦轮式转向驱动系统。摩擦轮式转向驱动系统主要由驱动装置和相匹配的自适应模糊转向控制器组成。驱动装置采用平行四连杆机构以实现工作模式的快速切换,使用夹持固定方式实现便捷装卸。搭建了试验台架以获取摩擦轮驱动装置的滑移特性数据。同时设计适用于该驱动装置的自适应模糊转向控制器,基于液压系统离散传递函数和滑移特性数据建立了驱动系统递推仿真模型,采用该仿真模型构建遗传算法参数优化器对控制器参数进行在线优化。进行了仿真模型验证试验、遗传算法参数优化器性能对比试验和驱动系统性能试验,结果表明:仿真模型与实际系统基本一致;经过遗传算法参数优化后控制器阶跃响应上升时间减少15%,稳态误差达到3%标准所需调节时间减少29%,消除了振荡现象;所设计驱动系统的20°阶跃响应平均绝对稳态误差为0.197°,平均上升时间为2.0 s,稳态误差达到3%标准的平均调节时间为2.4 s,拖拉机前轮控制效果良好。应用试验表明驱动系统能基本满足拖拉机配套2BFQ-6型油菜精量联合直播机机组自动导航作业要求。     

电动拖拉机综合台架试验系统设计与试验

电动拖拉机试验具有测试对象多和物理系统复杂的特点,单一试验系统不能满足电动拖拉机性能测试要求。根据电动拖拉机作业特点,通过分析其动力传动系统数学模型,确定了以电动机效率、电池组放电特性为测试变量的设计任务。采用模块化方法,设计了能源系统试验模块、动力系统试验模块和电动拖拉机综合试验系统整体方案。通过研究试验系统总体参数设计方法,得到了加载电动机、电池测试系统和直流电池模拟器等部件的参数计算模型。通过试验系统硬件选型匹配,设计了可满足90 k W以下电动拖拉机性能测试的试验系统。在该试验平台进行了电动拖拉机性能台架试验,结果表明:试验测试误差与前期仿真分析误差在10%以内,设计的综合台架试验系统对电动拖拉机部件性能测试的适用性较好,满足整机性能分析和标定的试验需求。     

静液压传动拖拉机定速巡航控制系统设计与试验

针对现有农机速度调节策略功率匹配度不高、燃油经济性差的问题,以静液压传动拖拉机为平台,基于CAN总线设计了拖拉机定速巡航控制系统。该系统由拖拉机工况采集、负载检测、油门控制、变量泵排量调节、作业负载调节、通信等模块组成。设计了油门调节机构和负载调节装置,获取并解析了拖拉机工况数据,建立了静液压传动拖拉机油门开度、变量泵排量与速度对应的数学模型,制定了发动机转速与变量泵排量协同控制策略。分别在水泥路面空载、田间空载和平地作业3种工况下进行了协同控制策略试验,在平地作业工况下进行了定油门控制策略、油门排量耦合控制策略和油门排量协同控制策略试验。结果表明,3种工况下,协同控制策略的速度控制绝对误差分别为0.005、0.007、0.012m/s;在达到相同目标速度的前提下油门排量协同控制策略降低了发动机转速。拖拉机定速巡航控制系统能够在保证速度控制精度的前提下,减小燃油消耗。     

拖拉机多路液压输出功率试验台测控技术研究

介绍多路液压输出功率试验台的系统构成、软件设计、特点与创新之处。该试验台的目的在于提供一种分流量区段、计算机系统实现自动加载与实时测试和处理的试验设备,主要测定农业拖拉机与机具连接处的液压动力输出装置上液压压力、流量和最大有效液压输出功率。     

