丘陵山区农用仿形行走动态调平底盘设计与试验

针对丘陵山区农业机械通过性差、车身难以保持水平、机械化薄弱的问题,设计了一种丘陵山区农用仿形行走动态调平底盘。底盘4组调平悬架的悬臂夹角可精确调节,不仅能在崎岖地面上实现全时多轮驱动、多自由度仿形行走,而且通过悬架悬臂夹角调节实现车体调平控制,同时解决丘陵山区农用动力底盘行走、作业的两大难题。底盘在仿形行走过程中,倾角传感器实时测量车身倾斜角度,并计算出各悬架悬臂夹角瞬时调节量,精确调整各悬架悬臂夹角实现底盘动态补偿调平。参照中小型东方红500型农用拖拉机设计底盘样机,建立虚拟样机三维模型,并导入动力学分析软件ADAMS中进行仿真分析,底盘在多自由度仿形行走过程中,可在0.5°精度范围内实现动态调平。研制小比例样车,通过土槽试验验证底盘在多自由度仿形行走过程中,可在1°精度范围内实现动态调平。仿真、土槽与自然地面试验验证了理论分析和计算结果,为丘陵山区农用仿形行走动态调平底盘应用提供参考。     

丘陵山区农用预检测主动调平底盘设计与试验

针对目前丘陵山区农用底盘倾斜后调平精度低、滞后的问题,提出一种预检测主动调平方法,该方法提前检测行驶前方地面情况,判断如何实施调平动作,并在底盘倾斜同时进行主动调整,可主动预防、避免或减少在崎岖不平地面上行驶作业过程中的底盘倾斜。设计了一种采用Y型可调悬架作为调平机构的农用车辆预检测主动调平底盘,分析计算了底盘悬架调整与预检测调平参数、承载能力与调平速度及调平执行策略,分析计算表明,可通过Y型可调悬架的高度调节实现底盘调平。利用样机在室外试验田中进行崎岖不平地面的行走试验验证,试验结果表明,在预检测主动调平行走过程中,丘陵山地农用预检测主动调平底盘可在精度0. 5°范围内实现动态调平,验证了预检测主动调平方法以及丘陵山地农用预检测主动调平底盘设计方案的可行性。     

丘陵山区农田信息采集车底盘爬坡性能仿真

针对丘陵山区精细农作时农田信息数据采集困难的现状,设计了一种新型的丘陵山区农田信息采集车底盘。为了提高该底盘的爬坡性能,运用多体动力学仿真软件RecurDyn中的低速履带模块(Track-LM),建立了该底盘的虚拟样机模型,并对其纵向和横向爬坡性能进行仿真研究,分析了不同坡角和路面对该底盘行驶速度、俯仰角、侧倾角及侧履带压力的影响。此研究可为改善该底盘爬坡性能提供理论依据。     

基于滑模同步控制的履带式作业机全向调平系统研究

针对现有丘陵山区履带式作业机底盘大坡地作业时易侧翻、安全性差的问题,基于“三层车架”式丘陵山区履带式作业机结构方案,设计了一种互联式全向液压调平系统,提出了基于扰动观测器的滑模同步控制方法,降低了单液压缸位置误差以及双液压缸同步误差。AMEsim-Simulink联合仿真结果表明：基于滑模同步位置控制的履带式作业机全向调平系统优于传统PID控制,全向调平中20°横向调平时间减小1.6s,25°纵向调平时间减小1.8s,上升时间平均缩短21.8%,调平时间平均缩短35.5%,同步位置控制误差保持在±6×10－4m内。在此基础上,对3层车架式丘陵山区履带式作业机样机进行了实机测试,其中全向调平机身倾角平均误差为2.55%,液压缸平均同步误差为8.2%,测试结果验证了履带式作业机全向调平系统的可行性与优越性。     

