宽幅喷杆式喷雾机喷杆姿态控制与结构优化

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宽幅喷杆式喷雾机以其喷幅宽、作业效率高、续航时间长和对作物损伤率低等优点逐渐应用到农业生产中,但其在田间作业时,由于受到地面不平整激励,易引起车身侧倾、俯仰等,导致喷杆不规则运动,降低喷杆稳定性,影响施药效果。仅仅依靠喷雾机本身的被动悬架已无法满足现代农业对植保作业喷雾均匀性的要求。目前,国内对喷杆悬挂架的研究滞后于欧美国家,高端宽幅喷雾机技术水平难以满足现代化精准农业和绿色农业的发展。为了提高喷杆稳定性,保证药液喷施均匀性,本文基于喷幅达到24m的3WP-3000型牵引式喷杆喷雾机,对其姿态控制系统进行研究,主要研究内容如下:(1)对喷雾机各机械结构进行分析,包括喷杆悬架、被动减振机构、升降装置主动梯形机构和折叠机构。其中,对于被动悬架中的阻尼器进行了深入分析,分析了液压阻尼器的工作原理以及阻尼力与位移的关系。通过数学计算获得了喷杆高度变化行程,并对升降机构进行受力分析,求出工作时所承受的最大拉力,并以此确定了升降油缸的关键参数。对主动梯形机构进行分析,得出了角度调节油缸主动动作时与喷杆倾角之间的关系,对用于初步试验的静态试验台进行了简单介绍,并运用ANSYS软件对喷杆进行了静力学分析。(2)通过对喷杆悬挂架装置液压系统工况要求的分析,阐述了液压系统的基本工作原理。对喷雾机整体液压系统进行了设计,详细介绍了喷杆悬挂架液压系统中同步回路、比例控制回路的设计,保证了整个液压系统能达到该悬挂架作业要求,其次对喷杆悬挂架装置液压系统中关键液压部件进行介绍。(3)对喷雾机姿态控制系统进行设计,叙述了姿态控制的工作原理,其次对高度和角度调节液压系统进行了介绍并进行了硬件的设计,包括对测距传感器、角度传感器、比例电磁阀、转换模块和触摸屏等元件的选择,最后进行了软件系统的设计,包括数据的转换、检测模式的设计、控制方法的选用以及高度调节、角度调节和报警程序的设计。(4)基于上述研究,对姿态控制系统进行了相关性能试验。通过对超声波传感器的实际数据测试,得出超声波测距传感器检测数值与实际值误差小于0.5%,满足控制系统需要。高度调节试验表明,当高度调节阈值设置为30mm时,可以很好地保证喷杆高度调节的准确性和快速响应。阶跃响应角度调节试验表明,姿态控制系统开启后,相较于无控制系统状态时,喷杆稳定性增加,并且喷杆恢复稳定的时间明显缩短,喷杆最终状态更接近于水平状态。
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