抓草机工作装置的智能控制系统设计
发布时间：2020-10-14 18:41
本文对近年来焚烧秸秆屡禁不止,造成大气污染的现象进行了分析,认为其主要原因是缺少高效的秸秆收集装载机械,在秸秆收集加工过程中形成薄弱环节,从而影响秸秆的综合利用。因此,完善秸秆收集、运输、加工处理系列机械,提高系列机械的综合性能,对推进秸秆综合利用程度的提升具有重要意义。抓草机是秸秆机械化收集和装载运输必不可少的装备之一,近年得到了快速发展,特别是在向着减轻驾驶的疲劳强度、提高驾驶的舒适性等综合性能和智能化控制方面,成为研究的热点。研究通过实地考察和查阅资料,分析了抓草机的现况及其相关智能控制技术的需求,介绍了工作装置的结构及其工作过程,并对工作装置进行了力学分析、对动臂部分进行了有限元分析、对举升油缸进行仿真分析。于此,提出了基于CAN总线的抓草机工作装置的智能控制系统方案,设计了硬件模块、软件结构,并进行了源程序的编写。工作装置智能控制系统包括两个子系统:抓取质量记录系统和抓举高度显示系统。抓取质量记录系统完成对抓举货物的称重以及超载预警功能;抓举高度显示系统利用气压随高度升高而下降的原理显示抓举货物的具体高度位置。最后对抓草机的发展趋势进行了探讨,提出抓草机应在智能化控制的基础上有五个大的发展方向:总线化,两极化,系列化,网络化,绿色化。本文提出并设计了抓草机工作装置的智能控制系统,实现了货物称重,超载预警和高度显示的功能,对推进抓草机的智能化发展有一定的指导意义。
【学位单位】：河南农业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：S22
【部分图文】：
工作装置的电子控制：包括动臂举升自动限位电子控制系统、抓头自动放平电子控制统、工作装置行驶减振电子控制系统和有效载荷测量系统等。销轴润滑系统：能为工作装置上的销轴提供润滑服务，并使销轴作业易于完成。液压泵电子管理系统：自动监控液压泵的运行状态[15]。上述的电子控制技术在国内外的装载机上都各有应用，如果稍加变化将其应用在抓草上是可行的。3 抓草机工作装置结构，工作过程及其设计要求抓草机工作装置主要由爪头和支持爪头进行抓举作业的连杆系统组成，依靠这套装置草机可以对散料以及其它货物进行装载作业。3.1 工作装置结构抓草机工作装置的结构和性能直接影响整机的工作尺寸和性能参数，因此工作装置的理性直接影响抓草机的生产效率、工作负荷、动力与运动特性、不同工况下的作业效果、作循环周期、外形尺寸和发动机功率等。抓草机工作装置有多重形式，根据杆数和运动特可分为正转四杆、正转五杆、正转六杆、反转六杆、正转八杆等类型。本文以常见的反转杆式结构的工作装置为例，叙述工作装置的结构组成。
空载运输工况：卸载结束后，抓草机再由卸载地点空载返回装载地点。3.3 工作装置设计要求根据抓草机的作业特点，其工作装置的设计应满足以下要求：①抓草机工作装置应具有较强的作业能力，爪头插入料堆的阻力要小，插入料堆后的抓起力度大、能耗小。工作装置的各个杆件受力状态良好，强度寿命合理。结构和工作尺寸适应生产条件需要，且生产效率高。工作装置结构简单紧凑，制造及维修容易，操作使用方便。②爪头由运输工况被举升到最高卸载位置的过程中，爪头应作平移运动，以此避免物料撒出。③抓草机爪头在从运输工况至最高位置之间的任一高度都能使物料完全卸载，因此工作装置的卸载角、卸载高度和卸载距离需设计合理。④爪头能自动放平，即爪头在最高位置卸载后，闭锁翻转油缸，下放动臂，爪头能自动变为插入工况的功能。⑤抓草机各个工况作业时，工作装置不能出现构件互相干扰、死点、自锁和机构撕裂等现象。4 工作装置的静力学分析以某厂某型抓草机为例进行静力学分析，该型号抓草机如图 4-1 所示，具体参数见表4-1。
玉米秸秆 5-10 0.06-0.068大豆秸秆 1-1.5 0.004-0.0045表 4-3 料堆高度系数 K2料堆高度（m） 4 5 6 7 8 9 10K20.55 0.6 0.8 0.9 1.00 1.05 1.10（2）掘起阻力掘起阻力是指爪头插入料堆一定深度后，举升动臂时物料对爪头的反作用力。掘起阻力同样与物料的种类、密度、松散程度以及物料与铲斗之间的摩擦阻力有关。掘起阻力主要是剪切阻力。最大掘起阻力通常发生在爪头开始举升的时刻，此时爪头中物料与料堆之间剪切面积最大，随着动臂的举升掘起阻力逐渐减小。由试验得出爪头开始举升时物料的掘起阻力符合下式F = 2.2KBL （式 4-2）式 4-2 中 Fz——爪头开始举升时物料的掘起阻力，单位 N；K——开始举升爪头时物料的剪切应力，它通过试验测定；B——爪头宽度，m；Lc——爪头插入料堆的深度，m。（3）翻转阻力矩当爪头插入料堆一定深度后，用抓取油缸使上爪齿向下爪齿方向作抓紧物料的动作，翻转油缸使爪头向后翻转 α 角（防止物料运输过程中物料倾撒），然后动臂提升至运输位置。
【参考文献】
本文编号：2841036
