轻小型平移式喷灌机研制及其稳定性分析与试验

摘要

本文系“十三五”国家重点研发计划“适宜西北典型农区的绿色高效节水灌溉装备研制与开发”（编号：2016YFC0400202）、江苏省重点研发计划（现代农业）（编号：BE2015316），江苏省农机三新工程项目“高效智能水肥一体化喷灌机的研发及应用”（编号：NJ2016-11）等项目的部分研究内容。随着水资源短缺与社会发展之间矛盾凸显的今天，大力发展节水灌溉是解决我国水资源短缺的根本出路。针对目前国内外喷灌机组的发展中存在的适应性差、设备复杂、结构笨重等问题，研制出一种新型轻小型平移式喷灌机。本文通过对其结构的理论分析、强度计算以及与动力学建模仿真相结合的方法，对自制的轻小型平移式喷灌机进行结构设计并讨论其在不同坡道的通过稳定性。在特定试验条件下对喷灌机组的水力性能进行试验。
　　本研究主要内容包括：⑴对自行研制的平移式喷灌机的关键部件的设计,使得喷灌机具有易拆卸、喷头安装高度与间距可调的特点。通过对洒水车的关键部件的受力理论分析，提出提高构件结构强度的方法；对喷灌机自动控制的要求提出简单、方便的控制方法。⑵对轻小型喷灌机在坡地的通过稳定性进行理论受力分析，提出了影响轻小型平移式喷灌机爬坡能力的因素，其中包括机组轮距、质心高度以及附着系数。结果表明：在纵向坡道上匀速行驶，机组前后轮距为3m，质心高度为3.37m时，机组不发生翻倾的极限坡度角αlim约为26°。在湿土路的附着系数为0.5~0.7的条件下，最大滑移角度tlim为31°。⑶对轻小型平移式喷灌机进行多体动力学建模仿真。运用多体动力学仿真软件ADAMS对该机组进行动力学建模，让建立的整机模型在2D水平路面与不同坡道上分别进行整车通过性能分析，并通过传感器检测质心高度的变化情况。结果表明：该新型喷灌机整车的最大爬坡角度小于等于25°时，能够顺利完成仿真，在大于25°时，机组发生侧倾不能正常工作。同时，运用虚拟样机技术对整机进行仿真与计算，为以后喷灌机组的研发与推广使用提供了一种高效的试验方法。⑷新型平移式喷灌机的喷头在特定的安装高度、安装间距、工作压力下进行水力性能试验；对机组灌水量的影响因子进行单因素方差分析与最小二乘法非线性回归分析，同时对影响其灌水量的主要因素之间进行定量分析。结果表明：在喷头组合间距为3m，安装高度为1m，工作压力为0.07MPa与0.14MPa下，组合喷灌均匀系数均超过了85%，分布均匀性系数也达到了80%。机组运行距离与工作压力对灌水量影响的显著性概率分别为0.74和0.08，运行速度比对灌水量的显著性概率为8.2e-7。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 研究背景

1.2 国内外研究现状及存在问题

1.3 发展趋势

1.4 本文研究的主要内容

第2章 轻小型平移式喷灌机的研制及关键部件分析

2.1 整机结构设计及其工作原理

2.2 关键部件的设计

2.3 本章小结

第3章 轻小型平移式喷灌机稳定性及多体动力学仿真

3.1 喷灌机组的运动学和牵引力学

3.2 机组的静态稳定性

3.3 轻小型平移式喷灌机的虚拟样机模型

3.4 轻小型平移式喷灌机仿真试验

3.5 本章小结

第4章 水力性能分析和灌水量与行走速度关系试验

4.1 轻小型平移式喷灌机喷灌均匀性研究

4.2平移式喷灌机灌水量与行走速度关系试验

4.3 本章小结

第5章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

附录

参考文献

致谢

作者攻读硕士学位期间取得的相关科研成果