基于离散元法的潮湿甘蔗复合肥参数标定

为能准确建立潮湿甘蔗复合肥的离散元模型,合理设置仿真参数,提高肥料颗粒动力学仿真结果的准确性,以休止角为响应值,对不同含水率的甘蔗复合肥进行试验研究。通过卸料仓法建立含水率与休止角的三元回归方程,决定系数为0.99;基于Hertz-Mindlin with JKR粘结模型,通过Plackett-Burman试验、爬坡试验和Box-Behnken试验从9个初始参数筛选出JKR表面能、甘蔗复合肥剪切模量、甘蔗复合肥与不锈钢静摩擦系数、甘蔗复合肥间静摩擦系数、甘蔗复合肥间恢复系数5项显著性参数,并建立休止角—离散元参数模型,模型P值小于0.01,变异系数为6.35%;最后,通过对不同含水率下的最佳参数组合进行仿真休止角试验,仿真结果与物理休止角试验的相对误差小于7.66%,验证不同含水率的甘蔗复合肥参数标定结果和研究方法是合理可靠的。研究结果可为基于离散元法的甘蔗施肥机械动力学仿真研究提供参考。

涡轮自增压轴向柱塞泵全流域流场特性分析

为了探究离心涡轮自增压装置对高速轴向柱塞泵内液流流动特性的影响,建立了轴向柱塞泵的仿真模型,通过CFD仿真技术研究了离心涡轮与柱塞泵耦合运行时泵内部全流域流场的压力特性、速度特性以及空化特性。研究表明:装配有离心涡轮的轴向柱塞泵吸油能力显著提升,且对射流空化、吸空空化均有抑制作用,其中对吸空空化的抑制效果最显著。应用涡轮增压系统后,单个柱塞腔旋转一周过程中的时均气相体积从59.54 mm^(3)降至1.66 mm^(3),最大气相体积分数由0.155降至0.029,阻尼槽区域的射流速度由100 m/s降至75 m/s,而涡轮所消耗功率仅占柱塞泵轴功率的9.7%。

双液压马达驱动的甘蔗根切器刀盘转速同步控制方法

为简化双刀盘甘蔗根切器的传动链,提高传动系统对时变载荷的适应性,该研究提出用双液压马达直接驱动双刀盘,并将电液比例负载敏感技术应用于根切器的传动方案,通过建模仿真和试验探究双刀盘同步精度的控制方法。建立根切器电液比例阀控马达闭环速度控制系统的传递函数,分析得到该系统的稳定裕度仅为16.5°,因此需要采用合适的控制算法提高系统的稳定性和控制精度。基于AMESim-MATLAB联合仿真,研究采用主从控制策略,主马达为PID控制,从马达分别采用PID、自适应模糊PID和滑模变结构控制算法时系统的稳定性和刀盘转速的控制精度。仿真结果为:不同控制算法下马达开启过程转速的动态调整时间分别为5.5、3.0、2.7 s,稳态阶段两个液压马达的速度差分别为20、8、5 r/min;最后搭建试验台,以实测载荷谱为负载输入,进行主从马达转速同步控制试验,得到PID、自适应模糊PID和滑模变结构控制系统启动阶段转速的动态调整时间分别为6.3、4.6、3.7 s,稳态阶段主从马达的转速差分别为47、23、13 r/min;仿真与试验结果均表明,基于滑模变结构算法的刀盘转速同步控制系统的各项指标均优于PID和自适应模糊PID控制。研究结果可为甘蔗收割机根切器传动与控制系统的优化设计提供理论参考。

节流槽结构参数对阀开启压力冲击及空化特性的影响研究

液压控制阀阀芯节流槽的结构对阀的动态特性影响强烈,不良节流槽结构将导致极大的液压阀开启瞬间压力冲击。针对某型号负载敏感多路阀在甘蔗联合收割机的应用中出现啸叫和液压冲击的问题,结合动网格与RNG-k-ε湍流模型,对U+T型节流槽和V型节流槽的压力冲击及空化进行了对比分析,发现同等条件下V型槽的阀芯较U+T型槽的阀芯的压力冲击下降了19.37%,最大空化程度降低了43.7%。选取V型节流槽开展进一步研究,通过正交试验获取不同节流槽结构参数下的压力峰值;采用BP神经网络建立V型节流槽结构参数与压力冲击的代理模型,结合灰狼优化(GWO)算法得到节流槽结构参数的最优配置;依据优化结果制作阀芯并进行试验,结果显示,抑制压力冲击效果显著,系统压力超调下降至原来52.4%。

