适用于松软地面的可变形轮牵引特性分析

为解决常规地面车辆及传统车轮在水田、沙地等松软地面作业时存在的通过性差、效率低、能耗大甚至无法行驶的问题,设计了适用于松软地面的可变形轮。该车轮由变形机构、变形驱动机构和轮胎块组成,它能在有轮缘和无轮缘2种轮态间转换,实现步行和连续行走。基于Bekker模型的经典地面力学理论,分别建立了可变形轮步行及合拢状态时与3种典型松软土壤作用关系的力学简化模型,使用软件计算并对比分析了可变形轮2种工作轮态的挂钩牵引力、驱动力矩和牵引效率等随滑转率的变化关系及车轮接近角与沉陷量关系。计算结果表明车轮的挂钩牵引力、驱动力矩和牵引效率等均受到车轮滑转率及软土特性参数的制约,其中挂钩牵引力和驱动力矩随车轮滑转率的增大而增大,步行轮的挂钩牵引力和驱动力矩最大为3 990 N和2 395 N·m,合拢轮最大为1 435 N和1 390 N·m。在车轮半径一定时,牵引效率随滑转率的增大表现为先剧增到最大后缓降至零。步行轮和合拢轮的最大牵引效率分别为0.53和0.19,对应的滑转率范围分别为0.1~0.2及0.2~0.3。可看出松软路面上可变形轮步行轮比合拢轮能产生更大的挂钩牵引力、驱动力矩、牵引效率和更小的沉陷量,更有利于提高车轮的软土牵引通过性。最后对可变形轮进行了样机试制,并安装在基于沉浮结合式工作原理设计的水陆两栖全地形车上进行相关牵引力测试试验。当滑转率大于0.52和0.44时,步行轮和合拢轮分别出现驱动力不足的现象,记录相应的6个数据。试验结果与计算结果相差不超过10%,证明计算结果的正确性及可变形轮在松软地面的适用性。

基于改进跳点搜索和蚁群算法的机器人多目标点巡检规划

针对移动机器人的多目标点巡检规划问题,本文提出了一种融合改进跳点搜索算法(JPS)与蚁群算法(ACO)的路径规划算法.首先,在JPS算法的评估函数中引入角度引导因子,使路径具有更强的导向性;然后,综合考虑路径距离、平滑度、安全性对评估函数的影响,以获得综合性能更优的路径;其次,提出了双向的逆向跳点剔除规则,筛除了多余节点,从而进一步降低路径长度并提高路径平滑度;最后,将多目标优化得到的路径综合性能替代传统旅行商问题(TSP)中的距离因子,并使用自适应蚁群算法来实现多巡检点的路径规划问题.仿真结果表明,改进JPS算法与传统JPS算法相比,具有更好的综合性能;同时应用于多巡检点规划时,具有更强的有效性和实用性.

优化A^(*)与动态窗口法的移动机器人路径规划

为解决传统A^(*)算法和动态窗口法在移动机器人路径规划中出现的问题,提出了两种算法的优化方案和优化算法的融合方案。首先,针对传统A^(*)算法中路线对称性强、冗余点多的问题,在启发函数中引入父节点信息,重新构建了可动态调节启发函数权重的代价函数,设计了关建点提取策略。其次,针对传统动态窗口法路线冗长的问题,改进了障碍物距离评价子函数,提出了动态窗口法的自适应环境改进策略。然后,针对改进动态窗口法存在目标点不可达和优化A^(*)算法安全性低的问题,融合了优化A^(*)算法和改进动态窗口法,设计了新的全局路径评价子函数。最后,通过仿真和实验结果对比,验证了融合算法在规划效率、安全性和路径平滑性等方面有很大提升,更符合移动机器人的运动特性。

反向单轨输送机三维仿真系统的设计

分析了反向单轨输送机设计中的功能要求,提出了反向单轨输送机三维仿真系统平台的结构,介绍了反向单轨输送机三维仿真系统采用的面向对象和图形化建模方法,讨论了利用OpenGL和VC++所开发的三维仿真平台进行反向单轨输送机动态仿真的过程。

