大型高地隙喷雾机喷杆模态分析与试验

针对高地隙喷雾机在田间地面激励下喷杆振动大的问题,对悬浮挂接喷杆进行模态特性研究。通过Inventor建立喷杆三维模型,利用ANSYS Workbench对喷杆模型进行动力学模态仿真分析,得到各振动方向有效质量参与量0.85以上时,喷杆前60阶固有频率均在120 Hz以下,振型主要集中在垂直方向振荡和翻转。采用锤击法对喷杆进行动力学模态试验,对比仿真分析和试验结果得出:喷杆前10阶模态频率差均＜7%,各阶振型对应的MAC均＞0.9,喷杆模态仿真模型正确和结果可信。研究结果可为喷杆振动特性和振动性能分析提供依据。      

喷雾机前后轮相继激励下喷杆理想运动响应提取

为使真实路面激励可以用于喷杆喷雾机的系统辨识和系统特征评价,建立了在路面单侧激励条件下,从路面激励相继作用于喷雾机前、后轮时的喷杆运动响应中,提取路面激励仅作用于喷雾机前轮时的喷杆理想运动响应的方法。试验结果表明,所提方法可获得与实测响应值间可决系数为0.9551的模型预测值。获得的喷杆理想运动响应用于喷杆运动响应特性分析的同时,也为路面激励仅作用于喷雾机后轮时的喷杆理想运动响应的提取提供了依据。     

喷雾机前后轮相继激励下喷杆理想运动响应提取

为使真实路面激励可以用于喷杆喷雾机的系统辨识和系统特征评价,建立了在路面单侧激励条件下,从路面激励相继作用于喷雾机前、后轮时的喷杆运动响应中,提取路面激励仅作用于喷雾机前轮时的喷杆理想运动响应的方法.试验结果表明,所提方法可获得与实测响应值间可决系数为0.955 1的模型预测值.获得的喷杆理想运动响应用于喷杆运动响应特性分析的同时,也为路面激励仅作用于喷雾机后轮时的喷杆理想运动响应的提取提供了依据.     

双钟摆主被动悬架式大型喷雾机喷杆动力学仿真与试验

大型喷杆式喷雾机在田间作业时,喷杆运动严重影响了喷雾分布,悬架系统是控制喷杆动力学行为的关键装置,既要隔离来自车体的高频扰动,又要使喷杆跟踪低频的地面坡度变化,时刻保持与地面(或作物冠层)平行。为了研究双钟摆主、被动悬架机构的动力学特性,综合考虑车体运动耦合作用、地形坡度变化、摩擦等因素,使用第二类拉格朗日动力学方法建立描述喷杆动力学行为的数学模型。首先进行被动悬架动态特性研究,分析阻尼、摩擦、摆钟长度等因素对响应特性的影响;然后建立基于液压比例控制的主动悬架Matlab/Simulink仿真模型,揭示控制系统增益系数、时间常数、悬架结构参数等对喷杆响应特性、跟踪误差的影响规律。利用Stewart六自由度运动模拟平台及动态测试系统,对28 m大型喷杆悬架系统进行瞬态响应测试和频响测试,频响试验值与数学模型预测值均方根误差为0.087,表明模型可用于预测喷杆动态响应特性,指导悬架参数科学配置。     

小型油动无人直升机机架振动特性与试验研究

农用油动植保无人直升机在航空作业时因受到发动机、旋翼、传动箱动力载荷激励作用与无人机表面附面层紊流强度的影响,导致机身及相连施药关键部件的振动。若机架与喷杆连接点的激励频率与喷杆固有频率接近或相等,则会引起两者共振,强烈的振动甚至会影响无人机的飞行姿态。因此,为了保证植保无人机的安全飞行,获得机架的振动特性是研究的首要任务。为此,以小型油动无人直升机为研究对象,建立无人机机架的有限元模型,应用ANSYS Workbench对模型进行自由振动状态下的模态分析,获得前8阶非刚体模态固有频率和振型,通过模态试验验证模型的准确性。试验中,试验模态与解析模态模态频率差均小于10%,模态置信准则均大于0.8,试验结果表明:有限元模型能够反映机架振动特性,随着机架固有频率的增长,振型变化越来越复杂,由机体单向摆动向机体多向同时扭摆转变,变形最大部位在喷杆、起落架、尾管处。该研究为后续展开谐响应分析与喷杆结构优化研究提供了理论依据,旨在避免喷杆与机体产生共振。     