履带式联合收割机横向调平底盘设计

针对履带式联合收割机在不平坦地表作业时,车体倾斜角度大、收获效率低、驾驶舒适性差的问题,设计一种履带式联合收割机横向调平底盘。该调平底盘基于平行四边形原理设计,可实现底盘离地高度与横向倾斜角度的主动调节。设计底盘调平控制策略,可在联合收割机作业时自动调节车体横向倾斜角度。使用ADAMS与AMESim搭建机电液联合仿真平台,并针对调平底盘与传统底盘在同一条件下进行仿真分析。仿真结果表明:与传统底盘相比,在横向落差为130 mm的条件下调平底盘最大横向倾角降低约75%。同时搭建底盘调平试验台,进行静态调平与动态调平试验。静态调平试验表明:在系统调节范围内,调平误差小于0.5°,调节时间小于5 s。动态调平试验表明:在系统调节范围内,车身倾斜角度小于±1.5°。     

丘陵山地拖拉机底盘三点调平机构稳定性分析

针对丘陵山地拖拉机作业环境复杂、底盘稳定性差及易翻覆等问题,设计一款具有三点式自动调平机构的丘陵山地拖拉机底盘。采用液压油缸自动控制车架平衡的三点调平方案,保证调平角度在-25°～+25°之间,基于Simulink软件对调平机构进行了运动学仿真分析,并运用经典力学理论,分析了拖拉机坡面横向及纵向稳定性。结果表明：底盘上坡极限翻倾角为55.38°,下坡极限翻倾角为44.03°,上坡纵向滑移角为25.62°,下坡纵向滑移角为13.18°。调平油缸角度范围在63.9°～107.5°之间,角速度范围在-0.2061 ～-0.1535 rad/s之间,角加速度范围在0.0358～-0.0035 rad/s2之间,液压调平机构运行平稳。该丘陵山地拖拉机底盘可提高拖拉机山地适应性及驾驶员安全性,具有良好的稳定性。     

基于主动悬挂的车载稳定平台调平系统设计与试验

针对刚性支腿调平装置灵活性差、调平耗时长等问题，设计了一种基于主动悬挂的车载稳定平台调平系统，该系统主要包括三轴六轮车辆底盘、惯性测量单元、控制系统和液压系统。通过悬架互联方式将悬挂作动油缸对车载稳定平台的六点支撑结构等效转换为三点支撑结构，采用“中心不动”调平算法对三支撑点高度进行调节，从而实现对车载稳定平台的调平控制。为验证所设计调平系统的可行性，试制了车载稳定平台样机，并进行了驻车调平和行车调平试验。驻车调平试验包括基于本文设计的调平系统调平试验和基于样机自带的刚性支腿调平装置的调平试验，行车调平试验包括过单边桥调平试验和过双边桥调平试验。结果表明，在驻车调平试验中，采用本文设计的基于主动悬挂的调平系统进行调平，平台俯仰角由2.5°调至水平状态约需5.5s，调平精度为0.1°，相比刚性支腿调平装置，在调平速度和调平精度方面具有明显优势；在行车调平试验中，过单边桥调平时，平台侧倾角最大误差为0.58°，过双边桥调平时，平台俯仰角最大误差为0.55°，行车调平过程中平台倾角变化误差较小，可基本满足实际使用要求。所设计的基于主动悬挂的车载稳定平台调平系统不仅能保证车载稳定平台驻车调平时的调平速度和调平精度，而且能实现在行车过程中边行走、边调平的功能。     

行星履带式农用动力底盘设计与越障性能研究

针对丘陵山区等复杂农田地面环境,设计一种由4组行星履带驱动装置驱动行走、作业的农用动力底盘。分析了该底盘行星履带驱动装置的结构特点,平坦道路上行走、田间仿形以及过埂翻转越障的结构变化过程和运动条件,以及仿形越障和翻转越障通过原理,计算了行星履带式农用动力底盘的仿形越障极限高度和理论翻转越障极限几何高度。试验结果表明：底盘样机具有仿形越障和翻转越障能力,满足在凹凸不平的丘陵山区等复杂农田地面中行走及田间作业的要求。     

