采用電動(dòng)推桿間接傳動(dòng)的三點(diǎn)懸掛設(shè)計(jì)分析

何捷

摘要：我國作為農(nóng)業(yè)大國，近幾年農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率以及機(jī)械普及率逐年上升，為了順應(yīng)生產(chǎn)需求，電動(dòng)農(nóng)機(jī)產(chǎn)品推出，操作簡單、重量降低，可提高生產(chǎn)效率。本文將結(jié)合電動(dòng)推桿間接傳動(dòng)意義，討論三點(diǎn)懸掛特點(diǎn)、懸掛機(jī)構(gòu)建模、參數(shù)靜態(tài)分析、機(jī)組結(jié)構(gòu)優(yōu)化等懸掛系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)，為相關(guān)工作人員提供技術(shù)參考意見。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)推桿;間接傳動(dòng);三點(diǎn)懸掛設(shè)計(jì)

引言：

目前三點(diǎn)懸掛設(shè)計(jì)是連接農(nóng)具與拖拉機(jī)的最常見方式，一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的三點(diǎn)懸掛機(jī)構(gòu)是由四桿機(jī)構(gòu)組成，提高機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能夠?qū)笃谵r(nóng)機(jī)使用質(zhì)量起到至關(guān)重要的作用，減少工作人員勞動(dòng)強(qiáng)度。設(shè)計(jì)者需要結(jié)合實(shí)際農(nóng)機(jī)工作情況來判定電動(dòng)推桿間接傳動(dòng)方式，并對懸掛系統(tǒng)做出合理設(shè)計(jì)。

一、懸掛系統(tǒng)中使用電動(dòng)推桿間接傳動(dòng)的意義

懸掛系統(tǒng)中的電動(dòng)推桿也被稱為直線驅(qū)動(dòng)器，也可以視其為旋轉(zhuǎn)電機(jī)的另一種類型，電動(dòng)推桿是由電機(jī)推桿與控制系統(tǒng)共同組成。電動(dòng)推桿在一定范圍行程內(nèi)作往返運(yùn)動(dòng)，一般電動(dòng)推桿標(biāo)準(zhǔn)行程為：100、150、200、250、300、350、400mm等，特殊行程也可根據(jù)不同應(yīng)用條件要求設(shè)計(jì)定做。電動(dòng)推桿可以根據(jù)不同的應(yīng)用負(fù)荷而設(shè)計(jì)多種推力類型的電動(dòng)推桿，一般電動(dòng)推桿的最大推力為5000N，其空載運(yùn)行的速度在5mm-40mm/s區(qū)間。在設(shè)計(jì)三點(diǎn)懸掛系統(tǒng)時(shí)，要確保拖拉機(jī)尺寸符合規(guī)格（GB/T2871.4-2006），驅(qū)動(dòng)裝置應(yīng)在3S-5S內(nèi)提升到運(yùn)輸位置，使電能供應(yīng)充足[1]。

二、基于電動(dòng)推桿間接傳動(dòng)的三點(diǎn)懸掛設(shè)計(jì)

（一）三點(diǎn)懸掛特點(diǎn)

一直以來我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中使用的懸掛裝置分為機(jī)械懸掛、液壓懸掛兩種。其中機(jī)械懸掛是通過杠桿、棘輪、鋼索等設(shè)備將農(nóng)具懸吊連接。而液壓懸掛裝置則是通過液壓油缸的升降來連接農(nóng)機(jī)具。相比較于機(jī)械懸掛系統(tǒng)來說，液壓懸掛系統(tǒng)使用更加方便，結(jié)構(gòu)簡單，而按照懸掛機(jī)構(gòu)與機(jī)體連接參數(shù)劃分，懸掛裝置又分為三點(diǎn)懸掛與兩點(diǎn)懸掛，例如：對于中小功率的后懸掛農(nóng)機(jī)多使用三點(diǎn)懸掛系統(tǒng)。三點(diǎn)懸掛系統(tǒng)對農(nóng)用拖拉機(jī)的適用性非常高，各種類型的農(nóng)機(jī)都可以使用三點(diǎn)懸掛裝置連接到拖拉機(jī)上，然后快速投入到農(nóng)田作業(yè)，提高作業(yè)效率。例如;駕駛員只需要用一只手就可以將農(nóng)具深入土壤，完成耕作后將農(nóng)具抬出，實(shí)現(xiàn)了無耕深調(diào)節(jié)作業(yè)，農(nóng)機(jī)具的重力大幅度轉(zhuǎn)移到驅(qū)動(dòng)輪上，相比較于傳統(tǒng)的牽引式機(jī)械設(shè)備來說，拖拉機(jī)使用年限被延長。而且三點(diǎn)懸掛系統(tǒng)更加安全，當(dāng)掛接裝置接觸土壤障礙物時(shí)，拖拉機(jī)不會(huì)出現(xiàn)后傾問題。而當(dāng)作業(yè)犁產(chǎn)生下拉力時(shí)，向上拉桿被鎖住，作業(yè)犁耕深不變，保障駕駛員的自身安全。三點(diǎn)懸掛裝置的發(fā)明給農(nóng)業(yè)發(fā)展帶來了重要幫助，拖拉機(jī)性能得到提高，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的作業(yè)效率也有明顯提升。

