丘陵山区土槽试验台车设计与性能分析

doi:10.3785/j.issn.1006-754X.2025.05.101

工程设计学报

2025, Vol. 32

Issue (4): 550-561 DOI: 10.3785/j.issn.1006-754X.2025.05.101

机械零部件与装备设计

丘陵山区土槽试验台车设计与性能分析

刘伟健¹(

),张家豪¹,余小兰²,李东昊³,王媛¹,李漫漫¹,张兆国¹(

)

^1.昆明理工大学现代农业工程学院，云南昆明 650500
^2.贵州省农业机械技术推广总站，贵州贵阳 550000
^3.华南农业大学农学院，广东广州 510642

Design and performance analysis of soil groove test trolley in hilly and mountainous areas

Weijian LIU¹(

),Jiahao ZHANG¹,Xiaolan YU²,Donghao LI³,Yuan WANG¹,Manman LI¹,Zhaoguo ZHANG¹(

)

^1.Faculty of Modern Agricultural Engineering, Kunming University of Science and Technology, Kunming 650500, China
^2.Guizhou Provincial Agricultural Machinery Technology Extension General Station, Guiyang 550000, China
^3.College of Agriculture, South China Agricultural University, Guangzhou 510642, China

全文: PDF(6775 KB) HTML

摘要：

针对目前丘陵山区“无机可用、无机好用”以及农业生产能力差等问题，开展了丘陵山区土槽试验台车的设计与性能分析。首先，对土槽试验台车的机械系统、数据采集系统及控制系统进行了设计。然后，基于RecurDyn-EDEM耦合仿真对土槽试验台车的通过性进行了分析。最后，对土槽试验台车的整体性能进行了试验与分析。仿真结果表明：土槽试验台车从t=0 s开始加速，其行进速度在t=2.7 s时达到0.7 m/s，随后行进速度开始骤减直至仿真结束，最终的行进速度在0.1 m/s左右波动。在仿真过程中，限位弹簧能够提供大约700 N的摩擦力，悬挂装置的合力达到了6 665 N，仿真结果初步验证了土槽试验台车设计方案的合理性。试验结果表明：土槽试验台车动力输出轴的角加速度为14.74 rad/s2，其实际转速与目标转速之间存在15~20 r/min的误差；土槽试验台车的最大行进速度可达1.6 m/s，所需制动时间为2.61 s，对应的制动距离为1.62 m。当土槽试验台车以0.2 m/s为目标速度行进并搭配三七挖掘铲开展模拟试验时，其在2 s内即可达到目标速度，所测得的最大工作阻力为2 990.07 N。上述试验数据均满足设计要求，可为丘陵山区土槽试验台车的设计提供理论依据和参考。

关键词： 丘陵山区; 土槽试验台车; RecurDyn-EDEM耦合仿真; 性能分析

Abstract:

In response to the current problems of "no machines available, no machines easy to use" and poor agricultural production capacity in hilly and mountainous areas, the design and performance analysis of a soil groove test trolley in hilly and mountainous areas have been carried out. Firstly, the mechanical system, data acquisition system and control system of the soil groove test trolley were designed. Then, the passing ability of the soil groove test trolley was analyzed based on the RecurDyn-EDEM coupling simulation. Finally, the overall performance of the soil groove test trolley was tested and analyzed. The simulation results showed that the soil groove test trolley started to accelerate at t=0 s, and its travelling speed reached 0.7 m/s at t=2.7 s. Then, the travelling speed began to decrease sharply until the end of simulation, and the final travelling speed fluctuated around 0.1 m/s. During the simulation process, the limit spring could provide a friction force of approximately 700 N, and the resultant force of the suspension device reached 6 665 N. The simulation results preliminarily verified the rationality of the soil groove test trolley design scheme. The test results showed that the angular acceleration of the power output shaft of the soil groove test trolley was 14.74 rad/s2, and there was an error of 15 to 20 r/min between the actual rotational speed and the target rotational speed. The maximum travelling speed of the soil groove test trolley could reach 1.6 m/s, with a required braking time of 2.61 s and a corresponding braking distance of 1.62 m. When the soil groove test trolley travelled at a target speed of 0.2 m/s and was used in conjunction with a Sanqi excavation shovel for simulation test, it could reach the target speed within 2 s, and the measured maximum working resistance was 2 990.07 N. The above test data all meet the design requirements, which can provide theoretical basis and reference for the design of soil groove test trolleys in hilly and mountainous areas.

Key words: hilly and mountainous areas soil groove test trolley RecurDyn-EDEM coupling simulation performance analysis

收稿日期: 2025-01-06 出版日期: 2025-09-01

CLC:

S 225.5

基金资助: 国家重点研发计划资助项目(2022YFD2002004);国家自然科学基金资助项目(51865023)

通讯作者: 张兆国 E-mail: 531964726@qq.com;zzg@kust.edu.cn

作者简介: 刘伟健（1993—），男，讲师，博士，从事农业装备设计与制造研究，E-mail: 531964726@qq.com

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引用本文:

刘伟健,张家豪,余小兰,李东昊,王媛,李漫漫,张兆国. 丘陵山区土槽试验台车设计与性能分析[J]. 工程设计学报, 2025, 32(4): 550-561.

Weijian LIU,Jiahao ZHANG,Xiaolan YU,Donghao LI,Yuan WANG,Manman LI,Zhaoguo ZHANG. Design and performance analysis of soil groove test trolley in hilly and mountainous areas[J]. Chinese Journal of Engineering Design, 2025, 32(4): 550-561.

链接本文:

https://www.zjujournals.com/gcsjxb/CN/10.3785/j.issn.1006-754X.2025.05.101 或 https://www.zjujournals.com/gcsjxb/CN/Y2025/V32/I4/550

图1 丘陵山区土槽试验台车结构示意图1—镇压辊；2—镇压架；3—液压缸；4—固定架；5—驱动轮；6—驱动前桥；7—强电箱；8—横向限位装置；9—液压泵站；10—弱电箱；11—从动后桥；12—悬挂装置；13—被测农具；14—挂接模块；15—铅垂限位装置；16—减速器；17—牵引电机；18—主车架；19—带传动装置；20—动力输出轴；21—动力电机；22—牛头顶式液压升降器。

图2 悬挂装置效果图

表1 悬挂装置连接杆的尺寸参数 (mm)

表2 驱动电机参数

表3 液压泵站性能参数

图3 液压泵站实物图1—电机；2—油泵；3—油箱；4—风冷装置；5—压力表；6—油路块；7—电磁阀；8—加油口；9—液位计。

图4 液压式线控制动器的外形尺寸

表4 液压式线控制动器的基本信息

图5 土槽试验台车的数据采集途径

图6 简化后的土槽试验台车仿真模型

图7 镇压装置和主车架模型的网格划分

图8 土槽试验台车及其关键部件的静力学仿真结果

图9 RecurDyn-EDEM耦合仿真示意

图10 土槽试验台车耦合仿真模型

图11 RecurDyn-EDEM耦合仿真环境

图12 土槽试验台车行进速度的变化曲线

图13 挖掘铲上的壅土效果

图14 铅垂限位装置的受力变化曲线

图15 悬挂装置的受力变化曲线

图16 驱动轮1、2的摩擦力变化曲线

图17 驱动轮3、4的摩擦力变化曲线

图18 土槽试验台车物理样机

图19 土槽试验台车行进速度随时间的变化曲线

图20 动力输出轴转速随时间的变化曲线

表5 土槽试验台车的制动性能测试数据

图21 搭载三七挖掘铲的测试现场

图22 上位机软件的报表数据整理结果

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