大型高地隙喷雾机喷杆悬架设计与控制方法研究

发布时间：2020-11-19 23:48

　　大型高地隙喷杆喷雾机以其高效、环保、智能化等优点在全世界范围内得到广泛应用。喷杆悬架系统作为大型高地隙自走式喷雾机的重要组成部分,其结构和性能对喷杆的稳定性、喷雾均匀性和喷杆寿命等性能具有重要影响。当前由于缺乏对稳定、高效、低能耗、低成本的喷杆悬架系统基础理论研究和相关技术开发,导致国内大型喷雾机大多没有装备喷杆悬架,已经不能满足现代农业生产对植保机械的使用要求。本文以大型喷雾机喷杆悬架为研究对象,以提高喷杆的工作稳定性、作业效率为目标,开展了喷杆悬架系统的方案设计、系统建模、特性分析和控制方法研究,主要研究工作如下:(1)在查阅大量文献的基础上,对比分析了国内外大型高地隙喷雾机喷杆悬架系统的发展现状、关键技术和研究方法,总结提出当前喷杆悬架研究中需要解决的关键科学问题,并在此基础上确定了论文研究内容,制定了论文实施方案和技术路线。(2)针对喷杆易受喷雾机车身摆动影响而产生转动、偏转、摇动等有害运动的问题,综合分析现有喷杆悬架系统的结构和功能,设计了一种可实现被动减振、主动平衡和地面仿形的双连杆梯形喷杆悬架系统。基于达朗贝尔原理,建立了喷杆被动悬架和主动悬架的动力学模型,依据被动悬架动力学模型的时域和频域仿真结果,分析了悬架阻尼和悬架结构参数对喷杆被动悬架性能的影响规律,提出了喷杆被动悬架优化方案,并对喷杆主动悬架加入的必要性进行了分析;针对所建立的喷杆主动悬架动力学模型,仿真分析了喷杆主动悬架的动力学特性,为液压缸作动器的选择和喷杆主动悬架的控制提供了依据。(3)针对大惯量喷杆悬架液压系统易产生压力冲击和能量消耗的问题,设计了基于负载反馈和动压反馈的喷杆悬架液压系统;分析动压反馈吸收压力冲击的作用机理,对喷杆地面仿形液压系统中动压反馈装置的主要参数进行匹配。建立了地面仿形控制阀块性能分析模型,对其仿形提升和下降性能进行仿真分析;结合地面仿形控制阀块的数学模型,建立了喷杆地面仿形过程中的压力冲击分析模型,对喷杆地面仿形液压系统中动压反馈装置的压力冲击吸收效能进行仿真分析。(4)针对喷杆被动悬架低频性能不足和无法实现地面仿形的问题,结合喷杆主动悬架动力学和液压系统特性,建立了喷杆主动悬架控制模型,并以控制的快速响应性、稳定性和准确性为控制目标,以喷杆倾角为控制对象,制定了 PID、一般滑模和自适应模糊滑模变结构喷杆主动悬架控制算法,并在主动平衡控制的仿真分析中,对三种算法的控制性能进行了对比分析。(5)搭建了喷杆地面仿形控制阀块室内试验平台和喷杆悬架系统实车试验平台,并从地面仿形控制阀块静动态特性、喷杆被动悬架瞬态响应、主动平衡控制算法的实车信号跟随以及田间试验等方面,对地面仿形控制阀块性能、喷杆主被动悬架动力学特性和主动平衡控制效果进行试验验证,并与模型仿真分析结果进行了对比分析。
【学位单位】：中国农业大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2018
【中图分类】：S491
【部分图文】：

喷雾机,调节装置,斜坡,喷杆喷雾机

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作业管理系统,智能,喷雾机