丘陵山地輪式拖拉機車身調平系統(tǒng)設計與物理模型試驗

彭 賀，馬文星，趙恩鵬，盧秀泉，馮 雪

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丘陵山地輪式拖拉機車身調平系統(tǒng)設計與物理模型試驗

彭 賀1,2，馬文星1，趙恩鵬1，盧秀泉1※，馮 雪1

（1. 吉林大學機械科學與工程學院，長春 130022；2. 北華大學機械工程學院，吉林 132013）

為解決丘陵山地拖拉機在復雜工況下作業(yè)時車身難保水平、容易傾翻等問題，該文設計了一種新型拖拉機車身調平系統(tǒng)?；跀?shù)字化虛擬樣機技術建立了具有該調平系統(tǒng)的丘陵山地拖拉機多體動力學模型，并對其進行了運動學和動力學仿真分析。運動學仿真分析結果表明，山地拖拉機車身調平系統(tǒng)結構能夠實現(xiàn)調平運動且工作部件之間不發(fā)生干涉現(xiàn)象；通過動力學仿真分析得到車身調平系統(tǒng)中各個油缸以及關鍵零部件的動態(tài)受力和扭矩等關鍵數(shù)據(jù)，結果表明各部件受力能夠滿足強度以及剛度要求，證明了所設計的丘陵山地拖拉機車身調平機構的正確性。設計并搭建了具有調平功能的模型車體試驗臺，通過試驗與仿真對比分析，最大誤差為15%，最大平均誤差為10.20%，驗證了拖拉機車身調平系統(tǒng)仿真方法具有較高的精度，為拖拉機車身調平系統(tǒng)的設計提供了有效的理論支撐。

農業(yè)機械；模型；試驗；丘陵山地拖拉機；車身調平系統(tǒng)；動力學仿真

0 引 言

近年來，為了迅速發(fā)展中國丘陵山區(qū)的農業(yè)機械化水平，改善丘陵山區(qū)農民生產條件，開發(fā)適用于丘陵山區(qū)的山地拖拉機是極其必要的[1-4]。由于丘陵山地拖拉機主要在坡地作業(yè)，車身難以保持水平，容易傾翻，嚴重影響操作人員安全，因此研發(fā)具有調平系統(tǒng)的山地拖拉機對于提高其穩(wěn)定性和駕駛舒適性具有重要意義[5-6]。

對于調平系統(tǒng)的研究，國外的研究較早，而且技術更新更快。美國人Kenneth E研究出一種車輛自動調平系統(tǒng)，根據(jù)機身的傾角信息確定需要伸長的支腿及伸長量，然后控制電磁閥的動作給油缸供油，把車身調整到水平位置，但僅適于靜止車輛的調平[7]，不能在行走中進行調平動作；美國約翰·迪爾公司研究了一種坡地聯(lián)合收割機的調平系統(tǒng)，專門用于坡地作業(yè)，但是該系統(tǒng)不適合于丘陵山地作業(yè)環(huán)境復雜的農用機械[8]。

國內對于調平系統(tǒng)的研究相對于國外來說起步較晚，技術也要落后于國外。楊福增設計研制了一種履帶式微型山地拖拉機的2點自動調平系統(tǒng)[9-10]，但是由于濾波算法的效果不理想，車身自動調平的準確度較低；西華大學黃嵐等研究了基于DSP的車載平臺自動調平控制系統(tǒng)[11]，但是動態(tài)性能不好；華中科技大學研究了一種雷達天線車自動調平系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用壓力反饋和定量反饋控制相結合的方法，有效避免了“虛腿”問題的產生[12]，但是該系統(tǒng)不能在運動中進行調平動作；吉林大學王忠山基于一種調平機構主要進行了液壓系統(tǒng)設計[13]，調平結構的設計不完善；吉林省農業(yè)機械研究院徐峰等研究了一種山地拖拉機調平系統(tǒng)，但是動態(tài)穩(wěn)定性不好，未應用于實際中[14]。

