卷盘喷灌机具有适应性强、机动方便、自动化程度高、单位面积设备投资低等优势,现已成为我国最具备发展前景的灌溉机械之一。但是,目前国内卷盘喷灌机主要存在以下问题:传统的单喷头式喷灌车末端喷头处压力高,因此配套水泵的扬程大,机组的水头损失较多,整机的能耗居高不下;而目前研究的桁架式喷灌车使用低压多喷头的喷灌方式虽然大大降低了喷头处压力,一定程度上降低了整机的能量损失,但是也带来了新的问题—桁架无法折叠收拢于车体两侧,作业前后人工拼接桁架的劳动强度大。本文针对以上问题,在国家重点研发计划项目“基于清洁能源驱动的水肥一体化卷盘式喷灌机研制”(2016YFC0400101-04)的资助下,针对目前卷盘喷灌机配套的桁架式喷灌车不能自动化折叠的问题,分别从折叠桁架式喷灌车总体结构设计、折叠桁架喷洒臂的结构参数设计、折叠桁架喷洒臂与车体强度校核以及折叠桁架喷洒臂驱动机构的优化配置展开了较为详尽的研究,主要的研究工作有:1.分析了各种可实现多折叠的机构以及可实现密封的关节方案,在改进扑翼机构的基础上,设计了一种三折叠类扑翼机构;在改进普通铰链关节的基础上,设计了一种能够在转动到位后密封的端面密封铰链。以三折叠类扑翼机构为折叠骨架,端面密封铰链为转动关节,充分分析运动干涉问题后,在CREO中建立了三折叠桁架喷洒臂的三维模型。采用一组四连杆机构和一组曲柄滑块机构设计了三折叠桁架喷洒臂的驱动机构,实现了三折叠桁架喷洒臂的机械化驱动折叠和伸展。最后,在改进原有桁架式喷灌车车架结构的基础上,设计了便于三折叠桁架喷洒臂安装、左右轮距可调、车身高度可调的新型车架结构。2.对端面密封铰接的三折叠类扑翼机构的可完全收拢以及可完全展开运动状态进行规划,得到了三折叠桁架喷洒臂的可折性、可展性参数约束方程。在建立三折叠桁架喷洒臂及其驱动机构的运动学矢量方程的基础上搭建了SIMULINK仿真框图。以JP50型卷盘喷灌机为研究对象,结果表明,三折叠桁架喷洒臂从完全收拢运动到完全伸展时,各杆件运动平稳,未出现较大的速度波动,三个端面密封铰链初始转角为0°,完全伸展后转角为90°,可见端面密封铰链能够实现转动到位后密封,各杆件能够转动90°完全收拢后车架两侧。最后在选定三折叠桁架喷洒臂的第一桁架喷管长度为1.4m-2.0m,第二三桁架喷管长度为0.9m-1.5m后,通过参数约束方程代值计算法得到了JP32至JP75中小型卷盘喷灌机的三折叠桁架喷洒臂的各杆件对应型号下的尺寸。3.在ANSYS中运用拉丁超立方-响应面优化法研究了五个关键参数对喷洒臂强度的影响。结果表明,喷管直径、喷管壁厚以及第二三桁架喷管长度对喷洒臂强度影响显著,第二三桁架喷管长度对喷洒臂刚度影响显著。然后采用MOG多目标遗传算法提取满足强度要求的多个样本,运用多项式拟合法得到了喷管直径与喷洒臂最大跨度模型。根据模型校核各型号卷盘喷灌机的喷洒臂长度得到:JP32型卷盘喷灌机喷洒臂最大可选跨度为3.2m;JP75型卷盘喷灌机喷洒臂最大可选跨度为4.5m。以JP50型卷盘喷灌机为对象,分析了优选喷洒臂尺寸参数后的桁架式喷灌车静力学特性。结果表明,优选后喷洒臂最大应力由265MPa下降为140MPa;车架最大应力为20MPa,前后轮受力稍大于后车轮,左、右车轮受力一致,可知当前参数下喷灌车前后质量分布均匀,2mm厚度Q235钢焊接的车架远满足要求。4.在ADAMS中建立了基于Lagrange方法的三折叠桁架喷洒臂及其驱动机构的动力学虚拟样机模型,以驱动力最小为优化目标,通过ADAMS与Design-Expert联合动力学仿真试验的方法得到了驱动机构杆件优化配置设计经验:驱动杆越长、支杆越短、推杆收拢后与车架夹角越小,整个运动过程驱动动力就越小。以JP50型卷盘喷灌机为对象,对其三折叠桁架喷洒臂的驱动机构进行优化。结果表明,优化后驱动力由初始的875N下降到450N;优化后驱动机构的各关节X、Y方向最大受力由初始的130N、750N下降为90N、420N;优化后三折叠类扑翼机构的各关节X、Y方向最大受力由初始的130N、750N下降为90N、420N。由此可见优化后不仅大大降低了驱动力配置,同时也明显改善了三折叠桁架喷洒臂及驱动机构的杆件受力。