基于SPH法船式拖拉机单折面轮叶驱动性能研究

船式拖拉机的驱动性能很大程度上取决于其行走机构叶轮,轮叶的结构参数是影响船式拖拉机驱动效率的重要指标。为进一步减小轮叶与土壤接触过程中的滚动阻力,提高其驱动性能,在前期研究的HH709S型船式拖拉机直面轮叶优化结构的基础上,构建了单折面轮叶—土壤光滑粒子流体动力学(SPH)模型,分析了单折面轮叶折角处半径、驱动面倾角、非驱动面倾角对驱动性能的影响,最终获得驱动效果最佳的轮叶结构。研究结果表明:优化后单折面轮叶结构的驱动效率与原直叶片相比提高了15.03%,与优化后的直叶轮相比提高了13.65%,推进力做功提升了8.13%,叶轮轮叶驱动性能得到了显著改进。     

基于离散元法的船式拖拉机直线驱动性能研究

以叶轮直叶片为研究对象,构建了单轮叶—土壤离散元模型,充分校核模型准确性后,分析了轮毂宽度对各个最优参数的影响规律以及叶片在不同速度下叶片长度最优值的变化情况。对实际工况下的叶片结构参数进行优化设计,以单轮叶叶片长度、轮叶厚度、轮叶驱动面倾角、轮叶非驱动面倾角为试验因素,驱动叶轮平均驱动效率为试验指标,进行仿真试验,研究叶轮与土壤相互作用过程中土壤颗粒空间位置的变化、颗粒堆积流动现象、叶轮受力情况以及各个参数的变化对驱动轮驱动性能的影响机理。优化后的最佳结构参数分别为叶片长度240mm、轮叶厚度6mm、轮叶驱动面倾角5°、轮叶非驱动面倾角4°,此时单轮叶的驱动效率最高。     

手扶拖拉机旱田驱动叶轮的研究

根据手持拖拉机结构参数和其在旱地作业的状态进行了旱地驱动叶轮的设计,建立了轮缘外径、轮叶齿数、轮叶齿端曲线等方程,据此确定了沭河81拖拉机旱地驱动叶轮主要参数。与轮胎进行性能对比,未耕地和已耕地作业时最大牵引功率分别提高22％和17％,最大牵引力分别提高33％和24％,齿形夹角150°的驱动叶轮较轮叶夹角120°的驱动叶轮最大牵引力提高24％。     

手扶拖拉机旱田驱动叶轮的研究

根据手扶拖拉机结构参数和其在旱地作业的状态进行了旱地驱动叶轮的设计,建立了轮缘外径、轮叶齿数、轮叶齿端曲线等方程,据此确定了沐河81拖拉机旱地驱动叶轮主要参数。与轮胎进行性能对比,未耕地和已耕地作业时最大牵引功率分别提高22％和17％,最大牵引力分别提高33％和24％,齿形夹角150°的驱动叶轮较软叶夹角120°的驱动叶轮最大牵引力提高24％。     

水田驱动叶轮轮叶下土壤流动特性与动力性能研究

在自制的小土槽试验装置上,进行了水田驱动叶轮轮叶下土壤流动的拍摄和轮叶上土壤反力的测试。在研究轮叶下土壤流动轨迹、流动模式和流动区大小变化规律的基础上,分析了轮叶产生的推进力和支承力,驱动效率的变化规律及其与土壤流动之间的关系。深入分析了有较大陷深和作旋轮线运动的轮叶的驱动效率较低的原因。     

机耕船驱动叶轮轮叶型式及轮叶驱动面倾角的研究

本文对机耕船叶轮轮叶型式及驱动面倾角的合理选取进行了理论分析和试验研究,提出采用“折面单叶片轮叶”的结构型式,并导出了设计折面轮叶的折转点及折转角的计算公式。对轮叶驱动面倾角的合理确定,提出应综合考虑轮叶入土和出土两个过程中轮叶压土和挑土两方面作用的观点,以及同时考虑使轮叶获得较大有效推进力出发来选取,导出了驱动面倾角(α)的理论计算公式。文中同时还简介了几种关于叶轮驱动面倾角的计算公式和计算值以供分析比较。 此外,本文给出了对不同驱动面倾角的变参数试验轮进行室内和田间试验的结果。 文中最后介绍了为机耕船设计的新型驱动轮——无轮缘折面叶片轮及其在田间与楔形轮进行对比试验的结果。 全文的理论分析和试验研究为机耕船驱动叶轮的设计和改进提供了一定的理论基础和试验依据。     

水田驱动叶轮轮叶下土壤流动特性与动力性能研究

在自制的小土槽试验装置上,进行了水田驱动叶轮轮叶下土壤流动的拍摄和轮叶上土壤反力的测试.在研究轮叶下土壤流动轨迹、流动模式和流动区大小变化规律的基础上,分析了轮叶产生的推进力和支承力,驱动效率的变化规律及其与土壤流动之间的关系.深入分析了有较大陷深和作旋轮线运动的轮叶的驱动效率较低的原因.     