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。     

基于QBP-PID的履带式作业机全向调平控制研究

针对丘陵山区农业机械作业时的机身倾角变化大、工作品质和作业安全性差等问题,以履带式作业机为研究对象,设计了一种基于“3层车架”的液压全向调平系统,并提出了复合Q学习-BP神经网络-PID(QBP-PID)的全向调平控制策略。首先,给出了全向调平整机结构方案和工作原理,在此基础上,建立了包含全向调平系统的履带式作业机整机动力学模型。然后,针对PID控制参数难以整定的问题,通过BP神经网络对PID控制参数进行实时更新,并引入Q学习算法对神经网络连接权值进行在线更新,建立了全向调平复合QBP-PID控制器。仿真结果表明,QBP-PID控制下,20°横向调平时间为2.8 s, 25°纵向调平时间为3.2 s,相较于PID与BP-PID控制,减小了调平时间,并且未出现超调量。最后,进行横坡路面和纵坡路面的整机试验,与仿真结果相比,横向和纵向调平时间误差为0.6 s和0.4 s,且平地路面机身倾角小于1.5°,满足丘陵山区农业机械调平性能需求。     

大型农田激光测控精平机调平系统的设计与运动分析

针对农田集中连片的建设要求以及高精度土地平整的特点,设计了一种农田激光测控精平机,该精平机采用双弹性扭杆独立调平系统,能够实现刀板两端的独立调整。地表平整精度的决定因素主要包括调平装置的竖直调整量和调整速度,该精平机有效地降低了刀板调整量;同时建立了调平系统的动作数学模型,对其进行了运动速度分析,确定了满足较高平整精度要求下的立缸调整速度。试验结果表明:该精平机能够很好地完成大面积农田高精度土地平整的农艺要求。     

1PJ-2500型激光精平机作业精度评价试验研究

基于田间试验数据,从高程标准差、测点高差分布和农田表面三维地形图等3个角度对1PJ-2500型激光精平机的平地作业精度进行分析评价。研究结果表明:在土地平整中,使用1PJ-2500型激光精平机可以获得高精度的土地平整效果,精平之后的平均田块高程标准差降低到1.54cm,田块表面96.77%的测点主要分布在ED<3 cm的区间内,农田表面平整度和测点高程分布均有大幅改善。     

TOPSIS模型对农田土地平整方式的综合评价

采用TOPSIS模型,对不同规格的样本田块以内蒙古河套灌区2种常见的平地方式（激光平地和传统方式平地）进行综合评价.首先,在2011—2013年间进行样本的选取及数据的收集工作,并确定评价指标;其次,对各评价指标进行试验及计算,构建评价指标体系;然后,采用TOPSIS模型对评价指标体系进行综合评价;最终得到适用于各样本条件下的优选方案,并结合内蒙古河套灌区实情进行分析.结果表明,田块规格在1 100 m^2以下时,宜选用传统方式进行田块土地平整;田块规格在2 000 m^2以上时激光平地的效果要远优于传统方式;当田块规格在1 100-2 000 m^2时,2种平地方式差异并不大.不过,综合分析激光控制平地更优于传统平地.目前,内蒙古河套灌区多以畦灌为主,田块面积较小,一般为1 000-1 330 m^2,局部地区在670 m^2以下,这既限制了当地大面积推广激光控制平地技术,又限制了当地农业经济的发展.     

高地隙施药机喷杆自动调平系统设计与试验

因田间地表起伏,高地隙施药机在作业过程中车体极易发生横滚方向的倾斜,同车体刚性连接的喷杆同时倾斜,甚至与作物、地面碰触,影响喷药均匀性和作业安全性.为此基于机电液一体化控制方法,设计了高地隙施药机喷杆自动调平系统.设计电控液压调平机构,使喷杆与车体柔性联接,实现在横滚方向上喷杆与车体的相对转动.采用姿态测量方法实时检测...     

