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。     

大型拖拉机驾驶室PM10和PM2.5净化效果仿真分析

针对大型拖拉机在耕地时封闭驾驶室内可吸入颗粒物PM10质量浓度(25770μg/m3)超标的问题,选取不同的空气净化方式(内循环、外循环空调净化器和外置净化器),对PM浓度微分方程进行了数值仿真分析,仿真结果表明安装空气净化装置能明显降低驾驶室内可吸入颗粒物的浓度。首先应用质量守恒定律推导了PM浓度变化模型和空调净化模型,随后采用美国IAQx11-PM软件进行了不同净化方式和不同净化率的仿真分析。仿真结果表明,内循环和外循环方式的综合相对净化率分别为92.78%和96.13%,明显降低了驾驶室内PM10和PM2.5浓度,满足国际人体健康标准的要求;而且外循环净化方式的PM10和PM2.5质量浓度能维持在800μg/m3以下,净化效果最优。外置净化器平均净化率为48%~66%,虽然净化效果比较明显,但不能满足国际人体健康标准的要求。各净化方式的PM10和PM.2.5浓度变化曲线表明封闭驾驶室内的PM10和PM2.5浓度最后可以达到一个稳定值,并且内循环和外循环的曲线(约为1h)先于外置净化器曲线达到稳定值。1h时采用外循环、内循环、外置净化器和无净化〖JP3〗器时的人体累计PM10吸入量分别为382、832、1820、2040μg;人体累计PM2.5吸入量分别为321、585、1290、1440μg。〖JP〗人体累计PM10和PM2.5吸入量曲线均呈直线式增长,并且未安装空气净化装置的人体PM累计吸入量曲线的增长率明显快于配有空气净化装置的驾驶室(内外循环下的增长率最低)。驾驶室空调系统应采用将温度调节装置和空气净化器一体化的HVAC空调设计法。     

基于载荷特性的玉米收获机车架有限元分析与试验

玉米收获机作为一种大型复杂的农业机械,其各工作部件与车架的连接和支承方式复杂。针对国内某款玉米收获机,基于各总成部件与车架的连接方式和载荷布置特点,提出了一套适用于其车架的有限元载荷施加方法。然后在车架表面选择8个测点粘贴应变片,通过整机装配实现车架的加载,在静态空载和静态满载两种工况下测试车架各测点的应力,对比分析有限元计算结果和试验结果：各测点有限元分析值和试验值应力变化趋势基本一致,除测点1试验值与有限元分析值相对误差较大,其他测点相对误差都在20%以内,从而验证了玉米收获机车架有限元模型加载方法的可行性。     

高地隙自走式喷雾机多轮转向系统设计与试验

大型高地隙自走式喷雾机在田间作业过程中,由于整车地隙高、质量以及体积较大,导致换行及转场作业困难,影响作业效率。为提高喷雾机的机动性能和作业效率,设计了一套全液压多轮转向系统,并提出了基于PID控制方法的四轮转向系统控制方法。在建立全液压转向系统数学模型的基础上,应用Matlab/Simulink进行了转向系统仿真分析。仿真结果表明:四轮转向过程中后轮转角对前轮转角的跟随存在0. 04 s的滞后,最大转角跟随误差为2. 82°,误差在阿克曼转向理论允许范围之内,满足转向要求。基于研发的3WPG-3000型大型高地隙自走式喷雾机,搭建了多轮转向系统实车试验平台,进行了后轮对前轮转向角的跟随控制试验,试验结果表明:在田间随机转向试验过程中,最大转角跟随误差为2. 60°,满足四轮转向要求,验证了所设计的多轮转向系统的响应性、准确性和稳定性。     

基于Census变换的双目视觉作物行识别方法

针对基于双目视觉技术的作物行识别算法在复杂农田环境下,立体匹配精度低、图像处理速度慢等问题,该文提出了一种基于Census变换的作物行识别算法。该方法运用改进的超绿-超红方法灰度化图像,以提取绿色作物行特征;采用最小核值相似算子检测作物行特征角点,以准确描述作物行轮廓信息;运用基于Census变换的立体匹配方法计算角点对应的最优视差,并根据平行双目视觉定位原理计算角点的空间坐标;根据作物行生长高度及种植规律,通过高程及宽度阈值提取有效的作物行特征点并检测作物行数量;运用主成分分析法拟合作物行中心线。采用无干扰、阴影、杂草及地头环境下的棉田视频对算法进行对比试验。试验结果表明,对于该文算法,在非地头环境下,作物行中心线的正确识别率不小于92.58%,平均偏差角度的绝对值不大于1.166°、偏差角度的标准差不大于2.628°;图像处理时间的平均值不大于0.293 s、标准差不大于0.025 s,能够满足田间导航作业的定位精度及实时性要求。     

