电动拖拉机电动悬挂系统的设计与仿真性能分析论文

0、引言

目前，拖拉机大都采用液压悬挂系统。液压悬挂系统由液压泵、分配器、油缸、提升臂及悬挂杆件等组成。其中，液压泵、油缸、分配器结构较复杂，在工作过程中液压系统可能出现阀门卡死、安全阀失灵、泄漏等故障而使整个液压提升悬挂系统无法正常工作。液压悬挂系统的控制方式主要是机液控制方式，采用杆件和弹性元件，弹性元件的迟滞、机械摩擦和杆件的胀缩会影响调节性能。随着拖拉机向低油耗、轻排放、智能化、密封和舒适性方向发展，机液控制系统在结构布置和性能方面己不适应现代农业机械和精细农业技术的发展要求。 针对现有拖拉机液压悬挂系统存在的结构复杂、故障较多、能量消耗高的缺点，以所研制设施栽培小型电动拖拉机为对象，从节省能源和提高作业质量出发，设计与其配套的电动提升悬挂系统，并进行电动悬挂系统性能仿真。

1、电动悬挂系统的设计

基于后悬挂装置的结构和性能要求，结合所研制的小型电动拖拉机的'整体构造、空间布置和性能要求，电动提升悬挂系统方案。系统由直流电机、齿轮减速、蜗轮蜗杆减速机构、提升臂、提升器壳体、提升控制器、控制面板，以及力、位调节传感器等构成。提升控制器安装在仪表台下，通过电缆分别与控制面板和力、位调节传感器及直流电机连接;电机安装在提升器壳体前侧，电机轴通过花键套与齿轮减速机构的主动齿轮轴连接，提升臂与蜗轮轴连接，位调节传感器装在提升支架上，力调节传感器装在下拉杆前端。

该电动提升悬挂系统的工作原理。耕作前，用户根据土壤条件及拖拉机的实际作业工况，通过控制面板设置或修改位置、力的参数预设值，选择一种控制方式。控制器在拖拉机作业时采集角度传感器、力传感器信号，对比悬挂控制系统中位置、力的设定参数值，通过相应的控制算法计算出输出信号，控制直流电机的运转，产生的动力依次经过齿轮减速机构、蜗轮蜗杆减速机构传递给提升臂，从而驱动上拉杆、提升杆、下拉杆，调节农机具的升降，以满足耕深、牵引力等要求。当需农具悬挂在固定位置时(比如在运输时)，操作控制面板上的相应按钮发出的命令经提升控制器传递给直流电机，提升农机具至规定位置，直流电机停止运转，利用蜗轮蜗杆自锁的特性即可使农机具悬挂在固定位置不动。

为了使所设计的电动悬挂系统能与市场上现有的农具配套使用，悬挂装置选用类后置式三点悬挂装置。根据国家标准GB1593.4 -2004规定的下悬挂点后面610mm处的提升力以及提升行程不小于420 mm要求，设计的电动悬挂其最大提升农具质量为230 kg，提升臂的工作范围取其与水平面的夹角a在150 -60之间，提升农具至最高位置所需时间t取2-4。

2、电动悬挂系统动力学模型

电动提升悬挂系统设计方案，基于ADAMS /view动力学仿真软件，建立电动悬挂系统动力学模型，模型中，简化主动减速齿轮和简化从动减速齿轮分别与机体通过Revolute Joint连接，两者采用CouplerJoint关联副建立齿轮传动，关联副传动比为。因将蜗轮轴与简化从动减速齿轮简化为一体，所以简化从动减速齿轮与提升臂直接通过Fixed Joint连接;提升杆通过Revolute Joint分别与提升臂、下拉杆连接;下拉杆通过Revolute Joint分别与机体、立柱连接;上拉杆通过Revolute Joint分别与机体、立柱连接;农具质心通过Fixed Joint与立柱连接，然后对所创建的构件重命名并设置其物理属性。

3、结束语

1)关键铰接点在提升农具过程中的受力特点，其中蜗轮轴与提升臂连接点受力最大，因此要保证蜗轮轴有足够的强度。

2)提升电机输出功率最大值小于所选择的提升电机的额定功率，满足了此型电动悬挂系统的设计要求。

3)提升行程满足不小于420 mm标准的要求、且在下悬挂点后面610mm处，每单位牵引功率平均具有的提升力满足了不小于300 N的标准要求，具备一定的提升能力。