發(fā)布時(shí)間：2020-02-19所屬分類：農(nóng)業(yè)論文瀏覽：1次
摘 要： 摘要:雙功率流換向裝置是一種新型的轉(zhuǎn)彎輔助機(jī)構(gòu)，為了驗(yàn)證其在履帶式拖拉機(jī)中使用的優(yōu)越性，引入了動(dòng)態(tài)仿真技術(shù)以評(píng)價(jià)其轉(zhuǎn)彎性能。在動(dòng)態(tài)仿真分析過程中，圖像處理技術(shù)具有重要的作用，其可將計(jì)算結(jié)果進(jìn)行整理后可視化地呈現(xiàn)給實(shí)驗(yàn)人員，方便仿真計(jì)算結(jié)果的
摘要:雙功率流換向裝置是一種新型的轉(zhuǎn)彎輔助機(jī)構(gòu)，為了驗(yàn)證其在履帶式拖拉機(jī)中使用的優(yōu)越性，引入了動(dòng)態(tài)仿真技術(shù)以評(píng)價(jià)其轉(zhuǎn)彎性能。在動(dòng)態(tài)仿真分析過程中，圖像處理技術(shù)具有重要的作用，其可將計(jì)算結(jié)果進(jìn)行整理后可視化地呈現(xiàn)給實(shí)驗(yàn)人員，方便仿真計(jì)算結(jié)果的查看。為了實(shí)現(xiàn)裝置的動(dòng)態(tài)仿真，綜合采用了Pro/E建模軟件、ANSYS模態(tài)分析軟件和ADAMS動(dòng)態(tài)仿真軟件，并通過計(jì)算輸出了裝置轉(zhuǎn)彎性能的仿真結(jié)果。計(jì)算結(jié)果表明:采用雙功率流換向機(jī)構(gòu)和單功率流相比，在轉(zhuǎn)彎半徑和轉(zhuǎn)彎角速度方面具有明顯的優(yōu)越性，轉(zhuǎn)彎性能更好。
關(guān)鍵詞:履帶拖拉機(jī);換向機(jī)構(gòu);雙功率流;圖像處理;動(dòng)態(tài)仿真
0引言
雙功率流轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)是一種新型的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，在國外的大中型履帶式拖拉機(jī)、裝甲車和推土機(jī)上已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。雙功率流轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)將發(fā)動(dòng)機(jī)的功率流分成兩路:一路流向變速箱，一路流向變量泵、定量馬達(dá)及控制原件組成的液壓閉式回路。兩路功率流分別通過左右行星排的齒圈和太陽輪進(jìn)入行星排，由左右行星架輸出，通過兩路功率流的大小和方向的不同組成完成車輛的轉(zhuǎn)向，從而提高轉(zhuǎn)彎性能。特別是履帶式拖拉機(jī)，雙功率流轉(zhuǎn)向裝置可以降低履帶轉(zhuǎn)彎時(shí)的磨損和對地面的破壞作用，對于提高拖拉機(jī)的綜合性能具有重要的意義。
1履帶式拖拉機(jī)雙功率流轉(zhuǎn)向裝置及機(jī)構(gòu)仿真介紹
履帶式拖拉機(jī)在行走過程中特別是轉(zhuǎn)彎過程和輪式拖拉機(jī)具有明顯的不同，如圖1所示。履帶式拖拉機(jī)沒有前后輪支撐，因此在轉(zhuǎn)向時(shí)還需要輔助換向機(jī)構(gòu)，不能直接通過導(dǎo)向輪引導(dǎo)轉(zhuǎn)向。在進(jìn)行轉(zhuǎn)彎時(shí)，履帶式拖拉機(jī)的兩側(cè)履帶由于速度不同，慢邊會(huì)在接觸面上產(chǎn)生較大的橫滑，由此產(chǎn)生較大的阻力，對履帶和地面破壞都較為嚴(yán)重。
近年來，國外的一些大中型履帶拖拉機(jī)已經(jīng)開始使用雙功率流差速轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，可以通過兩條途徑將發(fā)動(dòng)機(jī)的功率傳遞給驅(qū)動(dòng)輪，從而提高轉(zhuǎn)彎性能。為了驗(yàn)證雙功率流在履帶拖拉機(jī)上使用的可行性，本次采用動(dòng)態(tài)仿真的方法對其轉(zhuǎn)彎性能進(jìn)行測試，并與單功率流轉(zhuǎn)向性能進(jìn)行對比，主要流程如圖2所示。
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在進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真時(shí)，首先要對轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，然后將結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡化以利于建模和動(dòng)態(tài)仿真。建模主要采用Pro/E軟件，建立好的模型導(dǎo)入到ADAMS軟件進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真。由于換向機(jī)構(gòu)存在桿件，需要對其進(jìn)行柔性分析，還需要結(jié)合ANSYS軟件進(jìn)行模態(tài)分析，通過幾種軟件的綜合應(yīng)用得到合理的計(jì)算機(jī)結(jié)果，最后利用圖像處理技術(shù)得到相關(guān)的曲線，以便于結(jié)果的查看。
2履帶式拖拉機(jī)雙功率流轉(zhuǎn)向裝置原理和性能分析
履帶式拖拉機(jī)的雙功率和單功率流轉(zhuǎn)向裝置相比，除了使用差速直駛機(jī)構(gòu)外，還有一套單獨(dú)的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)和差速直駛機(jī)構(gòu)并列放在一起，在進(jìn)行轉(zhuǎn)彎或者直線行駛對方向進(jìn)行修正時(shí)使用。為了進(jìn)一步說明單功率流和雙功率流轉(zhuǎn)向裝置的不同，分別列出了兩種轉(zhuǎn)向裝置的機(jī)構(gòu)布置圖，其單功率流轉(zhuǎn)向裝置如圖3所示。
