自走式高地隙喷雾机行驶稳定性分析与悬架参数设计.pdf
摘要
大型自走式高地隙喷雾机具有覆盖面积广、药剂使用率高等优势，在玉米、高粱
等高秆作物病虫草害化学防治等方面起到了关键作用。喷施过程中，受多方面因素影
响易发生失稳，引起喷雾机侧翻。为此，本文以3WPZ-3000/18三角履带式高地隙喷
雾机为对象，基于液体晃动与多体动力学理论，考虑不同路况、车速及充液比等因素
的影响，构建了路面-车辆-液体耦合的高地隙喷雾机行驶动力学模型，获得了车身侧
倾、俯仰角速度和垂向加速度等运动学参数。在此基础上，建立喷雾机行驶稳定性多
目标评价函数，面向不同充液比和车速工况，调整空气弹簧最佳充气压力，以提高喷
雾机行驶稳定性。主要研究内容与结论如下：
(1)通过SolidWorks软件建立履带式高地隙喷雾机三维模型，包括车身、液罐、
悬架、喷杆模型等。根据整车满载质量与工况条件，对空气悬架类别、负荷能力进行
选型，建立空气弹簧属性文件。在多体动力学软件RecurDyn(RecursiveDynamic)中建
立三角履带模型，将整车模型导入RecurDyn软件与履带模型装配，设置材料属性、
运动学约束、驱动函数等参数，形成喷雾机动力学虚拟样机模型。
(2)基于路面不平度功率谱密度函数，采用谐波叠加法模拟随机路面高程分布，
建立三维随机路面模型。考虑粘土、重粘土、壤土不同承压特性和剪切特性，建立喷
雾机行驶软土路面模型。基于液体晃动等效力学原理，建立弹簧-质量-阻尼模型模拟
液体纵、侧向晃动。根据不同充液比下罐内液体计算流体力学仿真结果，确定等效力
学模型参数，与车辆动力学模型耦合，形成路面-车辆-液体耦合多体动力学模型。
(3)考虑高地隙喷雾机7种充液比、3种悬架充气压力、5种行驶车速和2种土质
路面进行仿真分析。根据仿真结果编写喷雾机行驶多目标评价函数，函数变量包括喷
雾机行驶侧倾、俯仰角速度，垂向加速度、横向载荷转移率和纵向载荷转移率，考虑
不同方向晃动对车身姿态的影响，对上述变量加以不同权重系数，计算不同工况下的
目标函数值，作为喷雾机空气悬架参数选择的依据。
(4)搭建缩比液罐晃动试验台架，进行纵、侧向液体晃动试验，对计算流体力学
仿真结果和等效力学模型准确性进行验证。开展湿容重、含水率土壤的力学特性试验，
对土壤承载能力进行分析。使用无人机对试验地块进行数字化样貌采集，采集数据包
括地块正射影像、三维点云坐标和地理位置坐标等。在三维实景化动力学软件Gazebo
中构建高拟真田间环境进行行驶仿真，与RecurDyn软件仿真结果进行对照。
关键词：高地隙喷雾机；多体动力学仿真；液体晃动力学模型；空气悬架参数设计；
土壤路面特性
I
目录
摘要I
ABSTRACTII
第一章绪论1
1.1研究背景及意义1
1.2国内外发展趋势及研究现状1
1.2.1高地隙喷雾机发展趋势1
1.2.2喷雾机稳定性研究现状3
1.2.3喷雾机底盘悬架研究现状4
1.2.4罐内液体晃动研究现状7
1.3研究内容7
1.4技术路线8
第二章高地隙喷雾机多体动力学建模10
2.1整机三维模型10
2.1.1机身模型11
2.1.2喷杆模型11
2.1.3药液罐模型12
2.1.4空气弹簧模型13
2.2履带式行走机构模型16
2.3整机多体动力学模型19
2.4本章小结20
第三章喷雾机行驶路-车-液耦合动力学模型22
3.1考虑形貌与土壤特性的路面模型22
3.1.1随机路面模型22
3.1.2土壤承压特性24
3.1.3土壤剪切特性26
3.2