拖拉机试验场（精选7篇）
拖拉机试验场 篇1
农机试验鉴定是农机化工作的重要组成部分,是农机化全面健康发展的技术支撑和保障。我国农机试验鉴定工作始于二十世纪五十年代初期,经过几十年的发展,形成了以部农机鉴定总站(下简称“总站”)为龙头,省鉴定站为基础,地(市)级机构为补充的全国农机试验鉴定系统。总站拥有拖拉机试验室、内燃机试验室、农机具试验室、低温启动试验室等各类试验室面积共计3307.17m2,拖拉机试验跑道占地10793m2,各类仪器设备564台(套)。先后被国家有关主管部门和国际组织机构认可或明确为:农业机械认可实验室、国家拖拉机质量监督检验中心(北京)、OECD农林拖拉机官方试验规则检测实验室等。
作为两个国家级拖拉机质量监督检验中心之一,总站在拖拉机试验鉴定能力方面一直处于行业领先水平,同时肩负着相关标准大纲的制定及试验方法的研究等任务。但是随着我国农业现代化发展的需要,特别是《农业机械化促进法》颁布和农机购置补贴实施以来,大马力拖拉机在农业生产中的比例显著提高,总站部分基础设施和仪器设备已出现明显的不适应。本文笔者从建设规模和布局、试验设施设备两个方面对总站的拖拉机试验鉴定能力进行梳理。
一、建设规模和布局
1. 本部院区
总站本部院区院区总占地面积29.8亩,主要建筑有农丰大厦(总站等单位业务用房)、科研试验楼、拖拉机试验车间、内燃机试验室、坡道试验台、低温试验室、节水灌溉及植保机械试验室、锅炉房、变配电室等,建筑密度达40%以上。在不足900平米的拖拉机试验车间内,拥挤地布置了安全架试验台、液压提升和输出试验台、质心试验台、倾翻试验台、座椅震动试验台、灯光试验区、四轮荷载测量区、整机参数测量区等,部分设施由于历史原因属于见缝插针式安装,加上试验辅助仪器设备的存放空间,基本没有可供拖拉机通畅行驶的试验流线,更不具备两项或多项试验同时进行而互不干扰的基本条件。
总站内燃机试验室建成于1983年,为机械部洛阳四院整体设计,主要进行拖拉机动力输出轴(PTO)功率测试,并具备发动机台架试验功能。试验室配备的W400、W700电涡流测功机由法国农机中心协助购置。因2005年在试验室南侧新建农丰大厦,为满足规划要求,内燃机试验室已被列入拟拆迁范围。现试验室大门距农丰大厦不足8m,门前道路转弯半径不足4m,不仅给农丰大厦办公带来噪声干扰,也给拖拉机进出带来不少阻碍。另外,基础设施条件也不能满足测功试验所需进气2000m3/h、全天候23℃±7℃恒温恒湿等条件。
近年来,总站拖拉机试验车间和发动机试验室大门进行拓宽处理,满足大马力拖拉机后轴双排轮进出需求。利用倾翻试验台改造的契机,对灯光试验区和四轮荷载测量区进行统一改造,三者线性布局,优化试验流程。改造发动机试验室的通风系统和隔音降噪措施,达到关门做试验的基础条件,尽量减少噪声污染。
2. 中国农机试验中心试验场
总站1988年建成使用的中国农机试验中心试验场位于北京市通州区西田阳村,试验场总占地43.2亩,以环形拖拉机试验跑道为主,配有负荷车库、样机库、试验观察室等少量辅助用房。拖拉机试验牵引跑道直线距离150m,幅宽4.5m,建成使用至今已近30年,跑道耗损明显。在目前200甚至300马力拖拉机的牵引试验中,不仅双排后轮高附着力的模拟工况难以实现,而且高速档位的试验效率难以保证,单个直线段可能只能采集到一两个有效数据。
二、试验设施设备
按照GB/TJ3871《农业拖拉机试验规程》等有关文件要求,拖拉机试验包含整机参数、动力输出轴功率、制动、驾驶员视野、牵引功率、低温启动、高温性能、噪声、排气烟度、质心、侧翻、安全框架等数十个试验项目。下面,笔者结合具体项目,谈谈相关设备的使用情况。
1. 动力输出轴功率试验台
该设备用于测试拖拉机的动力输出轴功率,是拖拉机动力性能的主要考核指标之一,按照GB/T 3871.3-2006《农业拖拉机试验规程第3部分:动力输出轴功率试验》进行最大功率、全负荷变速、变负荷和动力输出轴标准转速等试验。设备一般由测功机、传感器、数字仪表、发动机条件保障系统、测控系统等部分组成。
在用W400、W700电涡流测功机基本覆盖350马力范围内拖拉机动力输出轴(PTO)测试,但设备购置于试验室建立时,已使用超过30年,大大超出设备折旧年限,期间经历了两次更新改造。随着大马力拖拉机推广鉴定任务增加,测功机的使用日趋频繁,年使用在100天以上。近两年,设备多次出现开机显示异常、工况控制波动等现象,且冷却系统管路锈蚀明显,设备继续使用的可靠性难以保证。
因内燃机试验室所在车间列入拆迁计划,而迁扩建尚不具备启动条件,相关设备更新处于两难境地。
2. 牵引试验负荷车
该设备用于测试拖拉机牵引功率,是拖拉机动力性能的主要考核指标之一,按照GB/TJ3871.9-2006《农业拖拉机试验规程第9部分:牵引功率试验》进行负荷工况下功率、牵引力、速度、油耗等试验,全面评价拖拉机的牵引性能和经济性。设备由一般车辆主体、加载系统、测控系统、牵引挂接及保护装置等部分组成。
目前在用的FHC-80负荷车是总站第三代拖拉机牵引试验负荷车,2005年研制成功并投入使用,在总站的拖拉机试验鉴定工作发挥了重要作用。设备已使用10年以上,耗损严重,基本达到设计使用寿命。该负荷车能实现对150马力及以下拖拉机进行牵引功率试验,更大马力拖拉机试验时需在负荷车后串联拖拉机用于辅助加载,试验时负荷控制不稳定,试验效率难以保证,且串车后的负荷车底盘和前后连接钢丝绳存在较大安全隐患。车载部分仪器设备及连接管线老化,测控系统较落后,影响试验稳定性和试验效率。
2014年,总站申请项目资金,购置20T拖拉机牵引试验负荷车,可满足500马力、最大牵引力196kN拖拉机牵引试验需求,该设备已于2015年11月通过预验收,于8月份运抵中国农机试验中心试验场,使用320马力拖拉机进行设备终验收。作为总站第四代负荷车,该设备具有结构先进、加载控制进度高、测试范围大、测试精度高等特点。该设备采购完成后,试验跑道成为限制总站拖拉机牵引试验迈向更高平台的关键点,另外新负荷车11.5m×3.9m×3.9m的三维尺寸对西田阳的样机库和试验准备平台也提出更高要求。
3. 液压悬挂试验台
该设备用于检测拖拉机的后悬挂提升能力,是拖拉机动力性能的主要考核指标之一,按照GB/TJ3871.4-2006《农业拖拉机试验规程第4部分:后置三点悬挂装置提升能力》对拖拉机悬挂装置的提升能力进行考核。设备一般由悬挂框架装置、油缸加载系统、数据采集及测量系统等部分组成。
总站之前使用的液压提升试验台建于上世纪80年代,位于总站拖拉机试验车间入口处,虽经过数次改造,但由于结构强度等因素,试验量程仅能覆盖至120马力拖拉机,远不能满足实际需求。2014年下半年,利用试验室运行费用将前期购置的由江苏省鉴定站和江苏大学共同研制的液压提升试验台安装完毕,试验能力覆盖至500马力。经过一段时间的运行,目前正对设备的软硬件系统进行最后的调试改造。
4. 侧翻试验台
该设备用于测试拖拉机的静态侧倾稳定角,是拖拉机行驶安全的主要考核指标之一,依据中华人民共和国农业行业标准NY/TJ1929-2010《轮式拖拉机静侧翻稳定性试验方法》、QC/T14172-1993《汽车静侧翻稳定性台架试验方法》进行测试。设备一般由承载平台、倾翻测试装置、液压装置、控制系统等部分组成。
总站之前使用的侧翻试验台建于1987年,位于拖拉机试验车间西侧,液压系统、平台尺寸及强度按照5吨拖拉机(150马力)自重设计,但近年来的大马力拖拉机10吨(300马力)及以上已不在少数,试验有效覆盖范围明显不足。试验过程中,依靠人眼观察拖拉机侧翻瞬间,声音通知操作台工作人员,配合手动锁止平台上升角度,不可避免产生试验误差。
去年底,总站申请项目资金,对侧翻试验台进行设备更新。新设备设计荷载20吨,平台尺寸6m×4m,实现了国内在用拖拉机的全覆盖。为彻底消除试验过程中人为因素导致的试验误差,新设备包含一套以压板、拉簧、转轴、拨盘、微动开关、计算机测试软件等为基础的试验数据自动采集处理系统,在拖拉机单侧车轮失去附着力的瞬间实现联动记录,整个实验过程可全自动运行,并直接生成试验报告。本项目土建工程实施的同时,对灯光试验区和四轮荷载测量区进行统一改造,尽量优化试验流程。
5. 安全架试验台
该设备用于测试拖拉机安全架的强度,是拖拉机行驶安全的主要考核指标之一,依据中华人民共和国农业行业标准GB/T19498-2004《农林拖拉机防护装置静态试验方法和验收技术条件》对安全架进行侧向加载和压垮试验。设备一般由固定装置、调节装置、加载系统、测控系统等部分组成。
总站在用的安全架试验台建于1992年,2005年利用OECD年会的机会进行过升级改造。目前设备的左右调节实现电动调整,但调节精度不够,需增配小型电机,上下调节还在使用手摇方式。已申请相关项目经费,预计于2017年对相关内容进行改造。
