摘要：大马力动力换挡拖拉机作业环境多变、工况复杂,其工作过程换挡频繁,针对动力换挡变速箱(Power shift transmission,PST)湿式离合器压力控制不准确、响应迟滞等问题,引入数字孪生的理念,提出了一种数字孪生驱动的时变比例微分自适应控制(Digital twin driven time-varying proportional integral adaptive control,DT-TVPIA)方法。首先,建立湿式离合器液压系统物理模型,分析系统物理模型的干扰因素;然后,利用输入/输出(Input/Output,I/O)数据构建湿式离合器液压系统数字孪生体;其次,利用Savitzky-Golay滤波器实时处理传感器数据,设计基于改进投影算法的自更新控制器,考虑最小化加权一步向前预报误差的控制电压准则函数,引入微分控制因子,设计时变比例微分自适应控制器;最后,开展基于快速控制原型(Rapid controlprototype,RCP)的离合器压力控制试验。结果表明,伪梯度估计值随系统状态变化而变化,在系统状态发生剧烈变化时,数字孪生体能够在0.445 s内迅速更新并准确描述离合器液压系统,验证了基于I/O数据的湿式离合器液压系统数字孪生体的有效性;对比试验结果表明,与PID相比,DT-TVPIA的离合器压力响应速度更快,鲁棒性更好,其方波压力响应时间、超调量、稳态误差分别在0.445 s、0MPa、0.001MPa以内,正弦压力响应延迟时间、跟随误差、压力波动分别在0.05s、0.024 MPa、0.001 MPa以内,满足拖拉机湿式离合器压力控制要求,研究结果为动力换挡拖拉机换挡品质的提升提供了基础,同时,为数字孪生技术在复杂非线性系统优化控制方面的应用提供了参考。

摘要：转向系统作为大型高地隙自走式喷雾机的重要组成部分,其性能的优劣直接影响喷雾机的操纵稳定性、行驶平顺性和施药效率,合理的转向传动机构可以有效减小车辆转向过程中的侧滑及轮胎磨损。针对大型高地隙自走式喷雾机结构特点和作业环境,结合转向系统设计要求,在转向定位参数设计计算的基础上,设计一种适用于大型高地隙自走式喷雾机转向传动机构,建立其准确的三维模型,并利用ADAMS/Car进行平行轮跳试验,最后利用ADAMS/Insight对其结果进行转向定位参数优化。仿真结果表明:优化后的转向系统在轮跳幅值为±50 mm的仿真试验中,前轮前束变化幅度减小72%,前轮外倾角变化幅度降低58.4%,立轴内倾角变化幅度减小16.9%,变化幅度显著减小且更加平缓,提高整车的操纵稳定性,减少转向过程中的轮胎磨损,可更好地满足高地隙自走式喷雾机的转向作业需求。基于自主研制的3WPG-3000型高地隙自走式喷雾机,搭建转向系统实车试验平台,通过GPS设备,对不同转向模式下喷雾机的同心圆转向轨迹进行测定,试验结果表明,两轮转向模式下转向半径为6.85 m,四轮转向模式下转向半径为5.12 m,同时,所设计的转向系统在不同转向模式下均可较好地完成同心圆转动,可以满足喷雾机在不同工况下的转向需求。

摘要：针对大型玉米收获机械传统设计模式研发周期长,设计成本高等问题,采用分层次模块划分方法,对玉米收获机械进行功能划分,将总功能分解为一级功能、二级功能和功能载体,建立产品的功能主结构后,将整机划分为9个功能模块;基于功能-装配-能量接口关系,提出了部件层的模块划分原则,通过零部件之间的功能关系、装配关系、能量-接口关系建立加权模糊矩阵,将抽象的连接关系映射为具体化的关联矩阵,采用层次聚类算法求解关联矩阵,将9个功能模块细分为186个二级模块和645个子模块,从而实现了玉米收获机部件层零部件模块的精确划分。为实现该模块划分方法的工程应用,基于Qt Creator平台,开发大型玉米收获机械模块化快速设计系统,该系统可完成模块划分、模块管理和基于用户需求的模块配置等功能,从而实现大型玉米收获机械的快速设计。与传统玉米收获机械设计方法相比,应用模块划分方法可显著提升大型玉米收获机械设计效率,缩短整机产品的开发周期。

