随着我国农业现代化进程和土地经营权流转步伐的明显加快,对大面积农田的灌溉需求越来越大。今年的中央一号文件提出,到2020年力争建成10亿亩集中连片、旱涝保收的高标准农田,农田有效灌溉面积达到10亿亩以上。十三五规划纲要已明确提出要把节水农业、智慧农业放在重要位置。科技部十三五“水资源高效开发利用”重点专项中将“研发绿色高效节水灌溉装备”列为研究项目。中型卷盘式喷灌机不仅适合大、中、小不同规模土地的灌溉需求,而且具有机动灵活、自动化程度高、单位亩投资少等特点。但是,现有国产水力涡轮驱动的卷盘喷灌机存在着能量转化效率低,调速范围窄,传动比偏小,低转速工况难以达到等突出问题,而电机驱动型卷盘喷灌机因为具有体积小、转速匹配控制精准、可调传动比范围宽、以及传动效率高等突出优点渐成替代机型。由于电机额定转速比水涡轮转速高很多,会造成改进后原有传动系统结构以及传动比不再满足现有大传动比要求,同时水涡轮配套的传动系统也存在着结构冗杂、效率低、配套机组能耗高以及产品动力学疲劳可靠性差等问题。本文以现有JP75机型为例,研究以永磁无刷直流电机为原动机的大传动比卷盘喷灌机传动系统的方案设计与优化方法。主要研究内容包括以下几个方面:(1)创新设计了基于蜗轮蜗杆的大传动比新结构。根据现有JP75型卷盘喷灌机性能参数要求和国内用户对该机型宽调速范围的要求,重新设计同种型号基于蜗轮蜗杆为主要结构的大传动比的新结构。针对初步确定的传动系统设计参数,运用MATLAB遗传算法工具箱,以传动效率最高与齿轮减速箱体积最小为目标函数进行多目标连续离散混合变量的遗传算法优化。优化后的结果相比较初始设计参数表明第一档的传动总效率提高了14.17%,第二档传动总效率提高了13.12%,同时总体积较少了10.61%。(2)建立了JP75型卷盘喷灌机的循环工况能耗计算模型。通过在SIMULINK中建立传动系统各组成部分的数学模型和相应的能耗效率模型,得到整机在单次循环工况下的综合能耗值,此能耗值可以综合评估该机型在整个调速范围内的能耗情况。另外,对两档传动模式下最佳换挡速度点进行了优化计算,得出相应的最低能耗值工况下的换挡速度。最后通过台架试验对改进前后的传动系的效率进行了测试验证。(3)建立了传动系统主要受力部件的虚拟样机仿真模型。为了在设计初始阶段评估关键零部件的实际受力情况预估关键零部件的疲劳寿命值。基于多体动力学软件ADAMS建立了传动系统主要受力部件的虚拟样机仿真模型,得到第二档齿轮、轴承、链的载荷数据,运用ANSYS等有限元分析软件,预估了关键零部件的疲劳寿命。