目前，調平機構動按支腿的個數(shù)不同可分為三點支承調平、四點支承調平和六點支承調平[15-20]。大部分調平機構主要是針對重型車、坦克、裝甲車、越野車以及大型調平試驗臺而設計[21-26]，而對于拖拉機調平機構的研究較少。

針對當前丘陵山地拖拉機自調平系統(tǒng)在復雜工況下調平精度不高、大部分僅能在靜止狀態(tài)下進行調平和僅能實現(xiàn)差高調平而不能傳遞動力的情況，本文依托國家重點研發(fā)計劃“智能農機裝備”專項，設計了一種能夠實現(xiàn)輪式丘陵山地拖拉機車身實時調平并且能夠傳遞動力的新型車身調平系統(tǒng)。應用多體動力學仿真軟件ADAMS對其進行運動學以及動力學仿真分析[27-29]，驗證所設計的山地拖拉機調平系統(tǒng)的正確性，根據(jù)仿真結果對關鍵零部件進行動態(tài)受力分析，為優(yōu)化機構的性能提供理論參數(shù)。設計并搭建了具有調平功能的模型車體試驗臺，通過對比模型車體的調平試驗結果與仿真結果驗證了所采用的仿真方法具有較高的準確性，證明了對丘陵山地拖拉機車身調平系統(tǒng)仿真的正確性。

1 拖拉機車身調平系統(tǒng)設計

丘陵山地拖拉機主要設計參數(shù)如表1所示。

表1 拖拉機主要設計參數(shù)

1.1 車身調平系統(tǒng)結構設計

本文所設計的是四輪驅動式丘陵山地拖拉機，其中前橋和后橋兼有傳遞動力和車身調平的作用，另外前橋具有5°自由擺動，在橫向坡路面角度小于5°時車身調平機構不進行調平動作。拖拉機后橋工作原理圖以及三維模型如圖1所示（前橋與后橋調平原理相同），總體結構可以分為中央傳動總成、調平油缸總成、轉向節(jié)總成、輪邊傳動總成和輪胎5部分組成。發(fā)動機的動力通過中央傳動總成1將動力傳遞給調平油缸總成2，隨后調平系統(tǒng)通過調平油缸缸將動力傳遞至轉向節(jié)總成3中的一對錐齒輪副，最終將動力通過輪邊傳動總成4傳遞至車輪5。當整車處于如圖1所示的坡路工況時，液壓系統(tǒng)使左側油缸充油，液壓油推動與錐齒輪配合的活塞桿向下移動，進而帶動轉向節(jié)整體使車輪向下移動，當車身重新達到水平狀態(tài)時，液壓系統(tǒng)停止供油，車身保持水平狀態(tài)；當整車由斜坡地面行駛至水平地面時，液壓系統(tǒng)依靠重力泄油，使車身重新回到水平狀態(tài)。

1.2 車身調平液壓系統(tǒng)

根據(jù)拖拉機最大橫向坡調平角度15°以及輪距1 050 mm，依據(jù)三角函數(shù)關系可以確定后橋油缸最大行程為281 mm；由于前橋為擺動橋，自由擺動角度為5°，在15°橫坡調平時計算得到前橋油缸最大行程為180 mm。設計的液壓系統(tǒng)如圖1c所示。

1. 中央傳動總成 2. 調平油缸總成 3. 轉向節(jié)總成 4. 輪邊傳動總成 5.輪胎 6. 轉向拉桿 7. 導柱 8. 壓力管路過濾器 9. 測壓接頭 10. 壓力表 11. 齒輪油泵 12. 吸油過濾器 13. 液壓空氣濾清器 14. 液位液溫計 15. 油箱 16. 電磁比例換向閥 17,19. 疊加式溢流閥 18. 液控單向閥20. 調平油缸

