新型拖拉机液压系统对拖拉机机体的振动冲击分析研究

主阀为锥阀结构的拖拉机液压系统能够改善其泄漏和能耗的问题,但同时也能对拖拉机机体产生一定的振动冲击,本文通过建立该系统的数学模型和仿真模型研究了该新型液压系统对拖拉机振动的影响程度。     

基于DTW距离的拖拉机传动轴载荷样本长度计算方法

针对工程领域载荷样本长度确定方法对农业机械载荷适用性较差的问题,提出了一种基于动态时间扭曲(DTW,Dynamic Time Warping)距离计算载荷样本长度的方法。首先,运用无线扭矩传感器获取犁耕作业下拖拉机传动轴的动态载荷,结合传动轴犁耕作业下的载荷特点,划分作业工况;再将作业循环叠加并经过归一化处理后进行DTW距离计算,确定传动轴载荷样本长度;最后,计算参数外推中均值混合正态分布函数的拟合参数相对误差。结果表明,运用DTW距离方法确定的载荷样本长度,能够使均值双正态分布函数拟合得到的参数相对误差保证在10%以内。近似均值精度估计法和均值曲线拟合法的拟合参数相对误差最大值分别为126.06%和80.62%,而基于DTW距离计算方法的拟合参数相对误差最大值为5.43%,验证了基于DTW距离的载荷样本长度计算方法的适用性。研究结果可为拖拉机传动轴田间试验载荷样本长度确定提供参考。     

激光控制平地系统设计与试验分析

开发了用于农田平地的激光接收与控制装置、液压调节装置、平地铲等。利用该系统与Trimble公司的激光控制平地系统进行了平地对比试验。试验结果表明，该系统工作性能稳定，与国产中等功率拖拉机液压动力输出匹配较好。     

拖拉机驾驶室的人机工程学设计

人机工程学设计是车辆设计的一个重要部分。本文对拖拉机驾驶室设计中所涉及的人机工程学设计包括驾驶座椅设计、仪表盘及操纵装置设计、降噪设计等进行了介绍。从基本原理出发,分析了有关座椅设计、仪表盘设计及操纵装置设计、降噪设计的各种方法及研究进展,并提出了未来拖拉机驾驶室的人机工程学研究方向。     

基于改进NSGA-Ⅱ的大功率拖拉机变速箱箱体多目标优化

为实现大功率拖拉机变速箱箱体在强度、刚度要求下的轻量化,提出一种基于改进非支配排序遗传算法（Non-dominated sorting genetic algorithm-Ⅱ,NSGA-Ⅱ）的大功率拖拉机变速箱箱体多目标优化方法。首先,分析大功率拖拉机变速箱箱体的受力情况,提出承载式变速箱箱体的静力学仿真分析方法,利用ANSYS分析箱体的强度、刚度;然后,引入K-均值聚类算法、正态分布交叉算子（Normal distribution crossover,NDX）和差分变异搜索策略改进NSGA-Ⅱ算法,并开展算例测试,结果表明,改进NSGA-Ⅱ的解集分布均匀性和算法稳定性均优于NSGA-Ⅱ,寻优效果更好,验证了所提算法的有效性与优越性;最后,基于改进NSGA-Ⅱ算法开展变速箱箱体多目标优化,对优化后的箱体进行仿真分析验证。结果表明,优化后的箱体质量、最大变形量、最大应力分别为168.16kg、0.449mm、215MPa,优于NSGA-Ⅱ的168.16kg、0.454mm、216.12MPa,在满足强度、刚度要求的前提下达到了轻量化的目的,同时进一步验证了本文算法在解决大功率拖拉机变速箱箱体多目标优化问题中的有效性和优越性。研究可为大功率拖拉机变速箱箱体的仿真、优化过程提供方法参考。     

基于半实物仿真的丘陵山地拖拉机电液悬挂控制试验

针对丘陵山地拖拉机电液悬挂控制系统田间试验困难、可重复性差等问题,基于半实物仿真技术开展电液悬挂控制系统试验研究。首先通过对试验拖拉机和悬挂作业装置进行受力分析,建立了丘陵山地拖拉机整机动力学模型、铧犁体的土壤阻力模型和拖拉机悬挂装置动力学模型。然后对丘陵山地拖拉机电液悬挂系统横向仿形控制、位控制、牵引力控制以及力位综合控制的系统原理进行了分析,设计了丘陵山地拖拉机电液悬挂模糊PID控制器。之后搭建拖拉机电液悬挂控制系统半实物仿真试验平台,开发电液悬挂控制系统,开展电液悬挂系统仿地形控制、力控制、位控制和力位综合控制等试验,对比分析模糊PID控制和经典PID控制方法性能。试验结果表明,模糊PID控制性能较好：在位置控制模式下,模糊PID控制无超调,控制系统响应时间为0.6s,较经典PID控制提高约33.3%;耕深控制系统稳态误差约为0.05cm,较经典PID控制降低约50%;在力控制模式下,模糊PID控制耕深的跟随误差最大值为0.38cm,标准差为0.17cm,较经典PID控制分别下降了64.5%、39.3%,验证了所开发的电液悬挂控制系统的有效性。     

