双钟摆主被动悬架式大型喷雾机喷杆动力学仿真与试验

大型喷杆式喷雾机在田间作业时,喷杆运动严重影响了喷雾分布,悬架系统是控制喷杆动力学行为的关键装置,既要隔离来自车体的高频扰动,又要使喷杆跟踪低频的地面坡度变化,时刻保持与地面(或作物冠层)平行。为了研究双钟摆主、被动悬架机构的动力学特性,综合考虑车体运动耦合作用、地形坡度变化、摩擦等因素,使用第二类拉格朗日动力学方法建立描述喷杆动力学行为的数学模型。首先进行被动悬架动态特性研究,分析阻尼、摩擦、摆钟长度等因素对响应特性的影响;然后建立基于液压比例控制的主动悬架Matlab/Simulink仿真模型,揭示控制系统增益系数、时间常数、悬架结构参数等对喷杆响应特性、跟踪误差的影响规律。利用Stewart六自由度运动模拟平台及动态测试系统,对28 m大型喷杆悬架系统进行瞬态响应测试和频响测试,频响试验值与数学模型预测值均方根误差为0.087,表明模型可用于预测喷杆动态响应特性,指导悬架参数科学配置。

大型喷杆及其摆式悬架减振系统动力学特性分析与试验

针对摆式悬架减振系统对喷杆动力学行为影响机理的复杂性,利用第二类拉格朗日方法建立了描述喷杆-悬架系统倾斜运动、垂向运动的数学模型。在MATLAB/Simulink中进行了瞬态响应分析、频率响应分析,研究了动力参数对其特性的影响。在此基础上,以某大型喷杆及其摆式减振悬架为试验对象,通过六自由度运动模拟平台输出翻滚和垂向运动激励,采用超声波距离传感器、IVDT位移传感器等进行数据采样分析,测得喷杆瞬态动力学响应及频率响应特性,并与模型预测进行对比,验证了数学模型的准确性。最后通过扫频振动试验确定了系统的频率响应峰值及对应频率,着重分析了阻尼、刚度系数对喷杆振动特性的影响规律:在一定范围内增加阻尼可以减弱系统振荡,增加刚度有利于提高悬架响应速度。研究为大型喷杆悬架参数优化配置提供理论依据与试验方法,有利于中国大型喷杆(大于12 m)动力学特性试验方法、检测标准的完善。

基于EBF神经网络模型的喷雾机吊喷分禾器参数优化

喷杆-吊杆组合式喷雾机被广泛应用于棉花催熟脱叶剂的喷施,由于棉花采用密植栽培模式,棉花冠层中下部脱叶剂喷施覆盖率低,脱叶效果差,严重影响了机采棉品质。为提高棉花中下部的喷洒覆盖率,减小喷雾机行驶阻力,提出吊杆分禾器参数优化方案,采用Box-Behnken设计制定试验方案,以分禾器前倾角、安装高度、作业速度等参数作为试验因素,通过田间试验获取雾滴覆盖率、分禾阻力等响应数据,使用椭球基神经网络(Ellipsoidal basis function neural network,EBFNN)逼近响应和试验因素之间的关系,建立精度可靠的近似模型,基于该模型对试验因素分析、优化。并得到最佳试验参数组合:分禾器离地高度210 mm、分禾器前倾角12°、喷雾机作业速度4 km/h。在此条件下进行田间试验,棉花冠层平均雾滴覆盖率为22.49%,与模型预测值相比误差为10.89%;分禾阻力试验均方根为70.9 N,与模型预测值相比误差为7.78%。

基于刚柔耦合模型的火箭炮发射动态响应研究

为研究某火箭炮发射过程中动力学响应情况,利用有限元软件ABAQUS和多体动力学软件ADAMS建立该火箭炮发射装置刚柔耦合动力学模型,研究了发射过程中火箭弹与定向管复杂的接触碰撞作用,综合考虑定向管、俯仰轴、发射装置底座柔性变形以及燃气流冲击等因素对发射装置动态响应的影响。分析结果表明,利用刚柔耦合模型能够有效模拟火箭炮发射过程中的动力学响应,对于减小发射过程起始扰动和提高射击精度具有一定的理论意义和实用价值。

