拖拉机动量飞轮主动防侧翻控制与模型试验研究

针对拖拉机侧翻致死致伤事故仍时有发生的问题,基于旋转刚体加速时的反向施矩原理,以反作用动量飞轮为执行元件,提出了从主动安全角度解决拖拉机侧翻问题的研究方法。通过构建拖拉机动力学系统数学模型,解析了整机侧翻行为的动态演变机理。为保证拖拉机主体结构的完整性,将动量飞轮置于拖拉机前部,取代传统静态配重的同时可主动提供防侧翻力矩。应用Matlab/Simulink软件,对反作用飞轮的回稳过程进行了基于PID控制的有效性仿真分析,同时设计并搭建了比例模型试验平台,对主动施矩飞轮的回稳控制效果进行了试验验证。结果表明,装备飞轮的拖拉机与无控制组对比,在一次试验中可多次实现整机的防侧翻控制,使整机防侧翻性能得到明显改善,且不同行驶工况下的试验数据与仿真结果的相关性较强,充分验证了本文拖拉机侧翻动力学模型的有效性。     

轮式拖拉机主动防侧翻系统的设计

丘陵山区容易发生拖拉机侧翻事故,为了降低拖拉机侧翻风险,设计了一种轮式拖拉机主动防侧翻系统。同时,建立了拖拉机侧倾角和胎压之间的数学关系,通过检测拖拉机轮胎胎压判断是否有侧翻风险,并在拖拉机发生侧翻前主动接管拖拉机并完成防侧翻转向和减速熄火操作,以降低侧翻风险。试验结果表明：系统在常温和高温的室外环境下,对于沙土地、粘土地和铺装马路都具有较好的工作性能,但在低温室外环境下的反应操作时间较慢。     

拖拉机侧翻试验的重要性及注意事项

拖拉机侧翻试验主要是测试拖拉机在侧翻试验台上,倾斜拖拉机,拖拉机一侧车轮中任一车轮的支承平面法向反力至零以前或离开支撑面前的侧翻角。拖拉机的侧翻稳定角是通过比对左右侧的侧翻测试结果,以最小值为拖拉机的侧翻稳定角和最大侧翻稳定角。1拖拉机侧翻试验的重要性随着经济的发展,我国农业机械的应用范围越来越广,但其事故发生率也呈上升趋势。特别是拖拉机侧翻事故频频发生。造成侧翻事故的发生,分析原因主要     

拖拉机姿控飞轮防侧翻系统卸载能量回收试验研究

拖拉机侧翻事故是农业生产过程中最严峻的安全问题之一,现有主、被动安全手段均未能从根本上解决该问题。在前期利用飞轮—电机加速旋转时产生的反向力矩进行姿态调节实现失稳态拖拉机姿态回稳的基础上,为进一步避免姿控飞轮卸载过程造成能量浪费,本文基于1∶16比例模型试验平台设计搭建了飞轮卸载能量回收电路,并通过模型试验对其回收效果进行了验证。试验结果表明,当模型拖拉机以0.2m/s速度行驶于路面不平度较高的G级、H级路面出现侧翻趋势并实现姿态回稳时,整机侧向姿态角降至10°后能量回收系统可介入工作,此时回收电压出现峰值0.97V（H-B轨迹）,随后其数值变化趋势与姿控飞轮转速的降低趋势相似,直至飞轮卸载完成后回收电压归零。试验过程中,飞轮—电机系统在对不同的整机侧翻趋势做出响应时,能量回收系统完成的电量回收不同,但均完成了对飞轮卸载能量的部分回收,提高了整机能源的利用效率。     

丘陵山地拖拉机姿态主动调整系统设计与实验

为保证拖拉机在丘陵山地的安全作业,并提高作业效率及乘坐舒适性,设计了基于双闭环PID算法的丘陵山地拖拉机姿态主动调整系统。首先,根据丘陵山地特定作业需求设计了姿态主动调整系统,包括姿态调整机构、液压驱动系统和控制系统;然后,建立了系统动力学模型,通过数值分析验证了该自动调平控制算法的有效性;最后,在山东五征集团生产的拖拉机上安装此系统,并进行了实验验证。结果表明:所设计的姿态主动调整系统在±10°的坡地上调平时间为7. 5 s,最大调平误差小于0. 5°,左右摆动机构摆角绝对值的差在±1°以内,能有效满足丘陵山地作业需求。同时,该拖拉机在高低起伏较大的坡地上以1挡速度(1. 98 km/h)行驶时,车身倾斜角可控制在±3°范围内,左右摆动机构摆角绝对值差在±5°范围内。所设计的姿态主动调整系统能适应恶劣作业环境的作业需求。     

履带拖拉机液压控制差速转向系统设计与试验

履带拖拉机控制液压变量柱塞泵的流量和方向驱动液压马达,液压马达动力和发动机传入变速箱的动力汇合,实现行驶和差速转向.现有技术存在两方面问题:一是倒车时方向盘转向和车辆驾驶习惯相反;二是在停车和行驶时会停不稳、行驶跑偏.为此,通过对液压油路进行设计和増设控制阀等方法,实现了倒车时正常转向功能;设计了双定位精准调节机构,使...     

