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丘陵山地履带式底盘HST系统设计及动态特性研究

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丘陵山地履带式底盘HST系统设计及动态特性研究

作者：孙祺友齐鲁工业大学

学位级别：硕士

丘陵山地履带式底盘有机械传动、液力传动和静液压传动等方式。机械传动因其简单的结构和高传动效率而被广泛应用。然而,其工作时需要频繁换挡,且换挡期间会中断功率流,这对于那些需要常变速和方向的设备可能会减少工作效率。液力传动... 详细信息

丘陵山地履带式底盘有机械传动、液力传动和静液压传动等方式。机械传动因其简单的结构和高传动效率而被广泛应用。然而,其工作时需要频繁换挡,且换挡期间会中断功率流,这对于那些需要常变速和方向的设备可能会减少工作效率。液力传动具备良好的自适应能力,但它整体的传动效率偏低,工作效率高的区间也相对较窄。静液压传动系统通过调整变量泵和变量马达的排量,精确控制速度,实现自动变速。这样不仅避免了液力传动中常见的溢流、节流等能量损耗问题,还使系统能根据外部负载自动调整压力,实现更高的能效和更灵活的设计方案。本文以丘陵山地农机装备的履带式底盘为研究对象,研究了履带式底盘HST系统的控制方法。提出了一种新型的HST系统速度调节方法,并在AMESim软件平台上构建了完整的HST系统模型。对履带底盘在启动、爬坡、转场等典型作业场景下的性能进行了仿真分析,并在泵-马达试验台进行动态特性实验,验证了仿真模型的精确度及速度调节策略的有效性。主要内容和结论如下。(1)基于丘陵与山地的独特地形环境,本研究设计了一种适应丘陵山地地形的履带底盘HST系统,系统采用单泵-双马达的静液压传动方案。通过分析履带底盘在正常行进和极端操作条件下的阻力以及所需功率,选定了合适的发动机型号,并对其进行了验证。通过对履带底盘速度和牵引力的需求,确定了系统工作压力、变量泵和变量马达排量,完成了相应的元件选型。与传统履带底盘HST系统相比,所提出的方案展现了更高的工作效率和更广的速度调节范围,能够在低速时提供较大扭矩,以及在高速时保持所需的较小扭矩。(2)基于本文HST系统方案结构形式的静液压系统控制原理,制定了一种适合丘陵山地地形典型工况的调速控制策略。在启动阶段,通过最大化变量马达的排量并提升变量泵的排量,以实现最大的牵引力并确保底盘能迅速加速;在低速运行阶段,变量泵达到最大排量,同时调整两个变量马达的排量以迅速应对负载变化,这一阶段旨在优化爬坡性能和提高作业效率;在空车转场或高速行驶阶段,此时通过断开大排量马达与变速箱输出轴的离合器,仅通过小排量马达来满足牵引需求,从而确保系统在低速时能提供较大扭矩,在高速时则保持较大的工作效率,满足不同工况的需求。(3)基于AMESim软件平台构建HST系统仿真模型,针对丘陵山地履带式底盘HST系统液压原理图搭建仿真模型,对丘陵山地环境下履带底盘的HST系统进行启动、爬坡和高速行驶等典型工况仿真。分析HST系统在典型工况下关键参数的变化趋势。(4)针对丘陵山地履带式底盘HST系统进行动态特性实验。通过在实验台上模拟丘陵山地履带底盘HST系统的典型工作条件,采集了包括系统压力、变量马达转速以及变量泵和马达排量等数据。进一步将HST系统的仿真结果与实验结果进行了比较,发现以此证实了仿真模型和速度调节策略的准确性。

