[发明专利]水田平地机静力学建模方法及系统

说明书

本发明公开了一种水田平地机静力学建模方法及系统，所述方法包括：建立水田平地机的三维实体模型，以台架替换拖拉机车身，且台架固定不动，以水田平地机的对称面作为基本平面，将调平系统视为一个质量块，在质量块的安装台上建立局部坐标系，求出质量块质心在局部坐标系下的坐标；求出质量块受到的平行连杆的作用力，平行连杆包括柔性杆和刚性杆；在柔性杆远离质量块的一端建立局部坐标系，求出柔性杆受到的作用力和附加力偶，以及求出柔性杆与质量块连接端的挠度和转角；对刚性杆进行拉压分析，求出刚性杆的轴向变形量，从而获取平行连杆与质量块连接端的形变位置。本发明为水田平地机相关零件的疲劳强度校核、动力学分析等提供了参考和依据。

技术领域

本发明涉及一种建模方法，尤其是水田平地机静力学建模方法及系统，属于农业机械领域。

背景技术

水田平地机在工作过程中，平行连杆作为连接拖拉机车身与平地机调平系统的重要部件，其刚度和强度决定了调平系统是否能正常工作。以往的强度分析都是直接借助软件计算，缺乏基本的静力学分析作为理论基础。

对于不同机型的平地机机型设计与控制系统的设计，都离不开平地机调平系统的动力学建模。从上世纪中期开始，国外的学者就开始对水田平地机的使用研究(FlorianDiekmann，2010)，近几年来，国内关于水田平地机的研究主要集中在液压系统和激光控制系统上，针对水田平地机控制系统进行了优化设计(杨伟伟，2016)，设计了基于多传感器融合技术的水平控制系统，使工作过程中平地铲能保持水平(黎永健，2015)。建立了平地机调平系统的动力学模型，描述了实际的平地机调平控制系统动态响应(陈嘉琪，2015)。建立了刚柔耦合的平地机多体动力学模型，通过试验验证平地铲水平倾角变化与实际结果差距明显，平地铲质心位置变化存在误差(赵祚喜，2017)。因此，建立更加精确的静力学模型和多体动力学模型对于平地机机械系统的研究具有重要意义。

因此，有必要提出一种对于水田平地机刚柔一体的静力学建模方法，以满足对于该领域对于强度校核、动力学、振动特性分析等的理论要求。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述现有技术水田平地机研究领域的静力学建模理论匮乏存在的缺陷，提供了一种水田平地机静力学建模方法，该方法对传统水田平地机的模型进行了简化，并对模型进行了理论力学和材料力学上的分析求解，为水田平地机相关零件的疲劳强度校核、动力学分析等提供了参考和依据。

本发明的另一目的在于提供一种水田平地机静力学建模系统。

本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到：

水田平地机静力学建模方法，所述方法包括：

建立水田平地机的三维实体模型，以台架替换拖拉机车身，且台架固定不动，以水田平地机的对称面作为基本平面，将三维实体模型的调平系统视为一个质量块，在质量块的安装台上建立局部坐标系，获取质量块质心在该局部坐标系下的坐标；

利用平面任意力系的平衡方程求出质量块受到的平行连杆的作用力；其中，所述平行连杆包括柔性杆和刚性杆；

在柔性杆远离质量块的一端建立局部坐标系，利用平面任意力系的平衡方程求出柔性杆受到的作用力和附加力偶，以及利用弯曲变形中挠曲线微分方程求出柔性杆与质量块连接端的挠度和转角；

对刚性杆进行拉压分析，利用轴向拉压变形公式求出刚性杆的轴向变形量；

根据平面几何分析法，获取平行连杆与质量块连接端的形变位置。

进一步的，所述获取质量块质心在局部坐标系下的坐标，具体为：忽略不计调平油缸的质量，质量块的质心与形心重合，利用平面图形的形心计算公式求出质量块质心在局部坐标系下的坐标。

进一步的，所述形心计算公式如下：