剪叉式果园作业平台主要应用于现代果园采收和树体管理,辅助果农蹬高作业。本文针对果园坡地行驶作业环境,研究剪叉式果园作业平台的倾翻稳定性,设计防倾翻安全装置,并进行仿真分析和样机试验,以期提高平台抗倾翻能力。以采用履带行走机构的剪叉式果园作业平台为研究对象,展开的研究及设计工作包括:(1)根据对新型果园坡地作业环境、平台作业特点和典型作业工况的调研结果,确定了果园作业平台倾翻稳定性的评价指标,分别采用力矩平衡法和标准化能量稳定裕度法对果园作业平台进行了静态和动态倾翻稳定性的理论分析,确定了果园作业平台倾翻稳定性的影响因素;结合平台典型作业工况针对倾翻稳定性影响因素进行了仿真试验设计与分析,采用Inventor软件建立了剪叉式果园作业平台数字样机,参考汽车静态台架试验方法国家标准,利用Adams软件建立了作业平台倾翻仿真试验模型,参考工程升降平台国家标准中规定的负载校核取点方法,创建了5种典型人员及物品载荷分布工况的仿真模块;借助仿真模型,对结构因素、载荷分布因素、人员作业因素对作业平台倾翻稳定性的作用规律进行了仿真分析,依次得到了4种举升高度下作业平台的最大倾翻稳定角值,5种典型载荷分布工况下地面不同倾斜角时平台的最大倾翻稳定角值,不同工况下作业平台工作台部分允许承受的最大侧向力值的数值变化情况。(2)根据分析出的倾翻稳定性影响因素的作用规律,确定了一种基于载荷分布的移动式防倾翻安全装置的总体设计方案及执行策略,设计并建立了装配调平机构的果园作业平台数字样机,利用Adams软件对调平过程进行动力学仿真分析,获得了调平前后整机倾翻稳定性评价指标的数值变化情况、多组液压缸组合动作时影响搭载人员感受的运动参数的数值变化情况以及满足调平速度要求的调平液压缸的动作速度曲线和负载力曲线,通过仿真分析得到了调平液压缸的安装尺寸和工作行程,检验了调平机构对机身倾翻稳定性的提升效果,校核了调平角速度和液压缸动作速度取值的合理性,同时为后面电液控制系统设计中液压缸、液压泵性能参数计算和自动控制系统响应速度设计提供必要的参数依据。(3)基于调平机构结构形式和果园作业平台作业需求,设计了液压调平系统原理图及其执行策略,对调平液压缸、液压泵的主要性能参数进行了计算及校核,确定了阀类元件及辅助元件的型号及规格;设计了自动调平控制方案,根据自动控制系统调平速度和精度要求,选用PID控制器,完成了调平控制系统的硬件及软件设计,基于系统各环节硬件的物理参数建立了自动调平控制系统的传递函数,利用Matlab/Simulink软件搭建了调平控制系统的仿真模型,通过试凑法确定了系统响应效果最好时,PID控制器的控制系数为K_p=3.5,K_i=0,K_d=0.2。(4)通过对调平过程进行动力学仿真试验分析表明:防倾翻安全装置调平机构能够有效降低倾翻稳定性评价指标横向载荷转移率即LTR值,提高倾翻稳定性。利用基于Matlab/Simulink软件搭建自动调平控制系统仿真模型,仿真分析表明:倾角偏差为最大可调平角度10°时,系统的响应时间为2.5s,无超调,无振荡,自动调平控制系统具备所需的快速响应能力;结合样机试制及试验,结果表明:安全装置能够有效提升剪叉式果园作业平台在坡地环境中的倾翻稳定性。