微耕机旋耕部件土槽试验台设计及试验研究

摘要

土槽试验台是研发农业机械整机或土壤耕作部件的有效平台。论文针对土槽试验台研制中存在的关键技术问题，进行土槽试验台相关设计理论与关键技术的研究，具有重要的理论意义和需求背景。　　论文以某企业实际需求为背景，基于应变检测原理开发了一套微耕机旋耕部件耕作阻力测试的试验平台。论文主要研究工作是：　　1、针对土槽试验台占地面积大、运行能耗高等问题，提出了集旋耕、土壤平整、土壤压实等功能于一体的小型土槽试验台新结构。该土槽试验台占地面积较小，长10米，宽1.5米。　　2、针对土槽试验台运行控制策略复杂等问题，提出了基于伺服电机的电动缸调节耕作深度、基于步进电机的同步升降机构调节土壤压实深度的方法。突破了传统土槽试验台采用液压系统实现深度调节的模式，简化了控制策略及流程。　　3、以某微耕机原型耕作部件、原型行走箱为基础，引入了旋耕刀辊对称布置的设计理念，并基于模块化设计方法完成了土槽试验车旋耕系统、土壤恢复系统、耕深调节系统、压实深度调节系统等功能模块的结构设计。　　4、根据土槽试验台车旋耕悬架、车架等关键部件的模态分析结果，采用拓扑优化方法对旋耕悬架进行了结构优化设计。优化结果表明：旋耕悬架第一阶固有频率从89.05Hz提高至152.39Hz，增幅达约71％，可有效避免共振。　　5、结合试验需求确定了旋耕系统、土壤恢复系统、耕深调节系统、压实深度调节系统等功能模块作业时的控制方法，并基于PLC、变频调速等技术开发了土槽试验车运行控制系统。　　6、结合微耕机旋耕部件的耕作原理，提出了基于应变检测原理的耕作阻力测试方案，并完成了八角环传感器的设计与标定。标定结果显示：自主研制的八角环传感器正向力R、切向力Q和弯矩T的主桥路线性系数分别为0.999、0.9895、0.9877。　　7、基于自主研制的八角环传感器，搭建了微耕机旋耕部件耕作阻力测试平台，并进行了初步的测试与分析。验证了土槽试验台结构设计的合理性、控制系统开发的有效性，以及耕作负荷测试系统的可行性。

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第一章 绪论

1.1 课题研究背景

1.2 国内外土槽试验系统的研究现状

1.3 研究目标与研究内容

1.4本章小结

第二章 微耕机旋耕部件土槽试验台结构设计

2.1 微耕机旋耕部件土槽试验系统方案设计

2.2产品模块化设计方法的基本概念

2.3 旋耕部件土槽试验台功能模块划分

2.4 土槽试验台各功能模块结构设计

2.5 旋耕部件土槽试验台设计结果

2.6 本章小结

第三章 土槽试验车关键部件模态分析及结构优化

3.1 有限元模态分析法

3.2 土槽试验车关键部件模态分析

3.3 基于拓扑优化方法的关键部件结构优化设计

3.4 本章小结

第四章 微耕机旋耕部件土槽试验车控制系统研究

4.1 土槽试验台车控制系统设计要点

4.2 土槽试验车控制系统设计

4.3 土槽试验车转速测量系统设计

4.4 土槽试验台电气控制箱研制

4.5 本章小结

第五章 微耕机旋耕部件耕作阻力测试系统设计及试验研究

5.1 微耕机旋耕部件耕作阻力测试方案

5.2 八角环传感器的研制

5.3 旋耕部件耕作阻力测试系统构建

5.4 旋耕部件耕作阻力初步测试试验及结果分析

5.5 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 论文主要研究工作

6.2论文创新点

6.3后期研究工作展望

致谢

参考文献

个人简历、在学期间发表的学术论文及取得的研究成果