采用电动推杆间接传动的三点悬挂设计分析

何捷

摘要：我国作为农业大国，近几年农业生产效率以及机械普及率逐年上升，为了顺应生产需求，电动农机产品推出，操作简单、重量降低，可提高生产效率。本文将结合电动推杆间接传动意义，讨论三点悬挂特点、悬挂机构建模、参数静态分析、机组结构优化等悬挂系统设计要点，为相关工作人员提供技术参考意见。

关键词：电动推杆;间接传动;三点悬挂设计

引言：

目前三点悬挂设计是连接农具与拖拉机的最常见方式，一个标准的三点悬挂机构是由四杆机构组成，提高机械结构设计能够对后期农机使用质量起到至关重要的作用，减少工作人员劳动强度。设计者需要结合实际农机工作情况来判定电动推杆间接传动方式，并对悬挂系统做出合理设计。

一、悬挂系统中使用电动推杆间接传动的意义

悬挂系统中的电动推杆也被称为直线驱动器，也可以视其为旋转电机的另一种类型，电动推杆是由电机推杆与控制系统共同组成。电动推杆在一定范围行程内作往返运动，一般电动推杆标准行程为：100、150、200、250、300、350、400mm等，特殊行程也可根据不同应用条件要求设计定做。电动推杆可以根据不同的应用负荷而设计多种推力类型的电动推杆，一般电动推杆的最大推力为5000N，其空载运行的速度在5mm-40mm/s区间。在设计三点悬挂系统时，要确保拖拉机尺寸符合规格（GB/T2871.4-2006），驱动装置应在3S-5S内提升到运输位置，使电能供应充足[1]。

二、基于电动推杆间接传动的三点悬挂设计

（一）三点悬挂特点

一直以来我国农业生产中使用的悬挂装置分为机械悬挂、液压悬挂两种。其中机械悬挂是通过杠杆、棘轮、钢索等设备将农具悬吊连接。而液压悬挂装置则是通过液压油缸的升降来连接农机具。相比较于机械悬挂系统来说，液压悬挂系统使用更加方便，结构简单，而按照悬挂机构与机体连接参数划分，悬挂装置又分为三点悬挂与两点悬挂，例如：对于中小功率的后悬挂农机多使用三点悬挂系统。三点悬挂系统对农用拖拉机的适用性非常高，各种类型的农机都可以使用三点悬挂装置连接到拖拉机上，然后快速投入到农田作业，提高作业效率。例如;驾驶员只需要用一只手就可以将农具深入土壤，完成耕作后将农具抬出，实现了无耕深调节作业，农机具的重力大幅度转移到驱动轮上，相比较于传统的牵引式机械设备来说，拖拉机使用年限被延长。而且三点悬挂系统更加安全，当挂接装置接触土壤障碍物时，拖拉机不会出现后倾问题。而当作业犁产生下拉力时，向上拉杆被锁住，作业犁耕深不变，保障驾驶员的自身安全。三点悬挂装置的发明给农业发展带来了重要帮助，拖拉机性能得到提高，农业生产的作业效率也有明显提升。

（二）悬挂机构建模

按照拖拉机三点悬挂装置的几何结构参数，可以在PRO/5软件中建立三维结合模型，然后把模型导入ANSYS系统中，就可以对边界条件以及有限元进行设定。可用定义坐标点的方式来设定系统机械臂的位置，通过连接机械臂实现杆件的建模，然后对液压缸和活塞杆进行参数设定，最后在软件中设定运动约束种类，将旋转副设定到杆件系统中，给液压缸等零部件增加移动副。最后使用ADAMS软件的分析功能，对建模过程中产生的所有变量进行迭代分析，并形成分析报告，报告内容应涵盖所有设计要点，例如：弹簧力的大小以及弹簧力的敏感度等等。在ADAMS系统中，通过对标准三点悬挂机构进行建模，可以实现对三点悬挂机构效能的大幅度提升，将悬挂点与连接点为设计变量，在规范的性能约束范围内，不断优化现有设计变量取值，提高三点悬挂机构的提升力。

（三）参数静态分析

静态分析可以在载荷作用恒定、加载速度趋近于零或为零、加载量值上升缓慢或保持恒定的时候，对结构的应力、应变、位移等参数进行分析，静力分析也是三点悬挂机构设计时不可缺少的一部分。它将为设计人员提供三点悬挂机构在静力条件下的性能参数。然后根据实际结构参数，建立三点悬挂装置的实体模型。在进行实际静态参数分析工作时，设计人员要考虑到覆盖件、小装置等部件对车架强度影响力，把一些特征省略，然后将倒角和过渡圆角简化成直角。在检测或鉴定拖拉机安装三点悬挂装置时，把三点悬挂装置前端与拖拉机的后端連接起来，然后在悬挂后端加配重量来稳定前端结构。

（四）优化机组结构

近年来，旋耕整地技术已广泛应用农业生产中，使用旋转耕地技术不仅可以提高秸秆和根茬的切断速度，同时还能够完成作业后的碎地平整工作。但是从现有的旋耕机的工作情况来看，其配套机具只能实现手动调平，调平过程往往会耗费大量时间，而且很容易因为调平不匀而产生耕深差异以及土壤断层等问题。因此需要优化现有机组结构，提高三点悬挂机组的调平效果。可以使用机具中心不动法完成调平。倾角传感器通过缓震支架水平安装于机具护板右端，作业过程中倾角传感器实时采集机具倾角并反馈至控制器。而主控制器在收到倾角信号后，按照规范的调平算法来控制液压系统电磁阀的开关，从而实现对双液压缸的升降以及杠杆机构的自动调平[2]。

结论：

综上所述，想要提高电动三点悬挂推杆的机械运行能力，需要选用科学、有效的机电执行元件，常见电机有圆周运动的输出轴电机和直线运动输出杆两种。技术人员应当根据农机实际使用要求以及执行方式实际传统模式，优化整体电机的电动效果，保证三点悬挂装置的性能，为农业生产提供技术性支持。

参考文献：

[1]陈剑，何俊杰，李士爱，等.基于Taguchi改进算法的脱水机悬挂系统参数优化研究[J].噪声与振动控制，2019，39（03）：73-77+102.

[2]郑炫，张鲁云，何兴村.新疆生产建设兵团农机发展现状及提质增效改革策略分析——以调研犁具技术现状为例[J].安徽农业科学，2018，46（34）：193-195+227.