6. 柴油机废气排放检测分析系统等
2009年,总站柴油机废气排放检测分析系统和拖拉机安全强检设施改造项目获得批复。总站利用本项目购置了测功机、排放分析仪等设备,柴油机排放检测能力达到国五标准,跃居国内领先水平。该项目的设备购置内容还包括拖拉机牵引挂钩试验台、驾驶座强度试验台、反光镜试验台、安全带试验台等内容。柴油机排放试验室位于内燃机试验室西侧,也列入拆迁范围。驾驶座强度试验台等设备分散布置于拖拉机试验车间的四角,使用不便。上述设备因缺乏相应的国家标准和试验大纲,使用频率不高。
三、现状分析
总体来看,总站现有拖拉机试验室试验鉴定能力现状可以概括为以下几点:
1.试验室及试验场建设于上世纪80年代,更多考虑中小型拖拉机试验检测需求,且一直未进行扩建,随着试验项目的增多,整体布局和流程不够科学合理。
2.试验项目覆盖全面,但部分单项能力有不足。试验室建设没有突出总站优势项目,如动力输出轴功率(PTO)、牵引功率、柴油机、安全框架等项目没有做大做强。
3. 具有行业前瞻性质的底盘测功试验台、消声试验室、电磁兼容实验室等总站尚不具备,与行业龙头地位不符。
不难看出,总站目前拖拉机试验鉴定能力所面临的瓶颈问题十分明显,和江苏省站、吉林省站等已完成扩建任务的兄弟单位相比,无疑他们有了更广阔的发展空间。
近年来,总站也在积极争取试验室的迁扩建项目,拟在中国农机试验中心试验场西侧和南侧征地80亩,建设试验车间、试验跑道、配套设施等内容,但因涉及征地、规划等工作较复杂,迟迟没有实质性进展。
日前,中国农机试验中心试验场周边情况发生一些变化,其一试验场北侧漷马路规划调整,不在原道路进行扩建;其二试验场西侧和南侧用于垃圾回收的村集体出租土地已出现废弃情况。结合上述两点以及基本建设项目的有关投资政策,笔者提出“自有土地保能力、租赁土地上平台”的发展策略。
首先,立足试验场现状启动本部试验室迁建工作。在现试验场北侧新建动力机械特性试验车间,包含排放试验室、PTO试验室、液压系统试验室、消音实验室等;在现试验场东侧新建安全鉴定试验车间,包含安全架试验室、驾驶座椅试验室、牵引钩试验室、侧翻试验室、前照灯试验室等。初步测算可建设试验车间面积3000余平米,建设完成后,总站的拖拉机相关试验室得到有效整合,同时为农丰大厦规划验收扫清障碍。
其次,租赁试验场周边土地建设试验跑道。与属地村集体谈判并签署长期土地租赁协议,租赁南侧及西侧一般农用地建设牵引试验跑道,土地性质保持不变。既满足基本建设项目投资政策需要,又减少国土、规划等部门的复杂审批。牵引试验跑道直线长度300m、外轮廓60m、幅宽7m。
最后,在自有土地上完成试验鉴定能力硬件的全面提升。在现试验跑道所在地建设人机工程试验室、电磁兼容试验室、底盘测功试验台、可靠性试验室、(关键零部件)物理特性试验室、田间作业机械力学性能试验室、节水及植保机械试验室、设施农业装备检测试验室等,全面提升总站农业机械试验鉴定能力。
此方案虽分期建设、耗时较长,且对前期整体规划设计工作的要求较高,但从总站实际出发,与属地情况紧密结合,具有可操作性。
拖拉机试验场 篇2
随着我国大中城市基础设施建设的不断完善,公路维修和城市建设等工程领域的施工量不断增加,从而使得各工业集团纷纷投入到微型履带式机械的研发中来[1]。
微型履带式机械转场容易,易于进入复杂的工作环境作业,机动性和适应性强[2],因而得到广泛应用。其行走系牵引性能的好坏直接影响其作业质量和效率,因此如何提高履带式车辆牵引附着性能一直受到人们的关注。
Xiulun Wang[3]等人理论分析了履带车辆产生最大推力和牵引力时的履带板厚度与履带板宽度比以及履刺的高度。W Y Park[4]开发了一个计算机仿真程序(TPPMTV),通过输入土壤参数和履带式车辆的设计参数来预测车辆的牵引附着性能。宿月问[5]等人根据Bekker理论,研发了一种适用于无支重轮式矿用履带车辆的仿真模块。Modest Lyasko[6]等通过对以往仿真模型的适应性和局限性分析,建立了一种适应性更广的(TPA)模型。由于履带式车辆的牵引附着性能对于路面及土壤环境有较强的依赖性,对于一些典型路况下的仿真结果仍然需要田间试验验证,使得仿真模型的适应性受到限制。呼伦贝尔学院的王旭[7]等人通过田间试验得出增大履带支承段长度、增加履刺数目和高度有助于提高附着系数的结论。同时,单、高刺形式的履带板在粘性土壤上可以有效提高牵引附着性能[8]。
本文基于某微型履带式拖拉机(工作质量650kg左右),通过设计正交试验,选择恰当的履带结构参数组合,进行田间牵引试验,研究了履带板宽度b、履带支承段长度L0以及履刺高度h对整机滚动阻力和附着力的影响。通过试验数据处理量化比较各个因素对于滚动阻力和附着力的贡献值,获得这3个参数在试验范围内的最优组合,为该型微型拖拉机履带的设计提供了理论依据。
1 牵引性能试验
1.1 试验原理
对于拖拉机来说,要使拖拉机保持正常行驶必须满足的条件为
Pφ≥Pq≥PT+Pf (1)
式中 Pφ—附着力;
Pq—驱动力;
PT—牵引力;
Pf—滚动阻力。
可见,为了保证拖拉机的正常行驶,提高拖拉机作业的牵引效率,应该力图提高附着力Pφ和减少滚动阻力Pf[9]。履带式拖拉机的滚动阻力和附着力除了与土壤条件、附着质量和路面条件等因素有关外,还与行走系的结构参数(如履带板宽度、履带支承段长度、履刺高度等)有关。
1.2 试验设备及装置
试验装置采用自行设计的履带式微耕机进行。1号试验机履带支承段长度L0=850mm,2号试验机履带支承段长度为L0=1 020mm。通过加减配重消除附着质量的影响,将质量差距调整在10kg范围内。备用履带为窄平履带(b=125mm,无履刺)、窄刺履带(b=125mm,有履刺)、宽平履带(b=165mm,无履刺)和宽刺履带(b=165mm,有履刺) 各两套。采用DLN-2型便携式数字拉力表,负荷车为联合17[10]。
1.3 试验地概况及试验期天气状况
试验场地块为陕西西北农林科技大学农作一站较为平坦的麦茬地,调整预备段长20m,试验测量段长约40m。为消除重复通过对拖拉机牵引性能产生的影响,每次试验均避开以前的轮辙。10cm深度土壤情况(取均值)为含水量14.99%,干容重151.13g/cm3,湿容重162.83g/cm3,土壤硬度34.58N/cm2。试验于2010-07-08至2010-08-06进行,试验期间天气情况为晴-阴,最高气温为30℃。
1.4 试验方法
参照国家标准(GB3871-83)《农业拖拉机试验方法》[11]对装有不同履带的1号和2号试验装置进行田间牵引附着性能试验,以获得滑转率、驱动力和附着系数等主要牵引附着性能指标,为评定履带不同结构参数对于滚动阻力和附着力的影响提供依据。滚动阻力的测量采用拖拉法。
1.5 正交试验因素与水平表
正交试验是利用“正交表”进行科学安排和分析多因素实验的方法[12]。
为了保证拖拉机的正常行驶,提高拖拉机作业的牵引效率,应该力图提高附着力Pφ和减少滚动阻力Pf。拖拉机的滚动阻力和附着力与履带宽度、履带支承段的长度以及履刺有很大的关系。因此,以滚动阻力Pf和附着力Pφ作为考察指标,研究履带板宽度b、履带支承段长度L0和履刺高度h对这两个指标的影响。
1.5.1 试验指标
试验指标:滚动阻力Pf与附着力Pφ。要求滚动阻力越小越好,附着力越大越好。
1.5.2 试验因素
履带行走装置的结构参数为履带板宽度b、履带支承段长度L0和履刺高度h。
由以上分析可知,该试验为3因素2水平试验。考虑到各个因素之间的交互作用,选择L8(27)正交表[13]。试验方案按照该正交表进行,如表1所示。
2 结果及分析
2.1 牵引附着性能试验
通过牵引附着性能试验,测得各个样本的试验数据,运用MATLAB软件的曲线拟合工具箱,应用指数函数进行回归[14],获得拟合曲线如图1所示。由图1可知:对于履带支承段长度为850mm的1号拖拉机,安装窄刺履带时,拖拉机的驱动力得到了很好的发挥;安装宽平履带和宽刺履带时,对于驱动力的提高作用不太显著,当滑转在10%左右时,对于驱动力的提高作用比较显著。
2号机的驱动力与滑转率的关系如图2所示。
由图2可知,对于履带支承段长度为1 020mm的2号拖拉机,履刺的存在对于滑转率的提高有显著作用;同时,履刺和履带宽度的交互作用对于拖拉机驱动力的发挥也有积极地作用;安装宽平履带时,整机驱动力的提高不太显著。
根据我国有关规定,履带式拖拉机在旱田茬地的最大容许滑转率为7%。结合驱动力与滑转率曲线,可获得不同试验样本在滑转率为7%时的驱动力Pqmax,即该试验样本的附着力Pφ。通过试验(拖带法)测得的滚动阻力如表2所示。
2.2 实验结果分析