基于田间实测载荷的拖拉机转向驱动桥壳疲劳寿命分析

针对拖拉机作业过程中承载幅值大、随机非对称的特点,综合考虑应力集中、尺寸效应、表面质量和载荷特性等因素对疲劳寿命的影响,从相对应力梯度、疲劳损伤区域和实测载荷应力比3方面对传统应力场强法进行优化,获取修正S-N曲线,结合拖拉机田间作业的实测载荷数据,分析某88 kW拖拉机转向驱动桥壳的疲劳寿命,并与传统应力场强法的预测结果进行对比。结果表明,相比于传统方法的预测结果(31 860 h),优化后的应力场强法的预测结果(25 467 h)更接近实际工作寿命(24 000 h)。本研究可为农机装备关键零部件的疲劳寿命预测提供分析方法。     

基于改进NSGA-Ⅱ算法的拖拉机传动系统匹配优化

为实现拖拉机动力传动系统的最优化匹配,提高整机动力性和燃油经济性,提出一种基于改进非支配排序遗传算法（Non dominated sorting genetic algorithm Ⅱ,NSGA-Ⅱ）的拖拉机传动系统匹配优化方法。该方法引入正态分布交叉算子,在保证解集质量的基础上,扩大空间搜索范围,同时加入差分进化变异算子,抽取其中的差分向量与NSGA-Ⅱ算法结合,从而避免算法陷入局部最优,改善种群分布性。随后,以变速箱各挡传动比为输入变量,以驱动功率损失率和比燃油消耗损失率均最低为优化目标,通过分析拖拉机设计理论车速、传动比公比、驱动附着力限制等约束条件,建立了变速箱传动比匹配优化模型,利用改进算法对拖拉机变速箱传动比进行优化,并与原NSGA-Ⅱ算法及加权遗传算法进行对比。分析结果表明,改进NSGA-Ⅱ算法求得的解集分布评价指标SP优于原NSGA-Ⅱ算法,表明Pareto最优解分布更均匀,且更接近测试函数的真实Pareto前沿。经本文算法优化后,理论上拖拉机驱动功率损失率和比燃油消耗损失率分别降低了41.62%和62.8%,运输挡头挡爬坡度可提高2.35%,整机综合性能得到明显改善,且优化效果均优于对比算法,验证了本文方法的有效性,可为拖拉机传动系统设计与优化提供一定参考。     

电动拖拉机双电机耦合驱动系统传动特性研究

针对单电机驱动型式的电动拖拉机难以满足农田作业多工况的问题,提出了一种基于行星齿轮耦合的双电机驱动系统。根据电动拖拉机动力传动系统的结构方案,按多种作业类型对双电机耦合驱动系统的驱动模式进行分析。采用试验数据模型和理论模型相结合的方法,建立电动拖拉机驱动系统关键部件效率模型和整机纵向动力学模型,在此基础上搭建了电动拖拉机控制仿真试验模型。针对不同驱动模式设计了驱动系统综合控制策略,通过仿真试验得到两电机的功率分配规则。在搭建的传动性能试验平台上对双电机耦合驱动系统进行恒定负载试验和牵引性能试验。试验结果表明,两种试验条件下,主、副电机的功率分配比变化范围为1. 07～2. 73,恒定负载试验中,功率分配比为1. 88时系统效率最高,牵引性能试验时,功率分配比为1. 86时系统效率最高。双电机驱动系统能够跟随负载变化按照功率分配规则实现两电机的功率分配,满足作业负载的同时降低了功率损耗。     

丘陵山地拖拉机电液悬挂仿形控制系统研究

针对丘陵山地拖拉机作业地形复杂,传统电液悬挂控制系统地形适应性差的问题,设计了一套横向姿态可调的丘陵山地拖拉机电液悬挂仿形控制系统。根据丘陵山地拖拉机仿形控制作业需求,在传统悬挂结构基础上加装一个液压驱动旋转装置,设计了一种仿形悬挂机构,基于液压多点动力输出技术设计了带有负载反馈的闭心式液压控制系统,并提出了一种基于带死区的经典PID算法的控制方法。通过对阀控非对称液压缸工作原理的分析,建立了其数学模型并推导出仿形控制系统的传递函数,运用Matlab/Simulink建立了电液悬挂仿形控制系统的动力学模型并进行了仿真分析,仿真结果表明,系统在0°~11°阶跃信号的作用下,调整时间约为0.4s,几乎无超调,系统稳定后农机具横向倾角约为11.1°,稳态误差约为0.1°,仿真结果验证了该控制算法的有效性。通过对传统拖拉机的液压悬挂装置进行改装,将原来的手柄操纵式液压悬挂装置改装成带有虚拟终端的电液悬挂控制系统,搭建了仿形控制试验台并进行了室内台架试验,试验结果表明,系统调整时间约为2.2s,几乎无超调,系统稳定后农机具横向倾角约为11.2°,稳态误差约为0.2°,在系统允许误差（0.5°）范围内,试验结果验证了所设计的丘陵山地拖拉机电液悬挂仿形控制系统调节的快速性与稳定性,满足拖拉机等高线坡地作业需求。