开发高产农机

　　农业是一门大生意。当您管理数百英亩的作物时，设备生产力和效率与盈利能力和可持续性密切相关，在某些情况下，甚至与生存息息相关。为了防止真正被耕种，今天的农民在实施最新的耕作方法时必须比以往任何时候都更快地工作。

　　采用现代耕作方法，产量在过去 60 年中几乎翻了三倍。这种更高的产出效率源于许多因素：改进的土壤添加剂、先进的种子遗传学、更好的种植策略和高产农业设备。所有这些都在年复一年地改进，而这种不断改进正是 AGCO Corporation 荷兰工程师决定放弃传统思维并彻底重新设计最新的自走式作物喷雾机 Challenger RoGator 600 系列的原因。

　　Challenger RoGator 600 以每小时 30 公里 (km) 的速度行驶，动臂长度高达 36 米，令人印象深刻。这很容易转化为每天超过 200 公顷（494 英亩）的覆盖范围。其他功能，如前所未有的动臂稳定性、驾驶室控制的底盘高度、履带宽度调节和卓越的操作员舒适度，所有这些都有助于实现几乎完美的喷雾性能，这对农业生产力、产能和环境可持续性来说是个好消息。

　　“这款 Challenger RoGator 600 在很多方面都给我留下了深刻的印象，并将帮助我提高环保效率，”法国谢尔的农业专业人士杰罗姆·拉维斯 (Jerome Lavisse) 说道，他拥有首批 RoGator 600 型号之一。“但真正的交易撮合者是在我试驾机器时。乘坐舒适性非常出色，树立了行业标杆。”

　　在崎岖地形上平稳行驶

　　作物喷雾器在专业农场管理中发挥着至关重要的作用。农民和农业承包商需要在正确的时间尽可能均匀地在数百英亩的土地上投放准确数量的养分和保护剂。此外，越来越多的环境压力要求尽量减少化肥和其他添加剂的使用。这并不像听起来那么容易：化学品从容量为数千升的罐中泵送到微小的喷嘴，沿着横跨数十米的宽大喷杆横跨一排排农作物。

　　然而，一个主要问题是，当车辆穿越颠簸、车辙、斜坡和其他常见的农田地形时，从拖拉机两侧伸出的长吊臂可能会弯曲、扭曲和四处晃动。还需要在作物行的末端操纵急转弯。

　　大颠簸不仅会导致设备出现疲劳裂纹，而且即使是最小幅度的运动也会产生不良的弹跳并导致喷涂不均匀或斑点。

　　“在我们开始重新设计之前，我们与来自欧洲各地的大型农民和承包商进行了交谈，”位于荷兰 Grubbenvorst 的 AGCO 喷雾器工程经理 Joris Hiddema 说，Challenger RoGator 600 就是在这里生产的。“我们想亲耳听到他们对喷涂机的期望。我们听到的是，在不影响速度和喷杆伸展范围的情况下，平稳行驶对于喷涂性能至关重要。我们意识到仅仅修改我们的旧设计是行不通的。我们需要一种非常规的设计方法。这导致了新的 RoGator 600 系列，这是农业喷雾器的一个全新方向。”

　　为了实现最重要的丝般顺畅的行驶，最大限度地减少车辆引起的喷杆振动，RoGator 600 喷雾机在四个车轮上配备了统一的单梁底盘和超大轮胎。它可以从驾驶室进行调整，每个车轮都有一个完全独立的液压气动悬架，连接到双叉臂和减震器，以应对棘手的地形和弹性操纵。

　　设计稳定的悬臂

　　“单一的统一梁底盘并不是 RoGator 600 上唯一的设计创新，”Hiddema 说。“还有采用全钢中央框架结构的新型动臂悬挂系统。悬臂式桁架梁由管状铝制成，以减轻重量。独立的液压缸将臂从收起位置移动到 36 米的展开配置。从工程的角度来看，这不仅令人印象深刻。”

　　当您考虑到还有许多其他对农民友好的功能时，它尤其令人印象深刻：吊杆高度可从驾驶室以电子方式调节，以适应不同的作物高度和地面坡度，传感器会在驾驶过山时自动调节吊杆高度。真正的工程工作在于细节。

