丘陵山地拖拉机车身姿态自调整机构运动学与动力学分析

发布时间：2020-04-13 06:26

【摘要】：丘陵山地拖拉机作为丘陵山区最为常见的农用机械之一,在大力发展我国山区农业机械化进程中的作用越来越重要。丘陵山区地形因为具有坡度大、形状不规则、机耕道狭窄等特点,使得丘陵山地拖拉机在作业过程中存在操作难度大、作业质量差以及容易倾翻等诸多问题,严重影响了操作人员的人身安全。目前丘陵山地拖拉机中仅有少数微耕机具有车身调平功能,但是在作业过程中需要消耗较多的劳动力,也存在一定的安全隐患。若能设计出适用于丘陵山地拖拉机的车身姿态自调整机构,并将其应用于轮式丘陵山地拖拉机以适应丘陵山区特殊作业工况,则可以有效改善丘陵山区作业条件,对提高丘陵山地拖拉机稳定性和驾驶舒适性具有重要意义。基于此种需求,本文提出并设计了一种适用于35马力轮式拖拉机的新型车身姿态自调整机构,并对其进行了基于整机的运动学以及动力学研究,主要研究内容与结论如下。(1)基于项目规定的总体参数以及功能要求,设计研发了一种能够实现35马力轮式丘陵山地拖拉机车身调平功能并且能够传递发动机动力的新型车身调平系统。通过设计计算最终确定了车身姿态自调整机构的结构方案,并确定了前驱动桥调平液压缸行程为180mm,后驱动桥调平液压缸行程为281mm等关键参数。根据所设计结构方案建立了车身姿态自调整机构的三维模型。为实现车身姿态自调整机构的调平功能,设计了车身姿态自调整机构的液压系统方案。(2)根据车身姿态自调整机构的三维模型建立其运动学仿真模型,针对所设计的车身姿态自调整机构进行了运动学仿真分析,得到了调平液压缸缸杆等关键零部件在调平过程中的位移、速度、和加速度等曲线以及前驱动桥相对于车身的摆动角度随时间变化的关键参数,得到了前驱动桥相对于车身的摆动角度最大为5°,前驱动桥相对于后驱动桥的调平运动滞后1.9秒。通过车身姿态自调整机构的运动学仿真结果得到了车身自调整机构在实现调平功能的过程中各个工作部件的运动轨迹,验证了所设计的车身姿态自调整机构能够实现车身调平的功能且工作部件之间不发生干涉现象,为车身姿态自调整机构的实际应用提供了有效依据。(3)根据车身姿态自调整机构的三维模型建立其动力学仿真模型,分别对其进行了多种工况下的动力学仿真分析,得到了车身姿态自调整机构在匀速行驶工况、路面谱工况、启动工况、制动工况以及路面附着系数变化等工况下调平液压缸缸杆所受轴向力最大为5607.2N,同时得到了调平液压缸缸杆所受弯矩、扭矩随时间的变化情况。通过动力学仿真分析得到了调平机构关键零部件完整的受力情况,为后续的动态有限元仿真分析提供了有效的载荷参数。(4)基于丘陵山地拖拉机整机参数设计并搭建了具有车身姿态自调整功能的整车模型试验台。通过采用与车身姿态自调整机构相同的仿真方法得到了模拟车体的调平液压缸缸杆在调平过程中的位移、速度、加速度以及压力曲线,同时通过台架试验得到了模拟车体调平液压缸缸杆在调平过程中的位移、速度、加速度以及压力等曲线,将模拟车体运动学以及动力学的仿真结果与试验结果进行对比分析,平均误差均小于11%,该结果表明采用文中的仿真方法能够准确的得到车身调平系统各个关键部件的各项数据,从而验证了运动学与动力学仿真分析的正确性。
【图文】：

意大利

国外丘陵山地拖拉机的研究开始于 20 世纪 70 年代，已经取得了很多成果，并且研发出各具特点的丘陵山地拖拉机[11-12]，并且能够在不大于 27°的坡路上稳定的进行作业[13]。丘陵山地拖拉机行走系统多采用轮式四轮驱动、四轮转向结构或履带机构。意大利研制出能适应于全地形作业的多功能微型手扶拖拉机，该系列微型拖拉机具备轻巧灵活，易于操作，应用范围广，成本低等特点，其整车结构如图 1.1 所示。瑞士 Aebi 生产了 Terratrac 系列山地拖拉机，其整车结构如图 1.2 所示。美国的 JOHNDEERE、CASE-IH 研发了山地专用谷物联合收割机，其整车结构如图 1.3 所示。奥地利 Reform 生产了山地多用途 Mountry 系列拖拉机[14-16]，整机结构具有小型化、轻量化、低重心、长轴距、宽轮距等特点，集成有车身调平、驾驶座椅平衡调整、前后液压悬挂装置、液压制动等特点，其整车结构如图 1.4 所示。近年来随着网络信息技术的快速发展和普及，国外高端丘陵山地拖拉机已逐步向智能化操纵、自主作业方向发展。

瑞士,公司

国外丘陵山地拖拉机的研究开始于 20 世纪 70 年代，已经取得了很多成果，并且研发出各具特点的丘陵山地拖拉机[11-12]，并且能够在不大于 27°的坡路上稳定的进行作业[13]。丘陵山地拖拉机行走系统多采用轮式四轮驱动、四轮转向结构或履带机构。意大利研制出能适应于全地形作业的多功能微型手扶拖拉机，该系列微型拖拉机具备轻巧灵活，易于操作，应用范围广，成本低等特点，其整车结构如图 1.1 所示。瑞士 Aebi 生产了 Terratrac 系列山地拖拉机，其整车结构如图 1.2 所示。美国的 JOHNDEERE、CASE-IH 研发了山地专用谷物联合收割机，其整车结构如图 1.3 所示。奥地利 Reform 生产了山地多用途 Mountry 系列拖拉机[14-16]，，整机结构具有小型化、轻量化、低重心、长轴距、宽轮距等特点，集成有车身调平、驾驶座椅平衡调整、前后液压悬挂装置、液压制动等特点，其整车结构如图 1.4 所示。近年来随着网络信息技术的快速发展和普及，国外高端丘陵山地拖拉机已逐步向智能化操纵、自主作业方向发展。
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S219.85

【参考文献】