山地履带拖拉机与农具姿态协同控制系统设计与试验

针对山地履带拖拉机(简称山地拖拉机)等高线作业时,车身调平和农具仿形作业不同的姿态调整需求,在建立车身及农具运动学模型的基础之上,构建了整个系统的控制策略,设计了车身与农具姿态协同控制系统,其中,对车身和农具的控制分别采用PID算法和双闭环模糊PID算法.基于Simulink对控制算法进行了仿真分析,结果表明:采用PI...     

高质心客车防侧翻控制研究与仿真

基于模糊函数设计了模糊逻辑控制器,并应用于厦门金龙XMQ6117Y3型客车,通过该控制器产生横摆力矩与主动转向角使客车的横摆角速度与质心侧偏角响应跟踪其期望值。该控制器仿真计算了转向角阶跃输入和正弦输入的客车横摆角与质心侧偏角响应,试验结果表明该控制器能有效改善高质心客车横摆角速度和质心侧偏角响应,使得横摆角速度与质心侧偏角保持在允许范围,从而保证客车行驶的稳定性,减小客车"驶出"或"侧滑"引起"绊倒"侧翻的可能性。     

拖拉机机组无人作业协同控制系统设计与试验

为提高拖拉机作业机组无人作业的智能化水平,实现机组横向运动、纵向运动和机具提升作业的协同控制,设计了无人作业协同控制系统。以播种作业机组为研究对象,将拖拉机机组无人作业协同控制系统划分为规划层、决策层和执行层。规划层结合播种农艺要求和机组运动学特性,采用经/纬度坐标规划作业路径,为了同时满足直线作业区域与转向曲线区域的路径跟踪,提出自适应预瞄路径跟踪控制算法。决策层制定了拖拉机机组无人作业联合控制策略,实现拖拉机-播种机联合作业精准控制。执行层对拖拉机转向机构、机具提升机构、油门踏板、制动器、离合器等机构进行硬件线控设计。在此基础上,分别开展无人播种作业仿真与田间试验,仿真结果验证了拖拉机播种机组无人作业协同控制系统的可行性。田间试验表明：拖拉机转向器、油门踏板、离合器、制动器、机具提升机构严格根据规划层与决策层制定的控制指令协同动作。试验过程车轮转向平均误差0.45°,直线段横向误差均值为0.035 m,转向段横向误差最大值为0.11 m;机具提升响应时间为1.2 s、机具提升转角超调量小于1.5°;油门踏板、制动器、离合器均根据决策指令完成操纵动作。无人作业协同控制系统满足拖拉机机...     

HMCVT拖拉机主动防熄火控制方法研究

【目的】针对传统防熄火保护策略存在的弊端,提出一种HMCVT拖拉机主动防熄火控制方法,以实现对发动机更合理、更安全的保护。【方法】利用实际发动机转速变化率实现对发动机转速的预测,并实时监测此过程中输出轴的实际负载;若发动机预测转速过低且此时输出轴承受负载较大,为避免发动机受负载影响发生倒拖,需要启用防熄火策略,断开变速箱离合器,中止发动机与负载的扭矩传递,实现对发动机和变速箱的保护。为验证HMCVT拖拉机主动防熄火控制方法的可行性,利用Simscape搭建动力总成物理模型,基于Simulink搭建相应的控制策略,实现控制软件闭环仿真,并对发动机转速控制、正常结合/断开变速箱离合器进行了仿真测试。【结果】仿真结果表明,该方法能够实现对变速箱作业模式下的全工况覆盖,当输出扭矩或发动机转速发生变化时,能够及时判断并使能发动机防熄火功能,实现对发动机与变速箱离合器的保护,可以取代现有的防熄火保护策略,能够有效延长整车的使用寿命。【结论】本研究所提出的方法适用于各类HMCVT工程机械和农用机械,对被控对象适应性高,不需要针对特定机型和工况进行开发,具有很强的实用性及普遍性。     

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...     