當整車處于橫向坡地工況時，需要低側車輪向下運動對車身進行調平，液壓系統(tǒng)通過齒輪油泵4供油，液壓油經過壓力管路過濾器1到達疊加式溢流閥10，此時使電磁比例換向閥9左位接通，油缸進油使缸桿向下伸出，進而使車輪向下運動。當車身達到水平狀態(tài)時，疊加式液控單向閥11鎖止防止系統(tǒng)泄壓；當需要車輪向上運動時，電磁比例換向閥9右位接通，系統(tǒng)油壓使疊加式液控單向閥11反向接通，油缸由于受到車身的重力，因此油缸依靠所受重力做回程運動。每個車輪的升、降原理同上所述。

2 車身調平機構運動學及動力學仿真分析

2.1 車身調平機構仿真模型建立

根據(jù)整車設計參數(shù)應用三維建模軟件CATIA建立整車的三維模型。通過CATIA軟件與ADAMS軟件的接口方式，將建好的三維模型以STP文件格式導入至ADAMS軟件中進行運動學及動力學仿真。導入至ADAMS的模型如圖2a所示。

對模型中的所有部件添加質量，軟件會自動計算出整車重心位置；添加重力場、各個車輪與地面之間的輪胎附著力以及負載扭矩；根據(jù)各個部件之間的運動關系添加運動副，首先對前橋添加約束，由于前橋相對于車體可以左右擺動5°，因此在前橋橋殼與前橋固定支撐處添加鉸接約束；前橋固定支撐與車體為固定連接；前橋2個傳動支撐軸均與各自的調平缸筒之間發(fā)生相對旋轉和移動，所以在傳動支撐軸與調平缸筒之間添加圓柱副。然后對后橋添加約束，由于后橋只需考慮傳動支撐軸的調平運動和轉動，因此在傳動支撐軸與調平缸筒之間添加圓柱副。ADAMS通過Gear算法求解多體動力學控制方程自動進行仿真[30]。

2.2 車身調平機構運動學仿真分析

將整車模型設定在一個與水平面傾斜15°的平面上，整車在坡路上的正視圖如圖2所示。整車在坡路的初始位置時，如圖2b所示，車身與地面為平行狀態(tài)，車身與水平面之間的夾角為15°；經過低側2個調平油缸向下伸長的運動后，如圖2c所示，車身與水平面平行。

圖2 整車模型與調平狀態(tài)示意圖

根據(jù)設計要求設定仿真時間為12 s，仿真步數(shù)為500，運行仿真后，得到前橋和后橋低側調平油缸缸桿的位移、速度變化曲線分別如圖3a、3b所示，調平過程中車身姿態(tài)角度變化曲線如圖3c所示。

從圖3a、3b可知，后橋調平油缸缸桿由初始狀態(tài)勻速向外伸出，由于前驅動橋存在擺動機構因此前驅動橋調平機構開始保持不動，當前驅動橋與車身之間擺動角度達到5°時前橋調平機構開始運動，第5秒結束時，車身與水平面平行。前橋缸桿伸長到最大行程180 mm；后橋缸桿伸長到最大行程281 mm；前驅動橋調平油缸調平速度為58 mm/s；后驅動橋調平油缸調平速度為56.2 mm/s，保持最大調平狀態(tài)2 s后，從第7秒開始，前橋和后橋油缸缸桿均開始做勻速收縮運動，第12秒結束時，車身重新回到初始狀態(tài)。

圖3 調平機構運動學仿真結果

前橋采用擺動橋在調平過程中前橋與車身的擺動角度如圖3d所示。從圖3d可知，當仿真運行至1.9 s時前橋擺動角度達到最大值5°直至調平結束。

2.3 車身調平機構動力學仿真分析

為體現(xiàn)路面變化情況，通過路面譜的采集試驗得到了某型號25.74 kW拖拉機在軟土路面上路面譜信號，在仿真模型的車輪與地面接觸位置添加路面譜加速度信號（慣性力）。設定仿真時間為5 s，仿真步數(shù)為500完成動力學仿真的設置。路面譜加速度信號如圖4a所示。