某路锥收放车回转升降机构有限元分析与结构优化

回转升降机构是某全自动交通路锥收放车上的一个重要机构,工作过程中承受负载比较大,为了防止因结构强度、刚度不足而发生失效,在ABAQUS中建立回转升降机构的有限元模型,分别对机构工作中3种危险姿态进行静态特性分析,并对主要承载部件单独进行校核分析,以确保能够准确地模拟实际情况,得到了最大应变所在位置和应力分布规律,然后以降低应力和应变为目的,提出结构优化方案,优化后的结构与原型相比,最大应力、应变均有显著地降低,有限元分析结果为机构的设计、制造提供了参考依据,可预期工艺设计,达到缩短设计周期和提高工作效率的目的。

齿轮精整机械手轨迹规划与运动仿真研究

齿轮精整机械手主要用于粉末冶金齿轮自动化生产线,将冶金成型的齿轮毛坯从传送带上抓起放到冲压设备上,对齿面进行精整和硬化处理,避免人工操作引起意外事故。根据机器人的工作任务,在MATLAB中建立数学模型,进行轨迹规划,解算出各关节运动参数。在ADAMS中建立机械手仿真模型,利用解算得到的数据,用Controls Toolkits建立控制系统,通过PID环节控制关节力矩,进行运动仿真研究,通过仿真观察各关节的运动并获得驱动力矩、角速度和角加速度等参数,为齿轮精整机械手控制系统的设计、模拟运动作业提供了理论依据和主要参数,为动态特性优化设计提供理论指导。

喷杆运动与喷雾沉积分布变异系数关系试验研究

喷杆式喷雾机被广泛用于作物病虫草害的防治和液态化肥的喷施,可以增大农作物的产量;然而,喷雾机在起伏不平的田间行驶时,地面起伏会导致喷杆发生无规律运动。为了探明喷杆运动对喷雾沉积分布的影响规律,通过在喷杆末梢安装超声波测距传感器和加速度传感器,测量喷杆的滚转运动及垂向振动加速度,同时在田间布置水敏纸,测量沿着喷杆方向和行驶方向的雾滴分布均匀性变异系数。使用双GPS辅助的惯性测量系统获取喷雾机底盘的运动姿态和运动轨迹,将测得的喷杆运动与水敏纸测得的沉积分布量对应起来,通过对试验数据分析车体晃动、喷杆运动、喷雾分布变异系数之间的关系。结果表明:对无减振悬架的喷杆喷雾机底盘晃动越剧烈,喷杆的不规律运动及弹性变形越大;A组覆盖率试验采样位置处喷杆两侧高度差374mm,对应的横向喷雾分布变异系数为80.38%;B组位置处喷杆高度差118mm,对应的横向喷雾分布变异系数为65.48%;喷臂两侧高度差越大,雾滴分布的变异系数越大。同时,喷雾机垂向振动加速度比前进方向的加速度大,喷杆垂直面内的振动较大,导致测得的沿喷杆方向的雾滴覆盖率变异系数大于行驶方向的变异系数。

某路锥收放车回转升降机构模态分析与改进设计

运用ABAQUS建立了回转升降机构的有限元模型,通过理论计算得到了机构工作中来自汽车发动机以及路面激振频率的范围。对整个机构模型进行了约束模态分析,对主要部件单独进行了自由模态分析,得出了二者前十五阶固有频率及对应的固有振型,结果显示机构各部分振动的强弱分布以及抗振薄弱区,揭示了不同频率范围内机构振动的模态特点。为了提高机构的前几阶模态频率,提出了改进方案,改进后的机构与原型相比,前六阶固有频率均有大幅提高。

基于MATLAB的路锥收放机器人运动仿真研究

路锥收放机器人是全自动交通路锥收放车上的一个重要机构,负责按照一定的规律把路锥从车上放下,还可以自动将路锥从地面收起,放到车上指定位置。按照设计指标对收放机器人进行了参数设计,讨论了该机器人的运动学问题,然后在MATLAB环境下,用Robotics Toolbox对该机器人的轨迹规划进行了仿真,通过仿真,观察到机器人各个关节的运动,并得到了所需的数据,仿真结果表明所设计的参数是正确的,能够达到预定的目标。

静力荷载作用下微观负泊松比锚杆的本构模型

微观负泊松比(NPR)锚杆具有高应力和高均匀延伸的力学特性,但其本构模型的研究还不够深入。故对此开展了静力荷载作用下微观NPR锚杆的拉伸试验,研究了静力拉伸过程中微观NPR锚杆的应变场演化规律,得到了静力荷载作用下微观NPR锚杆的应力-应变关系曲线。基于试验结果,建立了微观NPR锚杆的本构模型,并将该本构模型嵌入到ABAQUS有限元软件中,开展了静力荷载作用下微观NPR锚杆的数值分析。对比试验结果和数值分析的结果可以看出,两者具有较好的一致性,表明所建立的本构模型能够较好地表现微观NPR锚杆的力学特性。