（二）懸掛機(jī)構(gòu)建模

按照拖拉機(jī)三點(diǎn)懸掛裝置的幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)，可以在PRO/5軟件中建立三維結(jié)合模型，然后把模型導(dǎo)入ANSYS系統(tǒng)中，就可以對邊界條件以及有限元進(jìn)行設(shè)定。可用定義坐標(biāo)點(diǎn)的方式來設(shè)定系統(tǒng)機(jī)械臂的位置，通過連接機(jī)械臂實(shí)現(xiàn)桿件的建模，然后對液壓缸和活塞桿進(jìn)行參數(shù)設(shè)定，最后在軟件中設(shè)定運(yùn)動(dòng)約束種類，將旋轉(zhuǎn)副設(shè)定到桿件系統(tǒng)中，給液壓缸等零部件增加移動(dòng)副。最后使用ADAMS軟件的分析功能，對建模過程中產(chǎn)生的所有變量進(jìn)行迭代分析，并形成分析報(bào)告，報(bào)告內(nèi)容應(yīng)涵蓋所有設(shè)計(jì)要點(diǎn)，例如：彈簧力的大小以及彈簧力的敏感度等等。在ADAMS系統(tǒng)中，通過對標(biāo)準(zhǔn)三點(diǎn)懸掛機(jī)構(gòu)進(jìn)行建模，可以實(shí)現(xiàn)對三點(diǎn)懸掛機(jī)構(gòu)效能的大幅度提升，將懸掛點(diǎn)與連接點(diǎn)為設(shè)計(jì)變量，在規(guī)范的性能約束范圍內(nèi)，不斷優(yōu)化現(xiàn)有設(shè)計(jì)變量取值，提高三點(diǎn)懸掛機(jī)構(gòu)的提升力。

（三）參數(shù)靜態(tài)分析

靜態(tài)分析可以在載荷作用恒定、加載速度趨近于零或?yàn)榱恪⒓虞d量值上升緩慢或保持恒定的時(shí)候，對結(jié)構(gòu)的應(yīng)力、應(yīng)變、位移等參數(shù)進(jìn)行分析，靜力分析也是三點(diǎn)懸掛機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)不可缺少的一部分。它將為設(shè)計(jì)人員提供三點(diǎn)懸掛機(jī)構(gòu)在靜力條件下的性能參數(shù)。然后根據(jù)實(shí)際結(jié)構(gòu)參數(shù)，建立三點(diǎn)懸掛裝置的實(shí)體模型。在進(jìn)行實(shí)際靜態(tài)參數(shù)分析工作時(shí)，設(shè)計(jì)人員要考慮到覆蓋件、小裝置等部件對車架強(qiáng)度影響力，把一些特征省略，然后將倒角和過渡圓角簡化成直角。在檢測或鑒定拖拉機(jī)安裝三點(diǎn)懸掛裝置時(shí)，把三點(diǎn)懸掛裝置前端與拖拉機(jī)的后端連接起來，然后在懸掛后端加配重量來穩(wěn)定前端結(jié)構(gòu)。

（四）優(yōu)化機(jī)組結(jié)構(gòu)

近年來，旋耕整地技術(shù)已廣泛應(yīng)用農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，使用旋轉(zhuǎn)耕地技術(shù)不僅可以提高秸稈和根茬的切斷速度，同時(shí)還能夠完成作業(yè)后的碎地平整工作。但是從現(xiàn)有的旋耕機(jī)的工作情況來看，其配套機(jī)具只能實(shí)現(xiàn)手動(dòng)調(diào)平，調(diào)平過程往往會(huì)耗費(fèi)大量時(shí)間，而且很容易因?yàn)檎{(diào)平不勻而產(chǎn)生耕深差異以及土壤斷層等問題。因此需要優(yōu)化現(xiàn)有機(jī)組結(jié)構(gòu)，提高三點(diǎn)懸掛機(jī)組的調(diào)平效果。可以使用機(jī)具中心不動(dòng)法完成調(diào)平。傾角傳感器通過緩震支架水平安裝于機(jī)具護(hù)板右端，作業(yè)過程中傾角傳感器實(shí)時(shí)采集機(jī)具傾角并反饋至控制器。而主控制器在收到傾角信號后，按照規(guī)范的調(diào)平算法來控制液壓系統(tǒng)電磁閥的開關(guān)，從而實(shí)現(xiàn)對雙液壓缸的升降以及杠桿機(jī)構(gòu)的自動(dòng)調(diào)平[2]。

結(jié)論：

綜上所述，想要提高電動(dòng)三點(diǎn)懸掛推桿的機(jī)械運(yùn)行能力，需要選用科學(xué)、有效的機(jī)電執(zhí)行元件，常見電機(jī)有圓周運(yùn)動(dòng)的輸出軸電機(jī)和直線運(yùn)動(dòng)輸出桿兩種。技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)根據(jù)農(nóng)機(jī)實(shí)際使用要求以及執(zhí)行方式實(shí)際傳統(tǒng)模式，優(yōu)化整體電機(jī)的電動(dòng)效果，保證三點(diǎn)懸掛裝置的性能，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供技術(shù)性支持。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳劍，何俊杰，李士愛，等.基于Taguchi改進(jìn)算法的脫水機(jī)懸掛系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化研究[J].噪聲與振動(dòng)控制，2019，39（03）：73-77+102.

[2]鄭炫，張魯云，何興村.新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)農(nóng)機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀及提質(zhì)增效改革策略分析——以調(diào)研犁具技術(shù)現(xiàn)狀為例[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2018，46（34）：193-195+227.