基于DBO-MPC的混合动力汽车能量管理策略

混合动力汽车(hybrid electrical vehicle,HEV)的能量管理策略直接决定了车辆的燃油经济性、驾驶性能和寿命,为解决HEV能量管理策略的最优性与实时行驶工况不确定性之间的矛盾,以混联式HEV为研究对象,提出一种基于模型预测控制(model predictive control,MPC)与蜣螂优化算法(dung beetle optimizer,DBO)的HEV能量管理策略。首先,该策略采用基于堆叠式长短时记忆神经网络(stacked long-short term memory neural network,Stacked LSTM-NN)的车速预测模型预测未来行驶车速。其次,根据预测车速将混合动力汽车的功率分配问题描述为MPC预测范围内的滚动优化问题,提出考虑燃料消耗和电池保护的成本函数,利用DBO算法对预测时域内发动机功率进行优化求解。最后,在城市道路循环(urban dynamometer driving schedule,UDDS)工况下分别对所提策略的车速预测精度和经济性与其他策略进行仿真对比验证。结果表明:与传统LSTM速度预测模型相比,Stacked LSTM速度预测模型的RMSE降低了13.9%,每步平均预测时间减少1 ms;与基于规则的策略相比,基于DBO-MPC的策略模型节油率达到25.3%,同时SOC状态波动更为平稳,对电池的保护效果更好。

蓄能器参数对砍蔗-切段负载敏感系统液压冲击的影响研究

甘蔗机械化收割过程中振幅波动大的载荷,以及对多路换向阀的频繁操纵都会产生较大的液压冲击。该研究以甘蔗联合收割机的砍蔗-切段负载敏感系统为研究对象,提出在泵的出口处增加蓄能器以抑制液压冲击。以蔗地实测载荷数据为基础,基于AMESim建立砍蔗-切段负载敏感系统仿真模型,研究蓄能器参数对砍蔗-切段负载敏感系统液压冲击的影响规律及优化匹配方法,并对仿真结果进行试验验证。研究结果表明,蓄能器的预充气压力越接近工作压力,压力冲击抑制效果越好,压力响应速度也越快,蓄能器的预充气压力最优区间为系统正常工作压力的50%~83%。

基于PSO-BP的甘蔗联合收割机物流堵塞预测预警研究

在甘蔗的倒伏、弯曲,以及蔗节、蔗叶、泥块等杂物的共同作用之下,甘蔗联合收割机物流通道中的刀盘和切段辊处容易形成堵塞,为提高甘蔗联合收割机工作效率,降低甘蔗联合收割机物流通道发生堵塞的概率。以甘蔗联合收割机刀盘转速、切段辊转速、刀盘工作压力、切段辊工作压力等信号为输入变量,以甘蔗联合收割机运行状态为结果建立BP预测模型,并采用PSO-BP算法对预测模型进行优化。结果表明:PSO-BP神经网络预测模型对甘蔗联合收割机堵塞预测的准确率为98.75%,运行时间为0.18 s,预测准确率比BP神经网络提升了2.5%,用时减少了0.94 s。基于PSO-BP预测,应用LabVIWE软件开发了甘蔗联合收割机物流堵塞预测及预警系统,实现对甘蔗联合收割机刀盘和切段辊液压参数的实时监测和物流状态的预测和预警。研究结果可为优化甘蔗联合收割机的防堵控制设计提供依据。

甘蔗切断机构负载敏感系统液压冲击的仿真及试验研究

针对甘蔗收获机在丘陵地区作业时液压冲击导致的管路破损和泄漏等问题,以输出功率最大的切段机构液压系统为研究对象,运用AMESim仿真软件建立切断机构液压负载敏感系统仿真模型,研究负载敏感阀的启闭时间、负载敏感泵出口至负载敏感阀的供油管路长度以及负载敏感系统的反馈管路长度对系统压力冲击的影响规律。仿真结果表明:缩短换向阀的开启时间、延长换向阀的关闭时间可有效降低系统的液压冲击,缩短泵出口管路长度、延长泵阀反馈管路长度可有效减缓系统的液压冲击现象。通过试验获得了与仿真结果基本一致的结论:当换向阀开启和关闭的响应时间分别为产品样本给定参数的最小值和最大值时,液压冲击幅度分别降低13.6%和33.1%;泵出口至敏感阀的管路长度每缩短0.5 m,系统冲击降低幅度约为0.5 MPa;反馈管道长度每延长0.5 m,系统压力冲击下降约0.808 MPa。