　　“为了实现 RoGator 600 的战略里程碑，我们与 Siemens Digital Industries Software 的 Simcenter Engineering 专家合作，调整每对弹簧-阻尼器，以理想地处理极端的水平、垂直和偏航臂运动，”Hiddema 解释道。“正如您想象的那样，该项目需要对动臂悬架以及所有车辆动力学进行详细评估。这对于理想的吊杆稳定性至关重要。Simcenter Engineering 显然能够胜任这项复杂的任务。他们直接进来，挽起袖子，立即开始工作。”

　　创建准确的仿真模型

　　Simcenter 工程服务团队提取了吊臂、中央框架和摆悬架的尺寸和质量。然后，他们使用 Simcenter 产品组合中的运动仿真解决方案来创建中央框架和摆式悬架的多体模型。随后，他们创建了动臂的有限元 (FE) 模型并进行了模态分析。为了验证模型的准确性，还进行了一项物理测试，方法是将悬臂固定在刚性墙上，用装有仪表的冲击锤敲击关键点并测量响应振动。在 Simcenter 的相关解决方案中比较实验测试和模拟的 FE 模态分析结果，该解决方案自动生成颜色编码的模态置信度 (MAC) 图，用于识别测试和分析结果匹配和分歧的位置。

　　看到结果略有不匹配，Simcenter 团队重新调整了 FE 模型，以包括沿喷杆臂的喷雾器中的额外液体质量和喷杆悬架中的弹簧阻尼器对的质量。这种调整导致更紧密的相关性。FE 吊杆模型结果从 Simcenter 产品组合导入到运动仿真解决方案中，以进一步进行多体建模和仿真，包括柔性车身组件。

　　“我们需要考虑拖拉机的振动，因此对整个车辆进行了建模，包括独立的车轮悬架、转向系统、驾驶室和所有接头：球形、旋转和圆柱形接头，”Hiddema 说。“质量和惯性属性是根据 CAD 数据计算得出的。轮胎在一个模型中表示，该模型具有来自 Simcenter 产品组合的运动仿真解决方案，以确定轮胎引起的振动。检查摆悬架运动学是否存在潜在干扰，例如关节锁定。我们非常彻底。”

　　虚拟优化和验证

　　在那之后，是时候让模型滚动了。使用 AGCO 的场剖面数据，在 Simcenter 产品组合的运动仿真解决方案中执行多体仿真，以检查吊杆在各种速度和机动下的响应。虚拟 RoGator 600 就像真实原型一样经过测试；穿越颠簸和车辙，执行转弯，制动和加速。

　　这个初始模拟为 Simcenter Engineering 专家提供了正确的信息来微调阻尼器和弹簧并最佳定位组件。结果证明，理想的设计方案是为每对弹簧阻尼器定制杠杆，以提高摆式悬架和中央悬臂框架的阻尼精度和有效性。该团队从供应方研究了可行性并得出了最佳配置。

　　接下来，是时候建造车辆原型了。使用用于数据采集的 Simcenter™ SCADAS™ 移动硬件和用于数据分析的 Simcenter™ Testlab™ 软件测量性能特征。整个团队很高兴听到水平、垂直和偏航位移与多体动力学仿真预测的结果非常吻合。

　　“我们的主要目标之一是显着降低喷雾分布模式的变异系数，”Hiddema 说。“德国 Julius Kühn Institute 有一个评级系统，其中变异系数低于 15 或 20 被认为是可以接受的，低于 10 被认为是异常的。”

　　农民密切关注 Julius Kühn Institute (JKI) 的评级也就不足为奇了。在德国销售农业设备必须获得 JKI 批准。根据 Siemens Digital Industries Software 和 AGCO Challenger 的测量结果，Simcenter Engineering 的优化项目从根本上将变异系数 (CV) 降至 5% 左右。

　　“这样的变异系数评级无疑增强了我们的竞争优势，并为 Challenger RoGator 600 系列和整个 Challenger 品牌增加了可观的客户价值，”Hiddema 总结道。