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。     

离地高度可调的减振式履带驱动机构设计

履带式农田作业车由于其优异的通过性与稳定的行驶性能,被广泛使用于南方丘陵地区。针对传统履带底盘采用刚性悬架,无法调节离地高度,行驶时乘坐舒适性较差的问题,设计了一种离地高度可调的减振式履带驱动机构。该机构采用分离式设计,将整个驱动机构分为上层承载架与下层行驶架,通过在上、下层之间设置液压缸与弹性元件,达到在一定区间内调节车辆离地高度与减少车身振动的目的。通过对关键部件进行重点设计,并对其工作过程进行简要分析,该机构在理论上能达到设计要求。     

前桥摆转式四驱底盘背压控制系统研究

前桥摆转式四驱底盘采用发动机-CVT-定量泵为动力源,轮边液压马达为驱动装置的开式液压阀控系统驱动,需要解决底盘在负负载工况下马达超速的问题。为此,提出一种通过对行走马达进油压力实时监测实现液压系统回油背压控制策略,并根据该控制策略为该底盘设计了一回油背压控制系统。通过AMEsim构建了整机的液压力学模型,分析了行走马达在不同工况下的液压特性,制定了回油背压控制策略。对背压控制系统进行了软硬件的设计,并进行样机试验,验证了该系统控制策略的正确性。实现了样机在正负载行驶时能得到最低的回油背压,保证能量利用最大化;样机在负负载行驶时,选择合适的回油背压,确保液压马达在安全范围内运转。     

小量纠偏法在履带甘蔗收获机中的应用

广西柳工机械股份有限公司某款履带式甘蔗收获机样机在直线行走测试过程中出现"跑偏"问题。为了解决该问题,本文采用了小量纠偏法来控制行走电比例阀输出电流进而控制变量马达的排量。该方法将该款机型直线行走误差控制在纠偏前误差的±25%,纠偏效果良好,满足客户需求。     

农用柔性底盘偏置轴转向机构联动耦合控制策略及试验

针对农用柔性底盘前轮转向时两偏置轴转向机构难以保持联动关系而影响顺利转弯的问题,基于阿克曼转向几何与交叉耦合控制原理,设计了偏置轴转向机构联动耦合控制策略,采用模糊PID控制算法对两转向轮转角联动轮廓误差进行补偿,并依据方向盘信号大小和变化率对电磁摩擦锁PWM控制信号占空比进行调节,以匹配偏置电动轮转向的角速度,使两转向机构形成耦合而保持期望联动关系;基于MATLAB/Simulink对控制策略进行了仿真,且在硬化路面上实施了阶跃转向、蛇行转向及随机转向3种运动方式的试验验证,并对比分析了转角分配控制下的前轮转向效果。试验结果表明:耦合控制方法下柔性底盘前轮阶跃转向响应均在0.8 s内,左、右侧转角最大超调为1.3°;电磁摩擦锁的开闭可较好匹配电动轮的转向;左、右前轮对于各自目标角具有良好的跟踪性能;3种转向方式下最大与平均跟随误差值均小于分配控制方法;两轮联动的最大与平均转角轮廓误差分别为:阶跃转向1.2°与0.6°、蛇行转向1.1°与0.6°、随机转向1.0°与0.5°;耦合控制下仿真与试验转角的轮廓误差变化趋势一致,最大误差为2.2°,证明仿真模型合理有效。耦合控制下偏置轴转向机构联动控制效果优于转角分配控制,转向效果良好,该文提出的柔性底盘偏置轴转向机构联动耦合控制策略有效且可行。     

崎岖山地环境履带机器人降维变系数控制方法研究

针对崎岖山地环境下自走式履带机器人自走姿态波动大、跟踪精度低等问题,研究了三维崎岖路面履带机器人控制方法。通过分析机器人在二维平整路面与三维崎岖路面的运动学模型,建立了降维运动学几何模型;设计了一种基于降维变系数的滑模控制方法,实现三维崎岖路面履带机器人的运动控制,并进行了平整路面与崎岖路面的路径跟踪仿真与试验。仿真结果表明,平整路面仿真中,行驶方向误差逐渐减小并趋近于0,侧向位置误差在±0. 2 m内波动,并可在1 s内完成姿态调整;崎岖路面仿真中,三轴位置误差均控制在±0. 1 m范围内,同样可在1 s内完成姿态调整。路径跟踪田间试验结果表明,平整路面和崎岖路面机器人跟踪稳定后的横向误差分别为-2. 9～8. 8 cm、-14. 3～21. 5 cm,姿态误差分别控制在±2°、±5°内,能够满足实际跟踪需求。     

