大型喷杆喷雾机平衡底盘设计与运动仿真

发布时间：2020-10-23 03:20

　　 我国大型植保机械整体发展水平比较低,尤其是大型植保机械底盘平衡技术的应用,基本处于起步阶段。限制大型植保机械发展的主要原因之一是大型植保机械难以在不平整田间地面上平稳作业。目前,我国大面积防病虫害作业主要依靠大型喷杆喷雾机完成。大负荷喷杆喷雾机在不平整路面作业时,随着地面的上下起伏,机体也会发生晃动。一方面,喷杆喷雾机在作业过程中机身晃动会造成喷杆抖动,喷杆抖动使农药喷洒不均匀影响作业质量,抖动幅度过大时,喷杆会触碰到地面引起喷杆损坏、造成事故。另一方面,机身晃动会引起喷杆喷雾机承载的大质量药液晃动,药箱中晃动的药液会给药箱结构产生循环往复的冲击载荷,造成结构的疲劳破坏。喷杆的抖动会影响喷杆喷雾机的作业效率。落后的底盘平衡技术,成为喷杆喷雾机向大型化发展的“瓶颈”,制约了大型喷杆喷雾机的发展。如何解决底盘平衡技术,可以减小因地面起伏引发车体晃动,保证大型及超大型喷杆在作业中的稳定性。本次课题设计了一种喷杆喷雾机平衡底盘连杆机构,该机构为全低副机构,运动灵活,能够对两侧悬架摇臂的俯仰扰动输入产生一定的均化作用,从而能减小喷杆喷雾机车身的俯仰摆动,保证其运动平稳性;这种机构的另外一个主要作用是能够合理的分配各个车轮的受力,从而提高喷杆喷雾机田间作业时的牵引力。围绕喷杆喷雾机平衡底盘连杆机构,本次课题进行了如下研究:建立本次课题设计研究出的喷杆喷雾机平衡底盘连杆机构运动学模型,分析底盘连杆间的位置及运动关系,并将连杆的长度和位置进行参数化建立方程组,得出各个参数之间的相互关系。通过方程组可以确定喷杆喷雾机平衡底盘连杆机构在运动过程中的运动参数。运用多体动力学仿真软件ADAMS创建喷杆喷雾机平衡底盘连杆机构的三维仿真模型,对该底盘连杆机构进行运动学计算和仿真分析,通过仿真分析得到平衡底盘连杆机构左右悬架连杆与车身连杆的运动仿真角度曲线,仿真结果验证了喷杆喷雾机平衡底盘运动学模型的正确性和平衡底盘的平衡性能,为后续的平衡底盘连杆机构的研究应用提供了理论依据。建立了基于ADAMS的虚拟环境模型,对平衡底盘连杆机构设置必要的测量量。在ADAMS仿真软件中对喷杆喷雾机平衡底盘进行仿真试验,对比分析喷杆喷雾机平衡底盘连杆机构和普通刚性底盘在凹凸不平田间路面作业时喷杆的振动幅度。结合高等机构学中曲柄滑块机构的运动原理,本文设计了田间道路模拟四立柱振动试验台,四立柱振动试验台可以提供正弦波振动,通过控制柜对振动台振动频率的控制,本次设计的四立柱振动试验台能很好的模拟各种路面激励。最后,将制作完成的喷杆喷雾机平衡底盘原理样机和普通喷杆喷雾机刚性底盘放置在四立柱振动试验台上进行平衡性能测试,对比分析分析和验证了该平衡底盘优越的平衡性能。
【学位单位】：中国农业科学院
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2016
【中图分类】：S491
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 课题背景
        1.1.1 植物保护在农业生产中作用
        1.1.2 大型喷杆喷雾机底盘存在的问题
        1.1.3 大型喷杆喷雾机喷杆振动的危害
        1.1.4 喷盘喷雾机平衡底盘研究意义
    1.2 国内外大型喷杆喷雾机平衡底盘研究现状
    1.3 国内外平衡底盘研究成果
        1.3.1 底盘空气悬浮平衡技术
        1.3.2 底盘液压减震悬浮平衡技术
        1.3.3 通过机构学创新设计的平衡底盘悬架系统
    1.4 植保机械平衡底盘研究趋势
    1.5 平衡底盘的种类
    1.6 研究内容
    1.7 拟解决的关键问题
    1.8 研究技术路线
第二章 喷杆喷雾机平衡底盘连杆机构总体方案设计
    2.1 平衡底盘设计要求
    2.2 平衡底盘方案设计
        2.2.1 平衡底盘结构设计
        2.2.2 车体俯仰角与车体两侧左右悬架连杆摆动角的关系
    2.3 平衡底盘连杆机构结构形式
    2.4 平衡底盘连杆机构杆长的优化
        2.4.1 目标函数的建立
        2.4.2 杆长优化结果
    2.5 样机的主要部件选型及制作
        2.5.1 平衡底盘运动副的选择
        2.5.2 平衡底盘各连杆的选择
    2.6 本章小结
第三章 四立柱振动试验台的设计制作
    3.1 引言
    3.2 四立柱振动试验台简介
        3.2.1 四立柱振动试验台基本参数
        3.2.2 四立柱振动试验台性能指标
        3.2.3 四立柱振动试验台设计原则
    3.3 四立柱振动试验台的结构
        3.3.1 四立柱振动试验台的组成
        3.3.2 四立柱振动试验台的结构特点
        3.3.3 四立柱振动试验台机械系统的组成
        3.3.4 四立柱振动试验台控制系统的组成
    3.4 四立柱振动试验台主要部件的选型
        3.4.1 电机的选型及计算
        3.4.2 传动连杆及滑块导轨的选型
    3.5 四立柱振动试验台的工作原理
    3.6 本章小结
第四章 平衡底盘连杆机构的运动学分析
    4.1 机构的运动学分析方法
    4.2 空间机构的运动分析基础
        4.2.1 空间机构的位置和姿态
        4.2.2 坐标变换
    4.3 平衡底盘连杆机构的运动学分析
        4.3.1 位移分析
        4.3.2 速度分析
        4.3.3 加速度分析
    4.4 仿真分析
    4.5 本章小结
第五章 平衡底盘平衡性能仿真分析
    5.1 引言
    5.2 基于ADAMS的系统模型建立
        5.2.1 平衡底盘仿真模型的建立
        5.2.2 四立柱振动试验台仿真模型的建立及运动参数
        5.2.3 设置仿真系统测量量
    5.3 平衡底盘性能仿真试验
    5.4 仿真分析
        5.4.1 平衡底盘与刚性底盘的仿真对比试验
        5.4.2 平衡底盘喷杆转动副L阻尼系数仿真实验
    5.5 仿真试验结果
    5.6 本章小结
第6章 喷杆喷雾机平衡底盘连杆机构试验分析
    6.1 实验设备
        6.1.1 组合导航KY-INS110
        6.1.2 LVDT位移传感器
    6.2 试验方法
        6.2.1 车体俯仰角的测量
        6.2.2 左右悬架转动角度的测量
    6.3 喷杆喷雾机平衡底盘平衡性能试验
    6.4 试验结果及分析
    6.5 试验结论
    6.6 本章小结
第七章 全文总结
    7.1 研究结论
    7.2 本文主要创新点
    7.3 研究工作展望
参考文献
致谢
作者简历

【参考文献】

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本文编号：2852488