基于ADAMS的路锥收放机械手虚拟样机建模与仿真分析

利用SolidWorks软件建立路锥收放机械手三维实体模型,根据机械手的工作任务要求,在Matlab中建立数学模型,进行运动轨迹规划,反解出各关节运动参数。利用解算得到的数据,在AD-AMS虚拟样机软件中进行仿真研究。通过仿真观察各关节的运动并获得驱动力矩、角速度和角加速度等参数,为路锥收放机械手系统的设计、制造和模拟运动作业提供了理论依据和主要参数,为动态特性优化设计提供理论指导。

3WQ-400型双气流辅助静电果园喷雾机设计与试验

为解决农药雾滴难以沉积到果树叶片背面,克服荷电雾滴荷电量在环境空间中快速衰退的难题。该文提出双气流辅助系统与静电喷雾系统相结合的方法,以拖拉机动力输出轴为液压传动系统动力源,研制了牵引式双气流辅助静电果园喷雾机。试验结果表明,19 k W的拖拉机动力配置可以满足系统动力要求,轴流风机和离心风机的转速分别为1 400、1 800 r/min可以满足所选试验对象对气流速度的要求;单个喷头喷出的雾滴在0.2 m处的荷质比为1.0 m C/kg,且在喷雾距离为1.8 m处依然带电;风送喷雾系统的垂直雾量分布规律、气流速度分布规律与纺锤型果树生物量分布规律相一致,其最大雾量与气流速度均出现在0.5~1.5 m范围内;在施药量为3.5 L/min,作业速度为0.84 m/s条件下,单侧喷雾时果树叶片正反面雾滴覆盖密度分别为115和47个/cm^2,可以满足防治害虫的要求;冠层前部静电喷雾雾滴覆盖密度比非静电喷雾提高了20%,而冠层后部雾滴覆盖密度仅提高了7.2%。该研究为风送静电喷雾机设计与使用提供了参考。

梨树枝条切割装置刀片参数优化与试验

为降低梨树枝条修剪装置刀片切割力与切割功耗,该文在自制切割试验台上进行梨树枝条切割试验。采用BoxBenhnken中心组合试验方法对切割试验台的工作参数进行了试验研究,以切割速度、动刀楔角、动刀前角为影响因素,以峰值切割力、切割功耗为目标函数,建立了两者之间的多元数学回归模型。试验结果表明:峰值切割力影响显著顺序依次为动刀楔角、切割速度、动刀前角;切割功耗影响显著顺序依次为切割速度、动刀前角、动刀楔角;最优工作参数组合为切割速度150 mm/min、动刀楔角30°、动刀前角3.5°,对应的峰值切割力和切割功耗分别为2.99 k N、20.54 J,且各性能指标与理论优化值相对误差均小于10%。试验结果可为寻求省力、低功耗的刀片参数提供参考。

喷雾机喷杆结构形状及截面尺寸优化与试验

针对喷雾机喷杆结构动力学特性原始设计缺陷,该文提出了一种基于遗传算法的多变量优化方法。以平面十八杆桁架单元为基础结构,在Abaqus平台中建立了单侧喷杆参数化有限元模型。基于Isight多学科多目标优化平台提取模型设计变量组及优化目标,采用多岛遗传算法(multi-island genetic algorithm,MIGA)对喷杆桁架结构形状及杆件截面尺寸进行优化,得到了一阶固有频率为10.87 Hz,质量为35.82 kg,幅宽为5 m的单侧喷杆结构模型。根据优化后模型的结构参数制造喷杆样品,通过对其进行模态试验验证了数值模型的准确性。针对优化前、后喷杆模型进行了以位移功率谱密度(power spectrum density,PSD)函数为激励的随机振动仿真,结果表明,优化后喷杆模型的质量下降并没有明显增加其在竖直方向上振动位移响应量。该文研究结果可为进一步研究喷雾机喷杆结构的动力学性能优化提供依据。

不同钢—混凝土组合剪力墙抗震性能对比分析

钢—混凝土组合剪力墙中钢板的布置形式是影响其抗震性能的一个主要因素。通过对两组内置钢板混凝土组合剪力墙和内藏钢桁架混凝土组合剪力墙试验的模拟,确定计算模型的建立方法,并选取两片相同含钢率的内置钢板混凝土组合剪力墙和内藏钢桁架混凝土组合剪力墙进行在侧向低周反复荷载作用下的计算分析,对比了两片剪力墙的承载力、刚度及其退化过程、延性、耗能特性及滞回特性。研究结果表明:在相同含钢率的条件下,内藏钢桁架混凝土组合剪力墙与内置钢板混凝土组合剪力墙相比,承载力、延性、耗能能力均有较明显提高。