基于履带式底盘的改进型森林消防车通过性

通过对林区复杂地形和现有消防设备的分析,在第一代消防车(LY1102XFSG30)结构上对底盘及上装进行了优化改造,由4个支重轮增加到5个支重轮,设计了一台大型履带式消防车(LF1352JP)。采用CREO软件对整车结构进行了三维设计与仿真,对消防车横向、纵向稳定性以及垂直越障和跨越壕沟进行了理论分析,分析表明,LF1352JP消防车满载时在斜坡上横向行驶所允许的最大斜坡角度为40.6°,空载时45.1°;纵向行驶时,满载时最大纵向上坡角度为52.0°,空载时60.9°,满载时最大下坡角度为47.2°,空载时45.8°;满载时越障高度为405 mm,空载时615 mm;满载时跨越壕沟宽度为1 248 mm,空载时983 mm。最后在试验场地进行了纵向爬坡、纵向下坡、跨越壕沟试验,试验验证了改造后整车牵引力和稳定性能方面都有了较大的提升,能够满足现阶段大型林区火灾作业的需求。     

电动拖拉机底盘多目标优化设计

针对目前电动拖拉机底盘布置研究相对较少的情况，基于现有的整机匹配结果进行了底盘布置设计，利用三维建模软件建立模型，输入质量参数，提取整机主要零部件重心位置参数，然后通过分析拖拉机牵引机组作业时的力学特性，建立相关数学模型。以电动拖拉机的牵引效率和整机质量作为优化目标，采用NSGA-Ⅱ算法进行多目标优化。综合考虑了犁耕作业下拖拉机的稳定性要求、驱动力要求、载荷波动情况以及传动系和行走系零件寿命等影响因素，制定了算法运行的约束条件，建立了约束方程组。以电动拖拉机的使用重力、前后电池组的质心和整机质心为目标变量，推导出动力性和经济性最优的目标函数。通过ModeFRONTIER平台，采用NSGA-Ⅱ算法对电池分布式方案进行了多目标优化。两种不同耕深条件下的优化结果对比分析表明，按照本文方式优化布置后的电动拖拉机在耕深为180mm时，优化后的整体质量与经验法相比减少了14.3%，配重质量为25.3kg；耕深为240mm时，优化后的整体质量与经验法相比减少了10.3%，配重质量仅为4.4kg，说明在牵引工况下无需额外增加配重就能达到良好的牵引性能。与经验法相比，两种耕深条件下拖拉机的配重都小很多，说明基于传统拖拉机的配重经验法计算并不适用于电动拖拉机，同时也能说明，电动拖拉机因自身总质量超过同功率段传统拖拉机，可以通过合理设计底盘布置方案，在没有配重的情况下达到理想的牵引效率。优化后的电动拖拉机底盘布置方案，在作业工况下驱动轮滑转率小于特征滑转率，整机牵引效率明显提高。     

丘陵山区农用自适应调平底盘设计与试验

丘陵山区地形复杂,地面凹凸不平,针对农用车辆行驶稳定性较差、车体倾斜等问题,提出一种自适应调平方法,并根据丘陵山区农用动力底盘作业要求,设计一种自适应调平悬架及应用该悬架的自适应调平底盘。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,将底盘仿真过程中的侧倾角和俯仰角与四轮刚性底盘在同等条件下仿真得到的侧倾角和俯仰角对比,自适应调平底盘参考某种作业环境在幅值和波长特定的波形地面上行走作业时,侧倾角和俯仰角之和可降低60%左右。通过对样机土槽试验结果分析,证明自适应调平方法的可行性和仿真分析的正确性。     

履带式拖拉机自动驾驶系统路径智能跟踪控制研究

为实现复杂环境下履带式拖拉机田间作业的路径跟踪控制,设计了履带式拖拉机自动驾驶系统,并对路径跟踪与控制算法进行了研究。自动驾驶系统由MCU、双源激光定位系统、速度控制系统、点火/熄火控制系统、液压转向系统等组成。采用模糊算法对行驶过程中的路径偏差进行补偿,实现对路径的跟踪控制。为验证算法的有效性,进行了Matlab/Simulink仿真与田间试验。结果显示对于NF502型履带拖拉机,该系统在100 m范围内可实现有效控制,表明该算法能实现对行驶路线跟踪与控制。