将实验数据带入正交表进行计算,结果如表3所示。由数理统计原理可知,其随机变量观测值加减乘除某一不等于零的常数,其统计规律不变。因此,将滚动阻力和附着力分别减去一不等于0的常数,以简化计算。所涉及的8个试验样本的滚动阻力和附着力(如表2所示)均减去一不为0的常数后,得到的结果如表3所示。将各因素两个水平的滚动阻力和附着力求和,得出各个水平的滚动阻力附着力和极差。
根据试验指标,对滚动阻力和附着力采用综合平衡法进行分析,结果表明:
1)对于滚动阻力影响最大的因素为履刺。由于履刺的存在,使得滚动阻力增大了18.94%。依据试验指标要求的滚动阻力越小越好的原则,获得最优组合A1B1C1,即当该型履带拖拉机采用履带支承段长度为850cm、履带宽度为125cm的无履刺履带作业时,滚动阻力最小。
2)影响附着力最主要的因素为履刺,履刺的存在能够有效提高其附着力。有履刺的履带较无履刺的履带作业时,其附着力提高了26.64%。根据附着力越大越好的原则,由表3的计算结果可知,各因素的交互作用为主要因素,最优组合的选择以优搭配为准,因此获得最优组合A1B2C2,即当该型履带式拖拉机采用履带宽度为125mm、履带支承段长度为1 020mm、履刺高度为28mm履带作业时,能够获得较大的附着力。
3)综合考虑试验指标以及因素对于两个指标影响的主次顺序,确定最优组合:一是C(履刺)因素对于滚动阻力和附着力的影响的大小均排第1位,虽然选择C2会使滚动阻力增加18.94%,但附着力的提高达到26.64%,因此C因素选择C2较好;二是B(履带支承段长度)因素对于滚动阻力的单独作用排在第7位,属于次要因素,而交互作用也只排到第3位,因此B因素的选择以对于附着力的贡献值为准,选择B2能够使得附着力提高3.28%,所以B因素选择B2;三是A(履带宽度)因素,A因素对于滚动阻力和附着力来说都是选择A1较优。
因此,本试验的最优组合为A1B2C2,即当该型履带式拖拉机采用履带宽度为125mm、履带支承段长度为1 020mm、履刺高度为28mm的履带行走装置作业时,能够获得良好的行走性能。
3 结论
1)履刺对于拖拉机牵引附着性能和滚动阻力的影响最为显著,履带支承段长度和履带宽度单独作用于两者的影响都不太大,属于次要因素。综合考虑该型履带式车辆的综合行走性能,确定这3个参数的最优组合为A1B2C2,即当该型履带式拖拉机采用履带宽度为125mm、履带支承段长度为1 020mm、履刺高度为28mm的履带行走装置作业时,能够获得较好的行走性能。该结果与试验结果一致。
拖拉机试验场 篇3
自动转向控制是实现农用车辆自动导航的关键技术之一［1］。拖拉机导航系统中,转向操纵控制系统根据上位机控制指令,驱动转向前轮转到指定角度。 转向操纵控制系统执行效果的优劣决定了导航车辆工作的准确性和稳定性［1］。
拖拉机本身是一个具有大延迟、高度非线性、时变性和不确定性的复杂系统,而且农田地况较差,轮胎与地面作用过程复杂,难以建立精确的数学模型［2］。当被控对象受到参数摄动和外部干扰等不确定因素影响时,会降低系统的控制品质,出现诸如振荡加剧、过渡时间过长等缺点［2］。因此,有必要充分挖掘车辆模型所蕴含的车辆状态信息,选择合适的控制算法,以改善导航系统性能。
自动驾驶转向控制算法直接影响到拖拉机自动驾驶的行走精度,通过研究拖拉机转向操纵控制的实现方法,并对常用算法对比分析、改进和融合,以仿真研究和试验研究为主要研究手段,寻求提高操纵控制器动态响应特性的方法,为提高农用车辆导航控制系统的路径跟踪精度提供可靠保证。
1试验研究
1.1双通道系数测定
由于所用拖拉机的转向油缸是单边油缸,转动方向盘速度相等时,左转向速度和右转向速度不同。当拖拉机右转向时,转向油缸有杆腔进油,无杆腔回油,转向速度快一些; 拖拉机左转向时,转向油缸无杆腔进油, 有杆腔回油,转向速度慢一些。为解决左右转向速度不同这一问题,设计了双通道控制方法,通过添加一个控制系数,来实现左右转向对称。
试验方法是让步进电机带动加装的全液压转向器转向,设定不同的双通道系数,通过电脑接收由CAN发送过来角度传感器的值,并保存分析数据,找出左右转向所用的时间相等所对应的系数。
图1分别是起始转角为0°、目标转角为30° ~ 30°、设置步进电机速度为0. 3r / s、全液压转向器左转和右转速度相同时的数据图。由图1可知: 拖拉机左右转向不对称,设置不同的系数,多次试验后,当右转速度/左转速度等于0.7时( 双通道系数为0.7) ,左右转向对称,如图2所示。
1.2比例系数测定
在控制自动转向时,为了提高控制的快速性、准确性和精度,希望当目标转角与当前转角的偏差较大时,具有较大的转向速度,以提高自动转向的响应速度; 当目标转角与当前转角的偏差较小时,具有较小的转向速度,以避免自动转向超调。为此,通过多次试验,测试出最佳比例系数,以满足转向控制的快速性。
试验方法是先设置好一固定的目标转角,给定不同的比例系数,控制拖拉机自动转向。通过电脑接收由CAN发送过来角度传感器的值,并保存分析数据, 观察转向的快慢和稳定性,以找出最佳比例系数。
图3为起始转角为0°、目标转角为30°、比例系数分别为20、50时的自动转向角度曲线。设置不同的比例系数,通过分析实验数据可知: 比例系数越大,转向速度越快,但超调量也越大,当比例系数过大时,系统稳定性下降; 通过多次多次试验,当比例系数为50时,转向效果最好。
1.3微分系数测定
单纯的比例控制会出现一定的超调量,微分控制可以减小一定的超调量; 但是,微分控制过大会放大噪声,使控制系统稳定性下降。为提高自动转向的精度、减小超调量,需要确定最佳微分系数。
试验方法是: 先设置好一固定的目标转角,在前面比例系数确定的基础上,通过设置不同的微分系数,控制拖拉机自动转向。通过电脑接收由CAN发送过来角度传感器的值,保存分析数据,观察转向的超调量大小和系统稳定性,找出最佳微分系数。系统控制稳定、超调量最小时所对应的微分系数就是最佳微分系数。
设置起始转角为0°,目标转角为30°,通过数据分析可得: 微分控制减少系统控制的超调量,但影响较小; 通过多次试验,当微分系数为20时,转向效果较好,如图4所示。
2仿真研究
通过对系统进行建模,然后针对控制对象的性能要求和影响因素,选定控制器,并对控制算法扰动因素进行分析,优化模型。同时,对操纵控制器的响应速度和精度及转向控制方法的控制效果进行试验分析,从而提高转向操纵控制器的控制效果。
2.1步进电机SIMULINK建模
拖拉机转向系统的建模主要就是对步进电机的建模,转向控制算法直接去控制步进电机,使之快速、 准确地输出需要偏移的角度。根据步进电机的特性, 建立A相的电压方程为
其中,ia为A相的电流; L为绕组电感; Km为反电势系数; R为绕组电阻; X为电机的转速; Nr为转子的齿数。
电机转矩方程为
其中,Te为电磁转矩; J为转动惯量; B为粘滞摩擦系数; TL为负载转矩［3］。
综上建立步进电机的数学模型,其微分方程形式为
从以上模型可以看出: 步进电机为高度非线性被控对象,对步进电机进行SIMULINK仿真,建立仿真模型如图5所示。
此模型有2输入4输出,分别是: Ua、Ub为输入量; ia、ib、H、X为输出量。电磁转矩模块Te是子模块,后接输出电流的绝对值模块。利用SIMULINK把这个模型进行封装,从而得到了拖拉机自动转向操纵控制器步进电机的仿真模块。
2.2模糊PID控制器构建
2.2.1构建思路
模糊控制不依赖于被控对象的数学模型,具有设计算法简单、易于实现、适应能力好、抗干扰能力强等优点,但存在控制精度不高和静态余差等缺点。步进电机的内部结构与其他类型的电机不同,内部各控制变量不仅高度非线性,而且相互耦合,所以很难用简单的数学模型去表达。由于步进电机构成的控制系统存在着非线性、时变、干扰等特性,当外界环境发生变化时,被控对象的参数也会随之变化,采用固定的PID参数难以达到理想的控制效果。因此,结合PID控制方法与模糊控制技术两者的优点,组成模糊PID控制技术,并将其运用于电机控制中,使系统具有较高的控制性能。
在步进电机控制系统中采用模糊PID控制可以充发挥模糊控制与PID控制各自的优势,用模糊控制去整定PID参数,建立模糊规则,通过推理对PID参数进行在线调整,从而提高转向操纵控制器的控制效果。控制原理如图6所示。
2.2.2模糊PID控制算法的建立与仿真
通过确定模糊语言变量,对各变量隶属函数进行确定,再通过控制规则的建立,进行模糊推理,可以得到模型中各个参数的取值。确定各变量kp、kI、kD隶属函数如图7所示。
采用Mamdani推理所得的推理结果,如图8所示。当e = 0.5、ec = 0.5,即给定值与测量值c( t) 之差及较上一次失步数之差模糊化所形成值,它所对应的PID各参数需取值kp= 0.469,ki= 0.565,kd= 0.45。
在Mat Lab /SIMULINK中,将建立的模糊控制器仿真模型封装在Fuzzy Logic Controller中,再将模糊控制模块与PID模块结合起来,建立的模糊PID仿真模型如图9所示。