基于半实物仿真的丘陵山地拖拉机电液悬挂控制试验

针对丘陵山地拖拉机电液悬挂控制系统田间试验困难、可重复性差等问题,基于半实物仿真技术开展电液悬挂控制系统试验研究。首先通过对试验拖拉机和悬挂作业装置进行受力分析,建立了丘陵山地拖拉机整机动力学模型、铧犁体的土壤阻力模型和拖拉机悬挂装置动力学模型。然后对丘陵山地拖拉机电液悬挂系统横向仿形控制、位控制、牵引力控制以及力位综合控制的系统原理进行了分析,设计了丘陵山地拖拉机电液悬挂模糊PID控制器。之后搭建拖拉机电液悬挂控制系统半实物仿真试验平台,开发电液悬挂控制系统,开展电液悬挂系统仿地形控制、力控制、位控制和力位综合控制等试验,对比分析模糊PID控制和经典PID控制方法性能。试验结果表明,模糊PID控制性能较好：在位置控制模式下,模糊PID控制无超调,控制系统响应时间为0.6s,较经典PID控制提高约33.3%;耕深控制系统稳态误差约为0.05cm,较经典PID控制降低约50%;在力控制模式下,模糊PID控制耕深的跟随误差最大值为0.38cm,标准差为0.17cm,较经典PID控制分别下降了64.5%、39.3%,验证了所开发的电液悬挂控制系统的有效性。     

不同旋耕作业载荷下拖拉机动力输出传动系振动特性分析

为研究拖拉机旋耕作业载荷对动力输出传动系振动特性的影响,采用系统动力学建模、台架试验验证、田间试验与仿真分析相结合的方法加以分析。首先,在分析动力输出传动系结构的基础上,建立了描述其载荷传递机理的扭振耦合空间动力学模型,此模型详细考虑了横向和垂向的齿轮啮合传递效应。其次,利用拖拉机PTO加载试验台对模型的仿真结果进行试验验证,验证结果表明：横向和垂向的啮合频率误差最大分别为4.24%和5.12%,满足建模要求。然后,搭建了由无线扭矩传感器、北斗定位系统等组成的作业数据采集系统,分别采集了拖拉机在L1（2.07km/h）、L2（3.10km/h）、L3（5.29km/h）常用挡位下的田间旋耕作业数据,田间试验结果表明：旋耕作业的载荷水平和波动范围均随着作业挡位、行驶速度的升高而增大。最后,利用所建立的动力学模型仿真分析了不同作业挡位PTO负荷对齿轮传递特性的影响,结果表明：拖拉机旋耕作业挡位越高,由PTO载荷波动所引起的传动系振动位移越大,而且主要体现在横向振动。     

拖拉机翻车防护装置强度试验分析

论述了车辆安装翻车防护装置(ROPS)的作用及必要性,列举了部分车辆翻车防护装置的部分验收标准,通过对试验数据的分析及现实存在的问题,提出了几点建议与意见。     

山地履带拖拉机坡地等高线作业土壤压实应力研究

山地履带拖拉机（配备姿态调整机构）具有良好的稳定性和越障性能,特别适宜在丘陵山区坡地作业,然而由于坡地角的存在导致拖拉机两侧履带下的应力分布极不均匀,使得拖拉机附着性和通过性均降低。本文针对山地履带拖拉机坡地等高线行驶/作业时,坡地土壤内部应力分布规律不明确以及如何提高应力均匀性缓解土壤压实等问题,在深入分析坡地工况下履带最大接地比压与应力传递基本规律的基础上,采用EDEM-RecurDyn耦合方法进行了仿真试验,并采取土压力盒埋设法分别开展了基于小型坡地土槽的静态试验和坡地试验田的动态试验;其中,静态试验探究了不同深度土壤在含水率、初始紧实度、加载质量及坡地角等影响下的垂直应力分布规律;动态试验探究了山地履带拖拉机坡地等高线行驶/旋耕作业时履带下方土壤应力随作业速度、车身状态（调平/未调平）及牵引负载的变化规律;并分析了履带张紧力对土壤垂直、水平应力分布的影响。试验结果表明：履带下垂直应力在各支重轮的轴线处呈现一个应力峰值;水平应力在各支重轮轴线的前、后方分别出现一个应力峰值;适当增大作业速度,可减小土壤内部垂直和水平应力峰值,拖拉机速度由0.5 km/h增加到1.5 km/h,垂直...     

