山地履带拖拉机坡地等高线作业土壤压实应力研究

山地履带拖拉机（配备姿态调整机构）具有良好的稳定性和越障性能,特别适宜在丘陵山区坡地作业,然而由于坡地角的存在导致拖拉机两侧履带下的应力分布极不均匀,使得拖拉机附着性和通过性均降低。本文针对山地履带拖拉机坡地等高线行驶/作业时,坡地土壤内部应力分布规律不明确以及如何提高应力均匀性缓解土壤压实等问题,在深入分析坡地工况下履带最大接地比压与应力传递基本规律的基础上,采用EDEM-RecurDyn耦合方法进行了仿真试验,并采取土压力盒埋设法分别开展了基于小型坡地土槽的静态试验和坡地试验田的动态试验;其中,静态试验探究了不同深度土壤在含水率、初始紧实度、加载质量及坡地角等影响下的垂直应力分布规律;动态试验探究了山地履带拖拉机坡地等高线行驶/旋耕作业时履带下方土壤应力随作业速度、车身状态（调平/未调平）及牵引负载的变化规律;并分析了履带张紧力对土壤垂直、水平应力分布的影响。试验结果表明：履带下垂直应力在各支重轮的轴线处呈现一个应力峰值;水平应力在各支重轮轴线的前、后方分别出现一个应力峰值;适当增大作业速度,可减小土壤内部垂直和水平应力峰值,拖拉机速度由0.5 km/h增加到1.5 km/h,垂直...     

丘陵山地农业装备与坡地作业关键技术研究综述

丘陵山区先进适用农机装备的研发是目前国内农机装备研究的热点和难点问题之一。目前,我国丘陵山区农业生产存在“无机可用,无好机用”的现实问题,并且先进适用丘陵山地农机装备(简称山地农业装备)的研发缺乏必要的理论支撑。本文重点综述了国内外山地农业装备尤其是山地拖拉机及山地农机调平技术、山地拖拉机驱动与动力系统、山地农机具及其作业性能的研究现状,阐述了农机土壤压实与坡地土壤耕作侵蚀的研究进展,总结归纳了山地农机设计及山地农机-土壤互作机理研究的计算机辅助方法。展望丘陵山地农机装备及坡地作业技术的研究重点及发展方向：山地农机-坡地土壤-作物(养分)互作机理研究;山地农机总体设计与农艺及坡地作业场景深度融合;山地农机姿态调平机构与控制策略;山地农机动力高效传递与灵便转向驱动;山地农机作业机组的智能化监测与精确自主导航。以期为我国丘陵山区农机装备的研发设计提供借鉴参考。     

拖拉机如何在坡地作业

拖拉机挂接农具在坡地作业时,由于受力不稳定和不确定,拖拉机容易侧翻,而且方向不好控制;因此,机手在进行坡地作业时,应了解坡地作业特点。     

黄土高原坡地土壤与旋耕部件互作离散元仿真参数标定

针对黄土高原坡地土壤-旋耕部件互作机理研究以及坡地专用旋耕机具设计缺乏准确可靠离散元仿真参数的问题,以典型坡地粘壤土(含水率13.4％±1％)为研究对象,选取EDEM中Hertz-Mindlin with JKR Cohesion接触模型,对相关仿真参数进行标定.首先,对土壤颗粒间接触参数进行了标定,以土壤颗粒的仿真堆...     

拖拉机自动换挡规律研究

拖拉机作业工况复杂,影响换挡的因素较多,不能照搬汽车自动变速器的换挡规律。为了制定拖拉机换挡规律,依据发动机能量方程和其他车辆理论基本计算公式,推导出了拖拉机换挡规律的数学模型,然后以东方红-1302R型履带拖拉机为例,把相关参数代入数学模型,再利用Matlab软件作出相关图形,结合拖拉机牵引特性和挡位选择规律,确定了换挡时机。最后总结了动力性换挡和经济性换挡的特点。     

山地拖拉机车身自动调平控制系统的设计

所设计的车身自动调平控制系统主要由单片机STC89C52、单轴倾角传感器和限位开关组成,通过单片机处理倾角传感器和限位开关的信号,做出调平决策,然后通过控制液压缸缸体的运动使山地拖拉机在工作过程中可以实现车身自动调平。该车身自动调平控制系统可以使山地拖拉机满足在丘陵山区的工作要求。     