宽型水田轮作业过程动力学仿真

宽型水田轮是前耕后驱微耕机的行走驱动装置,除具有驱动性能之外,还具有碾压碎土和搅动混土的作用,其设计参数对作业质量有大的影响。为此,以1WGQ4型微耕机为对象,采用有限元法和光滑粒子流体动力学方法(Smoothed particle hydrodynamics,SPH)相结合的方法,构建土壤-宽轮系统的动力学仿真模型,对其作业过程进行动力学仿真分析,在细微上研究其与土壤的作用机理。结果表明:随着宽轮的转动,轮叶与土壤的接触应力和轮叶水平推进力均呈现先增大后减小的变化趋势,但接触应力比水平推进力先达到最大值;滑转率不同,轮叶出现水平推力为零的位置不同;轮叶折角对驱动性能、碾压碎土和搅动混土作用有较大的影响。     

基于多岛遗传算法的电动拖拉机分布式驱动系统优化设计与试验

针对分布式驱动电动拖拉机（Distributed drive electric tractor,DDET）牵引效率低、系统能量损耗大的问题,提出了一种基于多岛遗传算法（Multi-island genetic algorithm,MIGA）的分布式驱动系统参数优化设计与验证方法。根据犁耕作业工况,建立了拖拉机分布式驱动系统7自由度耦合动力学模型以及轮胎-土壤交互模型,完成了驱动系统关键部件参数设计和匹配选型。提出基于MIGA的前后轮边传动比参数优化策略,将轮边传动比作为决策变量,驱动系统能量损失最小为优化目标,驱动电机功率和转速为约束条件。搭建Matlab/Simulink-NI PXI联合仿真平台验证了参数优化策略的正确性和实时可执行性。结果表明,基于MIGA参数优化后的分布式驱动系统各方面性能得到了有效提升。犁耕循环工况下,拖拉机平均牵引力为10.610N,最大牵引功率为31.25kW;平均效率提升了0.38%,驱动电机能耗降低了7.53%。本研究可为分布式驱动电动拖拉机优化设计和系统控制提供理论基础和验证方法。     

单平板轮刺下土壤流动形式的研究

在农田耕翻平整中,主要的动力源是拖拉机。由于各方面的原因,拖拉机在水田中的牵引效率还不高,行走装置的功率损失占全部损失的66％左右,机耕船的牵引效率最高也只约为40％。为了提高水田拖拉机的牵引效率,对轮刺和土壤相互作用时所产生的土壤流动形式的研究是优化叶轮参数的基础。本文利用平面应变塑性流动理论来研究单平板轮刺下的土壤流动形式和轮刺运动间的相互关系,建立单子板轮刺下的土壤流动近似场模型。     

丘陵山地四轮驱动拖拉机驱动力主动分配系统研究

针对丘陵山地四轮驱动拖拉机在作业时车轮打滑而驱动力不足的状况,对丘陵山地拖拉机传动系统的关键部件行了优化设计。对丘陵山地拖拉机建立了动力学模型,并对丘陵山地拖拉机的轮间驱动力进行分析,提出了提高驱动效率最佳条件;设计了一种新型的驱动力分配装置对轴间驱动力重新进行分配,并对该装置的控制系统进行了设计和仿真。结果表明:该装置能明显改善打滑现象,提高驱动性能。     

利用单轮重复通过分析水田四轮驱动拖拉机的牵引性能

针对水田土壤的特点 ,采用单轮重复通过的方法 ,模拟水田四轮驱动拖拉机的工作过程 ,探索前轮通过后土壤状况的变化对后驱动轮牵引性能的影响规律 ,进而分析水田四轮驱动拖拉机的牵引性能。     

基于离散元的联合整地机驱动耙耕作载荷仿真分析

鉴于目前对大型联合耕整地机具的迫切需求,进行了由深松铲、驱动耙和整平镇压辊等部件构成的多功能动力驱动联合整地机结构设计。驱动耙等耕整部件的工作阻力是影响整地机性能的关键问题,应用EDEM离散元分析软件分别对深松铲-驱动耙联合作业模型和驱动耙作业模型中的驱动耙受力进行了仿真计算和对比分析。结果表明:驱动耙刀的工作阻力主要来自于行进方向的绝对阻力分量,其他分量阻力对驱动耙刀的影响较小;深松铲-驱动耙联合作业模型中,由于深松铲对土壤进行预深松可以对驱动耙起到一定的减阻作用,根据驱动耙受力最大值、最小值和平均值,得到装配深松铲的减阻效率分别为16.22%、22.90%和23.64%。根据驱动耙受力的标准差可以看出,前置深松铲能够使驱动耙工作受力更平稳,分析结果正确,分析方法具有借鉴意义。     