大功率拖拉机驾驶室振动仿真与试验验证

针对路面不平度引起的拖拉机振动及驾驶员驾驶疲劳等问题，以大功率拖拉机为研究对象，基于车辆动力学理论建立六自由度人-椅-路面拖拉机振动模型，仿真拖拉机动态工况下人椅系统的振动传递过程。为验证模型的准确性，在田间及沥青道路上进行实车试验，测量动态工况下拖拉机座椅及人体头部、腰部、腿部的振动加速度，并与模型仿真结果进行对比；通过加速度响应的时域和频域分析，把加权加速度均方根值作为评价指标，对驾驶员的振动舒适性进行评价分析。结果表明：建立的人椅系统模型与振动试验的结果有很高的一致性，模型具有良好的预测效果，且驾驶员测量部位因振动产生的不舒适感由低到高为头部、腿部、腰部，为拖拉机减振及座椅设计提供了参考。     

喷杆喷雾机机架动态特性分析与减振设计

在Pro/E中建立了喷杆喷雾机机架的三维模型,在Hypermesh中建立了机架的有限元模型,并导入到ANSYS中进行了自由模态分析,并通过模态实验分析了机架的振动特性并验证了有限元模型的准确性.结合模态分析结果,分析了外部激励对机架动态特性的影响,发现发动机1、2阶往复惯性力的频率会导致机架共振.通过谐响应分析得到机架的振动情况,提出了避免机架与发动机共振的方案,对比了减振前、后的机架位移响应幅值.结果表明,安装橡胶减振元件后机架的动态特性得到明显改善,提高了整机的操纵舒适性.     

三轮农用车车架有限元动态性能分析

对某型三轮农用运输车车架进行了动态有限元仿真分析,建立了以板单元为基本单元的有限元计算模型,利用分析软件对其进行了模态分析、发动机激励下的振动分析以及路面随机振动分析.同时,通过模态试验和发动机激励下车架响应电测试验验证了计算结果,了解了该车架动力特性,也为车架结构的进一步分析和优化奠定了基础.     

复杂激励下小型甘蔗收获机切割器振动分析

甘蔗宿根破头率偏高是阻碍小型甘蔗收获机应用研究的主要瓶颈问题。据前期研究发现,抑制切割系统的振动能有效降低甘蔗宿根破头率。为此,通过理论分析、仿真和试验探究在各种振动激励源的冲击载荷作用下切割系统的动态特性及切割器的振动特性。结果表明:蔗地路谱激励频率范围在0~10Hz,发动机激励、砍蔗激励可通过力的正弦函数来描述;砍蔗系统前两阶固有频率为24.114Hz和34.454Hz,所构建的有限元模型较准确;复杂激励下切割器位移响应幅值最大的频率为84.7、6.22、8.10Hz,激励频率为61.36Hz时Y向位移最小。     

基于微分平坦与自抗扰控制的伸缩臂抖动抑制研究

采用主动抑振系统快速抑制冲击作用下的套叠结构臂体振动。考虑到臂体末端变形量不易测量的问题,将伸缩臂模型等效为由扭簧连接的两刚性杆系统,以变幅力矩为输入、两杆仰角为输出,建立拉格朗日动力学模型。将第1杆仰角与第2杆末端加速度合成微分平坦输出,构建单输入、单输出的二阶系统。采用线性自抗扰控制器,根据杆长变化实时更新扩张状态观测器和控制回路参数,使系统参数的物理意义明确,简化了整定过程。仿真和实验结果表明,在不同臂长条件下,均能实现2 s内消除抖动并保持仰角设定值稳定的效果。该方法整定过程直观、简便,在简化模型条件下,根据外伸长度调整控制系统参数,保证了系统的抗扰能力持续有效。     

