卷盘式喷灌机卷盘驱动负载计算与分析

为优化卷盘式喷灌机驱动结构,研制高效卷盘喷灌机驱动器,需要对卷盘式喷灌机的卷盘负载情况进行计算和分析。为此,以软管牵引式卷盘喷灌机为对象,建立了卷盘负载转矩计算的物理模型,理论推导了在运行时的卷盘负载转矩数学计算模型。以JP50和JP75型卷盘式喷灌机为例,按推导所得数学模型进行计算,得到了运行时卷盘负载转矩随已回卷PE管长度的变化规律和估计值。计算结果表明:JP50型卷盘式喷灌机运行时最大负载转矩约为960N·m,JP75型为6 001N·m;卷盘负载转矩随已回卷长度的增加而减小,且当卷盘回卷半径变化时,负载转矩将突然变大;负载转矩的大小和变化规律只与喷灌机的参数和运行条件有关,与运行时的速度无关。     

电驱动卷盘式喷灌机驱动与控制系统

针对现有电驱动卷盘喷灌机无法实现作业信息无线物联和控制的问题,设计了一种基于手机APP的卷盘式喷灌机无刷直流电动机驱动与控制系统.以直流电动机代替机械式水涡轮作为卷盘喷灌机的驱动装置,分析并建立了卷盘喷灌机现场作业工况模型;采用STM32作为系统控制器,引入了增量式PID电动机调速,设计了可以远程监控卷盘喷灌机作业的手机客户端,系统完成自动校正.经过试验测试表明,驱动电动机可以稳定在设定转速上,在10%的负载扰动下转速可以较快回到设定值,手机客户端可以远程监控卷盘喷灌机的运行剩余时间、PE管长度电动机转速、卷盘转速和PE管回收速度等作业信息,为实现喷灌机智慧灌溉提供了前台保障.     

多段金属带复合无级传动效率特性分析

建立了等比式多段金属带复合无级传动正反相位工作时的效率模型,通过仿真,得到了系统效率与金属带CVT传动比、传递转矩及输入转速的关系曲线.结果表明:等比式多段金属带复合无级传动无论处于正相位还是反相位工况,系统传递的效率随金属带传动比、传递转矩以及输入转速的增加而增加,且都要明显高于金属带CVT传动的效率;系统扩大了金属带无级传动的速比范围,提高了传递的功率,因此该传动系统能够应用于大功率车辆传动中.     

泵系统电动机效率的测量方法

为了实现泵驱动电动机效率的测量,推导了电动机能量关系式,结果表明,电动机效率与电动机的输入功率和运行电流有关,并得到电动机运行效率计算公式.取6组不同型号的三相异步电动机,引用其标准测试数据进行理论验证,读取电动机输入功率与运行电流,结合电动机运行效率表达式,计算出电动机运行效率,并与电动机实际效率对比.计算结果表明,计算效率与电动机实际运行效率值的相对偏差在1.8%之内,精度较高.为进一步证明方案可靠性,设计了离心泵试验台进行试验验证,通过调节水泵阀门开度控制电动机端负载,得到不同工况下的电动机运行参数,再结合推导公式即可得到电动机运行效率,试验结果表明计算效率与试验效率值最大相差1.06%,基本吻合.与一般测试方法相比,该方案只需在电动机运行时读取其输入功率及电流,即可快速准确地计算出运行效率,而不需要测量其他数据,也不需停机测量,极大提高了测量效率.     

基于蜗轮蜗杆的卷盘喷灌机传动设计与优化

为了扩大卷盘喷灌机的调速比范围,加大传动比以及提高其效率,以直流电动机驱动的JP75型卷盘式喷灌机为基础,重新对该型号机器进行了基于蜗轮蜗杆的大传动比结构的设计与优化.新型传动结构根据喷洒车运行速度将其分为两档传动,以蜗轮蜗杆传动代替部分直齿圆柱齿轮传动,降低了传动的级数.针对初步确定的传动系统设计参数,运用Matlab遗传算法工具箱,以传动效率最高与齿轮减速箱体积最小为目标函数进行多目标连续离散混合变量的遗传算法优化.对初始分配的链传动,直齿圆柱齿轮传动以及蜗轮蜗杆传动各级齿数,齿宽系数等关键参数进行了相关优化,优化后的结果和试验测试表明:与初始设计参数对比,第一档传动总效率提高了13.77%,第二档传动总效率提高了13.11%,同时总体积减少了10.30%.新设计的传动系统方案为新型转盘喷灌机的研发升级提供有益的借鉴.     

