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山地果园运输机可发电式轮边缓速装置的设计与试验

姬兴  
【摘要】:近年来,我国水果产业发展迅速,其中柑橘产业的发展尤为突出,无论是柑橘栽培面积还是总产量均居世界首位。随着我国农业生产水平的提高,我国的农业运输机械化程度有了较快的发展速度,对于运输机辆也有了更高的要求。尤其对于经常在丘陵山地坡陡弯多的恶劣道路地形使用的运输机辆要求更为严格,这里主要是对运输机辆制动性能的要求,制动性能决定了运输机在下长坡时的安全性。由汽车理论知识可知,如果运输机辆在制动过程中仅使用行车制动器长时间的连续制动,行车制动器则会产生严重的热衰退现象,进而影响车辆行驶安全。因此,研究适用于运输机辆且节省空间的轮边缓速装置,对于提高运输机的行车安全性显得十分必要。本文以华南农业大学与石家庄鑫农机械有限公司合作研发的山地果园轻简化轮式运输机为研究对象,基于电涡流缓速器的工作原理,设计一种适用于该运输机的可发电式轮边缓速装置。同时,结合所要研究的山地果园运输机的相关技术参数,设计计算并选取轮边缓速装置的各个关键参数。第一步通过仿真试验分析所设计的轮边缓速装置的缓速效果,确定最终的设计方案;第二步根据本文的设计方案加工轮边缓速装置,搭建试验平台,进行试验验证,测定轮边缓速装置在直流电机带动下的制动力矩随转速变化的关系,以及对其发电功能进行试验分析,由此验证本文所设计研究的可发电式轮边缓速装置的合理性。本文研究内容如下:(1)对本文所研究的山地果园运输机进行制动模型的分析,包括整机制动模型分析以及单轮制动模型分析,通过计算分析山地果园运输机的下坡工况,确定设计目标为缓速装置可产生100N·m的制动力矩,即可提高15%的制动效能。然后根据设计目标选取轮边缓速装置的尺寸参数,通过CAD、Pro/E制图软件绘制轮边缓速装置的结构模型,并搭建其配套的发电装置。(2)在MATLAB/Simulink环境下,建立运输机制动仿真模型。设定运输机在坡度为24%的无限长坡以20km/h的初速度开始下坡制动,轮边缓速装置线圈电流设定为10A。仿真结果表明,当轮边缓速装置与运输机主制动器共同参与制动时,相比主制动器单独工作的情况,运输机制动时间减少了17.2%~22.5%,制动距离则减少了22.7%~23.7%,有效提高了运输机的制动效能。同时,本文还对轮边缓速装置的核心部件进行了ANSYS有限元分析,以确定其结构设计的合理性。(3)根据本文的设计方案加工轮边缓速装置,并进行装车试验,通过试验可得,当运输机在常规陡坡制动时,无论是紧急制动状态还是非紧急制动状态,可发电式轮边缓速装置参与制动,相比仅使用主制动器制动,可使得运输机制动效能得到明显的提高。其中,当由蓄电池为缓速装置线圈供电10A时,可实现运输机制动距离减少17%左右,制动时间减少19%左右;当由发电机为为缓速装置线圈供电时,由于车速较慢,发电电流相对较小,缓速效果也有所降低,不过相比仅使用主制动器仍可实现运输机制动距离减少11%左右,制动时间减少13%左右。此外,当运输机行驶坡道坡度变大或其载重增大时轮边缓速装置制动效能会有1%~2%的降低,但总体制动效能还是比较明显,基本满足设计要求。因此,本文所设计研究的可发电式轮边缓速装置具有一定的研究价值与意义。


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