微功率冲击雷达系统接收信号处理电路设计

系统接收信号处理电路设计是微功率冲击雷达技术实现的关键部分。设计了一种基于相关检测和距离窗的双门限检测的微功率冲激雷达接收系统电路,具体分析了接收信号处理电路的工作原理。通过仿真和试验,该接收系统电路可获得具有平坦的3 dB通频带幅频特性的带通、低通和高通滤波器和Q值大于5的50 Hz陷波器,达到理论设计要求,电路结构简单、成本低、性能好,在超宽带雷达技术中具有应用价值。

用于生命探测的微功率冲击雷达天线设计

用于生命探测的微功率冲击雷达(MIR)技术实现的关键之一是天线设计。本文针对系统对天线的要求,分析设计了一种轴向螺旋天线,并通过三维立体仿真软件HFSS10进行仿真,得到比较理想的增益波瓣图和反射系数图。结果表明所设计的螺旋天线能够满足系统的技术要求。

汽车自动驾驶的方向与车速控制算法设计

用于港口集装箱转运和路面疲劳试验加载等场合的半挂汽车列车运输具有线路固定和场地封闭等特点,采用自动驾驶将提高行车安全、减少人力成本。以半挂汽车列车为控制对象,设计了汽车自动驾驶的方向和车速控制算法。采用基于侧向位置偏差和航向偏差联合控制参数的方向控制策略。为增强方向控制算法对不同车速的适应性,引入基于稳态转向增益的方向控制增益调度。车速控制采用预瞄位置期望车速与当前实际车速的偏差反馈PID控制。以油门开度与制动踏板行程为非相容组合控制输入,依据期望纵向加速度确定不同控制输入方式的切换及控制输入大小。采用Matlab/Simulink和TruckSim协同仿真手段评价自动驾驶控制效果。仿真结果表明在设定不同路径和目标车速下,提出的算法均能以较小侧向位置偏差、航向偏差和车速误差实现路径和车速跟踪。

四驱方向盘拖拉机传动系统分析与优化

针对四驱方向盘拖拉机传动系统的结构特点,分析了其性能优势及存在问题,提出了相应的改进措施,改进后的四驱方向盘拖拉机结构简单,操作便捷,维修容易。测试结果表明,同步性有显著提高,可实现全档位同步。该研究成果可为今后四驱方向盘拖拉机传动系统的设计提供参考依据。

丘陵山地拱腰式可重构柔性底盘设计

针对丘陵山地坡多梗多的复杂地形环境,设计了一种拱腰式可重构柔性底盘。系统开展了底盘拱腰装置、传动系统、控制系统等关键部件的分析,实现了底盘的总体结构设计,为适宜丘陵山地农业机械动力底盘的研究提供了一定的参考。

基于DEM-MBD耦合的拱腰式柔性底盘牵引力特性研究

以拱腰式柔性底盘为研究对象,通过建立履带组件模型,深入分析了其在松软土壤环境下的牵引力特性。对履带组件俯仰角度与牵引力变化关系模型进行求解,并运用DEM-MBD双向耦合仿真方法,分析履带行走时底部土壤的承载力,进而得到履带不同俯仰角度下的牵引力规律,为适于丘陵山区农业动力底盘的研究提供了一定的参考。

某非道路国四EGR路线柴油机的排放试验研究

为了应对国内非道路农机产品的发展趋势和市场需求,以某4缸非道路柴油机为研究对象,采用高压共轨+EGR+DOC+DPF的技术路线,进行非道路国四排放试验研究,通过增压器、喷油器和喷油器垫片等硬件匹配选型,并结合轨压、喷油正时和EGR阀开度的扫点优化,使柴油机通过非道路国四排放限值的同时达到最优的燃油经济性。

