基于pro/e的旋耕機(jī)建模和仿真研究

王強(qiáng) 周永升

摘 要：中國(guó)是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó)，近年來(lái)，中國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，農(nóng)村市場(chǎng)是一個(gè)極具潛力的市場(chǎng)，根據(jù)預(yù)測(cè)，近兩年農(nóng)業(yè)林業(yè)發(fā)展趨勢(shì)正在穩(wěn)步上升。提高林業(yè)果園機(jī)械化管理這一方面是十分重要的。旋耕機(jī)的建模和仿真研究，對(duì)林業(yè)和果業(yè)機(jī)械化程度的快速成長(zhǎng)有很好的研究意義。由于農(nóng)業(yè)，果園特殊工作條件的限制，優(yōu)化旋耕機(jī)的工作缺陷，從而保證旋耕機(jī)在特定環(huán)境下完成工作任務(wù)是本論文研究的主要方向。

關(guān)鍵詞：旋耕機(jī)；氣壓系統(tǒng)；建模和仿真研究；林業(yè)果業(yè)

Abstract：China is an agricultural country，China's rapid economic development，accompanied by state analysis and adjustment of industrial structure in agriculture，Rotary cultivator at present stage the machinery in the agricultural and orchard has become more urgent and widely used，but due to the agriculture，the limitation of orchard special working conditions，therefore improve the rotary cultivator work defects under certain conditions，to ensure that rotary cultivator machinery in forestry and orchard to complete tasks in a certain environment is the main direction of this topic research.

Key words：rotary cultivator；Hydraulic and pneumatic systems；Modeling and simulation studies；The rewords of foretry

近年來(lái)伴隨科技水平的快速發(fā)展，市場(chǎng)對(duì)農(nóng)具機(jī)械的要求也不斷提高，對(duì)于旋耕機(jī)的研制和發(fā)展也應(yīng)在這個(gè)發(fā)展潮流中得到重視和研究。通過(guò)對(duì)本國(guó)各省農(nóng)業(yè)果業(yè)生產(chǎn)特征的研究，設(shè)計(jì)出適合現(xiàn)代林果產(chǎn)業(yè)耕作的旋耕機(jī)，對(duì)于其發(fā)展具有十分光明的前景。

1 旋耕機(jī)簡(jiǎn)介

從農(nóng)業(yè)果園作業(yè)的定義來(lái)看，其主要包括對(duì)土地進(jìn)行耕種、管理種下的樹(shù)木的樹(shù)體、有規(guī)律的灌溉土地使其保持濕潤(rùn)、時(shí)時(shí)保護(hù)樹(shù)木防止其被害蟲(chóng)損害、對(duì)成熟的糧食和果實(shí)進(jìn)行收獲等各部分內(nèi)容。[1]但是在該方面，有一種機(jī)械還沒(méi)有被普遍應(yīng)用，那就是擁有橫向仿形液壓系統(tǒng)的旋耕機(jī)，因此研究一個(gè)能夠應(yīng)用于該方面的旋耕機(jī)就顯得十分重要。[2]為此，本文以使用橫向仿形液壓系統(tǒng)的旋耕機(jī)為研究對(duì)象，進(jìn)行了一系列的研究工作。

1.1 農(nóng)田果園機(jī)械化研究現(xiàn)狀

就當(dāng)前情況來(lái)看，我們國(guó)家的農(nóng)業(yè)果園作業(yè)方面存在著依靠人工處理的程度較高、機(jī)械化程度相對(duì)應(yīng)的較低的特點(diǎn)，應(yīng)用于該方面的高效率的大型機(jī)械相當(dāng)稀少，這就造成了該方面的作業(yè)效果很不好，不但進(jìn)行生產(chǎn)的成本非常的高昂，而且生產(chǎn)效率卻較低。[3]我國(guó)的應(yīng)用于果園作業(yè)的機(jī)械的發(fā)展水平相對(duì)較低，國(guó)內(nèi)各個(gè)產(chǎn)區(qū)的發(fā)展?fàn)顩r也非常的不平衡。因此，在此方面適用于農(nóng)作物果園的機(jī)械具備良好的發(fā)展前景。[4]

