【摘 要】
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本文以小型三行轮式玉米收获机为研究对象,设计了一种主被动调平相结合的调平系统,建立了相关运动学、动力学模型并对其进行了理论分析和仿真验证。该调平系统由可以应对田间大角度长斜坡的三点主动调平系统和可以应对田间小型凸凹的被动快速微调悬挂系统组成。（1）提出了三点边界逐低调平策略:本研究基于小型收获机自身质量较小、在丘陵山区环境恶劣的耕地作业时易倾覆以及重心越高行驶稳定性越差的特点,选择了基于位置误差的
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本文以小型三行轮式玉米收获机为研究对象,设计了一种主被动调平相结合的调平系统,建立了相关运动学、动力学模型并对其进行了理论分析和仿真验证。该调平系统由可以应对田间大角度长斜坡的三点主动调平系统和可以应对田间小型凸凹的被动快速微调悬挂系统组成。（1）提出了三点边界逐低调平策略:本研究基于小型收获机自身质量较小、在丘陵山区环境恶劣的耕地作业时易倾覆以及重心越高行驶稳定性越差的特点,选择了基于位置误差的三点逐低调平作为主动调平方式,并且在此基础上提出了基于位置误差的三点边界逐低调平策略,该策略不仅可以解决逐低调平时执行元件（液压缸和油气缸）行程有限导致调平中断的问题,而且还可以在完成调平作业的基础上降低收获机整机重心,提高其抗倾覆能力。（2）设计了主动三点调平装置:基于调平策略,本研究对三点主动调平系统的调平装置进行了设计。调平装置由两个前置油气缸和一个后置液压缸组成。两个前置油气缸分别安装于收获机左右前轮和车身上底盘架的连接处,其活塞伸缩主要负责完成收获机车身的左右横向主动调平;液压缸安装于收获机车身后悬架中心处,和两个前置油气缸利用活塞伸缩完成收获机车身的前后纵向主动调平。在所设计的调平装置的基础上,分别建立了前后调平机构的运动学模型,建立了各个调平支撑点在竖直方向上的位移和相对应油气缸、液压缸活塞伸缩长度之间的数学模型,使控制系统可通过控制策略和该数学模型直接控制油气缸和液压缸活塞伸缩来完成收获机车身调平。（3）设计了被动悬挂微调装置:为解决收获机在遍布小型凸凹的田间作业时车身摇摆抖动导致作业质量下降的问题,本研究在主动控制三点调平的基础上增加了被动快速微调悬挂减振装置。该装置由前轮处两个独立油气悬架和后桥处的非独立弹簧阻尼悬架组成。基于微调悬挂减振系统建立了收获机1/4、1/2以及整车悬挂的动力学模型,并在AMEsim平台上进行了仿真验证,结果表明,该系统可以有效减小地面激励对收获机车身的冲击。（4）完成了调平策略的初步验证:基于调平策略设计了调平控制流程,并通过MATLAB/Simulink平台对控制流程进行了仿真验证。为提高调平精度、缩短调平时间、提高调平过程中油气缸和液压缸活塞运动的平顺性,本研究采用了PID控制。（5）完成了调平控制系统的联合仿真验证:基于上述动力学、运动学模型以及控制流程,本研究通过MATLAB/Simulink和AMEsim平台以5°角为梯度对该调平系统进行了联合仿真验证,仿真内容主要包括单向倾斜（前倾、后倾、左倾、右倾）调平仿真、双向倾斜（左前倾、右前倾、左后倾、右后倾）调平仿真以及油气缸（液压缸）活塞仅靠收缩不能完成车身调平状况下的调平仿真。结果表明,本研究设计的收获机调平系统可以完成左右倾斜10°,前倾6.5°以及后倾15°的调平,可以满足收获机在丘陵山区耕地的作业需求。本研究设计的针对小型三行轮式玉米收获机的调平装置和调平控制系统为玉米收获机自适应调平提供了研究基础,并为其他行走农业机械的调平设计提供了新思路。
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