基于SPH法的植保机高花纹轮牵引性能研究

植保机存在水稻田土壤时行走困难,牵引性能差等问题,以植保机高花纹驱动轮为研究对象,基于SPH(光滑流体粒子动力学法)建立植保机驱动轮-土壤有限元模型,以植保机高花纹轮结构参数中花纹深度,花纹倾斜角及花纹宽度为三个因素,以挂钩牵引力和牵引效率为牵引性能指标,利用ANSYS显式动力学求解模块LS-DYNA对驱动轮在水稻田土间行走进行仿真分析,通过正交试验法分析各因素对驱动轮土壤间行走牵引性能的影响规律,经过多目标优化,花纹深度50 mm、花纹倾斜角为80°、花纹宽度121.87 mm时可以获得最优的牵引性能,较原始值挂钩牵引力提高249 N,牵引效率提高15.51%,该结果为后期的驱动轮结构设计优化提供参考。     

Wet clay soil behaviour under multiple cage wheel lugs

This paper presents the results of studies on the deformation of wet clay soil under the action of multiple lugs. The effect of trench spacing (the distance between trenches cut by successive lugs), lug slip and lug spacing on the soil deformation under cage wheel lugs was studies. Wedge formation under a succeeding lug has also been studied. It was observed that the soil behaviour under multiple cage wheel lugs was significantly affected by lug spacing and slip. The soil wedge formation as well as soil adhering to the succeeding lug was a strong function of lug slip and spacing. In all cases the soil deformation pattern was quite different from that caused by a single lug.     

青贮饲料收获机物料箱自卸料驱动机构设计

为研究青贮饲料收获机物料箱自卸料驱动机构中的液压缸安装位置与其驱动能耗的关系，该文以青贮苎麻联合收割机物料箱自卸料驱动机构为研究对象，采用运动动力学方法，按照能量消耗最低目标，设计计算物料箱在既定运动条件下的翻转驱动力、液压缸在机架上的安装位置和在物料箱上的安装高度、液压缸最大工作行程等参数；进而分析得到物料箱在翻转运行平稳性驱使下的活塞杆铰接点速度、加速度变化趋势。计算结果表明，以液压缸自身长度为底边，液压缸两铰接点分别距物料箱翻转中心的长度为腰的等腰三角形布局结构，能够满足能耗最低要求；在给定运动条件下的速度最大值umax=0.088 m/s，加速度最大值amax=0.010 m/s2。该研究可为以后的相关研究提供理论依据。      

根茎类作物单摆铲栅收获装置驱动转矩特性研究

单摆铲栅收获装置的驱动转矩为4组单体转矩的耦合叠加且随负载周期变化,最大驱动转矩及转矩波动度直接影响了拖拉机功率匹配与功率利用效率。为研究收获装置驱动转矩特性,在工作单体受力分析基础上建立了单体转矩、驱动转矩、比功耗解析方程,结合离散元仿真分析了收获装置驱动转矩时域响应特点：单体转矩呈现每周期双峰、相邻周期强弱变化规律,受组间振动平衡与土壤粘塑性作用,驱动转矩呈现每周期双峰、相邻周期微变的规律,峰值约为单体转矩的1.2~2.3倍。为明确相关参数对驱动转矩的影响,开展了四因素三水平Box-Behnken仿真试验,建立了最大驱动转矩、转矩波动度、比功耗预测数学模型,仿真试验结果表明：振幅、振动频率、挖掘深度、前进速度、振幅与振动频率交互项均是最大驱动转矩、比功耗的主要影响因素,振动频率、挖掘深度对转矩波动度有较大影响。甘草收获田间试验结果表明：当挖掘深度为450~500mm时（工况1）,驱动转矩呈现每周期双峰、相邻周期强弱变化的规律,最大驱动转矩为797.17N·m、转矩波动度为2.54、比功耗为122.06kJ/m3、收净率为96.42%;当挖掘深度为350~400mm时（工况2）,最大驱动转矩较工况1下降约39.44%,转矩波动度下降约27.95%,比功耗与收净率基本不变。该研究可为单摆铲栅收获装置结构参数优化及根茎作物振动减阻节能收获研究提供参考。     

耕整机驱动轮几何参数的研究

综述了耕整机驱动轮几何参数的设计和选取的主要理论和方法,对平面轮叶、曲面轮叶和轮叶数的设计和选取进行了详细的分析,并根据驱动轮轮叶下的土壤流动规律,提出了新的设计方法。