关键词：静液压传动履带式底盘 AMESim仿真动态特性

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丘陵山地小型履带式动力底盘设计与试验

广西科技大学学报 2024年

作者：蔡羽晨高巧明罗悦洋糜泽荣李宗鹏吕攀广西合浦县惠来宝机械制造有限公司广西科技大学机械与汽车工程学院

针对广西丘陵山地经济作物种植区非结构化的地形以及多种作物种类多的复杂生长环境，设计了一款具有高灵便性、可以适应丘陵山地地形的小型履带式动力底盘。以履带底盘作为研究对象，建立履带底盘坡面行走模型，研究其在爬坡时的稳定性... 详细信息

针对广西丘陵山地经济作物种植区非结构化的地形以及多种作物种类多的复杂生长环境，设计了一款具有高灵便性、可以适应丘陵山地地形的小型履带式动力底盘。以履带底盘作为研究对象，建立履带底盘坡面行走模型，研究其在爬坡时的稳定性与通过性，并在此基础上提出底盘设计方案与参数选取。基于ANSYS Workbench对机架进行受力分析，机架最大位移变形量为0.094 8 mm，最大等效应力为35.611MPa，满足强度使用要求。利用RecurDyn动力学仿真软件对履带底盘进行虚拟建模，分析底盘在爬坡、转向过程中的质心与扭矩变化情况，验证了方案的可行性。田间试验结果表明，履带底盘在水泥平地直线行驶速度为6.17 km/h，最小转弯半径为403.5 mm，草地最大爬坡角度为38°，最大越障高度为170 mm，作业期间，底盘运行平稳。本文设计的履带底盘的各项参数能够满足整机设计的要求，作业指标满足相关标准要求，具有良好的爬坡越障性能，研究成果可为丘陵山地履带底盘的设计与研发提供参考。

关键词：丘陵山地履带式底盘农业机械 RecurDyn

双电机水稻联合收获机履带式底盘设计与驱动功率试验

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双电机水稻联合收获机履带式底盘设计与驱动功率试验

作者：张仕杰华中农业大学

学位级别：硕士

基于未来水稻联合收获机的智能化发展要求,本文设计了一种适用于中小型水稻联合收获机的双电机驱动履带式底盘,主要研究内容如下:(1)履带式底盘机动性能分析。首先,分析了履带式底盘的直线行驶原理,计算了其理论速度、实际速度与各参数... 详细信息

基于未来水稻联合收获机的智能化发展要求,本文设计了一种适用于中小型水稻联合收获机的双电机驱动履带式底盘,主要研究内容如下:(1)履带式底盘机动性能分析。首先,分析了履带式底盘的直线行驶原理,计算了其理论速度、实际速度与各参数的关系;其次,计算了不同转向情况下转向半径与各参数之间的关系,分析了履带式底盘旋转中心落在履带内侧与外侧两种情况下履带式底盘驱动力与各个参数之间的关系;最后,分析了履带式水稻联合收获机底盘的通过性能与失效情况。(2)底盘总体结构设计。结合水稻收获时田间的作业条件以及作业环境,以Solidworks、CAD等软件为工具,对水稻收获机双电机履带式底盘行走系、动力系以及传动系进行了设计,并对样机进行了加工试制。(3)底盘控制系统与功率测量系统设计。针对该底盘,设计了电机远程控制系统与功率测量系统。其中电机控制系统的设计包括电机驱动电路的硬件设计,远程控制系统中信号发射部分与信号接收部分的软、硬件设计,理论最大遥控距离1000m。功率测量系统的设计包括电流测量电路硬件设计、测压电路硬件设计以及功率测量系统的软件设计。(4)底盘单侧履带驱动功率仿真试验。基于直流无刷电机的驱动原理,在MATLAB/SIMULINK软件中建立了直流无刷电机驱动系统的模型,基于第二章对履带式底盘机动性能的理论分析建立了数学模型,对双电机水稻联合收获机履带式底盘单侧履带在不同行走速度(0.6m/s,0.8m/s,1.0m/s,整机质量600kg)、不同质量(680kg,760kg,840kg,920kg,1000kg,整机行走速度0.6m/s)以及原地转向(整机质量600kg,行走速度0.6m/s)情况下的平均驱动功率进行仿真试验,仿真试验结果说明:电机转速越低,负载越大,电机输出扭矩波动越大。(5)底盘水泥路面试验与田间试验。选择在水泥路面进行了双电机水稻联合收获机履带式底盘行驶速度-PWM占空比对应试验、偏驶率试验、同时在水泥路面与田间土壤上进行了相同影响因素试验,试验测试了以不同行走速度(0.6m/s,0.8m/s,1.0m/s,整机质量600kg)、不同质量(680kg,760kg,840kg,920kg,1000kg,整机行走速度0.6m/s)以及原地差速转向(整机质量600kg,行走速度0.6m/s)情况下的平均驱动功率,结果表明:1)水泥路面上PWM方波占空比70%、80%、90%分别对应的行走速度为0.644m/s、0.836m/s、1.050m/s;2)水泥路面的直行偏驶率为2.7%,满足国家标准≤6%的要求;3)分别在平坦水泥路面上与土壤坚实度1331kPa、平均含水率17.85%的田间土壤上进行了试验,测试了不同速度、不同质量下直行电机驱动功率与原地差速转向电机驱动功率,单因素试验结果表明:速度对电机驱动功率影响极显著;质量对电机驱动功率影响显著;水泥路面、田间、仿真试验三试验结果对比表明:水泥路面、田间、仿真转向载荷比分别为2.14、2.26、2.56;水泥路面与田间直行驱动功率比值随速度增加从0.74降低至0.58;水泥路面与田间直行驱动功率比值随整机质量增加一直保持在0.68左右。