所构建的模糊PID控制器可以使得系统具有反应时间短及超调量小的控制效果,可以有效地减少转向过程中的振荡现象,过渡时间过长等问题也得到了进一步改善。从波形分析可以看出: 模糊PID控制通过对参数的在线调整,对提高控制精度起到了关键的作用。
3结论
拖拉机试验场 篇4
为充分掌握拖拉机产品的质量状况,推动轻型履带式拖拉机的持续健康发展,从2014年9月28日开始,我站陆续展开了拖拉机可靠性试验,具体试验情况如下:
一、工作概况
2014 年8 月至9 月,我们对参加可靠性试验的拖拉机进行了随机抽样,2014 年9 月28 日开始实施拖拉机可靠性试验。这次试验分别对益阳资江联合收割机开发有限公司等4 家农机企业生产的10 台轻型履带式拖拉机(每台工作时间不低于750h),进行了可靠性试验。(附表1)
为做好履带式拖拉机可靠性试验工作,以GB/T 4648.1、JB/T 51082为依据,我站制定了《拖拉机可靠性试验实施方案》和《拖拉机可靠性试验实施细则》。从2014年9月28日至2015年8月25日,试验共分为两个阶段进行,第一个阶段是2014年9月至11月,作业方式为水田或旱土旋耕;第二个阶段是2015年4月至8月,作业方式为水田旋耕,10台履带式拖拉机累积工作试验7951h,机具作业面积6983.4hm2,较好地完成了可靠性试验任务。
二、可靠性试验结果
⑴作业面积。10 台拖拉机共作业6983.4hm2,其中水田作业面积为4857.5 hm2,旱土作业面积为2125.9 hm2。作业面积最多的为822.1hm2,最少的为507.7hm2平均为698.3hm2。
⑵油耗。参加测试的拖拉机中油耗最高为25.5KG/hm2, 最低为11.8KG/hm2, 平均油耗为18.7KG/hm2。
⑶工作时间。10 台拖拉机累计工作时间为7951h, 工作时间最长的为815h,工作时间最短的为778h,平均为798h。
⑷田间作业平均负荷系数。田间作业平均负荷系数最高的为85.3% ,最低的为69.5% ,平均为77.4%。
⑸MTTFF(首次故障前平均工作时间)。MTTFF最长的为256.3h, 最短的为18.5h, 平均为137.4h。
⑹MTBF(平均故障间隔时间)。MTBF最长的为316.7h,最短的为218.5h,平均为267.6h。
⑺生产率。生产率最高的为0.95hm2/h,最低的为0.63hm2/h,平均为0.79hm2/h。
⑻故障情况。在可靠性试验期间, 10 台履带式拖拉机累积发生故障65 次,平均每台拖拉机发生故障6.5 次。其中发生轻微故障37 次,一般故障27 次,严重故障1 次,未发生致命故障。
三、试验结果分析
1.MTBF (平均故障间隔时间)的数值呈现出“两头大、中间小”的特点。其主要原因是:前期田间作业机手因想获取理想的试验数据,在操作上较为谨慎,耕深较浅,同时旱土作业时间较长,田间作业平均负荷系数较小,故障较少,MTBF值一般在270h左右;中期田间作业趋于正常状态,机器在水田作业的时间较多,田间作业平均负荷较大,机器零部件磨损严重,故障较多,MTBF值在230h左右;后期田间作业量减少,加上有些厂家及时跟进保养,故障较少,MTBF值可以达到300h左右。
2.田间作业平均负荷系数符合标准要求。农业部标准要求拖拉机的田间作业平均负荷系数不低于60%。10 台轻型履带式拖拉机的田间作业平均负荷系数均高于标准要求,田间作业平均负荷系数的平均值为77.4%。从可靠性试验的过程来看,与旱土旋耕作业比较,水田旋耕作业时的作业环境更为恶劣,田间作业平均负荷大,作业平均负荷系数可达到80%以上。从田间作业平均负荷系数和MTBF值分析,我市履带式拖拉机的产品质量、性能比较稳定,能进行大面积的旋耕作业,能适应不同的田间模式,农民用户较为满意。但在配件选购、装配工艺等方面有待进一步提升。
3.部分履带式拖拉机油耗较高。主要原因是:一是水田作业的时间长,田间作业平均负荷系数大,油耗高;二是作业的地块小,拖拉机田间转移的时间长,影响力拖拉机作业效率的充分发挥;三是工作的环境较为恶劣,如连续下雨几天后的水田作业,田间泥脚较深,使得拖拉机油耗较高;四是拖拉机工作时耕深较深,生产率降低,油耗增高。
4.部分履带拖拉机作业面积大,工作时间长。主要原因是:一是机具性能稳定,故障次数少,修复时间短,保养及时有效;二是作业的地块面积相对较大,工作效率高;三是拖拉机手的操作水平较高;四是厂家比较重视,与可靠性试验工作密切配合协调,服务跟进及时。
5.履带式拖拉机可靠性试验采用跟踪机手作业的方法进行。试验中,发动机功率不同,机器作业的田间土壤不同、地块面积不同、作业时间不同、作业量不同、机手操作水平不同、耕深及耕幅不同。因此,这次履带式拖拉机可靠性试验机械之间的数据可比性较差。
四、存在的普遍性问题
1.油问题
从可靠性试验的结果来看,渗油是一个比较普遍的问题,本次可靠性试验的10 台履带式拖拉机中,共出现19 次渗油故障,占总故障的29.2%。主要包括驱动轴、密封圈、液压元件等渗油,反应出产品质量、装配工艺还需要进一步加强。
2.万向节问题
在可靠性试验中,万向节工作是刚性转动,冲击负荷大,因受力不均或强度不够,故障较多。使用方法、维护、装配工艺以及产品本身质量问题这些是导致万向节故障的主因。
3.变速箱问题
变速箱故障多,共计15 次,占总故障的23.1%。由于工作作业环境恶劣,田间作业平均负荷系数大,拖拉机换挡轴上的轴或轴承磨损严重、换挡齿轮严重磨损等,旋耕机箱也存在类似的问题。
4.配套机具问题
目前轻型履带式拖拉机的作业方式比较单一,主要应用于旋耕作业。没有真正做到一机多具,实现轻型履带式拖拉机的多功能化。自国家把拖拉机列入国家重点补贴目录后,轻型履带式拖拉机技术发展迅猛,产销也更加火爆,而与之配套的机具却发展滞后,这大大降低了拖拉机的应用范围和使用效率,随着我国农机大户、农机合作社等新型农业经营组织的增加和跨区作业的需要,主机能配套多种机具作业的要求会更加强烈,显示出拖拉机配套机具市场的巨大潜力。
五、轻型履带式拖拉机发展状况及分析
南方是我国水稻的主产区,这些地区地形复杂、田块高差较大、泥脚深、土壤承压能力较低,目前市场上生产的田、地间的耕作机械大多是由轮式拖拉机作牵引。由于轮式拖拉机橡胶轮压力大,尤其在水田行走时,随之碾出两道深沟,这两道深沟透过耕作层的熟泥,一直陷入下面的生泥层下。这样,每耕作一次,就使泥层加深一层,造成恶性循环,使水田都成为深泥脚田。履带式拖拉机由于采用橡胶履带行走,对泥层的压强减小,具有保护水田土壤生态的作用。在耕种效果上也显示出其独特的长处:一是地表平整度比传统旋耕机明显具有优势,二是旱耕地土块细碎均匀,水耕田泥烂浆足,耕作质量高,三是杂草覆盖率高。其耕作平稳性、湿地通过性、使用可靠性独具特色。履带式拖拉机除可以一次性完成旋耕、开沟、起垄、播种、施肥等作业外,还在农田基本建设和小型水利工程中得到充分利用,综合利用程度较高,广泛适用于平原、山区、丘陵田块作业,具有极其优越的推广价值。以轻型履带拖拉机平均按1000 亩/台/年收割计算,未来其市场量达350 万台左右。以湖南省为例,全省种植面积在9000 万亩左右,除去不可机耕面积全省对轻型履带拖拉机的需求量在9 万台左右,未来五年内预计国内其市场容量为500 万台,南方几个省约170 万台。目前我市轻型履带式拖拉机已经处于爬坡阶段,部分生产厂家开发的轻型履带式拖拉机已经开始小批量生产。从可靠性试验结果可以看出,多数机型性能比较稳定,能进行大面积作业,满足多功能、高效率、高精度、高智能、高性价比、节能、使用安全的要求,农民用户基本满意,农机大户、农机合作社等经营组织需求迫切。
六、措施与建议
1.加大投入,加快拖拉机产品的换代升级
首先生产企业不能满足现状,要舍得花钱加快技术研发,做好改进轻型履带式拖拉机存在的设计问题和质量问题,进一步提高装配质量。其次,财政、科技等部门要协同合作,择优而扶,为产品给予经费和技术支持。
2.整合资源优势,走科技化、品牌化、集约化道路
科技化,就是要鼓励和支持企业加强科技研发,推进自主创新;品牌化,就是要鼓励企业加速提质改造,在追求产品产量的同时,更加注重产品的性能与品质,提高竞争力;集约化,就是要引导企业实现强强联手。
3.着力宣传,注重培训和推广
运用各种宣传媒体,现场演示会等广泛宣传,提高广大农户对轻型履带式拖拉机的感性认识,了解产品给农民带来的实惠,同时,要加大对拖拉机手的培训,帮助农民提高应用产品技术能力。对农机大户、农机合作社等需求迫切的农业经营组织进行扶持,率先推进轻型履带式拖拉机。
4.建立和完善用户跟踪试验机制
拖拉机试验场 篇5
由封闭式管理发展到政策与法规调控阶段
《农机质量与监督》 (下称AMQS) :建国以来, 我国拖拉机质量走过了一条什么样的发展路径?