轮式拖拉机总装线及下线设备电控系统设计与应用

为满足轮式拖拉机总装线运行链速的调整以及总装后轮式拖拉机的接车下线需要,介绍一种带接车下线设备的轮式拖拉机总装线电控系统,不仅可依据需要,对其"设备"的接车台面实施"平升"、"平降"并辅之"倾转"操控,满足总装后多机型轮式拖拉机的自动随线上台和顺坡下滑下线的需要,而且还可随时依据需要,调控总装线运行链速,满足装配节拍的调整需要,且电控方法简单可行,安全可靠,具有很好的使用价值。     

轮式拖拉机减振系统的设计及理论分析

针对拖拉机在作业过程中产生振动的问题,设计了可以抑制振动的液压减振系统,详细解析了该系统应用的混合控制策略原理。利用MATLAB/SIMULINK仿真拖拉机作业时的随机路面,分析拖拉机的减振系统的簧载质量垂直加速度、动载荷及动行程时域响应曲线。结果表明:在田间作业时,拖拉机受到振幅在-0.052 3~0.0 5 0 4 m区间内的垂直随机振动;混合控制策略的z··s衰减速率为0.12;轮胎动载荷瞬间响应值为4.6×10-3N;动行程最终值为0.0 4 9 8 m;衰减平均速度为0.0 0 0 6 4 4 m/s。混合控制策略的拖拉机液压式减振系统优于天棚控制策略的减振系统,有效地减少了拖拉机振动。     

基于CAN总线的拖拉机导航控制系统设计与试验

为提高农业机械导航控制的准确性,在东方红-X804型拖拉机平台上设计了一种基于CAN总线的导航控制系统,该系统包括导航控制器、GPS定位系统、转向系统以及CAN通信模块。上位机节点采用嵌入式ARM处理器AT91SAM9261,以双闭环PID控制算法实现转向控制,并基于收发控制芯片SN65HVD1050D设计了CAN接口电路。功能节点分别实现转向控制、油门开度控制、制动控制、角速度测量以及机具升降控制。根据CAN2.0总线协议制定了主动节点和从动节点的数据传输通信协议。进行了CAN通信试验以及田间作业试验。结果表明,CAN总线系统能保证信号及命令传输,东方红拖拉机能按照规划路径进行行驶、转向、变速等操作。其中,转向系统的方波信号角度跟踪稳态时平均误差0.41°,跟踪时间为1.32s;拖拉机田间试验过程中,直线行驶的横向跟踪误差平均值为0.021m,地头转向的横向跟踪误差平均值为0.016m。     

拖拉机自动导航摩擦轮式转向驱动系统设计与试验

针对农机导航系统中使用传统拖拉机前轮转向驱动子系统机构复杂、装卸不便等问题,设计了一种摩擦轮式转向驱动系统。摩擦轮式转向驱动系统主要由驱动装置和相匹配的自适应模糊转向控制器组成。驱动装置采用平行四连杆机构以实现工作模式的快速切换,使用夹持固定方式实现便捷装卸。搭建了试验台架以获取摩擦轮驱动装置的滑移特性数据。同时设计适用于该驱动装置的自适应模糊转向控制器,基于液压系统离散传递函数和滑移特性数据建立了驱动系统递推仿真模型,采用该仿真模型构建遗传算法参数优化器对控制器参数进行在线优化。进行了仿真模型验证试验、遗传算法参数优化器性能对比试验和驱动系统性能试验,结果表明:仿真模型与实际系统基本一致;经过遗传算法参数优化后控制器阶跃响应上升时间减少15%,稳态误差达到3%标准所需调节时间减少29%,消除了振荡现象;所设计驱动系统的20°阶跃响应平均绝对稳态误差为0.197°,平均上升时间为2.0 s,稳态误差达到3%标准的平均调节时间为2.4 s,拖拉机前轮控制效果良好。应用试验表明驱动系统能基本满足拖拉机配套2BFQ-6型油菜精量联合直播机机组自动导航作业要求。     

履带式拖拉机运动控制系统设计与试验

我国拖拉机主要以手动操作为主,为提高拖拉机的作业强度、精度和效率,替代人工操作,为无线远距离控制、高精度自主导航、机械视觉导航和物联网等相关作业技术提供拖拉机运动控制接口,提出了在柴油发动机驱动履带式拖拉机底盘上搭载电子油门控制装置和电控液压转向装置的设计方案,可实现远程无线遥控固定角度转向、车速控制和实时返回状态数据等功能。试验表明:电子油门控制装置对油门拉杆控制响应速度快、控制准确,固定角度转向误差在±3°范围内,调试遥控器稳定控制距离350m,上位机无线接收稳定数据距离200 m。研究成果可为拖拉机运动控制系统设计与改进提供参考。     

基于东风1204拖拉机自动导航转向控制系统设计

以东风1204拖拉机为原型,通过分析拖拉机自动导航与车道偏离预警系统(LDWS)的异同,以LDWS转向控制模型为基础,推导出拖拉机动力学模型。通过分析液压转向机构工作原理,制定了液压自动转向机构的改装方案,并利用Sim Hydraulics工具箱搭建了液压自动转向系统模型,且基于此转向模型设计了自动导航拖拉机液压转向系统模糊控制器,在Mat Lab/Simulink中进行仿真试验。结果表明:所设计的转向系统模糊控制器具有良好的转向跟踪精度,其最大跟踪误差小于1°,控制效果良好。