增程式电动拖拉机旋耕机组能量管理模型研究

以双电机独立电驱动增程式电动拖拉机旋耕机组为对象,提出一种适用于旋耕作业的双输入变量后向建模方法,即在模型中将行驶速度和动力输出轴旋耕转矩作为输入量,设计了双电机独立驱动增程式电动拖拉机动力系统能量管理模型。针对旋耕作业特性,提出一种基于实测数据与经验公式相结合的设计方法,建立了旋耕工况周期模型。基于动态规划算法,分别对其进行旋耕作业仿真试验和台架试验,结果表明：仿真试验结果与台架试验结果吻合度较高,能量管理模型能够很好地描述增程式电动拖拉机在给定旋耕工况下各电机功率、发电机组功率和动力电池组荷电状态的变化情况,且仿真试验和台架试验中燃油消耗量分别为4 065.5 g和3 994.7 g,其相对误差为1.77%,验证了建立的增程式电动拖拉机旋耕机组能量管理模型的合理性和准确性。     

丘陵山地拖拉机整机轻量化技术研究

为了发展丘陵地区轻简型农业机械,研究了丘陵山地拖拉机整机轻量化技术。首先概述了材料、结构、先进工艺的拖拉机零件轻量化技术,提出了拖拉机部件轻量化技术;然后以丘陵山地拖拉机整机为研究对象,提出了拖拉机整机轻量化技术路线,包括利用回归分析方法确定整机目标质量及采用比值法将整机质量分解为各系统目标质量,同时,对分解后系统中的零部件进行轻量化设计,并提出整机轻量化效果评估系数,进行拖拉机整机轻量化效果评价。     

国外山地型多用途拖拉机产品的技术发展

简要介绍了国外山地型多用途拖拉机的产品技术发展,着重介绍了两家公司的山地型拖拉机典型产品的结构特点。     

丘陵山地姿态调整轮式拖拉机运动控制研究

以丘陵山地姿态调整轮式拖拉机为研究对象,提出了一种基于改进遗传算法的运动控制方法,可根据地形条件实现对拖拉机的实时调平控制,提高其车身稳定性。首先,根据拖拉机机构间的运动关系,建立表征其轮心位置与车身姿态参数关系的运动学模型,并进行算例求解,验证了运动学模型的正确与准确性。然后,以提高拖拉机车身稳定性为控制目标,在运动学建模的基础上设计了一种基于改进遗传算法的运动控制方法。最后,对算法进行仿真验证,结果表明,使用算法进行运动控制可有效降低其车身姿态角,横向坡地最大侧倾角降低13.3°,纵向坡地最大俯仰角降低4.3°;在两种坡度兼有的路面上进行综合调整,其最大侧倾角和最大俯仰角分别降低13.8°和4°,极大提高了车身稳定性。同时将改进遗传算法与传统遗传算法进行对比,结果表明,改进遗传算法在响应时间和控制精度方面均优于传统遗传算法,其算法响应时间较传统遗传算法缩短63.93%,大幅提高了算法效率。     

正旋深耕旋耕机的研制

为解决目前我国耕地中普遍存在的犁底层问题,设计一种深松与深耕旋耕联合作业的机具。阐述深耕旋耕机整机设计方案,确定主要参数,从理论上分析主要参数对功率消耗的影响,提出减小功耗的措施,为设计合理的深耕旋耕机提供理论支持。     

斜置旋耕刀的研制

斜置旋耕是降低能耗、提高耕作质量的一种新型旋耕方式。斜置旋耕时,旋耕刀一边沿垂直于刀轴的方向滑切土壤,一边沿平行于刀轴方向撕裂土壤。土壤的破坏形式由正置旋耕时的单纯受压变为受压－撕裂,并有效地降低了旋耕功能。为了适应斜置旋耕的特点,笔者研制了刀面为弯曲面的斜置旋耕刀,并和具有同样回转半径和刃口曲线的国标旋耕刀进行了对比试验,结果表明：采用斜置旋耕刀进行斜置耕作,其功耗可降低８％左右。     

温室电动拖拉机旋耕稳定性时序分析与前馈PID控制方法研究

针对温室小型农机对地面平整度敏感,微小的地面起伏便会造成机具俯仰的情况,基于课题组已开发的温室电动拖拉机,将基于时间序列分析的角度预测方法引入前馈PID控制(Angle prediction and feedforward PID,APF-PID),解决了温室旋耕作业中因机具俯仰而出现的响应性差、耕深不稳定和功率突变的问题。建立了温室电动拖拉机旋耕作业的功率模型,并建立了俯仰角-耕深的转换矩阵,得到了旋耕系统实际耕深的转换值;采用时间序列分析预测机身俯仰角,并作为旋耕系统的扰动输入;结合耕深的转换值和预测得到的扰动,采用APF-PID控制器调节旋耕系统的提升机构,将旋耕机维持在目标耕深;在温室内未旋耕和已旋耕的两种地块进行实车试验。结果表明：俯仰角时序预测模型的相关系数可达0.983 2;APF-PID控制的控制性能优于PID控制,在目标耕深6 cm的测试路面中,APF-PID在两种试验地块上的平均耕深分别为6.47 cm和6.44 cm,均方根误差为0.80 cm和0.72 cm,绝对平均误差为0.67 cm和0.58 cm,耕深稳定性系数为89.95%和91.30%,消耗的总能量较...     

