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電動(dòng)拖拉機(jī)電動(dòng)懸掛系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真性能分析論文
0、引言
目前，拖拉機(jī)大都采用液壓懸掛系統(tǒng)。液壓懸掛系統(tǒng)由液壓泵、分配器、油缸、提升臂及懸掛桿件等組成。其中，液壓泵、油缸、分配器結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，在工作過(guò)程中液壓系統(tǒng)可能出現(xiàn)閥門卡死、安全閥失靈、泄漏等故障而使整個(gè)液壓提升懸掛系統(tǒng)無(wú)法正常工作。液壓懸掛系統(tǒng)的控制方式主要是機(jī)液控制方式，采用桿件和彈性元件，彈性元件的遲滯、機(jī)械摩擦和桿件的脹縮會(huì)影響調(diào)節(jié)性能。隨著拖拉機(jī)向低油耗、輕排放、智能化、密封和舒適性方向發(fā)展，機(jī)液控制系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)布置和性能方面己不適應(yīng)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)機(jī)械和精細(xì)農(nóng)業(yè)技術(shù)的發(fā)展要求。 針對(duì)現(xiàn)有拖拉機(jī)液壓懸掛系統(tǒng)存在的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、故障較多、能量消耗高的缺點(diǎn)，以所研制設(shè)施栽培小型電動(dòng)拖拉機(jī)為對(duì)象，從節(jié)省能源和提高作業(yè)質(zhì)量出發(fā)，設(shè)計(jì)與其配套的電動(dòng)提升懸掛系統(tǒng)，并進(jìn)行電動(dòng)懸掛系統(tǒng)性能仿真。
1、電動(dòng)懸掛系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
基于后懸掛裝置的結(jié)構(gòu)和性能要求，結(jié)合所研制的小型電動(dòng)拖拉機(jī)的整體構(gòu)造、空間布置和性能要求，電動(dòng)提升懸掛系統(tǒng)方案。系統(tǒng)由直流電機(jī)、齒輪減速、蝸輪蝸桿減速機(jī)構(gòu)、提升臂、提升器殼體、提升控制器、控制面板，以及力、位調(diào)節(jié)傳感器等構(gòu)成。提升控制器安裝在儀表臺(tái)下，通過(guò)電纜分別與控制面板和力、位調(diào)節(jié)傳感器及直流電機(jī)連接;電機(jī)安裝在提升器殼體前側(cè)，電機(jī)軸通過(guò)花鍵套與齒輪減速機(jī)構(gòu)的主動(dòng)齒輪軸連接，提升臂與蝸輪軸連接，位調(diào)節(jié)傳感器裝在提升支架上，力調(diào)節(jié)傳感器裝在下拉桿前端。
該電動(dòng)提升懸掛系統(tǒng)的工作原理。耕作前，用戶根據(jù)土壤條件及拖拉機(jī)的實(shí)際作業(yè)工況，通過(guò)控制面板設(shè)置或修改位置、力的參數(shù)預(yù)設(shè)值，選擇一種控制方式�？刂破髟谕侠瓩C(jī)作業(yè)時(shí)采集角度傳感器、力傳感器信號(hào)，對(duì)比懸掛控制系統(tǒng)中位置、力的設(shè)定參數(shù)值，通過(guò)相應(yīng)的控制算法計(jì)算出輸出信號(hào)，控制直流電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，產(chǎn)生的動(dòng)力依次經(jīng)過(guò)齒輪減速機(jī)構(gòu)、蝸輪蝸桿減速機(jī)構(gòu)傳遞給提升臂，從而驅(qū)動(dòng)上拉桿、提升桿、下拉桿，調(diào)節(jié)農(nóng)機(jī)具的升降，以滿足耕深、牽引力等要求。當(dāng)需農(nóng)具懸掛在固定位置時(shí)(比如在運(yùn)輸時(shí))，操作控制面板上的相應(yīng)按鈕發(fā)出的命令經(jīng)提升控制器傳遞給直流電機(jī)，提升農(nóng)機(jī)具至規(guī)定位置，直流電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，利用蝸輪蝸桿自鎖的特性即可使農(nóng)機(jī)具懸掛在固定位置不動(dòng)。
為了使所設(shè)計(jì)的電動(dòng)懸掛系統(tǒng)能與市場(chǎng)上現(xiàn)有的農(nóng)具配套使用，懸掛裝置選用類后置式三點(diǎn)懸掛裝置。根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB1593.4 -2004規(guī)定的下懸掛點(diǎn)后面610mm處的提升力以及提升行程不小于420 mm要求，設(shè)計(jì)的電動(dòng)懸掛其最大提升農(nóng)具質(zhì)量為230 kg，提升臂的工作范圍取其與水平面的夾角a在150 -60之間，提升農(nóng)具至最高位置所需時(shí)間t取2-4。
2、電動(dòng)懸掛系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型
電動(dòng)提升懸掛系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，基于ADAMS /view動(dòng)力學(xué)仿真軟件，建立電動(dòng)懸掛系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型，模型中，簡(jiǎn)化主動(dòng)減速齒輪和簡(jiǎn)化從動(dòng)減速齒輪分別與機(jī)體通過(guò)Revolute Joint連接，兩者采用CouplerJoint關(guān)聯(lián)副建立齒輪傳動(dòng)，關(guān)聯(lián)副傳動(dòng)比為。因?qū)⑽佪嗇S與簡(jiǎn)化從動(dòng)減速齒輪簡(jiǎn)化為一體，所以簡(jiǎn)化從動(dòng)減速齒輪與提升臂直接通過(guò)Fixed Joint連接;提升桿通過(guò)Revolute Joint分別與提升臂、下拉桿連接;下拉桿通過(guò)Revolute Joint分別與機(jī)體、立柱連接;上拉桿通過(guò)Revolute Joint分別與機(jī)體、立柱連接;農(nóng)具質(zhì)心通過(guò)Fixed Joint與立柱連接，然后對(duì)所創(chuàng)建的構(gòu)件重命名并設(shè)置其物理屬性。
3、結(jié)束語(yǔ)
1)關(guān)鍵鉸接點(diǎn)在提升農(nóng)具過(guò)程中的受力特點(diǎn)，其中蝸輪軸與提升臂連接點(diǎn)受力最大，因此要保證蝸輪軸有足夠的強(qiáng)度。
2)提升電機(jī)輸出功率最大值小于所選擇的提升電機(jī)的額定功率，滿足了此型電動(dòng)懸掛系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求。
3)提升行程滿足不小于420 mm標(biāo)準(zhǔn)的要求、且在下懸掛點(diǎn)后面610mm處，每單位牽引功率平均具有的提升力滿足了不小于300 N的標(biāo)準(zhǔn)要求，具備一定的提升能力。
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