【摘要】：卷盤式噴灌機(jī)因為具備性價比高,操作簡單,維護(hù)方便,噴灑的均勻度高等優(yōu)點(diǎn),現(xiàn)已變?yōu)槲覈罹邆浒l(fā)展和普及前景的灌溉機(jī)械之一。但是,目前國內(nèi)卷盤式噴灌機(jī)主要存在以下問題:傳統(tǒng)的水渦輪驅(qū)動裝置效率低、低工況下動力不足;現(xiàn)有的帶傳動、齒輪傳動和鏈傳動組成的復(fù)合傳動系統(tǒng)效率低、傳動結(jié)構(gòu)冗雜、傳動系統(tǒng)關(guān)鍵零部件質(zhì)量差等問題。采用高效率的直流電機(jī)代替水渦輪進(jìn)行驅(qū)動能極大的改善原動機(jī)性能,但電機(jī)轉(zhuǎn)速遠(yuǎn)高于水渦輪,整個傳動系統(tǒng)所需的傳動比非常大,若采用現(xiàn)有的傳動系統(tǒng)方案,則會導(dǎo)致傳動系統(tǒng)效率低、變速箱體積和質(zhì)量大等問題。針對上述問題,本文從理論分析、試驗驗證和仿真分析角度,重新優(yōu)化設(shè)計出了一種JP75型卷盤式噴灌機(jī)的高效大傳動比的行星齒輪傳動系統(tǒng):(1)創(chuàng)新設(shè)計了一種高效大傳動比的行星齒輪傳動系統(tǒng)。針對由直流電機(jī)驅(qū)動的卷盤式噴灌機(jī)機(jī)型,從理論和試驗等方面,分析了卷盤負(fù)載和直流電機(jī)的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速特性;根據(jù)直流電機(jī)與卷盤負(fù)載的匹配情況,以整機(jī)的高效性、動力性和經(jīng)濟(jì)性為目標(biāo),重新設(shè)計了一種基于行星齒輪傳動的高效大傳動比的傳動系統(tǒng),該傳動系統(tǒng)中變速箱的第一檔和第二檔傳動比分別為548.40和382.71,大牙盤傳動比為19.23。(2)采用了基于行星輪系體積最小和結(jié)構(gòu)緊湊的優(yōu)化設(shè)計方法,并確定了整機(jī)在能耗最低情況下的換擋速度。以三級行星輪系的總體體積最小為目標(biāo),運(yùn)用MATLAB遺傳算法工具箱對新型傳動系統(tǒng)方案中的三級行星輪系中的模數(shù)、齒數(shù)和齒寬進(jìn)行了優(yōu)化,優(yōu)化后的總體體積較優(yōu)化前減少了12.9%。在SIMULINK中對整機(jī)進(jìn)行能耗值仿真研究,確定了噴頭小車速度的最佳換擋速度為35m/h,此時直流電機(jī)的效率恒大于71%。最后對新設(shè)計的傳動系統(tǒng)進(jìn)行了試驗,試驗結(jié)果表明新設(shè)計的傳動系統(tǒng)綜合效率比現(xiàn)有的帶傳動、齒輪傳動和鏈傳動組成的復(fù)合傳動系統(tǒng)效率提高了35%以上,整機(jī)的最大驅(qū)動功率由原來采用蝸輪蝸桿傳動系統(tǒng)的機(jī)型的500W降低為300W,驗證了行星齒輪傳動系統(tǒng)的高效性。(3)通過運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)仿真驗證了行星齒輪傳動系統(tǒng)設(shè)計的合理性。在UG軟件中對JP75型卷盤式噴灌機(jī)行星傳動系統(tǒng)的關(guān)鍵零部件進(jìn)行建模和裝配。并將三維模型導(dǎo)入到ADAMS軟件中對其進(jìn)行運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)仿真,仿真結(jié)果表明傳動系統(tǒng)中各級輪系傳動比的仿真誤差均低于0.18%,第一檔和第二檔總傳動比的仿真誤差分別為0.22%和0.21%,各齒輪轉(zhuǎn)速和傳動比的仿真誤差均在可接受范圍內(nèi);各齒輪所受的軸向力為0,所受切向力和軸向力的仿真誤差均低于0.26%,仿真值與理論計算值誤差很小,驗證了行星齒輪傳動系統(tǒng)的合理性。(4)利用有限元分析方法預(yù)估了傳動系統(tǒng)的各齒輪的疲勞壽命。對傳動系統(tǒng)各齒輪的穩(wěn)態(tài)嚙合進(jìn)行了研究,分析了在給定的工作狀況下它的靜力學(xué)特征。最后對行星輪系傳動系統(tǒng)進(jìn)行了模態(tài)分析,確定了太陽輪的固有頻率和模態(tài)振型。仿真結(jié)果表明,定軸齒輪和行星輪系的所受最大應(yīng)力分別為40.917Mpa和116.72Mpa,均在材料屈服極限允許的范圍內(nèi);最大變形量、等效應(yīng)變均出現(xiàn)在各齒輪的齒根處,且不會影響齒輪正常工作;各級齒輪嚙合時的安全因子均大于許用安全因子1.25,所有齒輪疲勞壽命均大于2.47×105h,滿足設(shè)計要求;太陽輪最低階的固有頻率為47576,遠(yuǎn)高于直流電機(jī)最大轉(zhuǎn)速引起的激勵響應(yīng)頻率,在運(yùn)行期間不會發(fā)生共振,滿足設(shè)計要求。
【學(xué)位授予單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：S277.94
【圖文】：