关键词：履带式底盘控制系统测功系统驱动功率仿真驱动功率试验

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履带式底盘驱动轮设计研究与应用

煤炭技术 2018年第3期37卷 223-225页

作者：张东宝中国煤炭科工集团太原研究院有限公司太原030006

研究了履带式底盘驱动轮的型式,根据不同的方法进行型式分类,并分析了其各自工作特点;探讨了驱动轮的节距设计与材料选择;最后介绍了驱动轮在煤矿机械锚杆钻机上的典型应用。

关键词：履带式底盘驱动轮设计节距

水稻联合收获机双电机履带式底盘设计与驱动功率试验

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安徽农业大学学报 2019年第6期46卷 1075-1082页

作者：张仕杰张国忠赵胜华付建伟王洋高原华中农业大学工学院武汉430070 农业农村部长江中下游农业装备重点实验室武汉430070

我国南方水稻收获季节正值高温,为减轻人工劳动强度,水稻联合收获机智能化是重要发展方向,为此设计了一种拟用于中小型智能水稻联合收获机的双电机驱动履带式底盘,主要由电机、蜗轮蜗杆减速器、电瓶、增程器、传动轴、驱动轮、支重轮、... 详细信息

我国南方水稻收获季节正值高温,为减轻人工劳动强度,水稻联合收获机智能化是重要发展方向,为此设计了一种拟用于中小型智能水稻联合收获机的双电机驱动履带式底盘,主要由电机、蜗轮蜗杆减速器、电瓶、增程器、传动轴、驱动轮、支重轮、浮动轮、托轮以及张紧装置组成,履带接地长度1.14 m、轨距0.9 m、履带宽度0.4 m,采用2个直流永磁无刷电机驱动,总功率6 kW。基于Zigbee搭建了远程遥控系统,以自行设计的基于霍尔传感器非接触测功系统对该底盘两侧履带电机驱动功率进行检测;以底盘质量和行走速度为试验因素,基于MATLAB/SIMULINK对履带式底盘单侧驱动功率进行仿真试验、以测功系统得到的信号作为试验指标开展田间试验。结果表明,直行速度对功耗影响显著;整机质量对功耗影响显著;随整机质量增加,该机传动系统功耗损失相对减小;随直行速度增加,传动系统功耗基本保持不变;该底盘可满足实际生产需要。