喷雾机喷杆有限元模态分析与试验

针对喷杆喷雾机在田间正常作业时由于路面凹凸不平所引起的喷杆振动问题,对一种五段式喷杆进行了研究。利用Pro-E建立了该喷杆的三维几何模型,并采用ANSYS对该喷杆的有限元模型进行模态分析,求解出喷杆的前8阶固有频率和模态阵型,结果显示:前6阶固有频率均在10Hz以下,喷杆容易发生共振。通过锤击法对该喷杆进行模态试验,对比有限元试验与模态试验,结果发现:喷杆前8阶共振频率差均小于10%,各阶振型所对应的模态置信准则都大于0.8,验证了理论分析的准确性。此次有限元分析可为喷杆的进一步优化设计和动力学分析提供理论依据。     

喷雾机喷杆有限元模态分析与结构优化

在ANSYS中建立了喷杆的参数化有限元模型,并验证了模型的准确性。根据喷杆的模态分析结果在ANSYS中对喷杆结构进行了优化,在质量增加8.4%的情况下,喷杆一阶固有频率从9.16 Hz增加到了10.41 Hz,避开了路面激励的频率区间。结合ADAMS对喷杆优化前、后作业时的弹性变形作了对比,结果表明:优化前喷杆末端在水平方向最大弹性变形Dbmax为39.6 mm,均方根为12.6 mm;优化后喷杆在水平方向最大弹性变形Damax为10.1 mm,均方根为2.9 mm,喷杆经过优化后其水平方向弹性变形明显减小。     

喷杆式喷雾机水平折叠喷杆设计与试验

针对喷杆式喷雾机在农作物生长中后期进行施药作业时需加装吊喷杆、分禾器等施药辅助装置,而加装后立式折叠喷杆易产生干涉,甚至无法折叠等问题,设计一种基于3WF-1000型喷杆式喷雾机的宽幅水平折叠喷杆.采用解析法与遗传算法对喷杆水平展开机构及喷杆展开角速度进行优化设计,实现喷杆水平展开与折叠动作的流畅、平稳;提出一种喷杆偏...     

基于ABAQUS的喷雾机喷杆结构拓扑优化

喷杆喷雾机在田间正常作业时,由于地面不平产生的激励会传递到喷杆上,导致喷杆的振动问题。为此,对一种喷杆结构进行了拓扑优化,从喷杆的内部材料布局出发,得到最合理的喷杆材料分布,通过优化喷杆自身的结构来改变喷杆的固有频率,使喷杆的固有频率远离激振源的共振频率区间。以材料的畸变能密度为优化目标,在ABAQUS软件中采用变密度法对初始喷杆结构进行了结构拓扑优化设计,并对优化前后喷杆结构的动力学特性进行了比较,验证了此次拓扑优化的合理性。结果表明:在该喷雾机喷杆的质量减少16.3%的情况下,喷杆的1阶固有频率增加了9.56Hz,有效避开了激振源的频率区间,减轻了喷杆的振动。本文可为喷雾机喷杆的动力学特性研究与结构优化提供理论依据。     

