鉸接擺桿式重型拖拉機線控轉(zhuǎn)向技術(shù)研究.pdf

1、為適應(yīng)大型現(xiàn)代化農(nóng)場對重型輪式拖拉機的需求，落實國家大力發(fā)展精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的政策，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)機械的大型化和智能化，選取研發(fā)中的KAT4354鉸接擺桿式重型拖拉機作為研究對象，進(jìn)行了如下研究:
　　1.應(yīng)用仿真技術(shù)，建立了鉸接擺桿式重型拖拉機轉(zhuǎn)向機械系統(tǒng)空間閑環(huán)多體動力學(xué)數(shù)學(xué)模型。基于歐拉四元數(shù)，利用含拉格朗日乘子的增廣矩陣法建立多體動力學(xué)方程;用Matlab軟件進(jìn)行了空間多體動力學(xué)仿真。通過兩種典型工況的多體動力學(xué)分析，研究了整機單邊越障

2、與通過國標(biāo)路面時鉸接擺桿式重型拖拉機的動態(tài)特性，分析了其越障性能、整機振動和各鉸點的受力情況。研究了液壓系統(tǒng)動壓反饋裝置對整機動態(tài)特性的影響。仿真分析結(jié)果表明，拖拉機空間閑環(huán)機構(gòu)的結(jié)構(gòu)合理，鉸點布置滿足農(nóng)田作業(yè)需求。在單邊越障等惡劣工作環(huán)境中，液壓系統(tǒng)增設(shè)動壓反饋裝置可提高轉(zhuǎn)向系統(tǒng)穩(wěn)定性，減小液壓沖擊峰值，改善鉸點受力情況，提高整機動態(tài)特性。
　　2.用Matlab軟件，進(jìn)行了空間多體動力學(xué)轉(zhuǎn)向機械系統(tǒng)與全液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)聯(lián)合仿真，為

3、線控轉(zhuǎn)向技術(shù)研究提供理論基礎(chǔ)和對比參照。為解決拖拉機多體系統(tǒng)剛性問題，根據(jù)鉸接轉(zhuǎn)向、四輪驅(qū)動車輛的結(jié)構(gòu)特點，提出了四輪協(xié)調(diào)力矩的數(shù)學(xué)模型。分析流量放大全液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，獲得各液壓元器件的流量方程、動力學(xué)方程，建立全液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)非線性狀態(tài)方程。進(jìn)行了拖拉機全液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)原地轉(zhuǎn)向試驗，經(jīng)仿真結(jié)果與試驗結(jié)果對比分析，拖拉機的數(shù)學(xué)模型是合理的，該模型有效解釋了原地轉(zhuǎn)向后期傳動軸反轉(zhuǎn)，左前、右后輪胎組角速度存在較大波動等現(xiàn)象。獲取了鉸接擺桿式重型拖

4、拉機全液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)原地轉(zhuǎn)向動態(tài)特性。
　　3.進(jìn)行了鉸接擺桿式重型拖拉機線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計和穩(wěn)定性分析。建立拖拉機線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)等效模型，對基于傳遞函數(shù)的等效線性化模型進(jìn)行了穩(wěn)定性分析。結(jié)果表明拖拉機線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)具有較好的穩(wěn)定性與穩(wěn)定裕度。
　　4.基于Matlab/Simulink仿真平臺，采用模糊PID控制器，進(jìn)行了含閥芯開口死區(qū)的拖拉機線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)等效模型的仿真，為基于Matlab的機械、液壓和控制的聯(lián)合仿真提供易于PLC

5、編程的控制參數(shù)查詢表。分析表明:由于拖拉機線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中存在閥芯開口死區(qū)，線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在單位階躍信號、斜坡信號和正弦信號的作用下均存在控制誤差，而應(yīng)用模糊PID控制可有效提高含閥芯開口死區(qū)的拖拉機線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的響應(yīng)速度與控制精度。與全液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)一樣，線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中比例方向閥的中位、過渡位機能選為0型。
　　5.根據(jù)鉸接擺桿式重型拖拉機農(nóng)田作業(yè)和轉(zhuǎn)場運輸?shù)墓ぷ魈攸c，確定拖拉機轉(zhuǎn)向控制模式轉(zhuǎn)換方案。利用Matlab設(shè)計模糊PID控制

6、器，進(jìn)行了模糊PID控制的空間多體動力學(xué)機械系統(tǒng)與液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)聯(lián)合仿真。
　　6.基于CAN2.0B通信協(xié)議，構(gòu)建了包括主控制節(jié)點C3、柴油機綜合控制ECU、交互式圖形顯示器、GPS模塊和方向盤智能節(jié)點的鉸接擺桿式重型拖拉機PLC聯(lián)網(wǎng)智能控制系統(tǒng)，設(shè)計了線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主控程序、轉(zhuǎn)向模式轉(zhuǎn)換程序和0位校正程序的流程圖。
　　7.進(jìn)行了KAT4354型鉸接擺桿式重型拖拉機線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)試驗，與仿真結(jié)果進(jìn)行了對比分析，驗證了線控轉(zhuǎn)向系