农田行驶工况下拖拉机振动特性研究

为更了解国产拖拉机的振动情况,对拖拉机行驶在不同工作路面条件下的振动特性进行研究。以CF700拖拉机为研究对象,测试拖拉机分别行驶在水田、小麦秸秆田、稻秸秆田和田间小路四种不同的农田道路上时的振动加速度。试验过程中,对拖拉机前桥、后桥、驾驶室底板与座椅位置纵向、横向和垂向共4个位置8个方向的振动加速度进行测试。结果得到,同等条件下,拖拉机在水田行驶时的振动加速度均方根值最小,在水稻秸秆田行驶时的振动加速度均方根值最大;加速度功率谱的峰值频率主要集中在1~5 Hz,垂向的峰值频率一般大于纵向和横向的峰值频率;前、后轮动载荷系数随速度的增加而增大,均在安全行驶的范围内。该研究为后期设计适合国内路面情况的拖拉机减振装置提高理论依据。     

拖拉机安全架设计要求

安全架是拖拉机的翻倾防护装置,结合安全架的功能和结构特点,围绕拖拉机安全架应满足的试验要求,总结了安全架的设计要点。同时对安全架的材料选择、成型工艺和连接结构进行了分析,确定了安全架的设计和优化思路。      

工程车辆翻车保护结构侧向力学承载性能仿真

为了研究某型号挖掘机翻车保护结构（Roll-over protective structure,ROPS）的侧向力学承载性能,利用非线性有限元分析软件LS-DYNA模拟ROPS的实验室侧向加载试验,分析了ROPS侧向加载时的破坏现象,得出了ROPS的吸能曲线.结果表明,ROPS的侧向承载性能符合国标,ROPS的整体刚度偏大,能量设计仍有优化的空间,对结构的进一步设计提供了重要依据.     

电池位置纵向可调的电动拖拉机设计与试验

针对传统燃油拖拉机作业不可再生资源消耗大、环境污染严重以及人工调节配重费时费力等问题,基于世超1YZS150型燃油拖拉机底盘设计了一种电池位置纵向可调的电动拖拉机.电动拖拉机主要由电池、驱动电机、电机控制器、速度仪表、急停开关、BMS仪表、V型皮带、加速踏板、换挡杆、底盘、电池位置纵向调节机构及充电/DC-DC一体机等...     

精准有机肥施肥机的设计与试验

针对目前国内有机肥施肥机功能单一、撒施量和幅宽不可调节或调节范围小的现状,设计了一款精准有机肥施肥机,实现了大块肥料的二次破碎后撒施,肥料均匀性好;采用机械传动和液压传动相结合,实现拖拉机动力的合理使用;利用FPGA控制系统对输肥链板档位、肥门开度和肥料落点控制罩角度进行精准调节,实现了撒施量和撒施幅宽的可变,同时可对料箱内运行状况、撒施情况等实时监控。试验结果表明:施肥机破碎度高、撒施均匀性好,实现了自动驾驶及撒施量和撒施幅宽的精准可变控制,撒施幅宽4~7.2m,撒施量3495~5520kg/hm^2,纵向施肥变异系数20.7%,施肥量变异系数0.48%。     

拖拉机液压机械无级变速箱控制与交互系统

为了满足拖拉机各种作业工况下的行驶速度及动力需求,对拖拉机液压机械无级变速箱的控制与交互系统进行了研究。首先,针对自主研发的某新型液压机械无级变速箱,简要阐述了其液压功率分流机构与无级调速原理,明确了被控对象与控制量。而后,对变速箱的无级调速与负载自适应控制进行了研究,一方面,提出了变速箱速比的点位控制方法,将变速箱速比在全程范围内划分为96帧,作出每一帧与变量泵励磁电压、变量泵流量方向电磁阀、离合器电磁阀的动作关联查询表,通过程序指针的顺序移动实现无级调速与段位切换;另一方面,基于发动机功率控制的要求,提出了一种负载自适应速比调整策略,给出了相应的模糊控制表,并分析了该算法在不同段位区间内的性能;而后,阐述了无级调速拖拉机的交互挡杆与变速箱电子控制单元设计;最后,基于所开发的控制系统进行了拖拉机加速和负载自适应调整试验。研究结果表明,点位控制时拖拉机的速比调节过程较为稳定,属于开环控制;负载自适应控制时的变速箱速比完全取决于负载变化,属于反馈控制。研究结果表明,所设计的控制系统可以很好地对拖拉机液压机械无级变速箱实施控制。