徐志坚:简单地说, 是从计划经济制造部门的封闭式质量管理到市场经济开放调控的质量管理, 走出了一条向着政府依据政策和法规进行宏观调控、对市场化的拖拉机产品实施质量引导和管理的路径。在计划经济时代, 产品质量由制造部门和企业控制, 曾经实行过全面质量管理的模式, 产品质量在更新换代不多的情况下控制得也不错。那时真正的生产整机的制造厂并不多, 天拖、一拖、上拖、清江拖是4家传统生产大拖的企业, 长拖、宁波、盐拖、潍拖、兖拖等生产中拖, 石家庄、邢台等生产小四轮, 手扶有代表性的有四方、东风、南宁, 这些企业都是比较大型的国有企业性质的管理。到了改革开放后, 市场放开, 由企业自己控制产品质量, 但这个时候情况比较乱, 由于刚进入市场经济缺乏经验, 出了较多质量事故, 于是国家开始介入管理, 实行质量监督, 颁发生产许可证和产品推广许可证。此后再过渡到政策和法规调控的阶段, 国家在宏观上实施质量引导, 农机具成为国家质量监督检验总局必检的行业。目前除了执行质量监督抽查制度和3C认证制度, 就是利用现在的农机具推广目录进行引导, 企业必须进入推广目录才有可能享受国家资金补贴。
AMQS:作为一位拖拉机质量发展史的长期见证者和新亲历者, 您认为改革开放是不是我国拖拉机质量提升的一个节点?拖拉机质量全面提升有哪些重要阶段或有哪些重要的标志性事件?
徐志坚:说节点不是很确切。不过改革开放是拖拉机产销由计划向市场经济转变的开始, 是政府部门采用法律法规实施管理的开始。拖拉机质量管理经历了政府实施生产许可证、推广许可证、国家监督抽查、3C认证和推广目录等阶段。1984年当时的农牧渔业部和机械工业部发布了34号文件, 两部联合对小四轮拖拉机实施检验, 颁发生产许可证和推广许可证;1985年, 当时的国家标准局依据《国家监督抽查条例》, 对拖拉机产品实施国家监督抽查, 并以新闻发布会的形式公布拖拉机抽查结果, 当时每次抽查后必开新闻发布会。如果产品被检出不合格, 企业必须停产整顿。1987年, 经济合作与发展组织 (简称OECD) 认可农业部农机鉴定总站和洛阳拖拉机研究所为非成员国认可实验室, 从此以后, 国内拖拉机出口到OECD成员国有了OECD检测报告, 使国内企业实现了产品的本土检测、境外认可, 成为我国最早实现与国际标准接轨的行业。2004年, 农业部依据《农业机械化促进法》, 会同国家发改委和财政部, 对拖拉机等农业机械实施推广目录管理, 作为国家补贴选择产品的条件;2007年, 国家认证认可监督管理委员会对中小功率拖拉机实施3C认证制度, 这些都是标志性的。
拖拉机整体质量稳步上升但有两大软肋
AMQS:您如何评价当前我国拖拉机的质量、技术水平整体状况?
徐志坚:当前我国拖拉机产品质量和技术水平整体状况在改革开放以后呈稳步上升趋势, 尤其进入21世纪以来大踏步前进。质量与技术相辅相成, 产品质量的稳定来源于设计和制造技术的发展, 产品技术性能的发挥又依靠稳定的质量。整体提高体现在安全水平和性能指标上:安全上我国一直引用国际标准, 开始是在安全标志和防护上制定了强制性标准, 上世纪90年代汇总为GB18447, 随着我国拖拉机产品出口到欧美等发达国家, 依据这些国家的标准规范产品, 较大幅度地提升了产品安全质量。同时在安全指标的范围上也逐步扩大, 与国外全面接轨, 2008年修订的GB18447就更广泛地引用了欧洲的安全标准内容, 从烟度指标到驾驶员耳旁噪声指标都有提升, 标志着安全性指标与国外发达国家全面靠近的趋势。性能方面国内企业在PTO、提升能力和牵引能力上都发展得很好, 从初期的勉强达到通用技术标准指标, 到如今有很多储备。如提升力, 实际能超过通用技术标准的50%, 有的超过1倍以上。
当然, 拖拉机质量与技术状况整体上与国外比还有些不尽人意的地方, 存在两个大的弱势, 一是产品本身粗糙, 加工不细, 不仅安全覆盖不足, 产品构件也较粗糙, 如变速箱, 前后桥和相关零配件不细致。二是性能不够稳定, 波动幅度比国外产品大得多。有的企业检测用的样机质量很好, 但是在生产线上的产品往往性能波动大, 忽好忽坏。国内拖拉机企业有一个鲜明的特点, 就是靠密集的“三包”服务体系弥补整体上的不稳定, 售后服务很密集也很辛苦, 这通过收获季节我们的各种媒体的集中报道也能看出来。而国外企业的售后服务就比较轻松, 这就是我们的产品与国外先进产品之间在性能稳定性和质量可靠性方面的差距。
在技术上, 我们的拖拉机企业对先进技术的应用还有一定的难度, 对进口技术的消化试验不充分, 国产化的产品配置上难免有不协调, 未经足够的试验和检验, 到地里农民高强度作业时就出问题, 像带负荷换挡, 有些企业采用后, 产品的故障率大幅度提高, 只好又改回去了。因为这种改进的整体匹配性、协调性很强, 需要充分试验作为基础。总体说国内企业具备了向上研发的能力, 但考核性试验的技术和设备基础均不雄厚。
AMQS:国内企业100马力以上的拖拉机产品在产品可靠性、适用性、安全性、先进性上表现如何?在您看来, 我国拖拉机行业在原料、设计、制造、工艺等环节, 哪一块是最值得重视的短板?拖拉机质量水平与国外同行业还存在多大的差距?
