拖拉机动态载荷加载平台设计与试验

doi:10.13304/j.nykjdb.2021.0086

摘要/Abstract

摘要：

拖拉机作业性能及其可靠性直接影响农业生产效率。针对室内固定试验台结构庞大、成本高、移动负荷车功能单一等问题，设计了一种适用于中小型拖拉机的动态载荷加载平台。该平台可根据拖拉机试验国家标准，完成包括PTO功率、牵引功率和提升能力在内的多项加载试验，还可实现基于不同农机具、土壤条件、作业工况等田间作业载荷谱的动态加载试验，为拖拉机性能参数的综合性检测提供试验平台。为了验证加载平台动态特性，以拖拉机PTO加载试验为例，基于NI-FPGA的模块化测控系统，开展了加载平台静态逐级加载、正弦跟随加载以及动态载荷谱加载试验。载荷谱加载试验中，以TS404旋耕作业时编制得到的载荷谱作为加载信号，其最大延时为0.8 s，最大超调量为9.81%，最大误差为4.78%，载荷谱相关系数为0.997 0，拟合优度为18.94 N·m。上述结果表明，PTO加载系统的响应时间、控制精度、系统超调量可以满足实际加载需要，为拖拉机性能及可靠性试验提供依据和参考。

关键词: 拖拉机, 性能检测, 载荷谱, 加载试验

Abstract:

The performance and reliability of tractor directly affect agricultural production efficiency. In view of the low accuracy of the loading control and measurement， single function and inconvenience of the current tractor loading test bench， this paper designed a dynamic loading bench for tractor. The bench not only completed multiple loading tests including PTO power， traction power and lifting capacity based on the national standard of tractor test， but also realized the dynamic loading test of load spectrum， which provided a test platform for the comprehensive detection of tractor performance parameters. In order to verify the dynamic characteristics of the loading platform， taking the tractor PTO loading test as an example， based on the NI-FPGA modular， the static step loading， sinusoidal follow loading and dynamic load spectrum loading tests of the loading bench were carried out. In the load spectrum loading test， the load spectrum prepared in the rotary tillage of TS404 was used as the input signal. The results showed that the maximum delay time was 0.8 s， the maximum overshoot was 9.81%， and the maximum error was 4.78%. The correlation coefficient of load spectrum was 0.997 0， and the goodness of fit was 18.94 N·m. All the results showed that the response time， control accuracy and system overshoot of the PTO loading bench could meet the actual loading needs， which provided the basis and reference for tractor performance and reliability test.

Key words: tractor, performance testing, load spectrum, loading test

中图分类号:

S232.3

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图/表 9

图1 拖拉机动态载荷加载平台功能

Fig.1 Function of dynamic loading bench for tractor

图2 拖拉机动态载荷加载平台总体方案

Fig.2 Overall scheme of dynamic loading bench for tractor

图3 加载平台内部结构注：1—液压泵站；2—液压阀组；3—电涡流测功机；4—端面齿万向节联轴器；5—转矩传感器；6—地轮轮毂；7—链轮传动轴；8—气动盘式刹车器；9—提升力加载油缸；10—气泵。

Fig.3 Inner structure of loading benchNote：1—Hydraulic station； 2—Hydraulic valve； 3—Eddy current dynamometer； 4—Universal joint coupling； 5—Torque sensor； 6—Wheel hub； 7—Sprocket drive shaft； 8—Pneumatic disc brake； 9—Lifting force loading cylinder； 10—Air pump.

图4 三点悬挂加载系统结构和原理注：1—提升框架；2—定滑轮；3—钢丝绳；4—力传感器；5—位移传感器；6—提升力加载油缸；7—液压站；8—液压油箱；9—散热器；10—液压阀组；11—柱塞泵；12—电机。

Fig.4 Structure and principle of the three?point hitch loading systemNote：1—Lifting frame； 2—Fixed pulley； 3—Wire rope； 4—Force sensor； 5—Displacement sensor； 6—Lifting force loading cylinder； 7—Hydraulic station； 8—Hydraulic tank； 9—Radiator； 10—Hydraulic valve system； 11—Piston pump； 12—Motor.

图5 牵引结构和加载原理注：1—气动盘式刹车器；2—传动轴；3—地轮轮毂；4—传动链轮。

Fig.5 Structure and principle of traction loadingNote：1—Hydraulic station； 2—Transmission shaft； 3—Wheel hub； 4—Drive sprocket.

图6 PTO转矩控制原理

Fig.6 Loading principle of PTO torque

图7 静态逐级加载试验结果

Fig.7 Result of static step loading test

图8 正弦动态加载试验结果

Fig.8 Result of sine dynamic loading test

图9 载荷谱加载试验结果

Fig.9 Result of load spectrum loading test

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