喷杆运动与喷雾沉积分布变异系数关系试验研究

喷杆式喷雾机被广泛用于作物病虫草害的防治和液态化肥的喷施,可以增大农作物的产量;然而,喷雾机在起伏不平的田间行驶时,地面起伏会导致喷杆发生无规律运动。为了探明喷杆运动对喷雾沉积分布的影响规律,通过在喷杆末梢安装超声波测距传感器和加速度传感器,测量喷杆的滚转运动及垂向振动加速度,同时在田间布置水敏纸,测量沿着喷杆方向和行驶方向的雾滴分布均匀性变异系数。使用双GPS辅助的惯性测量系统获取喷雾机底盘的运动姿态和运动轨迹,将测得的喷杆运动与水敏纸测得的沉积分布量对应起来,通过对试验数据分析车体晃动、喷杆运动、喷雾分布变异系数之间的关系。结果表明:对无减振悬架的喷杆喷雾机底盘晃动越剧烈,喷杆的不规律运动及弹性变形越大;A组覆盖率试验采样位置处喷杆两侧高度差374mm,对应的横向喷雾分布变异系数为80.38%;B组位置处喷杆高度差118mm,对应的横向喷雾分布变异系数为65.48%;喷臂两侧高度差越大,雾滴分布的变异系数越大。同时,喷雾机垂向振动加速度比前进方向的加速度大,喷杆垂直面内的振动较大,导致测得的沿喷杆方向的雾滴覆盖率变异系数大于行驶方向的变异系数。     

The design and performance of a gimbal-type mounting for sprayer booms 1. Development procedure

A spray boom suspension comprising horizontal and vertical pivots through the centre of gravity of the boom was developed. With this pair of mutually-perpendicular pivots—a gimbal-type of mounting—the boom was restrained in both planes by tension springs and movements were restricted by viscous dampers. Measurements were made of its effectiveness in reducing undesirable spray boom movements. Comparability of test conditions was ensured by making runs over a standard bumpy test track. The horizontal pivot considerably reduced vertical boom tip movements and the vertical pivot reduced the yawing movement of the boom.It was recognized that the values of spring stiffness, damping coefficient and boom inertia profoundly affected behaviour and that optimum values of each would more effectively be determined by analytical than by empirical methods.The trial arrangement of the gimbal mounting was more effective in reducing transmission to the boom of the rolling and yawing movements of the sprayer frame than both a commercial, vertically-sprung suspension and a simple, experimental, pendulum arrangement.     

大型自走式喷雾机喷杆研究现状及发展趋势分析

高地隙自走式喷杆喷雾机是田间施药机械的主要机型,而喷杆是实现喷雾稳定作业的关键机构。近年来,为提高高地隙自走式喷雾机喷杆的精准施药水平,喷杆结构不断得到优化,喷杆减振、平衡技术日趋成熟。本文阐述了喷杆的平面、三角形立体和梯形立体等3种桁架结构,分析国内外自走式喷雾机喷杆的主要结构参数以及减振装置和智能控制系统的技术现状,概述了喷杆在减振、平衡和位姿检测方面的主要研究成果。据统计20m以上喷幅的喷雾机仅占比6.79%,10~14.9m喷幅占比73.30%,表明国内以小型喷杆为主,大型喷雾机占比小。分析了国内喷杆存在的主要问题,指出我国喷杆的发展趋势,即优化喷杆结构、加强喷杆系列产品开发、设置多级多点减振机构、提高自平衡控制水平、实现位姿智能监测调整,为我国喷杆进一步的结构优化和性能提升提供了参考。     

喷杆式喷雾机喷杆高度及平衡在线调控系统

为保证喷杆式喷雾机工作过程中,喷杆与冠层之间始终保持近似平行并相距适当距离,以保证施药效果,并避免喷杆倾斜刮伤作物,设计了一套喷杆式喷雾机喷杆高度及平衡在线调控系统。该系统采用超声波测距传感器实时检测喷杆两端的实际对地距离,并根据其与喷杆设定作业高度的差别,控制油缸动作,对喷杆高度及喷杆平衡进行实时调整。给出了喷杆式喷雾机样机的总体结构,介绍了喷杆高度液压调节系统的组成和工作原理,详细阐述了喷杆高度及平衡在线调控系统的软、硬件设计方法,设计了一种对地距离检测信号枝叶遮挡干扰的滤波算法,并对喷杆高度及平衡在线调控系统的调节性能进行了场地和田间试验。场地试验表明,该调控系统可以有效改善阶跃激励路面引起的喷杆高度变化,并可以将喷杆高度变化值控制在±3 cm范围内。田间试验表明,喷杆高度信号滤波程序可以有效滤除分行器下方偶有棉花枝叶的干扰,实现喷杆高度及平衡的在线调控。