园林修剪机器人臂端刀具优化设计与稳态分析

我国园林绿化面积不断扩大,但园林修剪机设备目前处于半人工半自动化状态。为此,提出并设计了园林修剪机器人,并对园林修剪机器人末端执行机构刀具进行优化设计与稳态特性研究,最终达到设备稳定修剪的目的;阐述了园林修剪机器人末端中机构的结构、工作原理及操作方法;以多种组合刀具为研究对象,利用ANSYS有限元分析以及其Ls-Dyna有限元显式求解程序对多种组合修剪刀具进行静力学分析、模态分析及动力学仿真计算,构建出应力值与应变值、刀具齿数、刃口形状的关系模型;然后,进行齿数、刃口形状对刀具进行稳态特性优化,研究稳态性能,找出刀具最优组合。结果表明:最佳刀具组合为100齿双刃,其最大应力、最大应变值分别为5.3475×10^(6)Pa、2.6342×10^(-5)m/m,刀具共振频率为243Hz。切割动力学仿真分析表明:刀具在切割外径8mm的树枝时,刀具修剪能量变化均匀,对树枝修剪产生的切割力呈现有规律的曲线,最大切割力为498N。智能园林修剪机器人修剪试验结果表明:修剪刀具在不同的转速下进行园林修剪,呈现出良好的稳态特性,运行平稳,刀齿端磨损较少,无共振现象,达到了设计目标要求。

改进粒子群优化算法在搬运机器人机械臂中的应用

针对搬运机器人机械臂空间规划的时间最优问题,提出一种含有动态学习因子、变惯性权重因子并结合天牛须搜索(Beetle Antennae Search,BAS)算法的改进粒子群优化(Particle Swarm Opitimization,PSO)算法。通过运动学分析得到工作空间,引入3-5-3多项式插值进行轨迹规划,对运动过程的加速度和速度进行约束,得到运动过程的最短时间;对比改进前后的粒子群优化算法收敛速度,分析了各个关节的运动时间变化情况,并进行了仿真和试验验证。该算法将学习因子设为变量,使算法跳出局部最优;采用变惯性权重因子提高了算法搜索效率;结合天牛须搜索算法,加快了算法搜索速度、提高了搜索精度。结果表明,改进粒子群优化算法的收敛速度和精度都有所改善,避免了局部最优情况;整体的运动时间缩短了约15.9%。使用该算法的搬运机器人机械臂的关节角度、速度、加速度曲线平滑稳定,该改进算法有效。

汽车节能和排放环保的现状与发展趋势

文章介绍了由于计算机精确控制的、采用多气阀、高压直喷、稀薄燃烧等新技术的汽车发动机正在普及,现代电子控制装置在发动机上已全面应用,由此带来了油耗降低、排放污染下降显著的效果,并指出新型清洁能源车辆逐步走向实用,其相应的社会配套设施将形成一系列大有可为的全新行业。

制动间隙自动调整臂的技术现状及其发展趋势

文章通过对汽车制动系统可靠性的一个关键零部件——制动间隙调整臂的介绍,分析了两种制动间隙自动调整臂的不同结构及相应的性能特点,强调了制动间隙自动调整臂的间隙设定应根据具体情况进行调整,提出了自动调整臂取代手动调整臂是必然趋势,而罗克威尔式自动调整臂也将取代瀚德式自动调整臂。

自卸汽车加伍德式举升机构优化设计数学模型

文章建立了自卸汽车加伍德式举升机构优化设计数学模型,给出了其优化设计目标函数min(KO)=min[(XG·DAEC)/(DOEC·DAEB)]和其评价指标α=Pmax/P-1,并介绍了约束条件的给出方法以及本优化设计数学模型的应用注意事项,为企业的自卸汽车设计提供了一套良好的设计方法。

抓夹式油茶果壳籽清选机设计与试验研究

油茶是一种重要的油料树种,随着我国油茶种植面积与产量的增加,油茶果破壳后壳籽分离难已成为社会关注的焦点问题。为此,设计了可高效分离油茶果壳籽混合物的抓夹式油茶果壳籽清选机。同时,论述了抓夹式油茶果壳籽清选机的结构设计与工作原理,并进行了壳籽分离试验。试验结果表明:在油茶果壳籽清选机倾斜角度为5°、辊轴转速175r/min、喂料速度15kg/min时可保证综合效果最佳,茶壳清选率为99.33%,茶籽损失率为1.81%,从而验证了油茶果壳籽清选机的可行性。

