区域逼近与动态图形法求解大行程液压支撑机构参数及优化

为实现一种作业与运输兼用型地轮机构的状态转换,针对其结构特点研究一种非端部支撑的新型液压支撑方案,以满足在有限的安装空间内实现大工作行程的要求。在建立该机构力学及运动学模型的基础上,通过几何关系及动力约束条件进行参数的区域逼近;确定液压缸安装位置和参数的可行域后,运用动态图形模拟摆梁步进旋转时机构的运动情况,观测参数取值域曲线的运动状态,得出与可行边界线的交点,从而确定在液压系统压力16 MPa条件下,安装臂长度175 mm,安装臂距旋转点357 mm,液压缸缸体长度为916 mm,缸体内径为71 mm。研究及样机试用表明,非端部支撑对置双缸体液压支撑机构能够满足地轮状态转换的需要,且具有结构紧凑、工作行程大的特点。同时,该研究探索并证实了区域逼近与动态图形求解法在解决此类机构的优化与参数求解方面的可行性与有效性。

基于五杆机构的注射式免耕播种成穴轨迹分析与参数求解

针对特殊轨迹要求进行机构分析与参数求解,为注射式免耕播种模式的实施奠定基础。轨迹形成机构基于五杆机构设计,在建立机构数学模型的基础上,分析双曲柄等速五杆机构的存在条件及空间约束;给定成穴点相对轨迹的可行域,利用CATIA(computer aided three-dimensional interactive application)进行参数化建模、运动仿真及轨迹绘制;运用轨迹区域定位法,研究成穴器端点的区域轨迹分布特性;运用数值循环比较法,研究参数对轨迹的影响规律,结合约束条件,求得对应不同株距的结构调整参数与作业参数组合,可形成251.2~344.7 mm竖直方向的有效作业轨迹。样机试验及高速影像分析表明,基于五杆的免耕播种轨迹形成机构能够在秸秆高度还田的情况下带动成穴器完成打穴作业,能有效穿透秸秆并按要求成穴,刮带现象少。研究也证实了轨迹区域定位与数值循环比较法相结合可有效提高五杆机构参数组合求解的效率,为实现大长短轴比的类椭圆形轨迹的五杆机构参数的求解提供有效的方法。

被动滚筒式免耕播种成穴机构设计与试验

针对传统免耕播种机在作业时需对秸秆及残茬进行剪切或移除,从而存在对切割部件性能要求高、功耗大、扬尘以及秸秆缠绕堵塞等问题,研究一种滚筒穴式免耕播种成穴机构,实现在不对地表覆盖物进行任何专门处理的情况下穿透成穴。核心机构由鸭嘴滚轮排种装置和由其鸭嘴驱动的被动式滚筒组成,二者处于内相切关系。转动的滚筒将秸秆碾压成一薄层,鸭嘴从滚筒内伸出并穿透这一秸秆薄层后进行成穴并投放种子。基于运动学分析,建立鸭嘴驱动角φ、鸭嘴助力角α、鸭嘴滚轮排种装置的角速度ω0、滚筒角速度ω1之间的数学模型。对于100 mm整数倍株距的播种情况,运用Matlab(Matrix laboratory)图像处理模块对方程进行分析,以结构及工作要求为约束条件,以滚筒转速波动平缓为主要衡量指标,结构紧凑为辅助衡量指标,优化得出鸭嘴滚轮排种装置半径为200 mm,滚筒半径为400 mm,鸭嘴助力角α为23°,初始驱动角φ为31°,进一步的几何分析计算得出滚筒上设置的驱动孔个数为23个,尺寸为84 mm×32 mm。运用CATIA进行数字样机运动仿真,分析滚筒在鸭嘴驱动下实际情况和角速度的变化规律,验证了理论分析。样机试验表明被动滚筒式免耕播种成穴机构满足设计要求,工作过程简单可靠,为免耕播种提供了一种有效的技术手段。