采用電動推桿間接傳動的三點懸掛設計分析

何捷

摘要：我國作為農業大國，近幾年農業生產效率以及機械普及率逐年上升，為了順應生產需求，電動農機產品推出，操作簡單、重量降低，可提高生產效率。本文將結合電動推桿間接傳動意義，討論三點懸掛特點、懸掛機構建模、參數靜態分析、機組結構優化等懸掛系統設計要點，為相關工作人員提供技術參考意見。

關鍵詞：電動推桿;間接傳動;三點懸掛設計

引言：

目前三點懸掛設計是連接農具與拖拉機的最常見方式，一個標準的三點懸掛機構是由四桿機構組成，提高機械結構設計能夠對后期農機使用質量起到至關重要的作用，減少工作人員勞動強度。設計者需要結合實際農機工作情況來判定電動推桿間接傳動方式，并對懸掛系統做出合理設計。

一、懸掛系統中使用電動推桿間接傳動的意義

懸掛系統中的電動推桿也被稱為直線驅動器，也可以視其為旋轉電機的另一種類型，電動推桿是由電機推桿與控制系統共同組成。電動推桿在一定范圍行程內作往返運動，一般電動推桿標準行程為：100、150、200、250、300、350、400mm等，特殊行程也可根據不同應用條件要求設計定做。電動推桿可以根據不同的應用負荷而設計多種推力類型的電動推桿，一般電動推桿的最大推力為5000N，其空載運行的速度在5mm-40mm/s區間。在設計三點懸掛系統時，要確保拖拉機尺寸符合規格（GB/T2871.4-2006），驅動裝置應在3S-5S內提升到運輸位置，使電能供應充足[1]。

二、基于電動推桿間接傳動的三點懸掛設計

（一）三點懸掛特點

一直以來我國農業生產中使用的懸掛裝置分為機械懸掛、液壓懸掛兩種。其中機械懸掛是通過杠桿、棘輪、鋼索等設備將農具懸吊連接。而液壓懸掛裝置則是通過液壓油缸的升降來連接農機具。相比較于機械懸掛系統來說，液壓懸掛系統使用更加方便，結構簡單，而按照懸掛機構與機體連接參數劃分，懸掛裝置又分為三點懸掛與兩點懸掛，例如：對于中小功率的后懸掛農機多使用三點懸掛系統。三點懸掛系統對農用拖拉機的適用性非常高，各種類型的農機都可以使用三點懸掛裝置連接到拖拉機上，然后快速投入到農田作業，提高作業效率。例如;駕駛員只需要用一只手就可以將農具深入土壤，完成耕作后將農具抬出，實現了無耕深調節作業，農機具的重力大幅度轉移到驅動輪上，相比較于傳統的牽引式機械設備來說，拖拉機使用年限被延長。而且三點懸掛系統更加安全，當掛接裝置接觸土壤障礙物時，拖拉機不會出現后傾問題。而當作業犁產生下拉力時，向上拉桿被鎖住，作業犁耕深不變，保障駕駛員的自身安全。三點懸掛裝置的發明給農業發展帶來了重要幫助，拖拉機性能得到提高，農業生產的作業效率也有明顯提升。

（二）懸掛機構建模

按照拖拉機三點懸掛裝置的幾何結構參數，可以在PRO/5軟件中建立三維結合模型，然后把模型導入ANSYS系統中，就可以對邊界條件以及有限元進行設定。可用定義坐標點的方式來設定系統機械臂的位置，通過連接機械臂實現桿件的建模，然后對液壓缸和活塞桿進行參數設定，最后在軟件中設定運動約束種類，將旋轉副設定到桿件系統中，給液壓缸等零部件增加移動副。最后使用ADAMS軟件的分析功能，對建模過程中產生的所有變量進行迭代分析，并形成分析報告，報告內容應涵蓋所有設計要點，例如：彈簧力的大小以及彈簧力的敏感度等等。在ADAMS系統中，通過對標準三點懸掛機構進行建模，可以實現對三點懸掛機構效能的大幅度提升，將懸掛點與連接點為設計變量，在規范的性能約束范圍內，不斷優化現有設計變量取值，提高三點懸掛機構的提升力。

（三）參數靜態分析

靜態分析可以在載荷作用恒定、加載速度趨近于零或為零、加載量值上升緩慢或保持恒定的時候，對結構的應力、應變、位移等參數進行分析，靜力分析也是三點懸掛機構設計時不可缺少的一部分。它將為設計人員提供三點懸掛機構在靜力條件下的性能參數。然后根據實際結構參數，建立三點懸掛裝置的實體模型。在進行實際靜態參數分析工作時，設計人員要考慮到覆蓋件、小裝置等部件對車架強度影響力，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安裝三點懸掛裝置時，把三點懸掛裝置前端與拖拉機的后端連接起來，然后在懸掛后端加配重量來穩定前端結構。

（四）優化機組結構

近年來，旋耕整地技術已廣泛應用農業生產中，使用旋轉耕地技術不僅可以提高秸稈和根茬的切斷速度，同時還能夠完成作業后的碎地平整工作。但是從現有的旋耕機的工作情況來看，其配套機具只能實現手動調平，調平過程往往會耗費大量時間，而且很容易因為調平不勻而產生耕深差異以及土壤斷層等問題。因此需要優化現有機組結構，提高三點懸掛機組的調平效果。可以使用機具中心不動法完成調平。傾角傳感器通過緩震支架水平安裝于機具護板右端，作業過程中傾角傳感器實時采集機具傾角并反饋至控制器。而主控制器在收到傾角信號后，按照規范的調平算法來控制液壓系統電磁閥的開關，從而實現對雙液壓缸的升降以及杠桿機構的自動調平[2]。

結論：

綜上所述，想要提高電動三點懸掛推桿的機械運行能力，需要選用科學、有效的機電執行元件，常見電機有圓周運動的輸出軸電機和直線運動輸出桿兩種。技術人員應當根據農機實際使用要求以及執行方式實際傳統模式，優化整體電機的電動效果，保證三點懸掛裝置的性能，為農業生產提供技術性支持。

參考文獻：

[1]陳劍，何俊杰，李士愛，等.基于Taguchi改進算法的脫水機懸掛系統參數優化研究[J].噪聲與振動控制，2019，39（03）：73-77+102.

[2]鄭炫，張魯云，何興村.新疆生產建設兵團農機發展現狀及提質增效改革策略分析——以調研犁具技術現狀為例[J].安徽農業科學，2018，46（34）：193-195+227.