基于挤压揉搓方法的油茶果破壳性能的试验研究

为了找到一种有效的油茶果破壳方法，在研究油茶果的生物特性基础上设计了基于挤压揉搓方法的油茶果破壳装置，对不同大小等级、不同含水率的油茶果在不同滚筒转速下进行了破壳性能的试验研究。试验确定了在滚筒转速80-100 r／min范围时，该装置可以对含水率59％左右的新鲜油茶果进行有效的破壳处理，破壳率可达到97％以上，且破籽率控制在4％以下。

木桩粉碎机关键部件设计与工艺参数分析

针对林地松线虫病松木木桩难以处理问题,设计一种木桩粉碎机,并对其关键部件舍弃式螺旋滚刀进行滚削力分析研究。首先,通过建立刀具滚削力学模型,分析木桩-刀具受力关系,确定进给速度、旋转速度和滚削深度作为影响滚削力的主要三因素,其次,基于BBD设计方法,运用Abaqus软件进行滚削力仿真计算,分析三因素交互关系,揭示滚削力变化规律,最后,获得滚削参数下滚削力的预测函数模型,函数模型校正决定系数为92.4%,同时进给速度60 mm/s、旋转速度1000 r/min、滚削深度15 mm时所受滚削力最小。实验结果表明:滚削力计算与实验结果偏差为14%~16.4%,说明函数预测准确性较好,分析方法对确定木桩粉碎机滚削参数具有工程参考价值。

松材线虫疫木树蔸铣削过程仿真及优化

针对松材线虫疫木所处环境复杂、难以携带普通林业设备到达疫木位置的问题,需对实地铣削松材线虫疫木树蔸粉碎机的切削刀具进行减阻特性研究,最终达到设备轻量化的目的。阐述了树蔸粉碎机的结构、工作原理及操作方法;以切削刀具单刀片为研究对象,基于Ansys的Ls-Dyna有限元显式求解程序进行松材线虫疫木树蔸铣削过程的仿真计算,构建出平均切削阻力与切削刃后角、楔角、线速度间的关系模型并进行解析;然后进行铣削过程的刀具参数优化。结果表明:影响平均切削阻力的单因素顺序依次为楔角、后角和线速度;双因素交互作用效应中后角和楔角对平均切削阻力的影响较为明显。由优化结果可得,当后角为12.94°、楔角为38.33°、线速度为9.91m/s时,平均切削阻力达到最小值22.29 N。松树疫木树蔸实木切削验证试验结果表明:平均切削阻力实测值与预测值的误差均值为10.09%,基本一致,说明该松材线虫疫木树蔸铣削过程仿真可用于树蔸粉碎机切削刀具参数优化。通过切削刀具减阻优化,树蔸粉碎机总质量最终减轻了34.4%,达到设计目标质量要求。

旱地果园深松机机架受力特性研究及优化

为使结构轻量化,对旱地果园深松机机架进行有限元分析及优化。对深松刀切削土壤的过程进行运动仿真分析获得最大深松阻力,通过力学分析计算确定机架受力情况。在Workbench中进行机架极限载荷强度分析,得到机架所受最大应力为67.8MPa,未达到材料许用应力117.5MPa,验证了机架工作的可靠性,且存在较大应力裕度。选用响应面优化法对机架进行优化设计,将机架质量及后悬挂托钩钢管前端应力作为目标函数,构建机架优化数学模型。基于Box-behnken试验设计原理,选取17组试验模型进行仿真试验,采用最小二乘法对试验结果进行响应面拟合;以最小质量及应力不超过110MPa为约束条件进行优化求解,得到最优参数组合,其优化后机架应力值为89.8MPa,质量为53.2kg。通过实地试验进行验证,3次试验测得其应力平均值为78.3、77.7、79.4MPa,与仿真误差均不超过13%,验证了优化数学模型的准确性。优化结果表明:在保证机架工作可靠性的前提下,机架质量由62.2kg减少到50.1kg,降幅19.4%,减重效果明显,达到了优化目标。