基于虚拟现实的拖拉机试验场景建模技术研究

介绍了使用三维建模软件Multigen Creator创建拖拉机试验场的建模过程和方法;探讨了场景模型数据库的结构设置、地形构造、地物模型建立、纹理映射以及其他关键建模技术和难点,详细阐述了试验场典型试验路面的建立过程,建立了一个适用于虚拟现实系统的拖拉机虚拟试验测试场景。通过测试,场景模型在Multigen Vega Prime仿真过程中内存占用较小,实时运行效率高,为进行拖拉机虚拟试验检测提供了新方法和场景平台。     

基于TRIZ理论的种子玉米剥皮机构设计与试验

与大田玉米剥皮作业相比,种子玉米剥皮对苞叶剥净率、籽粒破碎率和落粒率具有较高的农艺要求。针对种子玉米缺乏高效低损的剥皮手段问题,采用TRIZ理论联合显式动力学仿真与高速摄像技术开展了种子玉米剥皮机构设计方法研究。首先,基于TRIZ理论解决了种子玉米剥皮机构关键结构设计问题,并完成了剥皮机构的详细设计;其次,利用LS-DYNA进行了剥皮系统-种子玉米果穗的显式动力学仿真,分析种子玉米果穗运动过程及受力情况,验证了剥皮机构设计的合理性;搭建了高速摄像试验台,通过对种子玉米剥皮过程高速摄像的逐帧分析,并与仿真结果相比,得出3种工况下速度最大误差分别为0.035、0.066、0.095m/s,验证了剥皮辊分段设计的合理性;最后选择苞叶剥净率、籽粒破碎率及落粒率为性能指标开展了种子玉米剥皮试验,在3种工况下,试验结果满足种子玉米剥皮机构的性能指标要求。     

基于分层控制的大功率拖拉机前桥悬架减振系统研究

大功率轮式拖拉机质量大、车身重心高,在高速运输作业时受路面不平度影响,易产生剧烈的颠簸振动,直接影响拖拉机操纵稳定性和行驶平顺性,甚至危及行驶安全。基于此,综合考虑大功率轮式拖拉机车身振动加速度与悬架动挠度的变化及悬架系统充放油过程中的非线性控制等问题,提出了适用于大功率轮式拖拉机前桥悬架减振系统的设计与控制方案。首先,设计了前桥悬架减振系统,建立了带前桥悬架的1/4拖拉机振动模型;其次,在充分考虑前桥悬架控制系统特点的基础上,建立了基于参考天棚-地棚模型的分层控制算法,构建了Matlab/Simulink仿真模型,并与常规PID算法对比分析,结果表明分层算法的控制性能优于常规PID控制;最后,搭建了前桥悬架系统硬件在环仿真平台和室内试验平台,开展了悬架减振控制策略和控制效果的试验验证。试验结果表明,基于参考天棚-地棚模型的分层控制算法能快速调整控制参数,所设计悬架系统的车身振动加速度均方根降低至2.36 m/s²左右,较被动悬架下降55.8%,同时悬架动挠度的均方根被限定在较小范围内,明显优于被动悬架系统,满足大功率轮式拖拉机前桥悬架的减振需求,且试验结果与仿真...     

考虑随机载荷自适应补偿的PST换挡策略与硬件在环试验

大功率动力换挡拖拉机作业环境复杂多变,密集布置的挡位和田间载荷波动极易导致频繁随机换挡,破坏拖拉机工况稳定性,影响其性能和作业质量。为解决拖拉机作业过程中随机载荷波动引发的频繁换挡问题,本文提出一种考虑随机载荷自适应修正的换挡控制策略。首先,以油门开度、滑转率和车速为换挡参数,制定变速箱理论换挡规律;然后,引入随机载荷变异系数、油门开度变化量及稳态载荷变化量等3个修正参数,通过模糊规则计算随机载荷波动下的换挡修正量。同时,结合收敛型换挡延迟策略,轻负荷或运输工况采用理论降挡,重负荷作业采用自适应升挡延迟,载荷波动越大,升挡延迟量越大;基于AMESim和Simulink建立了拖拉机传动系统模型,并搭建了大功率拖拉机变速箱控制系统硬件在环仿真平台,开展了不同作业工况下的换挡控制仿真验证。结果表明,所提换挡策略在道路运输工况和犁耕工况下的换挡次数较传统换挡策略分别低63.16%、45%,且燃油消耗量分别为0.76、0.47kg,较传统换挡策略分别低0.51%、1.03%。在保证作业牵引力的同时,该控制策略可有效抑制随机载荷波动引发的频繁随机换挡,同时兼顾了整车动力性和燃油经济性。