.3 問題提出綜上，傳統(tǒng) JP75 型卷盤式噴灌機(jī)水渦輪驅(qū)動裝置和傳動系統(tǒng)特性如圖 1.1~1.4 所[29] [31]。6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17流 量/m3·h-1n=300 n=400n=500 n=600n=700 n=800n=90005101520效 率/%圖 1.1 JP75 型卷盤式噴灌機(jī)水渦輪驅(qū)動裝置的效率圖Figure 1.1 Efficiency of water turbine driving device for JP75 type coil sprinkler

圖 1.3 現(xiàn)有卷盤式噴灌機(jī)的傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖Fig. 1.3 Drive system structure diagram of current hose reel irrigator1-水渦輪；2，3-V 帶輪；4~16-圓柱齒輪；17-鏈輪；18-大牙盤123456789圖 1.4 傳統(tǒng)卷盤式噴灌機(jī)的動力傳動系統(tǒng)Figure 1.4 The power transmission system of the traditional reel sprinkler

驅(qū)動軸圖 2.2 PE 管在卷盤截面上的纏繞示意圖Figure 2.2 Diagram of winding of a PE pipe on a reel section為卷盤內(nèi)徑；R 為卷盤外徑；R1為 PE 管一層纏繞半徑；R2為 PE 管二層纏繞半徑；R3為 PE 管三層纏繞半徑；R4為 PE 管四層纏繞半徑；.2 負(fù)載和直流電機(jī)特性2.1 負(fù)載轉(zhuǎn)矩分析在設(shè)計卷盤式噴灌機(jī)傳動系統(tǒng)時，應(yīng)該根據(jù)它的使用要求和工作狀況來進(jìn)行，因首先應(yīng)該了解卷它的負(fù)載特性。卷盤將 PE 管纏繞到卷盤上需要克服以下作用力：地與 PE 卷管之間的滑動摩擦力、地面與噴頭小車之間的滾動摩擦力、提升時所需克服 PE 管和水的重力。此外，若在啟動階段或者加速過程中，則需克服是地面與 PE 管、頭小車的最大靜摩擦力和慣性力。卷盤式噴灌機(jī)在工作時要求勻速噴灑，因此本文要考慮卷盤式噴灌機(jī)勻速狀態(tài)的負(fù)載模型如圖 2.3 所示[21]。

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2756669