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基于电液悬挂系统的拖拉机振动特性及主动减振方法研究

承鉴  
【摘要】:拖拉机是农业生产的基本机械,在农田作业和农业运输生产中得到了广泛的应用。随着农业机械水平的提高以及机电一体化技术的发展,拖拉机逐步趋于大型化、智能化、电子化。电液悬挂系统是拖拉机主要的电子控制系统。目前国内针对大功率轮式拖拉机电液悬挂控制系统的研究主要集中在牵引力控制、位控制和力位综合控制三个方面,而对振动控制的研究相对较少。大功率拖拉机的高速行驶必然会引起振动的加剧。实际上,大功率拖拉机的减振问题对于确保拖拉机的行驶安全及舒适性起着决定性作用。本课题从理论和试验两方面研究了带电液悬挂作业机组的拖拉机运输工况下的振动特性以及主动减振控制方法,旨在改善大功率拖拉机振动性能,主要研究内容包括以下几个方面:(1)研究和分析悬挂农具的大功率轮式拖拉机各组成部分的结构和相互作用关系,建立了完整的带电液悬挂作业机组的大功率轮式拖拉机运输工况下的低频振动数学模型。主要包括:悬挂机构及拖拉机的运动学与动力学分析,路面激励模型,液压系统数学模型,最终以多个非线性微分方程的形式,准确地描述拖拉机的振动。(2)基于数学模型,搭建无控制情况下,带电液悬挂作业机组的拖拉机振动系统的Simulink联合仿真模型,分别仿真两种路面激励下拖拉机空载(无悬挂农具)和带农具(有悬挂农具)两种情况的振动响应曲线,利用时域、频域及时频分析方法分析仿真结果,从理论上全面得到带电液悬挂作业机组的拖拉机低频振动特性以及悬挂农具的存在对拖拉机振动特性产生的影响。(3)对两种路面激励下的带电液悬挂作业机组的拖拉机进行道路振动试验;基于Lab VIEW虚拟仪器技术对拖拉机振动数据进行采集;运用多种振动分析方法对试验数据进行分析,从实际中获得带电液悬挂作业机组的拖拉机振动特性以及悬挂农具的存在对拖拉机振动特性产生的影响。将试验结论与仿真结果对比,验证所建数学模型的正确性。(4)结合大功率拖拉机电液悬挂控制系统中的液压系统的数学模型和流量特性试验得到其输入输出规律;首次从仿真结果及试验数据中得出悬挂机构下拉杆铰接点处垂直力与拖拉机振动状态的关系;根据悬挂机构对整车振动特性的影响规律和系统振动的非线性特性,创新性的设计了仅依赖电液悬挂系统已有的牵引力传感器及位置传感器而不附加其他振动传感器的有效的控制算法,并通过仿真验证了控制算法的有效性。(5)选择主芯片为飞思卡尔公司Kinetis系列的MK60DN512ZVLQ10,由蓝宙公司提供的K60开发板设计减振系统控制器,在开发环境Keil中设计减振控制程序。选用合适的传感器、驱动器、滤波器等进行安装,并对传感器进行标定,最终建立一套基于电液悬挂系统的拖拉机振动控制系统。为了分析和评价减振控制系统的性能,进行道路实车对比试验,验证了控制系统的主动减振控制性能。


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