【学位单位】：河南农业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：S22
【部分图文】：
工作装置的电子控制：包括动臂举升自动限位电子控制系统、抓头自动放平电子控制统、工作装置行驶减振电子控制系统和有效载荷测量系统等。销轴润滑系统：能为工作装置上的销轴提供润滑服务，并使销轴作业易于完成。液压泵电子管理系统：自动监控液压泵的运行状态[15]。上述的电子控制技术在国内外的装载机上都各有应用，如果稍加变化将其应用在抓草上是可行的。3 抓草机工作装置结构，工作过程及其设计要求抓草机工作装置主要由爪头和支持爪头进行抓举作业的连杆系统组成，依靠这套装置草机可以对散料以及其它货物进行装载作业。3.1 工作装置结构抓草机工作装置的结构和性能直接影响整机的工作尺寸和性能参数，因此工作装置的理性直接影响抓草机的生产效率、工作负荷、动力与运动特性、不同工况下的作业效果、作循环周期、外形尺寸和发动机功率等。抓草机工作装置有多重形式，根据杆数和运动特可分为正转四杆、正转五杆、正转六杆、反转六杆、正转八杆等类型。本文以常见的反转杆式结构的工作装置为例，叙述工作装置的结构组成。
空载运输工况：卸载结束后，抓草机再由卸载地点空载返回装载地点。3.3 工作装置设计要求根据抓草机的作业特点，其工作装置的设计应满足以下要求：①抓草机工作装置应具有较强的作业能力，爪头插入料堆的阻力要小，插入料堆后的抓起力度大、能耗小。工作装置的各个杆件受力状态良好，强度寿命合理。结构和工作尺寸适应生产条件需要，且生产效率高。工作装置结构简单紧凑，制造及维修容易，操作使用方便。②爪头由运输工况被举升到最高卸载位置的过程中，爪头应作平移运动，以此避免物料撒出。③抓草机爪头在从运输工况至最高位置之间的任一高度都能使物料完全卸载，因此工作装置的卸载角、卸载高度和卸载距离需设计合理。④爪头能自动放平，即爪头在最高位置卸载后，闭锁翻转油缸，下放动臂，爪头能自动变为插入工况的功能。⑤抓草机各个工况作业时，工作装置不能出现构件互相干扰、死点、自锁和机构撕裂等现象。4 工作装置的静力学分析以某厂某型抓草机为例进行静力学分析，该型号抓草机如图 4-1 所示，具体参数见表4-1。
玉米秸秆 5-10 0.06-0.068大豆秸秆 1-1.5 0.004-0.0045表 4-3 料堆高度系数 K2料堆高度（m） 4 5 6 7 8 9 10K20.55 0.6 0.8 0.9 1.00 1.05 1.10（2）掘起阻力掘起阻力是指爪头插入料堆一定深度后，举升动臂时物料对爪头的反作用力。掘起阻力同样与物料的种类、密度、松散程度以及物料与铲斗之间的摩擦阻力有关。掘起阻力主要是剪切阻力。最大掘起阻力通常发生在爪头开始举升的时刻，此时爪头中物料与料堆之间剪切面积最大，随着动臂的举升掘起阻力逐渐减小。由试验得出爪头开始举升时物料的掘起阻力符合下式F = 2.2KBL （式 4-2）式 4-2 中 Fz——爪头开始举升时物料的掘起阻力，单位 N；K——开始举升爪头时物料的剪切应力，它通过试验测定；B——爪头宽度，m；Lc——爪头插入料堆的深度，m。（3）翻转阻力矩当爪头插入料堆一定深度后，用抓取油缸使上爪齿向下爪齿方向作抓紧物料的动作，翻转油缸使爪头向后翻转 α 角（防止物料运输过程中物料倾撒），然后动臂提升至运输位置。
【参考文献】
相关期刊论文 前5条
1 曾霖;;多功能汽车警报系统[J];电子设计工程;2013年24期
2 孙敏;张晓钟;杨毅;王亮亮;;基于Proteus的汽车起重机监控系统设计[J];机械设计与研究;2013年02期
3 吴国祥;李玉河;;工程机械智能化与信息化发展概况[J];工程机械;2013年01期
4 陈启鹏;熊巧巧;周成;;汽车侧翻预警报警装置的研究[J];机械与电子;2012年11期
5 史建慧;;货车超载自锁控制系统研究[J];交通标准化;2011年11期
相关硕士学位论文 前9条
1 彭丹;装载机工作装置动力学仿真与有限元分析[D];长安大学;2015年
2 刘颖莉;轮式装载机动臂结构的应力分析[D];延边大学;2014年
3 王凯;装载机智能动态称重系统设计[D];中原工学院;2011年
4 孟庆刚;挖掘机装卸超载报警系统的设计[D];黑龙江大学;2010年
5 王晓宁;装载机工作装置动臂框架工作状态的力学分析[D];山东大学;2008年
6 朱宁贺;装载机智能称重仪设计[D];西南交通大学;2008年
7 李延吉;容栅高度仪的研究与设计[D];沈阳工业大学;2008年
8 李相锋;挖掘装载机工作装置及其液压系统仿真[D];吉林大学;2006年
9 申文清;装载机工作装置的虚拟优化设计及有限元分析[D];吉林大学;2005年
本文编号：2841036
本文链接：https://www.wllwen.com/nykjlw/nygclw/2841036.html