新型路基同心筒热冲击机理与热环境影响因子

针对新型同心筒自力发射高速热冲击载荷下热环境评估与影响因子决策问题,结合弹性变形和域动分层结合的动网格技术,求解了二维轴对称Navier-Stokes方程,分析了新型路基同心筒流场机理与热冲击特性,并确定了热环境评价指标;通过建立以优化拉丁超立方试验设计和径向基神经网络为理论基础的近似数学模型,解决了CFD自动建模困难、计算量大的难点;结合径向基神经网络训练方法,对导弹热环境的影响因子进行了智能决策研究。分析表明:倒吸进入新型同心筒内筒的低温气体有力改善了同心筒热环境;建立的近似模型精度较高,满足工程需求;对导弹热环境的影响因子从大到小依次为筒底导流板直径、筒底导流板长度、导流器高度;为导弹热环境多学科优化设计提供参考。

棉花脱叶剂施药机喷雾参数优化与试验

喷杆喷雾机被广泛应用于大田作物,不仅作业效率高,还能保证喷洒效果。但在中国新疆棉花脱叶剂喷施的过程中,还遇到一系列的问题。新疆棉花种植密度大,行距为10+66cm模式,导致相邻两行叶片交叉、重叠严重,在喷施棉花脱叶过程中,棉花冠层下部雾滴覆盖率低,脱叶效果差,严重影响棉花品质。针对这一现象,为提高施药机具喷洒脱叶剂在棉花冠层的雾滴覆盖率,本文在原有喷杆喷雾机基础上进行改装,提出棉花脱叶剂施药机喷雾参数优化方案,在单因素试验的基础上,采用Box-Benhnken的中心组合试验设计理论对施药机具的喷雾参数进行研究。以横喷杆离地高度、吊喷离地高度、员喷夹角等工作参数为影响因素,以棉花冠层的平均雾滴覆盖率为目标函数,建立雾滴覆盖率的二次多项式数学模型,并分析模型的有效性与因子间的交互作用。利用Design-Expert 7.0.0软件的回归分析法和响应面分析法对模型进行优化分析,得到施药机最优喷洒参数组合。结果表明,3个因素对棉花冠层雾滴覆盖率的影响大小依次为横喷杆离地高度、吊喷离地高度、吊喷夹角;最优喷洒参数组合为横喷杆离地高度134cm,吊喷离地高度27.5cm,吊喷夹角21°。此条件下的棉花冠层平均雾滴覆盖率最大值为19.6%,与模型预测值相比相对误差为-4.25%。研究结果可为进一步完善棉花脱叶剂施药机喷洒参数优化提供参考。

基于非奇异终端滑模观测器的火箭炮系统控制

针对火箭炮位置交流伺服系统转动惯量变化范围大,燃气流冲击力矩强等特点,建立发射动力学与电气耦合模型,研究火箭炮在伺服系统闭环状态下调炮、射击时位置控制系统控制特性。在系统位置控制中引入了非奇异终端滑模观测器,在火箭炮射击等情形下,对火箭炮系统外部干扰项进行估计,削弱控制量抖振,提高传统滑模控制方法对于外界干扰的鲁棒性。通过仿真计算与结果对比,所提控制方法鲁棒性强于传统滑模控制,控制精度优于PID控制。

某无人机火箭助推发射段动力学仿真

为研究某无人机火箭助推发射起飞段的动力学特性,建立其动力学模型并进行了仿真;依据某无人机的真实结构和实际发射情况,建立无人机发射系统的三维实体模型,导入ADAMS中,并基于多刚体动力学方法对无人机仿真模型进行动力学仿真;通过仿真分析,得出了无人机平稳起飞的合适的火箭安装角和机体发射角,为无人机发射技术提供了一定的参考。

火箭炮自动操瞄系统动态滑模控制

火箭炮自动操瞄系统包含俯仰/方位子系统,两子系统联动时存在轴间耦合非线性力矩,影响到系统的控制精度,甚至使得系统发散。针对上述特性,对系统进行输入输出解耦线性化,并在此基础上引入动态滑模控制方法,设计火箭炮操瞄系统位置控制器,实现火箭炮高精度操瞄。文中仿真对比了传统滑模与动态滑模控制方法的控制特性,结果表明,动态滑模控制方法优于传统滑模控制方法,能够高精度、快速平稳的实现自动跟踪。