水田自走式喷雾机喷杆自动调平系统设计与试验

为提高水田自走式喷雾机喷施作业均匀性,设计了喷杆自动调平系统,包括自动调平机械结构、喷雾机车身倾角传感器和控制器,以及车身倾角传感器和控制器的硬件系统和软件系统,并研究了对加速度计和陀螺仪数据进行融合的卡尔曼滤波算法和喷杆自动调平PID控制算法。以井关JKB18C型喷雾机为平台,采用叉车调节喷雾机车身倾斜角度,用2台MTI-300高精度惯性传感器分别测量喷雾机车身和喷杆倾角,并进行了测试试验。结果表明:随着车身倾角变化速率的增加,喷杆倾斜角度的平均绝对误差、均方根误差和最大误差增大,平均绝对误差最大为0. 90°,均方根误差最大为1. 39°,最大误差为1. 70°,车身倾角变化速率对喷杆控制精度影响较大。为检测喷杆自动调平控制系统的田间作业性能,采用双天线RTK-GNSS导航定位系统测量喷雾机作业过程中喷杆水平倾角,并进行了田间试验。试验结果表明:喷杆相对于水平面的平均绝对误差最大为0.79°,均方根误差最大为0. 85°,最大误差为1. 70°,喷杆自动调平控制系统可以有效地控制喷杆的水平姿态。     

激光控制平地系统设计与试验分析

开发了用于农田平地的激光接收与控制装置、液压调节装置、平地铲等。利用该系统与Trimble公司的激光控制平地系统进行了平地对比试验。试验结果表明，该系统工作性能稳定，与国产中等功率拖拉机液压动力输出匹配较好。     

1PJ-4.0型水田激光平地机设计与试验

设计了三点悬挂1PJ-4.0型水田激光平地机。水田激光平地机液压系统,包括高程液压油路、水平液压油路和折叠液压油路,平地铲高程运动采用平行四连杆结构。对水田激光平地机的高程运动和水平运动性能进行了测试试验,分析结果表明:平地铲上升过程响应时间为下降过程响应时间的2倍,全程400 mm上升所需时间为3.31~4.23 s,下降所需时间稳定在1.7 s左右;上升速度随油门开度增大而加快,平地铲下降速度较稳定。平地铲水平调节时,顺时针转动全程20°所需时间与逆时针转动所需时间一致。田间平整作业试验表明,与拖拉机配套的三点悬挂1PJ-4.0型水田激光平地机可以稳定工作,能显著改善田面平整情况,田面最大高程差从平地前的32 cm降低到4.9 cm,相对高度的标准偏差值从平地前的12.28 cm下降到平地后的2.64 cm,平地后绝对差值小于等于3 cm采样测量点累计百分数达69.4%。     

激光控制平地系统研究与设计

激光控制平地技术是世界上最先进的土地精平技术。该系统以激光平面代替人工视觉,作为平地作业的参考基准面,以自动反馈控制技术代替人工操作,控制平地铲的升降,能够实现更高的平地精度。为此,介绍了激光平地系统的基本原理,开发了用于激光控制平地系统的激光发射器、激光接收器和激光控制器。     

GNSS平地作业路径实时规划与导航方法研究

为有效提高GNSS（Global navigation satellite system）控制土地平整的工作效率,提出了基于导航技术的GNSS平地作业路径实时规划与辅助决策方法。通过拉力传感器实现了平地作业中铲车载荷的实时检测,利用数学建模的方法,建立了拖拉机平地作业行驶过程的路径实时规划与导航模型。通过拉力传感器实时采集铲车载荷反馈值,根据拖拉机行驶目标区域的地势情况,以避免铲车过载和空载为原则,确定拖拉机的行驶目标点,解算出拖拉机行驶的转向角,实现了最优导航平地作业。农田平地试验结果分析表明,该方法能够较好地实时规划路径并提供导航方向,引导拖拉机高效地平地作业;基于该方法的平地作业,其铲车的过载或空载率总和不大于6.9%,远低于未使用导航时的平地情况。