摘要：目前针对大型高地隙喷杆喷雾机在田间作业时,受到喷雾机车身摆动影响而产生振荡、摇摆和翻滚等有害运动的问题,结合现有喷杆悬架系统和功能,设计了一种具有地面仿形功能的双连杆梯形喷杆悬架,并对喷杆悬架的升降机构、喷杆的折叠机构、高度调节机构和防撞回弹机构进行了理论分析和结构设计,建立了三维模型。通过四因素三水平的正交试验设计,研究各因素对喷杆质量和第1阶固有频率的交互影响,并应用Design-Expert软件对试验结果进行分析优化。优化结果表明:当1号方钢管壁厚、2号方钢管壁厚、矩形钢管壁厚和四边形钢管壁厚分别为5、3、4.5、3.5mm时,质量最小,为1146.8kg,对应的第1阶固有频率为5.17Hz,有效避开了路面激励频率。利用ANSYS Workbench软件,以位移功率谱密度(PSD)函数为激励,对优化前后的喷雾机喷杆模型分别进行随机振动仿真,结果表明:喷杆尺寸优化后垂直方向振动位移响应量并没有显著变化。研究结果为喷雾机喷杆振动特性分析和疲劳特性分析提供了理论依据。

摘要：为推动中国玉米制种去雄机械化的进程,针对中国农业大学协助研制的去雄机,该文设计了一套包括主控板、显示屏和控制面板的去雄作业控制系统。系统可通过按钮操作实现去雄机构高度的手动调整,也可通过玉米穗高度信息的采集,控制算法的推导实现去雄机构高度的自动调整。系统控制参数由去雄机构的运动分析、车辆的作业车速和液压系统特性获得,并通过显示屏进行设置和显示。田间试验结果表明:去雄机安装本系统进行去雄作业,去雄效率是人工的18倍,去雄率达到96.16%,且去雄误差小于5%,满足去雄作业要求。该系统的设计为玉米去雄机的研制提供参考。

摘要：针对丘陵山地拖拉机电液悬挂控制系统田间试验困难、可重复性差等问题,基于半实物仿真技术开展电液悬挂控制系统试验研究。首先通过对试验拖拉机和悬挂作业装置进行受力分析,建立了丘陵山地拖拉机整机动力学模型、铧犁体的土壤阻力模型和拖拉机悬挂装置动力学模型。然后对丘陵山地拖拉机电液悬挂系统横向仿形控制、位控制、牵引力控制以及力位综合控制的系统原理进行了分析,设计了丘陵山地拖拉机电液悬挂模糊PID控制器。之后搭建拖拉机电液悬挂控制系统半实物仿真试验平台,开发电液悬挂控制系统,开展电液悬挂系统仿地形控制、力控制、位控制和力位综合控制等试验,对比分析模糊PID控制和经典PID控制方法性能。试验结果表明,模糊PID控制性能较好:在位置控制模式下,模糊PID控制无超调,控制系统响应时间为0.6 s,较经典PID控制提高约33.3%;耕深控制系统稳态误差约为0.05 cm,较经典PID控制降低约50%;在力控制模式下,模糊PID控制耕深的跟随误差最大值为0.38 cm,标准差为0.17 cm,较经典PID控制分别下降了64.5%、39.3%,验证了所开发的电液悬挂控制系统的有效性。