徐志坚:100马力以上的拖拉机技术含量是比较高的, 目前国内有十几家企业在做, 有的完全是自己研发的, 有的是组装, 有的则干脆抄别人的。国内较大的企业如一拖、福田、东风等, 这些传统企业的产品质量比较稳定, 他们在原料供应、配件组织等方面差距不太大, 但都有一个共同的差距:没有建立拖拉机产品开发研制的强化试验体系。拖拉机是机械产品, 即使有非常成熟的设计理论, 在可靠性、适用性和安全性方面也需要大量的实验室技术来验证, 这方面与发达国家相比差距最大。国外品牌拖拉机企业都建立了完整的产品开发试验检测系统, 将需要验证的全部试验都在实验室里通过强化试验完成。美国约翰迪尔公司可以把设计寿命为10年的零件进行模拟强化试验, 用试验结果分析零件的材料和工艺状况。在同是发展中国家的印度, 我们在马恒达公司看到他们正在对为中国市场设计的拖拉机进行强化振动试验, 试验依据的计算机图谱是根据中国的地面情况设计的, 试验要连续进行3个月, 然后对所有零件进行检测, 对设计进行验证和修正。
100马力以上拖拉机作业时的持续高强度负载, 对设计、材料和制造技术都提出更高要求, 尤其可靠性、稳定性需要大量实验室数据验证, 需要建立全面的、系统的、有强化功能的试验考核技术体系, 不建立此体系, 永远追不上人家。如一拖很多技术来源于菲亚特, 人家一块很薄的材料, 不共振、不损坏, 而我们就做不到。
补贴政策要引导提高产品技术品质
AMQS:拖拉机行业在节能、环保方面如何做得更好?除此之外, 具体来说, 国内企业还需要在哪些方面加以提高?
徐志坚:我觉得发动机技术比较关键。国内发动机技术比较粗糙, 目前有原来做车用发动机的企业, 现进入农机市场, 基础较好, 现在有技术储备的发动机企业不太多, 在发动机上一定要取得突破, 我到英国铂金斯和印度马恒达的发动机封闭式无尘总装车间参观过, 非常洁净, 无尘装配, 质量很高。再就是变速箱、前后桥等部件, 齿轮、轴承等零件。
目前国内拖拉机技术发展处于关键时期, 世界上几乎所有的名牌拖拉机制造企业都来到中国发展, 挑战是严峻的, 是长期的。国内企业应在巩固已有市场的同时, 放眼未来, 建立拖拉机基础理论的研究人才队伍和试验理论技术, 并开展试验设备研究, 应能在设计、制造和试验技术上有突破, 其中试验技术的突破最困难, 也最有意义, 通过试验, 对设计、制造、材料和工艺进行验证, 形成自己的技术知识产权和品牌优势。
AMQS:现在有些企业, 为了单纯迎合农民对价格的要求、追求销量增长而采取低质、低配置的策略, 忽视了科研创新, 在当前我国经济发展阶段, 是否应该注意市场拓展与质量、技术发展的平衡。
徐志坚:在我国这是一个老生常谈的问题了。价格战一直伴随着拖拉机行业走过了20多年, 也是我国拖拉机产品技术和质量发展不快的一个瓶颈。企业不要眼光太浅。如小拖利润低只好不断减配置。我前段时间到一家企业调研, 他们领导说为减成本要减薄覆盖件厚度, 这样做害用户最终害自己。我认为应该合理地压成本, 如提高自动化程度、削减人员开支, 同时国家要加大扶持。目前补贴刺激很多企业进入拖拉机制造业, 但不能刺激现有企业提高拖拉机产品品质。我们建议补贴更加细化, 一部分实行普惠, 一部分补贴产品技术创新。如驾驶室采用静音的, 提高了成本8000元我给你补7000元;采用了带负荷换挡的, 也给你补贴, 这样就激励了企业的技术创新。在补贴方面要引导提高产品技术品质、提高更新技术设备, 让企业提高技术能得到市场的回报, 这样越补贴越有意思, 无论企业还是补贴政策都有后劲, 而不是促进哪个地方都大面积地生产拖拉机。
AMQS:近些年来, 受到补贴政策的刺激, 国内拖拉机“大马力化”成为一种现象。以福田雷沃重工和中国一拖为代表的企业, 在拖拉机生产功率不断上延方面似乎竞争不息, 前不久鉴定总站大院里停了一台一拖3804型拖拉机样品。您如何看待这种大马力化现象?这种现象值不值得提倡?
徐志坚:目前拖拉机行业呈现4大特点。一是大马力化。所有拖拉机不管国外国内都大马力, 尤其用于生产资料的。国外用于园艺的是中小马力拖拉机, 我们曾发现国内出口的大量中马力拖拉机信誉很好, 后来我们分析一是企业对出口的产品质量把得紧, 二是在国外依托经销商设立了一些服务点, 三是主要的, 就是这些产品在国外使用频次和强度很低, 不像国内高强度作业, 所以故障率较低。
第二个特点是多功能化。大拖拉机造价高, 作业覆盖面积大, 作业季节短, 国外拖拉机挖掘、装载的功能都很普遍, 这些功能要求变速箱结构更复杂, 要能前后动力输出, 有的在侧面、底部, 非常有技术含量。
三是智能化。现在有的拖拉机有卫星导航、自动巡航, 在仪表盘上所有作业数据都能看见。
四是特色化。在大马力发展的同时, 部分也向低端的小功率发展, 向20马力、10马力等低端功率发展, 像我们最近做试验的用于园艺的“大棚王”, 开进大棚里作业, 中耕的, 打药的, 这两年有不少机型做了试验鉴定, 说明有市场需求。
大马力化的现象无所谓值不值得提倡。国内像一拖、福田、东风做得不错, 但紧迫的是应有自己的知识产权, 做出几个有本土优势的、自主知识产权的产品, 代表国家形象。现在100马力以上的拖拉机技术上还是国外品牌占优势, 在用户比对中, 不少用户对国外产品很赞赏, 虽然贵但是故障率低, 作业季节可以不出故障地满负荷作业, 资金回报率高, 国产的虽然便宜但故障率高, 不少有实力的农场主、农户在选择上还是愿意选择国外品牌。按道理一拖、福田应有冲击大马力的能力, 一拖产品从12马力到180马力, 品种齐全, 它的技术是很成熟的, 再往上走应有自己的品牌, 有利条件还是有的, 因为自己国家的作业用油、气候、土壤条件更适应, 国外的不少拖拉 (下转22页) (上接28页) 机都是在他们国家条件下做的试验。我们前段时间在黑龙江看到一家经营国外品牌的经销商, 仓库里放着大量国外润滑油, 后来一问, 他们说进口拖拉机必须用国外润滑油, 不然就容易出毛病, 这说明国外品牌也有他不可避免的劣势。国内企业应有自己的核心技术, 仿造的应尽量少, 要有跟国外产品一争高低的决心, 不鼓励单纯为了赚钱。
鉴定总站积极服务、帮助企业提高质量
AMQS:农业部农机试验鉴定总站作为一个官方检测机构, 长期以来, 在推动我国拖拉机行业发展方面扮演了一个什么样的角色?她能起到什么促进作用?
拖拉机试验场 篇6
关键词：同步齿形带,活边设计,改进,拖拉机
0 引言
同步运转是传动中的一个理想特性, 最初由链条传动而获得。在链条传动中, 依靠链条与链轮的啮合作用 ( 以防滑动) , 确保主从动轴的同步运转。但在链传动中, 由于多边形效应使链条在链轮上不均匀起伏, 造成主从动轴的非同步, 影响了传动精度, 且链传动不能施加预张紧力, 因此传动中其中一边为明显的松边, 造成链传动正反转时的严重失步现象。带传动也是较早用来实现同步运转的传动方式。但由于在传动过程中存在着不可避免的弹性滑动, 该传动方式并不能真正实现主从动轴的同步运转。齿轮传动是实现同步运转较为理想的传动方式, 但常适用于轴间距较小的场合。如要实现远距离平行轴之间的传动, 则传动必须经过若干个过渡轮, 使传动的结构复杂。
同步齿形带最初由美国Uniroyal公司于1964 年研制, 并使用于通用汽车公司新型顶置式凸轮轴发动机, 以代替原有的链传动[1]。同步齿形带传动综合了带传动、链传动和齿轮传动的优点, 可以起到防滑的目的, 同步性好, 适用领域广泛。同步带的工作面有齿, 带轮的轮缘表面也制有相应的齿槽, 依靠带与带轮之间的啮合来传递运动和动力, 无滑动, 能保证恒定的传动比, 预紧力小。同步带通常以钢丝绳或玻璃纤维绳为承载层 ( 无接头带) , 氯丁橡胶或聚氨酯为机体, 带薄而且轻, 故可用于高速传动, 其强度大、伸长率小, 传动时效率可达98%[2 - 3], 使用方便, 用途广泛, 集带、链传动的优点于一体。故在机械、仪器仪表、化工、生物医疗器械、办公自动化设备和纺织机械等方面有着广泛的应用前景。