全轮转向移动底盘设计及运动控制研究

为实现轮式移动机器人灵活运动的同时提升其环境适应能力,本文提出一种移动底盘结构,采用双功率差速系统实现不同模式动力的分配;采用特殊结构完成四轮独立转向,使底盘转向更加轻松,并实现了转向过程的纯滚动;采用平衡摇臂调整机构来调整底盘摆臂与本体的运动,利用摆臂转动来实现对起伏路面的自适应,加强了底盘的越障能力;分析了移动底盘原理,据此设计对应控制策略,在此基础上加入偏差耦合控制模块,提高多电机转向时的同步协调性能,利用MATLAB仿真验证了控制模块所起到的作用,并对实验样机及控制系统进行了搭建与测试。测试结果表明,本文所提出的结构原理正确可行,底盘越障能力较强,在野外环境也有很强的适应能力。

一种摆臂式移动底盘设计及其越障分析

针对提升轮式移动底盘越障能力的同时会增大结构复杂程度的问题,文中提出一种相对简单的摆臂轮式移动底盘结构方案,通过两侧摆臂绕中间传动轴的转动,底盘在一定程度内可实现地面自适应,有效提升了底盘越障性能。从几何角度分析了底盘在自适应条件下所能通过的障碍物高度与机械限位间的关系,并用ADAMS软件对所设计结构进行仿真,对比分析了摆臂式底盘相比于普通底盘在单侧越障中的优越性能。搭建了摆臂式底盘样机并进行单侧越障测试,测试结果表明所提出结构原理正确可行,对底盘越障性能有良好的提升效果。

纯滚动轮式移动机器人设计及运动控制研究

针对轮式移动机器人转向行驶过程中的侧滑问题,设计了一种纯滚动转向系统,以避免因车轮侧滑而导致的轮胎磨损。依据该纯滚动转向系统,开发了双动力差速驱动桥,建立了特殊的阿克曼转向、蟹型运动和原地转向等3种运动模式,并对3种模式进行了运动学特性分析。采用的H型平衡悬架结构,能够根据路面起伏进行自适应调整,提高移动机器人的越障能力;通过搭建实验平台测试了该结构的可行性。最后,基于建立的转向运动控制策略和运动学模型,利用反演法思想,推导出轨迹跟踪控制律,并通过Simuink仿真验证了该控制律的有效性。

滴灌条件下水肥耦合对苹果幼树生长与生理特性的影响

为探明半干旱区苹果树科学合理的灌溉和施肥制度,进行了滴灌条件下北方半干旱地区水肥耦合效应对苹果幼树生长与生理特性影响的试验,灌水设4个水平,施肥设3个水平,其中灌水处理为田间持水率的75%~90%(W1)、65%~80%(W2)、55%~70%(W3)和45%~60%(W4),施肥处理为N、P_(2)O_(5)、K_(2)O与风干土质量比分别为0.9、0.3、0.3 g/kg(F1),0.6、0.3、0.3 g/kg(F2),0.3、0.3、0.3 g/kg(F3)。结果表明:不同水肥耦合处理下苹果幼树各生育期植株生长量、叶面积和干物质量最大值均出现在F1W2处理,最小值均出现在F3W4处理,植株生长量和叶面积在萌芽开花期、新梢生长期、坐果膨大期和成熟期较F1W1处理分别增加了6.9%、6.2%、11.0%、2.7%和9.3%、5.8%、5.0%、3.3%,生长指标一定程度上可以反映作物的生理特性。随着苹果幼树的生长,不同水肥耦合处理对苹果幼树叶片SPAD的影响越来越大,苹果幼树全生育期耗水量随灌水量和施肥量的增加呈递增的趋势,在F1W2处理下水分生产率均达到最大值(2.43 kg/m^(3)),且与F1W1处理相比增加了14.6%,耗水量却减少了12.2%。苹果幼树净光合速率、蒸腾速率和气孔导度的最大值均出现在F1W1处理,F1W2处理与其相比分别降低了4.2%、9.7%和4.2%,但水分利用效率提高了5.9%,最大值也出现在F1W2处理。综上,F1W2水肥处理为最佳的水肥耦合模式,是最佳的灌溉和施肥制度。