摘要：提出了双轮驱动电动拖拉机的总体结构方案,从作业受力和牵引效率2个方面分析了电动拖拉机的牵引性能,并进行了传动部件的匹配分析。在此基础上搭建了电动拖拉机传动试验平台,分别进行了牵引性能、带载启动及运输工况等试验。试验结果表明,所设计的电动拖拉机牵引转矩达到1 800 N·m,可满足更大耕深作业。带载启动时,驱动转矩从700 N·m增至1 600 N·m,车速由0增至7 km/h,所用时间约为1.1 s。运输试验运输货物为1 710 kg时,速度达到6.5 km/h。

摘要：针对双电机双轴驱动车辆的驱动转矩分配问题,提出了一种以抑制车轮过度滑转、提升整车牵引力为目标的前后电机转矩协调分配策略。该策略分为上、下2个层次,上层负责根据车辆当前状态及路面条件计算出可用于分配的最大驱动总转矩,并与驾驶员需求转矩以低选原则作比较输出,下层负责上层输出转矩在前、后驱动电机之间的协调分配。基于该分层架构,采用滑模控制算法设计了前后电机转矩分配控制律以及相应的转矩分配控制器。在Matlab/Simulink环境下分别建立了控制器模型及车辆动力学模型,对不同路面条件下的控制效果进行了仿真分析。基于d SPACE平台,搭建了硬件在环仿真测试系统,对转矩分配控制器的实时控制性能进行了验证。结果表明:硬件在环测试结果与软件仿真结果具有良好的一致性,并且,在左右对开路面上,前后轴滑转率均被稳定控制在0.12以内;在对接路面上,前后轴滑转率不超过0.05,车辆原地起步加速8 s后的末速度提升了9.9%;在均一低附着路面的转弯过程中,内侧车轮的最大滑转率被抑制在0.2附近,改善了车辆在低附着路面上的转向能力。

摘要：我国地域差异大、农作物种类和种植模式多样,农业机械具有多功能、小批量、定制化及多样化的用户需求特征。当前国内农业机械制造企业产品研发普遍以跟踪、仿制为主,存在研发周期长、效率低、产品可靠性差等问题,企业和产品的竞争力低下、缺乏核心自主技术,已成为制约我国农业机械企业可持续发展的瓶颈。智能化设计技术以满足用户定制化、多样化需求为目标,以知识工程(KBE)、数据管理(DM)、人工智能(AI)、虚拟仿真等现代信息技术为手段,通过整合农业机械全生命周期过程中上下游相关企业已有资源,集成产品数据管理(PDM)和产品生命周期管理(PLM)的协同设计平台,实现农业机械设计过程的协同化、自动化和智能化,是提高我国农业机械设计水平的关键。本文针对农业机械特点,对农业机械智能化设计技术的定义、技术体系、关键技术及发展现状进行了深入剖析,重点总结了近年来计算机辅助设计(CAD)、模块化设计、知识工程、虚拟仿真、PDM/PLM协同设计等智能化设计关键技术的研究现状与发展趋势,并提出了农业机械智能化设计领域未来发展趋势,为农业机械设计技术发展提供参考。

摘要：[目的/意义]农机装备是先进农业生产理念落地的物质支撑,如何提升农机装备设计制造水平及运维管控能力,充分发挥装备性能,是智慧农业未来发展所面临的核心问题。数字孪生是一种融合多种信息技术、促进虚实交互融合的先进理念,有助于更加清晰地认识农机装备及其运行过程,从而解决从设计到回收阶段的复杂性问题,进而全方位地提升农机装备作业质量,更好地满足农业生产需求。[进展]首先围绕数字孪生在农机装备领域的应用,总结数字孪生的研究动态,分析农机装备数字孪生的概念与内涵,提出系统性的体系架构。然后从宏观发展、系统实现、项目实施多个角度阐述农机装备数字孪生的实现路线。最后介绍农机装备数字孪生的典型应用场景和案例。[结论/展望]数字孪生为农机装备转型升级提供了新方法,为提升农业机械化生产水平提供了新途径,为实现智慧农业提供了新思路。本文可为农机装备数字孪生相关研究工作的开展提供参考,为数字孪生赋能智慧农业和智能装备奠定理论基础。