位于傾斜路面低側的車輪需要進行調平運動，因此將低側的車輪定義為調平側車輪，將高側的車輪定義為靜止側車輪。在調平過程中，由于整車模型的重心位置在橫向上發(fā)生變化，使得調平側以及靜止側車輪與地面之間接觸力產生變化。為了分析調平系統(tǒng)動態(tài)受力過程，設置仿真模型在第1秒內不進行調平動作，從第2秒開始進行調平直至達到水平狀態(tài)。將各個車輪與地面之間的接觸力置于同一坐標系中，結果如圖4b所示。圖4b中由于調平側車輪在初始狀態(tài)處于較低位置，因此在初始狀態(tài)時調平側車輪與地面接觸力較大，整車模型調平至水平狀態(tài)的過程中，調平側車輪與地面接觸力逐漸減??；而靜止側車輪在初始狀態(tài)處于較高位置，因此在初始狀態(tài)時調平側車輪與地面接觸力較小，整車模型調平至水平狀態(tài)的過程中，靜止側車輪與地面接觸力逐漸增大，直至調平過程結束，調平側與靜止側接觸力大小基本一致。

2.3.1 調平缸桿所受軸向力

調平缸桿在做調平運動過程中，由于重心位置逐漸回歸車身中心，因此調平油缸缸桿所受軸向力逐漸變小。調平過程中前橋以及后橋調平油缸缸桿所受的軸向力如圖5所示。由圖5a中可知前橋油缸缸桿受力在開始調平后由2 538.3 N逐漸減小為1 851.3 N；由圖5b中可知后橋油缸缸桿受力在開始調平后由5 650.6 N逐漸減小為3 654.1 N。因為整車質量在后橋的分布較多，所以后橋油缸缸桿所受軸向力要大于前橋油缸缸桿所受軸向力。

2.3.2 調平缸桿所受橫向彎矩/p>

調平油缸缸桿在做調平運動過程中，由于所受的車身重力作用力與地面支反力不在同一直線上，因此調平缸桿還會受到由此產生的橫向彎矩，該橫向彎矩的大小與車輪與地面之間接觸力大小和作用力臂有關。當調平油缸行程由0變化至最大時，前橋以及后橋調平油缸缸桿所受橫向彎矩如圖5c、5d所示。由圖5c、5d可知，調平油缸缸桿所受橫向彎矩主要與調平油缸缸桿所受軸向力有關。前橋油缸缸桿所受橫向彎矩在開始調平后由449.3 N·m逐漸減小為327.7 N·m；后橋油缸缸桿所受橫向彎矩在開始調平后由1 259.2 N·m逐漸減小為814.3 N·m。

注：曲線1、曲線3分別為調平側后、前車輪與地面之間接觸力；曲線2、曲線4分別為靜止側后、前車輪與地面之間接觸力。

圖5 油缸缸桿所受軸向力和彎矩仿真分析

2.3.3 調平缸桿所受縱向彎矩/p>

仿真模型在啟動工況以及制動工況下，調平油缸缸桿還受到縱向彎矩作用。當調平機構運動到最大行程時，調平缸桿所受的縱向彎矩最大。將仿真模型設置于橫向坡為15°、縱向坡為0°的傾斜路面上，在忽略風阻影響前提下計算得到啟動加速度為3 m/s2，制動加速度為4 m/s2。根據(jù)整車參數(shù)可知最大車速為9.44 m/s。由于后橋調平油缸行程較大且承重較大，因此在加速度相同的情況下后橋調平油缸缸桿所受縱向彎矩大于前橋調平油缸缸桿所受縱向彎矩。后橋調平油缸缸桿在啟動工況以及制動工況下所受縱向彎矩如圖5e、5f、所示。啟動工況后橋調平油缸缸桿所受最大縱向彎矩為403.88 N·m；制動工況下最大扭矩為-527.74 N·m。

仿真結果表明，山地拖拉機車身調平系統(tǒng)結構能夠實現(xiàn)調平運動且工作部件之間不發(fā)生干涉現(xiàn)象；計算校核后，各部件受力能夠滿足強度以及剛度要求，證明了所設計的丘陵山地拖拉機車身調平機構的正確性。

