基于机-液-离散元联合仿真的双臂四合一液压铲移树机性能分析与试验

[目的]目前我国小胸径规格苗木机械化移植技术已经相当成熟，但受林地种植环境、地形等不利因素的影响，针对大、中胸径规格林木的机械化移植技术发展相对缓慢。因此研制一款适应我国林地环境的大、中胸径规格林木移树机对林木移植技术发展具有重要意义。[方法]本文采用机-液-离散元联合仿真技术，对移树机的机械结构及液压动力系统进行优化设计。采用 Recurdyn 软件建立移树机动力学模型;采用AMESim软件建立整机液压系统模型;采用EDEM软件建立林木生长环境土壤模型。通过FMI功能模拟接口实现各个模型之间数据传递，进而分析移树机挖树工况下，整机结构强度、液压动力系统性能以及液压铲挖树工作性能。[结果]仿真结果表明:机臂最大应力发生在托举液压缸铰接处附近为 76.85 MPa;机臂抬升启动时，液压缸油压超调较小，机臂抬升过程中油压稳定在5.8MPa，当机臂抬升到高位置时，油压为16MPa，此时液压缸行程达到最大，系统通过溢流阀卸荷;液压铲油压随着铲刀不断深入土壤，油压呈线性升高，从 1.5MPa升高至 12MPa.最后通过液压测试仪对实际挖树工况下的机臂油缸、液压铲油缸进行压力特性测试，试验结果表明:机臂抬升过程中，油压超调较小，压力稳定在 6MPa，当机臂抬升到最高位置时，系统溢流阀卸荷，油压为15.6MPa，且存在小幅度波动，该原因是机臂在现实工作过程中受双液压缸不同步、部件摩擦力等因素影响;挖树过程中，液压铲油压变化趋势呈线性升高，从 2MPa升高至 12.2MPa，此外，各个液压铲油缸压力峰值有所差异，但油压变化趋势基本相同，该原因是实际土壤环境复杂多样，导致铲刀阻力不同。[结论]将试验结果与仿真结果对比，液压缸压力大小误差小，且变化趋势基本一致，从而验证了机-液-离散元移树机联合仿真模型的准确性，通过对机臂结构强度及油缸压力特性分析，验证了本文所设计的移树机机械结构、液压动力系统的稳定性及可靠性。