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丘陵山地拖拉机底盘三点调平机构稳定性分析

孙乾坤 张静 杨艳明 郑德聪 李志伟

孙乾坤,张静,杨艳明,等.丘陵山地拖拉机底盘三点调平机构稳定性分析[J].农业工程,2023,13(1):91-97. doi: 10.19998/j.cnki.2095-1795.2023.01.017
引用本文: 孙乾坤,张静,杨艳明,等.丘陵山地拖拉机底盘三点调平机构稳定性分析[J].农业工程,2023,13(1):91-97. doi: 10.19998/j.cnki.2095-1795.2023.01.017
SUN Qiankun,ZHANG Jing,YANG Yanming,et al.Stability analysis of three-point leveling mechanism of hilly mountain tractor[J].Agricultural Engineering,2023,13(1):91-97. doi: 10.19998/j.cnki.2095-1795.2023.01.017
Citation: SUN Qiankun,ZHANG Jing,YANG Yanming,et al.Stability analysis of three-point leveling mechanism of hilly mountain tractor[J].Agricultural Engineering,2023,13(1):91-97. doi: 10.19998/j.cnki.2095-1795.2023.01.017

丘陵山地拖拉机底盘三点调平机构稳定性分析

doi: 10.19998/j.cnki.2095-1795.2023.01.017
基金项目: 山西省重点研发计划重点项目子课题(201903D211005-1)
详细信息
    作者简介:

    孙乾坤,硕士生,主要从事农业机械化与装备工程研究 E-mail:395358417@qq.com

    张静,通信作者,博士,教授,主要从事农业机械装备研究 E-mail:sxndzhangjing@163.com

  • 中图分类号: S219.85

Stability Analysis of Three-point Leveling Mechanism of Hilly Mountain Tractor

  • 摘要:

    针对丘陵山地拖拉机作业环境复杂、底盘稳定性差及易翻覆等问题,设计一款具有三点式自动调平机构的丘陵山地拖拉机底盘。采用液压油缸自动控制车架平衡的三点调平方案,保证调平角度为−25°~25°,基于Simulink软件对调平机构进行了运动学仿真分析,并运用经典力学理论,分析了拖拉机坡面横向及纵向稳定性。结果表明,底盘上坡极限翻倾角为55.38°,下坡极限翻倾角为44.03°,上坡纵向滑移角为25.62°,下坡纵向滑移角为13.18°。调平油缸角度范围为63.9°~107.5°,角速度范围为−0.2061~−0.1535 rad/s,角加速度范围为−0.0035~0.0358 rad/s2,液压调平机构运行平稳。该丘陵山地拖拉机底盘可提高拖拉机山地适应性及驾驶员安全性,具有良好的稳定性。

     

  • 图 1  丘陵山地拖拉机底盘结构示意

    1. 车架 2. 散热器 3. 快慢挡变速箱 4. 变速箱 5. 离合器 6. 后摇摆支撑臂 7. 后驱动轮 8、10. 万向节 9. 锥齿轮换向箱 11. 前摇摆支撑臂 12. 前驱动轮 13. 前转向驱动桥 14. 发动机机架 15. 发动机 16. 后转向驱动桥

    Figure 1.  Chassis structure of hilly mountain tractor

    图 2  底盘调平机构机构示意

    1. 左侧驱动轮 2. 前转向驱动桥 3. 车身 4. 调平油缸 5. 固定铰接支座 6. 摇摆支撑座 7. 机架固定支座 8. 右侧驱动轮

    Figure 2.  Structure of chassis leveling mechanism

    图 3  底盘左倾斜最大调平机构

    Figure 3.  Maximum leveling mechanism for left tilt of chassis

    图 4  底盘调平机构原理

    Figure 4.  Principle of chassis leveling mechanism

    图 5  底盘调平机构矢量分析

    r1——前桥回转中心A与车架上的固定铰接支座C的距离,mm;r2——前桥的固定铰接支座B与车架上的固定铰接支座C的距离,mm;r3——前桥回转中心A与固定铰接支座B的距离,mm;θ1——前桥回转中心A与车架上的固定铰接支座C的连线AC与前桥夹角,(°);θ2——液压油缸调平角度,(°)

    Figure 5.  Vector analysis of chassis leveling mechanism

    图 6  底盘调平机构的Simulink仿真模型

    Figure 6.  Simulink simulation model of chassis leveling mechanism

    图 7  调平油缸角度变化

    Figure 7.  Angle change of leveling cylinder

    图 8  调平油缸角速度变化

    Figure 8.  Angular velocity change of leveling cylinder

    图 9  调平油缸角加速度变化

    Figure 9.  Angular acceleration change of leveling cylinder

    图 10  山地拖拉机重心位置

    Figure 10.  Centroid position of mountain tractor

    图 11  山地拖拉机底盘上坡受力分析

    h——底盘的质心与地面之间的垂直距离,mm;d——后驱动轮到质心距离,mm;δ1——底盘上坡翻倾角,(º);δ2——底盘下坡翻倾角,(º)

    Figure 11.  Force analysis of mountainous tractor chassis uphill

    图 12  山地拖拉机底盘下坡受力分析

    Figure 12.  Force analysis of mountain tractor chassis downhill

    图 13  拖拉机底盘在横向坡道上受力分析

    ${F_{Z1}}$——底盘上侧车轮所受地面支反力,N;${F_{Z2}}$——底盘下侧车轮所受地面支反力,N;${F_{Y1}}$——底盘上侧车轮侧向滑移阻力,N;${F_{Y2}}$——底盘下侧车轮侧向滑移阻力,N;$B$——底盘轮距,mm;H——底盘的重心与地面之间的垂直距离,mm;$\beta $——横向翻倾角,(º)

    Figure 13.  Force analysis of tractor chassis on transverse ramps

    表  1  调平机构初始位置参数

    Table  1.   Parameters of initial position of leveling mechanism

    项目初始参数项目初始参数
    r1/mm 677.5θ3/(°) 180.00
    r2/mm 526.0w1/(rad·s−1−0.1762
    r3/mm 297.5w2/(rad·s−1−0.2061
    θ1/(°)132.21a1/(rad·s−2−0.0070
    θ2/(°)107.45a2/(rad·s−2−0.0174
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出版历程
  • 收稿日期:  2022-08-08
  • 修回日期:  2022-10-12
  • 出版日期:  2023-01-20

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