不同旋耕作业载荷下拖拉机动力输出传动系振动特性分析

为研究拖拉机旋耕作业载荷对动力输出传动系振动特性的影响,采用系统动力学建模、台架试验验证、田间试验与仿真分析相结合的方法加以分析。首先,在分析动力输出传动系结构的基础上,建立了描述其载荷传递机理的扭振耦合空间动力学模型,此模型详细考虑了横向和垂向的齿轮啮合传递效应。其次,利用拖拉机PTO加载试验台对模型的仿真结果进行试验验证,验证结果表明：横向和垂向的啮合频率误差最大分别为4.24%和5.12%,满足建模要求。然后,搭建了由无线扭矩传感器、北斗定位系统等组成的作业数据采集系统,分别采集了拖拉机在L1（2.07km/h）、L2（3.10km/h）、L3（5.29km/h）常用挡位下的田间旋耕作业数据,田间试验结果表明：旋耕作业的载荷水平和波动范围均随着作业挡位、行驶速度的升高而增大。最后,利用所建立的动力学模型仿真分析了不同作业挡位PTO负荷对齿轮传递特性的影响,结果表明：拖拉机旋耕作业挡位越高,由PTO载荷波动所引起的传动系振动位移越大,而且主要体现在横向振动。     

保护性耕作措施减少北方寒地土壤风蚀的研究

安达牧场地处黑龙江省西部寒地干旱地区,春季风大,极易发生土壤风蚀现象.为此,在该地区实施不同耕作方式进行土壤风蚀试验.结果表明:免耕30%覆盖、深松覆盖和耙茬处理均比传统翻耕减少风蚀量.其中,免耕覆盖方式防风蚀效果最好,比传统耕作减少风蚀量81.1%.     

不动形心线对逆转耕耘抛土性能的影响

在分析逆转旋耕工作的基础上,提出了不动形心线(Fixed Centroid Line-FCL)对逆转耕耘方式影响的思想。在旋耕刀片运动轨迹、逆转旋耕切削角度及逆转旋耕抛土后向性等方面,详细分析了FCL线的影响性质,建立了逆转旋耕被抛土垡瞬时初速度的方向模型,并对模型进行了仿真,为茶园耕作机械的设计提供了参考依据。主要结论:FCL线距刀辊轴的距离小于刀辊回转半径时,旋耕刀片才能够正常工作,且FCL线位于刀辊轴的上方为逆转耕耘方式,位于刀辊轴的下方为正转耕耘方式;在逆转旋耕方式下,当刀片运转到FCL线时,动态切土角最小;当FCL线位于刀辊轴之上,且同时又在地表之下时,逆转旋耕才具有抛土后向性。     

带状间作留茬地表农田抗风蚀效应试验研究

根据目前保护性耕作的技术规范,选择留茬高度为30cm,研究保护性耕作带状间作的抗风蚀机理。利用可移动式风蚀风洞在野外定点原位试验,研究了在不同风速、植被覆盖度分别为45%,76%和90%情况下的近地表土壤抗风蚀能力,分析了影响土壤风蚀因素,提出了具体技术措施,从而为在干旱和半干旱寒冷易沙化农牧交错区实施保护性耕作,有效抑制土壤风蚀及大风条件下的农田地表起沙扬尘提供一定技术依据。     

正反转旋耕后土壤和秸秆位移试验分析

土壤和秸秆在耕作后的位移变化是保护性耕作和秸秆还田重要组成部分。为分析和比较耕作后两者的位移变化,针对正、反转旋耕2种作业方式以及180、230、280 r/min 3种转速设置重复性试验。试验中按刀辊轴向布置标记铝块和横、纵向秸秆,运用示踪法(以点代面)思想,即根据标记的铝块和秸秆前后坐标变化值来代替机具在幅宽范围内土壤和纵、横向秸秆的位移变化。将得到的标记点位置进行标定,并在二维CAD中绘制出标记点在二维地表的形态,该形态与旋耕刀在刀轴上排列相似。2种耕作方式的地表形态和位移对比分析表明:正转旋耕的秸秆埋覆率要高于反旋,反转旋耕破碎率要优于正旋;土壤在耕作后分布较均匀,横、纵向秸秆在正反旋作业后均出现聚集现象,正旋作业更为明显;土壤以及地表秸秆位移反旋作业大于正旋作业,但随着机具转速增加,反旋作业位移呈递减,正旋作业位移呈递增。基于以上因素考虑,可以根据实际作业需要来改变耕作方式、转速以及刀具在刀辊上螺旋线形状来满足不同农艺要求。