水田轮作为植保喷雾机驱动轮,其结构参数对整机的行走通过性能具有很大影响。然而目前关于旱地轮胎对车辆行驶性能影响研究较多,关于水田轮对植保喷雾机水田行走通过性能影响研究较少。从水田轮与水田土相互作用展开研究,优化水田轮的结构参数,提高水田环境下作业的植保喷雾机行走通过性能指标。1.基于车辆地面力学和土壤力学的基本理论,分析水田环境下与行走通过性能相关的土壤力学特性,采用Mohr-coulomb准则描述土壤剪切特性,测定了土壤剪切特性中的关键参数内聚力和内摩擦角。2.采用光滑粒子流体动力学和有限元相结合的方法,依据前文测定的内聚力和内摩擦角及课题组其他成员测定的土壤参数,建立水田轮水田土壤行走仿真模型。通过Ls-Dyna显式动力学求解模块进行求解,得出行走过程中水田轮下陷量的变化曲线及作用土壤产生的剪切应力变化云图。分析了水田轮仿真行走过程中的受力变化,得出行走过程中水田轮与土壤的相互作用机理,即水田轮在扭矩的作用下剪切土壤,依靠附着力克服黏附阻力和压实阻力来驱动植保喷雾机行驶,并以此确定优化参数与指标。3.以花纹深度、花纹倾斜角和花纹长度为因素,以挂钩牵引力和牵引效率为行走通过性能指标,得出各因素在单一变量下对指标的影响。设计正交试验表,通过仿真模型计算出各因素组合下的指标数值,通过极差和方差分析得到喷雾机水田轮结构因素对挂钩牵引力及牵引效率的影响大小和主次。基于响应面法分析结果,进行了多目标优化,最终确定在花纹深度50mm,花纹倾斜角80°,花纹长度50mm下综合指标最优。相比原参数下的性能指标,优化后挂钩牵引力提高了23%,牵引效率提高了5.3%。通过实车下田牵引力试验验证优化结果,结果显示:仿真值计算后与试验测得的整机挂钩牵引力在不同滑转率下的变化曲线整体趋势一致,最大误差为10.1%,最小为1.6%,均在误差允许范围内,说明仿真模型具有一定的准确性。且优化后的挂钩牵引力试验值较原参数计算值提高了22.2%,与仿真优化后提高的23%较为接近,证明优化结果具有一定的合理性。本文的研究结果为植保喷雾机水田轮的结构设计提供了一定的参考,对植保喷雾机的研究及解决行走通过性问题具有一定的意义。