然而, 在运转过程中, 现有同步带与带轮之间经常发生啮合不充分而脱离的现象, 即掉带, 甚至会发生同步带的内齿与带轮外齿直接叠加的情况, 造成同步带受张力过大而出现裂痕, 寿命缩短, 甚至崩断, 这是同步带在使用时经常会出现的重要问题。通过在带轮两侧增加挡边的方式防止同步带脱落的效果不是很好, 因为在驱动轮轴心与从动轮轴心不完全平行的运行状态下, 同步带倾斜, 同步带与带轮挡边产生摩擦, 两侧挡边不易过高且不易与同步带两侧接触, 否则增加摩擦力。这种方式仍然发现同步带从带轮脱落的情况, 这时的脱离容易导致同步带套在挡边上受到张力过大而出现裂痕, 影响其使用寿命。
针对现有技术存在的问题和不足, 提供一种能够防止掉带的圆弧同步齿形带带轮活边结构, 解决了原本依附于带轮的带轮挡边, 因驱动轴心与行动轮轴心不完全平行而导致的同步齿形带偏斜, 甚至割带而导致同步带裂痕或断裂的问题, 显著增大了牵引力, 大大提高了能量利用率。
1 材料与方法
1. 1 试验样机准备
试验用的原样机是从洛阳众泰农业机械有限公司成品库中随机抽取的一台东方纪元- 200P型四轮拖拉机, 整机编号为: 3082203; 发动机为江苏江淮动力股份有限公司生产的ZH1115G2 型柴油机, 编号为:11308070857。此原样机在本次综合试验中的编号为样机1, 样机1用于试验1。试验1 结束后, 拆除掉皮带、皮带轮、离合器轮后待用。将事先准备的同步带皮带轮、离合器轮和HTD2240 - 8M型同步带轮安装到原样机上组成试验样机2, 样机2用于试验2。在样机2基础上通过对圆弧同步带带轮活边设计改进、加装张紧轮后的整机编为样机3, 样机3用于试验3。试验还需要准备1 台负荷车是东方红- 500 型四轮拖拉机, 整机编号为: K02071; 发动机厂家为中国一拖集团有限公司生产的LR3105T5 型柴油机, 编号为:Y0236564。
1. 2 试验装置与内容
1. 2. 1 试验设备
采用淄博科创电子有限公司生产的型号为CTM- 2002B, 编号为020909 的汽车拖拉机综合测试仪, 由测试主机、速度红外传感器及拉力传感器等组成。本机可进行牵引试验中的多项技术指标 ( 如速度km /h、距离m、时间s、减速度m / s2、牵引力N、牵引功率k W) 数据的显示及打印, 以供试验人员很直观地观看、读取及分析测试结果。
由于本次3 个试验纵向结果分析对比的严格性要求, 决定了在选取试验设备及试验道路上的苛刻性, 选取长1 000m, 宽5m的沥青道路上试验。
1. 2. 2 试验内容
试验内容包括对样机1、2、3进行的牵引试验。
试验1 是样机1的牵引试验。首先, 将汽车拖拉机综合测试仪平稳地安放在负荷车工作台上, 将速度红外传感器牢固地安装于负荷车后牵引杆上, 并将传感器上的竖白实线对向正前方, 将拉力传感器用销子卡于负荷车前牵引孔处, 连接好各传感器数据线及电源线, 将钢丝绳一端连接样机1, 另一端连接负荷车上的拉力传感器。
打开试验界面, 设定试验参数。试验开始, 样机1驾驶员将挡位处于低Ⅱ挡, 最大油门位置; 负荷车处于低Ⅱ挡自然油门位置。测试打印数据如表1 和图1 所示。
将事先准备的同步带皮带轮、离合器和HTD2240- 8M型同步带轮安装到原样机上组成试验样机2, 通过发动机底座调整螺栓将同步带张紧, 开始做试验2。试验2 为样机2的牵引试验。试验数据如表1 和图1 所示。
汲取试验2 的经验和教训, 在对样机3进行牵引试验3 时, 采取了改进同步带带轮挡边及增加外部张紧轮的策略, 进行样机3的牵引试验3。试验数据如表1 和图1 所示。
同理, 再次设定试验参数。驾驶员分别让样机1、2、3将挡位处于低Ⅳ挡, 最大油门位置, 负荷车处于低Ⅳ挡自然油门位置。测试打印数据如表2 和图2 所示。
2 试验结果与分析
2. 1 试验结果
试验结果如表1、表2 所示。
2. 2 试验结果分析
从图表中看出: 样机1的牵引试验数据中, 最大牵引力5. 1k N, 最大牵引功率10. 63k W, 符合企业说明书中关于技术规格不小于4. 2k N的要求及GB /T15370. 5 - 2012 关于拖拉机最大牵引功率不小于发动机标定功率 ( 12h) 的0. 72 倍即10. 58k W的要求。但是, 其中的最大牵引功率10. 63k W虽然满足国标要求, 但完全是处于合格的低水平范围, 说明拖拉机使用V带传动动力时, 皮带打滑严重、发动机功率损失很大。
样机2的牵引试验过程中, 刚开始同步带正常运行, 大约10min时, 同步带出现剧烈跳动、皮带轮端左右跑偏直至出现割带现象, 由最终同步带被割断。从数据反映来看, 在速度相近的情况下, 样机2的最大牵引力比样机1提高7. 06% , 样机2的最大牵引功率比样机1提高8. 84% 。虽然就数据而言, 发动机传动效率是有了一定的提高, 但是由于试验过程中, 在同步齿形带传动中, 为避免同步带从带轮一侧滑脱, 带轮必须有挡盘。挡盘应比带的背面高出1 ~ 2mm, 并有约5°的倾角[4 - 5]。同时, 离合器轮与皮带轮轴心平行要求过于严格, 加上试验振动过程中, 稍有偏差, 同步带就会在离合器轮或皮带轮端跑偏, 一旦跑偏就会导致同步带边缘一直摩擦皮带轮内固定挡圈, 致使同步带起热、变形, 突出皮带轮挡圈, 导致其被割断等情况的出现, 还是会影响发动机传递动力的输出, 要想获得更大的动力输出, 在同步带结构设计上还得下一番功夫。
样机3的牵引试验中, 采用的自主设计的同步带带轮活边结构设计, 将传统的带轮固定挡边, 改进成由法兰、平键、转轴、带轮活边、带轮、带轮挡边及固定螺栓等结构组成的新的同步带带轮, 如图3 所示。该装置同步齿形带带轮镶嵌在带轮活套里面, 带轮轴线垂直方向、带轮齿两侧安装活边, 带轮挡边通过螺钉固定于带轮上, 从而保证带轮活边在带轮上自由的运转。在驱动轮轴心与从动轮轴心不完全平行的运行状态下, 同步带倾斜, 带边摩擦活边, 带动活边运动, 保证同步带在带轮啮合下正常运转。本次改进设计解决了原本依附于带轮的固定挡边, 因驱动轴心与行动轮轴心不完全平行而导致的同步齿形带偏斜, 甚至割带而导致同步带裂痕或断裂的问题; 增加了外部张紧轮, 解决了因拖拉机牵引负荷过重时, 同步带的剧烈跳动, 大大降低了掉带、割带的风险。试验结束, 整理数据如图表, 从数据反映来看, 在速度相近的情况下, 样机3的最大牵引力比样机1提高13. 73% , 样机3的最大牵引功率比样机1提高13. 36% 。数据所反应的发动机传动效率的显著提升, 功劳取决于圆弧同步齿形带与所设计的同步带带轮活边结构设计的有机完美的配合, 使得皮带打滑率大大降低, 发动机传动效率大大提高。
3 结论
1) 拖拉机使用普通V带时, 皮带打滑严重, 拖拉机牵引力、牵引功率低下, 发动机功率传递效率低下。
2) 拖拉机使用普通带有固定挡边带轮的圆弧同步齿形带时, 离合器轮与皮带轮轴心平行要求过于严格; 虽然比使用V带传动时发动机传递效率高, 但是为了降低安装精度, 减少成本, 还要在同步带带轮上有所改进, 使得其与同步带的有机配合。
3) 拖拉机采用活边结构设计带轮的圆弧同步齿形带工作时, 带轮与同步带的完美结合, 使得发动机传递效率更高。
参考文献
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拖拉机试验场 篇7
长期以来, 我国甘蔗用的施药机械一直以手动喷雾器为主, 机型陈旧落后, 喷头品种单一, 喷洒性能差, 农药浪费现象严重[1], 而且作业效率低, 6.67 hm2 (100亩) 地就要雇佣12人工作1 d。人工背负式喷药机在作业时“跑、冒、滴、漏”现象时有发生, 作业效果不能满足甘蔗种植的需要。且作业环境恶劣, 农民不愿喷药, 造成病虫草害严重, 影响甘蔗产量与品质。另外, 喷杆喷雾机种类较少、型号单一, 喷头等重要喷洒部件系列化程度低, 无法满足不同作物、不同病虫害的防治需要。用一种机型防治各种作物的病虫草害, 导致农药有效利用率低、农药浪费严重、农产品中农药残留超标、环境污染严重、对操作者健康造成损害[2]。
本文针对现有甘蔗喷药方式落后、不安全等现象以及我国现有中小型拖拉机快速发展的势头, 大型拖拉机购入门槛高, 且不适应现有甘蔗种植农艺及行距要求等问题, 结合现有国内其他作物喷药机具与甘蔗作物的差异[3,4,5,6,7], 开发了一种适合我国甘蔗规模化发展生产的中小型拖拉机配套的甘蔗喷药机。