1.2 機(jī)器裝置

從傳感器發(fā)出來(lái)的信號(hào)及相應(yīng)的安裝位置來(lái)分析，整個(gè)回路圖是根據(jù)旋耕機(jī)的裝置參數(shù)來(lái)確定的。由刀片，變速箱，調(diào)整裝置，扶手等結(jié)構(gòu)組成。

2 旋耕機(jī)結(jié)構(gòu)分析

2.1 旋耕機(jī)工作原理

信號(hào)的傳遞是旋耕機(jī)的最重要的工作部分，當(dāng)工作中的旋耕機(jī)感部件遇到障礙物時(shí)感應(yīng)系統(tǒng)會(huì)一次信號(hào)傳遞，具體傳遞過(guò)程如下：調(diào)節(jié)立軸轉(zhuǎn)動(dòng)在彈齒發(fā)生位置移動(dòng)或者機(jī)箱發(fā)生震動(dòng)作用下會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而使調(diào)節(jié)手柄發(fā)生一定的變化，相應(yīng)的信號(hào)傳遞給液壓系統(tǒng)。彈力的存在會(huì)在齒輪在旋耕機(jī)機(jī)具安全繞過(guò)障礙物后重新回歸原來(lái)的位置，進(jìn)而使手柄回到原始位置，至此完成一次完整的信號(hào)傳遞，感應(yīng)系統(tǒng)可以隨時(shí)準(zhǔn)備著第二次信號(hào)的傳遞。[5]

2.2 旋耕機(jī)液壓系統(tǒng)

2.2.1透徹了解液壓系統(tǒng)的使用要求，并且進(jìn)行載荷特性分析[6]

（1）使用要求。此次設(shè)計(jì)的液壓傳遞系統(tǒng)是用以林業(yè)果業(yè)旋耕機(jī)，對(duì)機(jī)械化程度的應(yīng)用在林業(yè)果業(yè)這種特殊工作要求下的工作質(zhì)量，工作效率，進(jìn)而達(dá)到在旋耕機(jī)工時(shí)不損傷農(nóng)作物的根本要求。

（2）系統(tǒng)載荷特性分析。讓液壓傳遞系統(tǒng)的載荷等于旋耕機(jī)在觸及障礙物時(shí)所移動(dòng)的阻力。根據(jù)實(shí)際情況分析其不同的阻力情況。

2.2.2液壓系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

（1）回路方法：選擇開(kāi)放式回路，回油箱接收?qǐng)?zhí)行器排除的油，齒輪泵入口進(jìn)入沉淀和冷卻后的油。

（2）液壓油的選擇：我們選用耐磨液壓油或者低凝液壓油會(huì)更好適用于旋耕機(jī)在室外操作。

（3）壓力推薦表：經(jīng)表可知旋耕機(jī)液壓傳遞系統(tǒng)的額定工作壓力為100.160MPa。

此液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的目的是讓旋耕機(jī)經(jīng)過(guò)移動(dòng)之后恢復(fù)原始位置，對(duì)于旋耕機(jī)，我們選擇活塞液壓缸。

（4）確定液壓泵。對(duì)比途中數(shù)據(jù)以及我們實(shí)際的工作情況，我們?cè)O(shè)計(jì)由拖拉機(jī)提供動(dòng)力的旋耕機(jī)機(jī)械，由拖拉機(jī)的工作原理不難得出我們所需要的動(dòng)力源，這樣的設(shè)計(jì)十分簡(jiǎn)便。

（5）調(diào)速方式的選擇：拖拉機(jī)的動(dòng)力決定了齒輪泵的動(dòng)力。由此可得液壓傳遞系統(tǒng)的流量由齒輪泵的轉(zhuǎn)速?zèng)Q定，最終由拖拉機(jī)輸出動(dòng)力決定，并且由此調(diào)速。

