基于三独立平台模拟喷杆装置研究

2017-12-07王浩宇马永伟

中国设备工程 2017年23期

关键词：传动装置喷杆喷雾机

王浩宇，马永伟

（1.江苏大学基础工程训练中心，江苏镇江 212013；2.镇江三鑫金属工业有限公司，江苏镇江 212011）

基于三独立平台模拟喷杆装置研究

王浩宇1，马永伟2

（1.江苏大学基础工程训练中心，江苏镇江 212013；2.镇江三鑫金属工业有限公司，江苏镇江 212011）

大型喷杆式植保机械在田间作业时，喷杆运动严重影响了喷雾分布。悬架系统是控制喷杆动力学行为的关键装置，既要隔离来自车体的高频扰动，又要使喷杆跟踪低频的地面坡度变化，时刻保持与植株冠面层平行。为了研究悬架减振系统对喷杆动力学行为影响机理，综合考虑车体运动耦合作用、地形坡度变化、摩擦等因素，构建了三独立运动平台，通过复合运动的叠加，真实的仿真模拟大型喷雾机喷杆动力学行为，从而为建立科学的数学模型提供了理论基础，为研究大型喷杆悬架参数优化配置提供理论依据与试验平台，有利于大型喷杆动力学特性试验方法、检测标准的完善。

模拟喷杆；喷杆运动；摆动；传动装置；试验

我国是农药使用大国，由于植保机械中的施药器械和技术落后,农药的利用率很低,只有10%～30%,与发达国家50%的利用率差距大。改进施药机械或施药技术,提高农药利用率，对于节约成本、保护环境意义重大。随着经济的发展和人民生活水平的提高，人们对环境生态安全和人类健康将更加重视，对能够提高农药利用率和降低劳动强度的要求更为强烈。

目前，鉴于我国植保机械发展的现状，提高施药器械的综合性能显得尤为迫切。而作为施药器械的核心部件，喷杆的高效精准动作又是改进其性能和提高技术水平的关键因素。国内市场上，现有施药器械的喷杆尺寸小，喷杆动作不精准，尤其复合运动的叠加效应无法显现，从而造成了药物喷洒过程的浪费和机械化水平偏低。

基于三独立平台模拟喷杆试验装置，能够复合各种运动形式，真实的模拟植保机械喷杆运动状态，对喷杆的悬挂系统以及高精度、高稳定性的喷杆式喷雾机的研究具有重要意义。

1 三独立平台模拟喷杆装置与工作原理

1.1 基本结构

模拟喷杆运动的试验装置如图1 所示，包括机架4，所述机架的顶部安装有喷杆部装1，喷杆部装1包括加长杆、固定装置、斜撑和主杆，所述主杆的两端均通过固定装置与加长杆固定连接，加长杆与主杆保持同轴，主杆的中部固定有与主杆垂直的撑管，撑管的顶部和主杆的两端通过斜撑固定连接，主杆的底部偏心处还设有旋转吊耳，所述机架4上还安装有用于驱动喷杆部装1进行复合运动的上下摆动装置2、左右摆动装置3、抬升装置6和传动装置5。通过设置的上下摆动装置、左右摆动装置、抬升装置和传动装置，能实现喷杆部装的上下摆动、左右摆动和抬升动作，能模拟出喷杆部件的真实运动。模拟喷杆通过三个独立平台的动作，形成绕J轴的转动，沿J轴的上下移动及在绕铰接点的转动。

图1 三独立平台模拟喷杆装置

1.2 工作原理

当喷杆部装1需要进行抬升时，启动抬升装置6第一伺服电机601，通过同步带604的传递作用，大同步带轮6带动传动主轴606转动，连接座609同步转动，由于小轴612置于连接座609的偏心位置处，且与连杆611铰接，在连接座609转动时，能实现连杆611的升降运动，所述连杆611的顶端通过销轴502与下支座501铰接由于下支座501是固定安装在传动装置安装板408上的，传动装置安装板408与第一光轴403滑动连接，在连杆611上升时，主轴515和轴承座508同步上升，使得安装在主轴515上的喷杆部装1进行上升运动。

当喷杆部装1需要进行上下摆动时，在第二伺服电机201转动时，上下摆动装置主轴205同步转动，凸轮盘207即可与连杆固定轴209进行转动。由于连杆固定轴209的端部置于上下摆动装置连杆208内且与上下摆动装置连杆208转动连接，即可实现上下摆动装置连杆208上下运动，以此实现主杆105的上下摆动。

当喷杆部装1需要进行左右摆动时，第三伺服电机301带动左右摆动装置主轴305转动，此时圆柱凸轮308同步转动，连杆凸轮滚子部装307能在凹槽限定的范围内实现左右的往复运动，所述连杆凸轮滚子部装307的顶部固定安装在左右摆动座512的偏心处，能带动左右摆动座512进行左右的摆动，进而实现喷杆部装1的左右摆动。

图2 喷杆部装

图3 上下摆动装置

图4 左右摆动装置

图5 机架

图6 传动装置

图7 抬升装置

2 试验

为了验证可靠性，以图1所示的三独立平台模拟喷杆装置为试验对象，进行动态响应测试，利用三维模型，测得喷杆绕质心Y轴方向惯量Iy＝28700kg·m2。通过六自由度运动模拟平台进行喷杆运动试验，六自由度平台侧倾角运动范围±5°，频率0.1～10Hz，垂直瞬时速度1m/s，上下及前后摆动角速度10°/s；垂直最大线加速度1g，摆动角加速度5rad/s2。通过三个独立平台复合运动产生绕J轴的瞬态激励，喷杆倾角响应，试验数据比模型预测稍有滞后，主要是由于转动副存在摩擦造成。利用三个独立平台复合运动进行频率分析，运动平台输出绕J轴转角正弦激励（幅值01rad），激励频率在0.1～10Hz范围内。