3 調平系統(tǒng)模型試驗

3.1 模型車體調平試驗

為了驗證車身調平系統(tǒng)運動學與動力學仿真結果，根據(jù)整車參數(shù)設計了一個具有調平功能的整車模型試驗臺，模型車體保證了整車輪距、軸距、以及調平油缸位置等關鍵參數(shù)，但是為了簡化結構，模型車體前橋不具有5°自由擺動功能，同時模型車體質量較小，通過對比模型車體的仿真結果與試驗結果來驗證仿真方法的精度。

設計的試驗系統(tǒng)整體裝配實物圖如圖6所示，其中包括模型車體、模型車體液壓系統(tǒng)、模型車體電控柜、激勵系統(tǒng)電控柜、激勵系統(tǒng)液壓站、激勵系統(tǒng)以及包括控制器在內的控制系統(tǒng)。

圖6 模型車體調平試驗

首先控制激勵系統(tǒng)左側兩油缸逐漸伸長至281 mm，模擬出角度為15°的橫坡路面，在此橫坡路面激勵作用下，模型車體的控制系統(tǒng)通過安裝在模型車體上的傾角傳感器檢測到模型車體的傾斜角度，控制系統(tǒng)通過控制模型車體的調平油缸進行調平動作使得模型車體與水平面始終保持為平行狀態(tài)。在模型車體調平過程中，通過安裝于油缸缸桿上的位移傳感器采集各個調平油缸位移信號，同時通過壓力傳感器采集各個調平油缸的壓力信號。模型車體調平過程的初始狀態(tài)以及調平結束狀態(tài)。

通過調平試驗測得模型車體前橋調平油缸的位移、速度曲線如圖7a所示，模型車體后橋調平油缸的位移、速度曲線如圖7b所示。由圖7可知前橋調平油缸的行程為286.01 mm，平均速度為57.24 mm/s。后調平油缸的行程為281.42 mm，平均速度為56.28 mm/s。此時由于模型車體前橋不具有5°自由擺動，前橋會和后橋一樣在激勵作用下立即執(zhí)行調平動作，所以模型車體前橋調平位移、速度與整車仿真中的大小和起始時趨勢有所不同。

圖7 模型車體調平試驗結果

同時采集模型車體調平側調平油缸的工作壓力，通過與調平油缸活塞面積乘積可以計算得出調平油缸所受液壓力，從而計算出前后調平油缸所受軸向力大小。前后調平油缸所受軸向力大小隨時間變化曲線如圖8a所示。由圖8a可知，模型車體在初始狀態(tài)時前調平油缸所受軸向力為1 663.75 N，后調平油缸所受軸向力為1 828.9 N，在調平結束狀態(tài)時前調平油缸所受軸向力為1 510.25 N。后調平油缸所受軸向力為1 632.61 N。由于模型車體與拖拉機車身質量不同，因此模型車體調平油缸與拖拉機調平系統(tǒng)調平油缸所受軸向力不同。

模型車體調平油缸缸桿在調平狀態(tài)下所受的橫向彎矩為車輪與地面接觸力和車輪與調平油缸之間距離的乘積。因此可以計算得出模型車體調平油缸缸桿在調平狀態(tài)下所受的橫向彎矩，因模型車體調平油缸與拖拉機調平系統(tǒng)調平油缸所受軸向力不同，所以模型車體調平油缸所受橫向彎矩與拖拉機調平系統(tǒng)調平油缸所受橫向彎矩有較大差別，結果如圖8b所示。在調平狀態(tài)下前調平油缸所受橫向彎矩為381.85 N?m，后調平油缸所受橫向彎矩為419.66 N?m。

3.2 仿真結果與試驗結果對比

對模型車體進行調平試驗的同時，采用與丘陵山地拖拉機車身調平系統(tǒng)相同的仿真方法對該模型車體進行調平仿真，將試驗與仿真結果對比如圖9a所示。由圖9a可知，前調平油缸缸桿的位移仿真數(shù)據(jù)與試驗數(shù)據(jù)最大誤差為3.96%，平均誤差為0.68%，前調平油缸缸桿的速度仿真數(shù)據(jù)與試驗數(shù)據(jù)的變化趨勢基本一致，最大誤差為10.96%，平均誤差為3.31%。