关键词：水稻收获机履带式底盘双电机驱动功率检测智能农机

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电动农业车辆履带式底盘设计

汽车实用技术 2018年第19期44卷 17-19,36页

作者：鲁鸣沈文龙南京农业大学江苏南京210031 淮安信息职业技术学院汽车工程学院江苏淮安223005

电动汽车的快速发展,带动电动农业车辆的相关研究。履带式车辆对土壤的单位面积压力小和对土壤的附着性能好等优点广泛用于农业机械。根据电动农业车辆的需求,确定了履带式底盘的驱动方式、主要部件的相关参数、驱动电机和减速器的基本... 详细信息

电动汽车的快速发展,带动电动农业车辆的相关研究。履带式车辆对土壤的单位面积压力小和对土壤的附着性能好等优点广泛用于农业机械。根据电动农业车辆的需求,确定了履带式底盘的驱动方式、主要部件的相关参数、驱动电机和减速器的基本要求。

关键词：履带式底盘驱动方式参数计算

ADAMS宏命令在小型甘蔗收割机履带式底盘机构虚拟样机建模仿真过程中应用的探讨

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装备制造技术 2006年第3期 47-49页

作者：江少杰陈伟叙李尚平广西大学机械工程学院广西南宁530004

以小型甘蔗收割机履带式底盘为例,探讨了用虚拟仿真软件ADAM S/V iew进行高效、快速的虚拟样机建模方法,提高了复杂机械系统ADAM S虚拟样机建模与仿真运行的速度。

关键词：履带式底盘 ADAMS 宏虚拟样机建模仿真

高强度农业机械履带式底盘张紧机构的设计研究

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农业工程与装备 2020年第8期47卷 5-8页

作者：蒋瑞斌湖南生物机电职业技术学院湖南长沙410127

履带式农业机械的工作环境一般较复杂恶劣,导致现有的履带式农业机械作业时履带张紧装置容易发生堵塞问题。履带在遇到冲击或者过沟过坎的情况下,若无缓冲功能将影响履带的使用寿命。通过改进设计了一款高强度履带式底盘,能增加履带的... 详细信息

履带式农业机械的工作环境一般较复杂恶劣,导致现有的履带式农业机械作业时履带张紧装置容易发生堵塞问题。履带在遇到冲击或者过沟过坎的情况下,若无缓冲功能将影响履带的使用寿命。通过改进设计了一款高强度履带式底盘,能增加履带的使用寿命,且拆装方便、结构稳固、不易发生堵塞。以履带式农用运输车为例,对所设计的履带式底盘进行试验和研究,改进和确定了该高强度履带式底盘的结构和参数。

关键词：农业机械履带式底盘张紧装置

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农用履带式底盘技术及衍生产品概述

新农业 2016年第18期 40-41页

作者：李斌天津萨克赛斯机械技术开发公司天津南开300191

1 研发农用履带式底盘的由来最初研发履带式玉米收获机样机时,曾有专家质疑笔者,“中国那么多的农机大厂不去研究,你为什么去研究?”实事求是地说,笔者研究履带式底盘技术的初衷,源于多年从事农机市场推广服务而积累的经验甚至是直觉. ... 详细信息

1 研发农用履带式底盘的由来最初研发履带式玉米收获机样机时,曾有专家质疑笔者,“中国那么多的农机大厂不去研究,你为什么去研究?”实事求是地说,笔者研究履带式底盘技术的初衷,源于多年从事农机市场推广服务而积累的经验甚至是直觉. 1.1 在松软的耕地上,履带式机的通过性、适应性肯定比轮式机更强,恶劣天气在潮湿泥泞的土地上作业时履带式机械的优势更是显而易见,其作用甚至是不可替代的. 1.2 提升自走式农机的作业效率,其要领不仅在于加快作业时的行驶速度,更需要有效缩短转弯、调头、对行等非作业状态的行驶时间.履带式机械转弯灵活,作业轨迹顺直,都优于轮式机.

关键词：履带式底盘履带底盘玉米收获机静液压全液压电控农机轮式