高地隙折腰式水田动力底盘设计与试验

摘要

水稻是我国四大主粮之一，是种植面积最大、单产量最高和总产量最多的粮食作物。但我国水稻机械化整体水平较低，尤其是水稻种植运秧配套作业及田间施肥、植保喷药作业环节没有合适的通用作业机具，全部依靠人工来完成，不仅劳动强度大、作业时间紧、作业效率低，无法满足水稻生产全程机械化的发展。现阶段，国内外对于适合水稻种植运秧配套作业和田间施肥、植保管理作业的多功能机具及相关理论技术研究较少。在这样的环境下迫切需要一种灵活高效、安全可靠、适应性强和满足一机多用的高地隙折腰式水田动力底盘。
　　本文通过查阅大量相关文献，并根据目前我国水田现实情况，深入调查农户的实际需求，设计并研制了高地隙折腰式水田动力底盘。根据研究需要，对高地隙折腰式水田动力底盘的结构和工作原理进行详尽的介绍，并结合理论分析、计算机仿真及试验研究等方法进行了深入的探讨，在技术可行性和结构配置合理性的前提下，完成高地隙折腰式水田动力底盘的设计，并进行相关试验验证。主要研究内容如下:
　　(1)针对国内水稻种植模式和农艺要求，考虑机器田间作业效率、田间行走及对地表的压实等因素，确定水田动力底盘的总体结构方案。设计动力底盘采用四轮驱动、折腰转向方式，配套动力16.8 kw;设计高地隙折腰式水田动力底盘的基本参数:最低离地间隙为560 mm、轴距为2100 mm，轮距为1600 mm，保证动力底盘在水田内较好的通过性;配套不同工作装置可完成水田秧苗运输、田间施肥和植保喷药等作业。
　　(2)在确定高地隙折腰式水田动力底盘的基本参数基础上，对主要零部件进行选型设计，包括传动系传动比分配、机械传动方案的确定及变速箱设计选型等;行走系车架的设计和水田轮胎的设计选型等;转向系折腰转向机构设计和全液压转向系统设计等。
　　(3)应用有限元分析软件ANSYS workbench对车架模型进行静动态特性分析，建立车架的有限元模型，分析车架分别在满载状态下的弯曲、扭转、紧急转弯和紧急制动四种工况的静态特性，探究动力底盘的车架结构在各种工况下的薄弱环节和应力集中区域;对车架在自由状态下的动态特性进行模态分析，计算出车架结构前六阶的固有频率和振型，保证动力底盘的低阶振型能够避开常见的外部激励频率范围，避免共振现象的发生。
　　(4)建立动力底盘行驶过程和越埂过程的数学模型，分析动力底盘横向和纵向稳定性，研究底盘车架结构对整体稳定性的影响，同时对底盘通过性几何参数和越埂性能进行理论分析，得到前后轮理论越埂高度分别为306 mm和348 mm，并对底盘发生顶起失效和触头失效的条件进行分析计算。
　　(5)对水田动力底盘进行田间性能试验，对底盘的田间行驶速度、转弯半径、及田面平整度分别进行了试验，测出动力底盘行驶速度范围为1-14 km/h，其中，水田行驶最高速度达到5.4 km/h，道路行驶最高速度可达14 km/h;底盘最小转弯半径为4440 mm，最高跨越田埂高度为540 mm，试验结果表明底盘工作性能达到预计要求。

目录

声明

摘要

1 引言

1．1 研究的目的与意义

1．2 国内外研究动态

1．2．1 国外研究动态

1．2．2 国内研究现状

1．3 折腰转向技术的国内外研究现状

1．4 研究的主要内容和技术路线

1．4．1 研究的主要内容

1．4．2 技术路线

2 水田动力底盘总体方案设计

2．1 总体结构设计

2．1．1 设计依据

2．1．2 驱动方案确定

2．1．3 总体方案设计

2．2 基本参数确定

2．2．1 动力底盘直线行驶模型

2．2．2 发动机选型

2．2．3 理论质量的确定

2．2．4 外形尺寸确定

2．3 平衡装置设计

2．4 三维模型的建立

2．5 本章小结

3 关键系统设计

3．1 传动系统设计

3．1．1 传动方案确定

3．1．2 传动比分配

3．1．3 变速箱方案设计

3．2 行走系统设计

3．2．1 车架设计

3．2．2 轮胎选型

3．3 转向系统设计

3．3．1 折腰转向原理

3．3．2 转向机构设计

3．3．3 全液压转向系统设计

3．4 本章小结

4 车架有限元及模态分析

4．1 有限元模型的建立

4．1．1 模型简化和网格划分

4．1．2 车架的载荷处理

4．2 车架有限元静态分析

4．3 车架模态分析

4．3．1 模态分析理论基础

4．3．2 解析模态分析

4．4 本章小结

5 水田动力底盘性能分析

5．1 动力底盘稳定性能

5．1．1 纵向极限翻倾角

5．1．2 纵向滑移角

5．1．3 横向翻倾角

5．1．4 横向滑移角

5．2 动力底盘通过性能

5．2．1 通过性几何参数

5．2．2 间隙失效分析

5．2．3 越埂性能分析

5．3 本章小结

6 水田动力底盘田间试验

6．1 试验前准备

6．2 试验与结果分析

6．3 本章小结

7 结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文