同理，得到后調平油缸缸桿試驗位移與仿真位移的對比結果，如圖9b所示，由圖9b可知，后調平油缸缸桿的位移仿真數(shù)據(jù)與試驗數(shù)據(jù)基本一致，最大誤差為14.23%，平均誤差為5%，后調平油缸缸桿的速度仿真數(shù)據(jù)與試驗數(shù)據(jù)的變化趨勢基本一致，最大誤差為14.8%，平均誤差為4.52%。

前橋調平油缸缸桿所受軸向力的試驗結果如圖10a所示，由圖10a可知，前橋調平油缸缸桿所受軸向力的仿真結果與試驗結果總體趨勢均為逐漸減小，試驗數(shù)據(jù)與仿真數(shù)據(jù)的最大誤差值為15%，平均誤差值為10.20%。

與前橋結果處理方法相似，后橋調平油缸缸桿所受軸向力的試驗結果與仿真結果如圖10b所示，由圖10b可知，試驗數(shù)據(jù)與仿真數(shù)據(jù)的最大誤差值為11.24%，平均誤差值為3.8%。

保持調平狀態(tài)過程中，前調平油缸缸桿所受橫向彎矩的仿真結果大于試驗結果，誤差為3.4%。誤差在可接受范圍之內。后調平油缸缸桿所受橫向彎矩的仿真結果大于試驗結果，誤差為4.95%。

圖8 調平油缸所受軸向力和橫向彎矩試驗結果

圖9 調平油缸位移及速度曲線

圖10 調平油缸軸向力曲線

綜上對比仿真結果與試驗結果可知，調平油缸缸桿在調平過程中位移仿真結果與試驗結果基本相符，調平油缸缸桿在調平過程中速度仿真結果與試驗結果的變化趨勢相同，調平油缸缸桿在調平過程中所受軸向力移仿真結果與試驗結果基本一致，調平油缸缸桿在調平過程中所受橫向彎矩的仿真結果與試驗結果基本相符。通過對模型車體的試驗研究驗證了車身調平系統(tǒng)的運動學及動力學仿真方法的準確性，從而為拖拉機車身調平系統(tǒng)的設計提供了有效的理論支撐。

4 結 論

本文針對丘陵山地拖拉機設計了一種新型的車身調平系統(tǒng)，通過對丘陵山地拖拉機車身調平系統(tǒng)進行運動學與動力學仿真，驗證了所設計的車身調平機構能夠實現(xiàn)調平運動，得到了車身調平系統(tǒng)中各個零部件的受力及其所受的扭矩隨時間變化的曲線。通過對具有調平功能的模型車體試驗臺進行的試驗研究，驗證了所采用的運動學與動力學仿真方法的準確性，為拖拉機車身調平系統(tǒng)的設計提供了有效的理論支撐。主要結論如下：

1）通過應用ADAMS軟件對丘陵山地拖拉機車身調平系統(tǒng)進行運動學仿真，得到了調平油缸缸桿在調平過程中的位移、速度曲線?？梢钥闯錾降赝侠瓩C車身調平系統(tǒng)結構能夠實現(xiàn)調平運動。

2）根據(jù)丘陵山地拖拉機車身調平系統(tǒng)動力學仿真結果可以得出主要構件在不同工況下做調平運動時的動態(tài)受力狀態(tài)，計算校核后，各部件受力能夠滿足強度以及剛度要求，證明了所設計的丘陵山地拖拉機車身調平機構的正確性。

3）采用與拖拉機車身調平系統(tǒng)相同的仿真方法對模型車體進行仿真，所得到的模型車體的運動學與動力學試驗結果與仿真結果對比最大誤差為15%，最大平均誤差為10.20%以內，證明了拖拉機車身調平系統(tǒng)的仿真結果具有準確性，為車身調平系統(tǒng)的設計提供了有效的理論支撐。

