喷杆式喷雾机药箱药液晃动三向力测量研究

摘要

喷杆式喷雾机是一种机动农业施药装备，为保证一定的连续工作能力，其背负的药箱容量往往占喷雾机满载重量的50％左右。国内外研究现状表明，喷杆式喷雾机田间作业时，由药箱内药液晃动产生的附加力会作用于喷雾机底盘上。药液晃动力会增加底盘及其他机组的振动幅度，由于喷雾机行走底盘离地间隙较高，喷雾机的行驶稳定性会降低甚至在极端状况下发生侧翻，增加了驾驶者的操作难度和风险系数。同时，喷雾机作业时的速度波动和摆振会导致出现重喷、漏喷现象.因此为保证施药的沉积均匀性要求喷雾机田间作业时尽可能保持匀速直线行驶。 针对这一问题，本文提出一种基于应变测量原理的喷雾机药箱药液晃动力测量方法，研制了测量喷雾机药箱药液晃动三向力传感器，通过田间试验测取了3WPJ-500D型喷杆式静电喷雾机在3种行驶速度，6种加液量直线行驶工况下药箱药液晃动三向力，分析了药液晃动三向力的特征和影响因素，推断了各方向力的最大值。 开展的研究工作和主要研究结论如下: (1)通过建立喷雾机药箱药液晃动简化力学模型，确定测试载荷构建了三向力测量系统，并研制了三向力传感器。利用ANSYS平台对传感器的结构进行了优化设计，使其在对目标载荷有较高显测性的前提下有较小的维间耦合。 (2)通过静态标定试验，完成了三向力传感器的标定和解耦工作，验证了该传感器能够有效的获取目标方向力并能在一定程度上避免其他力之间的干扰。 (3)通过田间试验，测量了3WPJ-500D型喷杆式静电喷雾机直线行驶工况下3种行驶速度和6种加液量的药箱药液晃动三向力。药箱药液晃动三向力是一种交变的载荷，主要频率范围在0～5Hz。药液晃动三向力的最大值出现在加液量400L、Ⅲ档(4.78km/h)行驶速度下的x方向力，大小相当于试验喷雾机满载重量的25.3％。 (4)根据试验结果分析了药箱药液晃动三向力影响因素。喷雾机行驶速度和加液量的增加都会增加药箱药液晃动三向力，当喷雾机的行驶速度一定时，加液量400L时药液晃动程度最为剧烈，但增至一定值后，加液量的增加对药箱药液晃动三向力不再有显著贡献。 (5)根据均方根结果，相同工况下的药液晃动三向力，x方向力最大，y方向力次之，z方向力最小。药液晃动三个方向力均方根的最大值出现在Ⅲ档(4.78km/h)行驶速度、500L加液量工况下，分别为x方向608N，y方向492N，z方向171N。根据耿贝尔(Gumbel)极值分布方法推断了药箱药液晃动三向力的极大值，分别为x方向力2100N，y方向力1800N，z方向力600N。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 国内外研究现状

1．2．1 喷雾机振动测量与影响因素研究

1．2．2 储液箱液体晃动与结构稳定性

1．2．3 国内外研究现状总结

1．3 研究内容与技术路线

1．3．1 研究内容

1．3．2 技术路线

第二章 喷雾机药箱药液晃动三向力测量方法

2．1 喷雾机药箱药液晃动力分析及所需测量的物理量

2．2 药箱药液晃动三向力测量系统

2．2．1 三向力测量系统的基本原理

2．2．2 三向力测量系统的组成

2．3 三向力传感器的设计

2．3．1 三向力传感器的设计要求

2．3．2 三向力传感器弹性体的结构设计

2．3．3 三向力传感器弹性体的结构优化

2．3．4 应变分析与应变片布置

2．5 本章小结

第三章 三向力传感器静态标定试验与解耦

3．1 三向力传感器维间耦合分析

3．2 三向力传感器静态标定与解耦

3．2．1 三向力传感器的静态标定

3．2．2 三向力传感器的解耦

3．3 本章小结

第四章 喷雾机药箱药液晃动三向力的田间测量试验

4．1 试验工况

4．1．1 试验因数水平

4．1．2 试验参数的测量

4．2 药箱药液晃动三向力测量系统的安装与调试

4．3 试验结果与分析

4．3．1 药箱药液晃动三向力时域分析

4．3．2 药箱药液晃动三向力影响因素分析

4．3．3 药箱药液晃动三向力频谱分析

4．4 药箱药液晃动三向力的极值推断

4．4．1 分布函数的拟合检验

4．4．2 极值分布推断药箱药液晃动三向力的极大值

4．5 本章小结

第五章 总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间的主要学术成果