單功率流轉(zhuǎn)向器和普通轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的原理相同，在直線行駛時(shí)，轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)不產(chǎn)生速度差;在轉(zhuǎn)向時(shí)兩側(cè)會(huì)產(chǎn)生不同的速度，造成速度差，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向功能。多功率流轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)布置圖如圖4所示。
與單功率流有所不同，雙功率流轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)多了一個(gè)由發(fā)動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，通過轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)兩側(cè)的速度，實(shí)現(xiàn)履帶式拖拉機(jī)的轉(zhuǎn)向功能。轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)性能的評(píng)價(jià)指標(biāo)有多種，其中常用的兩種是相對轉(zhuǎn)向半徑和平均旋轉(zhuǎn)角速度，相對轉(zhuǎn)向半徑主要和行駛速度及傳動(dòng)比有關(guān)，相對轉(zhuǎn)向半徑可以用兩側(cè)履帶的速度和轉(zhuǎn)速來表示，即
3雙功率流轉(zhuǎn)向裝置動(dòng)態(tài)仿真
為了驗(yàn)證雙功率流轉(zhuǎn)向裝置的優(yōu)越性，可以采用圖像處理和模擬軟件進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真，來對比單功率流和雙功率流履帶拖拉機(jī)的轉(zhuǎn)彎性能。在進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真時(shí)，不同的建模和模擬軟件具有不同的優(yōu)點(diǎn):Pro/E在建模方面功能很強(qiáng)大，ADAMS軟件在動(dòng)態(tài)仿真方面功能較為全面，ANSYS在模態(tài)分析方面計(jì)算準(zhǔn)確性好，可以綜合利用這3種軟件，對得到的結(jié)果進(jìn)行圖像處理，最終確定計(jì)算機(jī)結(jié)果。
如圖5所示:在進(jìn)行綜合模擬仿真時(shí)，可以將Pro/E建立的模型文件分別導(dǎo)入到ADAMS和ANSYS軟件中，導(dǎo)入到ADAMS軟件的文件格式為x_t文件，導(dǎo)入到ANSYS軟件中的格式為igs格式，其模型示意圖如圖6所示。
在動(dòng)態(tài)仿真時(shí)，轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生變形量，需要將模型導(dǎo)入到ANSYS進(jìn)行模態(tài)分析，因而需要施加載荷和約束，載荷和約束可以由ADAMS軟件中導(dǎo)出。ANSYS模態(tài)分析完成后可以將模態(tài)分析文件再導(dǎo)入到ADAMS軟件中進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬仿真，在ADAMS軟件中作為柔性體進(jìn)行仿真。通過仿真計(jì)算得到了如圖7所示的結(jié)果曲線。
在車速和方向盤轉(zhuǎn)矩信號(hào)一定的條件下，分別對單功率流和雙功率流換向機(jī)構(gòu)進(jìn)行了動(dòng)態(tài)仿真，并利用圖像處理技術(shù)得到了仿真曲線。由仿真結(jié)果可以看出:雙功率流換向機(jī)構(gòu)輸出的轉(zhuǎn)矩較為穩(wěn)定，可以避免在轉(zhuǎn)彎時(shí)對拖拉機(jī)造成硬件損傷，提高轉(zhuǎn)彎性能。通過仿真計(jì)算還得到了完成轉(zhuǎn)彎所需時(shí)間，結(jié)果如表1所示。
對轉(zhuǎn)彎所用時(shí)間進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，結(jié)果表明:采用雙功率流轉(zhuǎn)彎完成的效率較高。為了進(jìn)一步提高雙功率流轉(zhuǎn)彎機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)彎的優(yōu)越性，對其轉(zhuǎn)彎半徑和轉(zhuǎn)彎平均角速度進(jìn)行了計(jì)算，得到了如表2所示的結(jié)果。
分別對單功率流和雙功率流轉(zhuǎn)彎的轉(zhuǎn)彎半徑和轉(zhuǎn)彎平均角速度進(jìn)行計(jì)算，并得到了多次計(jì)算的統(tǒng)計(jì)結(jié)果。由表2結(jié)果對比可以看出:采用雙功率流換向機(jī)構(gòu)可以明顯縮小轉(zhuǎn)彎半徑，提高轉(zhuǎn)彎角速度，從而提高履帶拖拉機(jī)的轉(zhuǎn)彎靈活性，對于提高履帶拖拉機(jī)的作業(yè)效率具有重要的作用。
4結(jié)論
為了提高履帶式拖拉機(jī)的轉(zhuǎn)彎性能，將雙功率流換向裝置引入到了拖拉機(jī)轉(zhuǎn)彎機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)上，并利用動(dòng)態(tài)仿真的方法對機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)彎性能進(jìn)行了分析，最后利用圖像處理得到了動(dòng)態(tài)分析的仿真結(jié)果。仿真計(jì)算結(jié)果表明:采用單功率流和雙功率流換向機(jī)構(gòu)都可以實(shí)現(xiàn)拖拉機(jī)的轉(zhuǎn)彎，但雙功率流與單功率流相比，在轉(zhuǎn)彎半徑和轉(zhuǎn)彎平均角速度方面都要優(yōu)于單功率流，雙功率流換向裝置對于提高履帶式拖拉機(jī)的轉(zhuǎn)向性能具有重要的意義。