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Design and physical model experiment of body leveling system for roller tractor in hilly and mountainous region

Peng He1,2，Ma Wenxing1，Zhao Enpeng1，Lu Xiuquan1※，F(xiàn)eng Xue1

(1,,130022,; 2.,,132013,)

Hilly tractor is difficult to maintain level, and easy to tip over in complex working conditions. In order to solve this problem, promote the rapid development of agricultural mechanization and improve the farmers’ production conditions in hilly areas of China, a new leveling system of tractor body is proposed relying on “intelligent agricultural machinery and equipment”, the national key research and development plan. Structural design, hydraulic system design, kinematics and dynamics simulation were included in this paper. The leveling system was mainly composed of central transmission assembly, leveling cylinder assembly, steering knuckle assembly, wheel transmission assembly and tyre. The power of the engine was transferred to the cylinder assembly through the central transmission assembly, then the power was transferred to a pair of bevel gear pairs in the steering knuckle assembly by leveling the cylinder, and finally the power was transferred to the wheels through the wheel transmission assembly. The hydraulic system was mainly composed of a gear oil pump, a filter, 4 electromagnetic proportional selector valves and 4 leveling cylinders. To achieve the leveling of the body, it needs to adjust the input flow of the cylinder by controlling the input current of the electromagnetic proportional valve. Three-dimensional (3D) model was built by CATIA (computer aided three-dimensional interactive application) according to vehicle design parameters. A multi-body dynamics model of a hilly tractor equipped with the leveling system was established using the digital virtual prototype technology, i.e. the automatic dynamic analysis of mechanical systems (ADAMS), to simulate the kinematics and dynamics. The changing curves between attitude angles (i.e. pitch angle and roll angle) of the vehicle body and displacement, velocity of the leveling hydraulic cylinder rod were analyzed through kinematics simulation. The result shows that the leveling mechanism can achieve leveling movement and there is no interference between working parts. The attitude angle of vehicle body changes within 5°, indicating that the leveling system has good stability performance. The key data such as dynamic loading and torque of each cylinder and other key parts were analyzed through dynamics simulation. For example, the lateral bending moment of the front axle cylinder rod is gradually reduced from 449.3 to 327.7 N·m, and the lateral bending moment of the rear axle cylinder rod is gradually reduced from 1 259.2 to 814.3 N·m. The strength and stiffness requirements of the components can be satisfied after checking and calculating the endurance strength, which proves the correctness of the designed leveling mechanism of the hilly tractor body. A tractor body test bench including a model vehicle equipped with the leveling system was built to examine the leveling system. Through the comparative analysis of experiment and simulation, the maximum error is 15%, and themaximum average error is less than 10.20%, so the accuracy of the simulation method of tractor body leveling system is verified, which provides an effective theoretical support for the design of the tractor body leveling system.

agricultural machinery; models; experiments; hilly tractor; leveling system of body; dynamics simulation

2018-03-14

2018-05-30

國家重點研發(fā)計劃“智能農機裝備”專項（2016YFD0700403）.

彭 賀，男，博士研究生，研究方向為工程機械與智能控制。Email：813660952@qq.com

盧秀泉，男，博士，副教授，研究方向為工程機械與智能控制。Email：xiuquan@jlu.edu.cn

10.11975/j.issn.1002-6819.2018.14.005

S232.3

A

1002-6819(2018)-14-0036-09

彭 賀，馬文星，趙恩鵬，盧秀泉，馮 雪.丘陵山地輪式拖拉機車身調平系統(tǒng)設計與物理模型試驗[J]. 農業(yè)工程學報，2018，34(14)：36－44. doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2018.14.005 http://www.tcsae.org

Peng He, Ma Wenxing, Zhao Enpeng, Lu Xiuquan, Feng Xue.Design and physical model experiment of body leveling system for roller tractor in hilly and mountainous region[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2018, 34(14): 36－44. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2018.14.005 http://www.tcsae.org