（6）調(diào)壓方式的確定：系統(tǒng)最高壓力由安全閥限制，因此應(yīng)保證系統(tǒng)工作壓力的恒定，所以在進(jìn)油和回油的系統(tǒng)中定為安全閥，溢流閥接在液壓泵的出口處。

（7）換向回路的選擇：旋耕機(jī)的設(shè)計(jì)的目的加速了人工智能的步調(diào)。對(duì)于換向回路的設(shè)計(jì)，我們采用感應(yīng)彈齒在遇到障礙物和離開(kāi)障礙物位置變化所引起的液壓系統(tǒng)的變化。

2.2.3選擇液壓元件

（1）選擇液壓閥和過(guò)濾器：流溢閥的最大工作壓力首先要確定液壓閥的最大工作流量，然后對(duì)液壓閥的工作壓力進(jìn)行分析，確定最高工作壓力。

Δp=5×105Pa

由先導(dǎo)式溢流閥和壓力繼電器組成卸載回路，根據(jù)壓力信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)的原理選取壓力繼電器選取WGAM.10/10/210先導(dǎo)式溢流閥最為合適，因此選取壓力繼電器DEH5A16/450Z45S，壓力設(shè)置為15MPa。

（2）液壓系統(tǒng)齒輪泵根據(jù)設(shè)計(jì)的需要選用二位四通閥，經(jīng)過(guò)查找資料可知 選用HD.A4S.00型符合標(biāo)準(zhǔn)。

（3）之所以選取吸油線隙式過(guò)濾器是因?yàn)檫^(guò)濾器是齒輪泵額定排量的兩倍。經(jīng)過(guò)查找資料得ZV—A23B200符合設(shè)計(jì)要求。

2.2.4驗(yàn)算整個(gè)系統(tǒng)的可靠度

（1）在旋耕機(jī)工作移動(dòng)時(shí)，由理論知識(shí)可得液壓缸的進(jìn)出油量相等。[8]此系統(tǒng)完成工作任務(wù)后其進(jìn)出油管長(zhǎng)度為L(zhǎng)=1.9 m，油管直徑d=10*10^.3 m，最低溫度為15攝氏度，進(jìn)油路的流量為q=2L/min，回油路流量為2L/min。

經(jīng)驗(yàn)算，在工作過(guò)程中，我們選擇的壓力損失值都大于旋耕機(jī)實(shí)際工作的壓力損失值，則說(shuō)明我們選擇的整個(gè)系統(tǒng)的元件參數(shù)和各個(gè)結(jié)構(gòu)都符合工作要求。

（2）驗(yàn)算液壓系統(tǒng)的工作溫度。工作過(guò)程中，系統(tǒng)的發(fā)熱主要是工進(jìn)階段建成的[9]所以工進(jìn)階段所占用的時(shí)間最大。所以按工作進(jìn)路，工作流兩來(lái)驗(yàn)算并系統(tǒng)升溫。

在系統(tǒng)工進(jìn)時(shí)，液壓泵的功率為P1=8.3kW。

綜上分析結(jié)果可得，各個(gè)環(huán)節(jié)都可以達(dá)到工作要求。

3 結(jié)語(yǔ)

由于工作條件的限制和制約，旋耕機(jī)在林園和果園工作時(shí)，可能出現(xiàn)損傷果園林園農(nóng)作物的現(xiàn)象。本文設(shè)計(jì)的這套系統(tǒng)由液壓系統(tǒng)傳遞給整個(gè)旋耕機(jī)機(jī)機(jī)構(gòu)，所以在工作時(shí)能夠有效地解決這些困難。整個(gè)機(jī)器在彈齒機(jī)構(gòu)的傳感下，將信號(hào)傳遞給整個(gè)液壓系統(tǒng)，然后完成避免損傷果樹(shù)等農(nóng)作物的任務(wù)。

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