利用传统拖拉机改制的四驱移动底盘单侧越障性能分析

针对于目前丘陵山区等复杂地形设计了一种利用传统拖拉机改制的带有平衡摇臂悬架的路面自适应四驱移动底盘;首先介绍了移动底盘整体的设计思路与底盘构成;然后,对平衡摇臂悬架结构组成进行介绍,通过分析平衡摇臂悬架的运动学原理和理论计算,得到移动底盘在稳定状态下的单侧越障最大理论高度;最后,对此结构的移动底盘与传统拖拉机底盘进行单侧越障稳定性仿真分析对比,证明了此移动底盘具有良好的越障稳定性,满足丘陵山区的使用要求。

“新工科”视域下农机卓越农林人才培养模式实践

在国家"新工科"教育改革背景下,以农业机械化及其自动化专业卓越农林人才发展需求为导向,以高素质复合型新工科人才培养为目标,基于"三平台"协同育人的培养模式,发挥综合性大学多学科优势,充分调动一切资源为培养复合应用型的高素质学生服务,培养出更多的适于农业机械行业发展需要的卓越农林人才。

基于多点分布的脱粒装置凹板力学特征

为了探究脱粒滚筒内部复杂的受力情况,设计了栅格式凹板反力检测专用试验装置,利用电阻应变片式传感器和动态信号采集仪,对栅格式凹板的动态受力进行了多点分布检测。分析了喂入量、滚筒转速对凹板受力、籽粒未脱净率、夹带损失率等性能指标的影响。研究结果表明:该装置能够实现栅格凹板受力的实时测定。随喂入量的增大,凹板反力、籽粒未脱净率、夹带损失率均增大。随着滚筒转速的增加,凹板前半部受力逐渐增大,后半部受力逐渐减小,籽粒未脱净率先降低后增大,夹带损失率逐渐降低。

新型巡检机器人移动底盘设计及越障性能分析

针对石化行业户外巡检工作设计了一款带有新型H型平衡摇臂机构的路面自适应巡检机器人移动底盘,该底盘采用新型“4h”对称结构实现底盘的四轮驱动和转向操作。在介绍底盘总体结构的基础上,分析了底盘驱动机构和转向机构的设计原理,建立了底盘阿克曼4WS转向和原地转向的理论模型,为机器人底盘运动控制提供了理论依据。对机器人底盘的单侧越障过程进行理论分析和仿真,并与普通一体式底盘越障过程进行仿真对比,研究了越障过程中底盘的行驶稳定性。最后,进行了底盘样机的转向模式实验和单侧越障实验,结果表明:该移动底盘能实现驱动和转向模式的切换,在进行单侧越障时底盘运动姿态平稳,具有良好的路面自适应能力和越障性能。

新型弓腰式移动底盘的设计及通过性分析

针对狭窄的丘陵山地耕作环境,设计了一种新型弓腰式移动底盘。该底盘的履带驱动装置能够被动自适应地形变化,亦能主动调整履带与地面的接触角度,提高履带的附着性能。首先,阐述了该移动底盘的机构设计和传动原理。其次,探究了履带在松软路面上行驶时土壤阻力和附着力大小的影响因素,分析了姿态变化与越障高度的关系,得到了该底盘在弓腰姿态时能够达到的最大越障垂直高度为241.53 mm。再次,通过纵向爬坡稳定性分析和折腰转向过程的几何分析,计算出最大爬坡度为41.23°、最小转向半径为1.297 m。最后,通过越障和机动性能试验验证了理论分析的可靠性。结果表明,所设计的底盘改变姿态后越障性能提高,具有较好的纵坡稳定性和灵活的机动性,能够满足复杂耕作环境中的作业需求,在农业、林业等领域具有广阔的应用前景。