JP50式卷盘式喷灌机水涡轮的性能试验

为了掌握国产卷盘喷灌机水涡轮水力性能和能耗,构建了一种试验装置,其由供水泵、制动器、扭矩-转速传感器、测量仪组成。试验时调节制动器来改变负载大小从而调节水涡轮转速,通过测量流量以及进出口压力,得出水涡轮水头、水功率,扭矩仪测出转矩和转速等,从而得到水涡轮在各工况下的效率,试验分别测得了水涡轮在7种转速下的特性曲线。得出水涡轮的高效区范围,高效区功率大小,随着转速的降低,高效区向小流量偏移。试验结果说明,国产JP50卷盘喷灌机的水涡轮效率较低,有很大的节能空间     

基于行星齿轮的卷盘喷灌机传动设计与优化

为了提高卷盘喷灌机运行效率,拓宽原动机的调速范围,使实际工况下原动机尽可能工作在高效区,重新设计了基于三级NGW型行星齿轮的传动系统.新型传动结构可以实现正常工作档、工作中途动力回收档、断电或无高压供水下的手动回收档等三档变速功能.新型传动型式总效率提高近21%.针对新设计的传动系统的行星齿轮部分建立以传动效率最高和体积最小为目标的多目标优化模型,针对包含有模数、齿数以及变位系数等混合离散变量的问题,采用遗传算法工具箱GADS进行了混合离散变量多目标线性加权优化,优化后的三级行星齿轮传动与初始设计相比效率提高了10.64%,体积减少了16.3%.新设计的传动系统方案为新型卷盘喷灌机的开发升级提供了比较有益的借鉴.     

卷盘式喷灌机太阳能智能驱动控制系统

为充分发挥卷盘式喷灌机的水力性能,降低喷灌机能耗,并实现喷灌机喷洒速度的自动控制,以电驱动代替水涡轮驱动,并开发了智能控制系统.采用太阳能系统供电,永磁无刷直流电动机驱动卷盘,设计了基于MSP430F169单片机为检测和控制核心的驱动控制系统.该系统主要包括太阳能充电控制器,电动机控制器,隔离电源模块,电动机电压、电流检测模块,蓄电池电量检测模块,电动机霍尔测速模块,卷盘转速和回卷层检测模块以及键盘和液晶模块.研制了各模块软硬件,实现了对卷盘各项运行参数的测量显示和喷洒车移动速度的自动控制,试验结果表明,该智能驱动控制系统运行稳定,能实现喷洒车的匀速回收.该系统为实现卷盘式喷灌机变量灌溉提供了有效的实现方式和技术手段.     

混合动力拖拉机传动系统设计理论与方法

根据混合动力传动系统原理和拖拉机工作特性和传动特性要求,设计了一种并联式混合动力拖拉机传动系统。在对混合动力拖拉机牵引特性理论分析的基础上,提出了混合动力拖拉机动力性和经济性评价指标及其计算公式。并对其动力传动系统各部件主要参数的设计计算进行了探讨,提出了混合动力拖拉机传动系统的设计理论和计算方法。以某混合动力拖拉机为研究对象,通过计算分析了不同挡位下,发动机分别提供60%和40%负荷时的驱动力和爬坡度,以及混合动力拖拉机犁耕作业稳定工作1 h的等效能耗随发动机和电动机转速的变化关系,并对犁耕作业时的理论计算结果进行了仿真验证。结果表明,各挡驱动力和爬坡度与发动机提供的负荷呈正比,而转速匹配范围随发动机负荷的增大而减小。犁耕作业时,理论计算结果与仿真分析结果的最大误差不超过4%,理论计算结果可靠;且在某一挡位下,等效能耗随发动机和电动机转速的增高而增高。对混合动力拖拉机与同功率燃油拖拉机进行了仿真比较分析,发现混合动力拖拉机在犁耕作业下,最高可节能24%。     

三轮非圆同步带传动试验台设计与应用

为了测试三轮非圆同步带传动机构的传动性能,并获取其传动精度,设计了三轮非圆同步带传动性能测试试验台,并进行试验研究。三轮非圆同步带传动试验台以工控机为主控、步进电机为动力,能够实现转速、负载和中心距可调和试验数据采集、实时显示、统计和分析的功能。定义了传动周期偏差率和传动比精度偏差率两指标,用于衡量三轮非圆同步带的传动性能。试验表明,试验台能够完成不同工况的三轮非圆同步带传动测试,负载和速度均影响传动比精度偏差率和传动周期偏差率,对传动周期偏差率的影响更大;当转速在0~300 r/min、转矩在0~50 N·m范围内时,试验所得主-从动轮传动比与理论传动比基本一致,主-从动轮传动周期偏差率为0.80%~4.80%、主-从动轮传动比精度偏差率为0.18%~1.23%;当转速为80 r/min、负载转矩为16.25 N·m时,其传动比精度偏差率0.18%、传动周期偏差率0.80%,为此试验范围内的最佳传动工况。