机具主要用于甘蔗种植时除草封闭、苗期至中耕期作业喷洒虫药、除草封闭等, 适用坡度不大于20°, 甘蔗拔节高度不超过0.8 m, 能一次性完成喷洒8行甘蔗除草或者杀虫作业。其结构简单紧凑, 操作、维修、保养方便, 配套动力22.08~36.8 k W (30~50马力) 的轮式拖拉机, 较适宜目前我国甘蔗地田块小, 以及甘蔗种植行距为80~110 cm的种植农艺的要求。
1 整机结构和工作原理
3WXP-800型拖拉机悬挂式甘蔗喷药机按照功能要求、结构组合、性能综合的技术思路进行设计, 是与22.08~36.8 k W (30~50马力) 四轮拖拉机配套的悬挂式喷杆喷雾机。整机与拖拉机标准三点后悬挂连接, 主要由主机架、喷杆桁架、喷药胶管、药液箱、药液泵、喷头、稳压分配装置、过滤装置等组成, 如图1所示。综合考虑大田作物种植规格、地块大小、机组效率和机动性, 确定喷药机的工作幅宽为8 m (幅宽≤10 m, 属于小型) , 分三段 (左节段、中节段、右节段) 折叠。喷杆升降、折叠形式采用液压式调节, 喷头离地高度可在0~1.5 m范围内自由调节, 每个喷头独立开关且左右位置可任意调节。
工作原理和作业过程:拖拉机输出的动力, 由万向节传动轴驱动药液泵, 将药液从药箱经过滤器吸入液泵内, 加压后经调压阀进入分水器, 送入喷杆 (胶管) , 进入喷杆 (胶管) 的药液经防滴阀、过滤网, 最后由喷头将液流雾化后喷出, 沿喷幅范围形成均匀的雾幕。同时由液泵排出的另一部分高压液流, 回流回药液箱, 搅拌药液, 使药液均匀混合。通过调节调压阀开关, 可调节回液搅拌流量及达到正常工作压力, 工作压力由分水器上压力表读出[8]。
1.喷杆桁架;2.喷药胶管;3.齿轮齿条机构;4.液压缸;5.药液箱;6.主机架;7.药液泵;8.喷头带向管;9.喷头
2 关键零部件设计
2.1 主机架
主机架是喷雾机的主要支撑部分, 是喷管桁架转向机构、药箱和喷药架体等总成的安装基础, 是评价整车装备及车架结构设计合理性的关键。喷药机机架采用长方体结构, 主要由横梁、竖梁、纵梁以及支撑药箱中纵梁、边纵梁等组成。其机架前部中纵梁过挂接耳、挂接销与拖拉机形成三点悬挂连接, 后部中纵梁与喷杆桁架连接。隔膜泵、药液箱等分别置于长方体机架底部、上部。在保证机架强度、刚度要求的前提下, 尽可能减轻车架重量, 因此, 设计采用的横梁、竖梁、纵梁材料选用80 mm×80 mm的方形钢管, 中纵梁、边纵梁选用80 mm×60 mm的方形钢管。
其中喷药机的喷管桁架机构通过一组齿轮齿条机构和一组直线导轨滑块机构连接到主机架, 并通过3组液压缸传递的动力来实现整个喷杆桁架上下移动、关闭和张开。
2.2 喷药桁架
本机具设计了一组三折叠式喷药桁架, 结构如图2所示, 是桁架和中间部位和一侧喷杆摆臂部位示意图。其中, 喷药桁架主要采用40 mm×40 mm空心方钢焊接而成, 在保证架体强度要求的前提下, 减轻了架体自身重量, 在满足喷药机有效喷幅的条件下, 减小了架体表面积及结构设计的复杂程度, 保证了运动时喷药机架体的稳定性。
2.3 直线导轨滑块机构
为了提高工作效率, 减少人工辅助作用, 整个喷药桁架的移动设计采用了一组直线导轨滑块机构, 该机构是一种滚动导引, 是由钢珠在滑块跟导轨之间无限滚动循环, 从而使负载平台沿着导轨轻易的线性运动, 从而节约大量的能量。滑块跟导轨间末制单元设计, 使线形导轨同时承受上下左右等各方向的负荷, 使其达到很好的索引效果。直线导轨机构如图3所示。
2.4 齿轮齿条转向机构
齿轮齿条转向结构是一种最常见的转向器, 其基本结构是一对相互啮合的小齿轮和齿条。主要的作用是增大转向盘传到转向传动机构的力和改变力的传递方向。因该结构简单, 成本低廉, 转向灵敏, 体积小, 通过液压缸传递来的动力可以直接带动摇臂喷药杆的张开和闭合, 结构如图4所示。
1.摇臂喷杆;2.齿条安装座;3.齿条;4.齿轮;5.液压缸
3 机具试验检测结果及分析
3.1 试验检测结果
2015年6月12日, 农业部热带作物机械质量监督检验测试中心在中国热带农业科学院南亚热带作物研究所甘蔗基地对样机进行了性能检测试验, 无风, 温度30℃, 参照JB/T 9805.2—1999《喷杆式喷雾机试验方法》标准进行检测, 主要测试结果如表1。
3.2 检测结果分析
喷头喷雾量:喷头喷雾量均匀性92.3%, 说明每个喷头的稳定性比较好。
喷洒性能:机具沿喷杆喷雾量均匀性能达到85.7%, 说明其稳定性较好, 能满足甘蔗喷洒农药的要求。
喷头防滴性能:在测试的8个喷头当中, 有1个喷头有漏滴的情况, 按标准测试测得4滴, 小于按标准设计的10滴, 符合行业规定的标准。
生产率:纯工作小时生产率为2.3 hm2/h, 作业小时生产率为1.1 hm2/h。从试验情况来看, 生产率大小主要与甘蔗地块大小、操作人员、取水地点等有关。如甘蔗种植行距统一、地块大, 操作人员熟练, 则生产率高, 反之则低。
燃油消耗量:机具燃油消耗量较低, 为4.1kg/hm2。
4 机具经济和社会效益分析
4.1 经济效益分析
3WXP-800型拖拉机悬挂式甘蔗喷药机作业, 每天作业8 h, 作业小时生产率为1.0 hm2/h, 每天可喷洒作业面积6 hm2 (即90亩左右) , 单位面积燃油消耗量约4 kg/hm2, 柴油6.0元/kg, 则燃油费用为192元/d。拖拉机手人工费为250元/d, 两项综合的直接作业成本约392元/d (即约4.5元/亩) 。
每台甘蔗喷药设备1.0万元, 小拖拉机3.2万元 (除农机补贴) , 如使用年限按5年计算, 设备年折旧费用1.0万元, 年工作时间100 d, 每天折旧费用是100元, 每天管理和维修费按50元计, 合计总费用150元, 每天中耕面积6 hm2 (90亩) , 则折旧和维修等费用约为30元/hm2 (2元/亩) 。
总计机械化作业成本是97.5元/hm2 (6.5元/亩) , 如人工背负式作业成本150元/hm2 (10元/亩) , 则约为人工背负式作业成本的65%, 节省作业开支52.5元/hm2 (3.5元/亩) , 年工作100 d, 则年作业面积600 hm2 (9 000亩) , 则每台设备与人畜作业相比, 年节省作业成本开支约3.0万元, 也即购置设备 (包括小型拖拉机) 2年即可收回投资了。
4.2 社会效益分析
一般人工背负式喷药作业人均仅可完成0.5 hm2/d (7.5亩/d) 左右, 6.67 hm2 (100亩) 甘蔗地就需10~12个劳动力;而采用机械化喷药作业每天可达6 hm2 (90亩) 以上, 只需1个劳动力, 甘蔗机械化喷药作业较人工作业效率提高约12倍左右。此外, 现在蔗区农村劳动力非常缺乏, 原来请工给甘蔗喷药每人每天要50~60元, 现在100元都常常雇不到人。
因此, 甘蔗机械化的推广和应用不仅提高我国甘蔗产业机械化作业水平, 减轻农民的劳动强度和负担, 减少农药对劳作人员的伤害, 而且还减少因用工荒带来的一系列问题。这对加快农村劳动力转移, 增加农民收入, 促进农业现代化进程, 加快发展我国甘蔗作物、促进农业经济发展、推进社会主义新农村建设具有重要的意义, 社会效益十分显著。
5 结论与讨论
5.1 结论
3WXP-800型拖拉机悬挂式甘蔗喷药机主要用于甘蔗种植时除草封闭、苗期至中耕期作业喷洒虫药、除草封闭等, 适用坡度不大于20°, 甘蔗拔节高度不超过0.8 m, 能一次性地完成喷洒8行甘蔗除草或者杀虫作业。其结构简单紧凑, 操作、维修、保养方便, 作业小时生产率为1.1 hm2/h, 喷头喷雾量均匀性92.3%, 耗油量配4.1 kg/hm2, 套动力30~50马力轮式拖拉机, 较适宜目前甘蔗种植行距 (80~110 cm) , 也较适宜我国甘蔗地田块小及种植农艺的要求。
5.1 问题讨论
该机具仅适用小苗期及中耕管理, 对于甘蔗长到0.8 m以上时则不适用, 如何配套高地隙拖拉机的喷药机具还需进一步研究开发。
现有喷雾在药液处理及清洗方面存在不安全、不方便、混药比例可控度低的问题。农药利用率有极大的提高空间, 可通过引进和开发精准施药技术, 根据喷雾机作业速度和喷雾量的实际测定, 自动调控喷雾压力, 达到实际喷雾量与设定的单位面积施液量相一致。这种喷雾量变量控制方式, 发展前景宽广。
参考文献
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