自增压高速航空柱塞泵前置诱导轮及涡轮组件的设计与仿真

为减轻高速航空柱塞泵的空化现象,提出了一种带前置诱导轮及涡轮的自增压高速航空轴向柱塞泵结构。以0.3 MPa的增压值为目标,根据柱塞泵的工况参数以及边界条件确定了离心涡轮和诱导轮的参数,并通过流场数值仿真研究了有/无诱导轮以及不同诱导轮结构和参数对离心涡轮的水力性能和抗气蚀能力的影响。结果表明:增加诱导轮可使离心涡轮的抗气蚀能力增强48.5%,扬程提高3.4%;诱导轮几何参数的改变主要影响了离心涡轮的抗气蚀能力,三叶片诱导轮比四叶片诱导轮的抗气蚀能力强24.8%;圆锥形诱导轮比圆柱形诱导轮抗气蚀能力强14.7%;1 mm轮缘叶片厚度抗气蚀能力最强,比2 mm与3 mm分别增强了11.8%,31.1%。研究结果可为高速航空柱塞泵诱导轮涡轮组件的设计提供理论参考。

基于空化特性的高速轴向柱塞泵配流盘优化设计

以某型号高速轴向柱塞泵为研究对象,搭建其带空化模块的CFD数值仿真模型,并以此为基础,对柱塞泵在旋转过程中的空化情况进行分析。结果表明:空化主要发生在柱塞腔内,充液率不足及射流角过大是发生空化的主要原因。针对空化的产生机制,利用仿真数据与理论数据相结合的方法,对配流盘开口角度进行优化。根据流场情况,提出一种两端具有一定斜度的配流盘结构,并对该结构进行优化。在配流盘开口角度和结构优化后,柱塞腔内的整体空化程度下降了74.2%,对空化具有明显的抑制效果。

基于网络瘦身算法的YOLOv4-tiny的甘蔗茎节识别

为提高智能甘蔗收获的准确性,降低算法对部署的高算力要求,利用轻量级目标检测算法YOLOv4-tiny相对YOLOv4算法更简化的网络结构、更高的推理速度等优点,提出基于MobileNet和网络瘦身的两种YOLOv4-ting识别算法方案,并比较二者的精度和模型复杂度。其中,基于网络瘦身算法的YOLOv4-tiny在精度较瘦身前(94.7%)下降0.6%的情况下,模型复杂度下降为原来的1/3,即瘦身后的FLOPs和Params分别为1.1 G和1 789 658。而以MobileNet为Backbone的YOLOv4-tiny在精度下降1.92%的情况下,它的FLOPs和Params为1.29 G、2 600 068,其在精度和模型复杂度上的表现都不如瘦身后的YOLOv4-tiny模型。结果表明:基于网络瘦身算法的YOLOv4-tiny甘蔗茎节识别模型可有效降低模型复杂度,其计算量对嵌入式设备和移动式设备友好。该研究可为智能甘蔗收割机构的开发提供技术参考。

航空柱塞泵配流副磨损模型与寿命预测

针对航空柱塞泵配流副磨损失效问题,基于Archard方程和流-热-固耦合方法,建立一种适用于高速高压条件下的航空柱塞泵配流副摩擦磨损预测模型。考虑配流副流体压力、温度和固体之间耦合效应对磨损的影响,首先建立配流副流-热-固耦合模型,通过有限元法求解得到配流副油膜压力和温度场,将其作为磨损预测模型的边界条件;然后通过配流副泄漏流量与油膜厚度之间的关系,对配流副磨损失效寿命进行预测分析。预测结果表明:航空柱塞泵在转速10000 r/min、出口压力28 MPa条件下,配流副的磨损失效寿命在2000 h以上;但随着转速和压力的升高,配流副磨损失效寿命明显缩短,在转速15000 r/min、出口压力35 MPa条件下,配流副磨损寿命仅为450 h。由此提出一些提高配流副磨损寿命方法,该预测模型对高速高压航空柱塞泵配流副的设计具有一定的指导意义。

利用反义基因沉默策略构建水稻突变体库及突变体筛选

尝试利用鸟枪反义基因沉默策略构建水稻突变体库.利用水稻反义cDNA文库转化粳稻品种中花11,获得了来源于105块潮霉素(Hm)抗性愈伤组织的1486个转化植株.随机选择来源于11个独立转化系的335个T0植株进行Hm离体叶片筛选,结果表明所有植株均呈抗性,并且与PCR检测结果相吻合,说明T0植株中不存在假转化体.Southernblot分析结果表明T0植株大部分为单位点整合.T0及T1代转化植株均呈现了一些形态变异,如矮化、无分蘖或多分蘖、结实率降低、粒型或穗型改变、小穗结构改变等.利用Hm离体叶片筛选法对部分T1群体进行筛选,得到了1个变异性状与Hm抗性共分离的突变体,该突变体的变异表型为结实率比非转化对照下降约50%,每穗颖花总数比对照减少约40%,二者的总效应导致突变体单穗产量比对照约下降70%.

应用人工神经网络预测高速铣削淬硬钢的切削力

采用单因素法试验,测试小直径球头铣刀加工淬硬钢圆弧曲面的切削力。根据试验条件和结果,运用BP人工神经网络进行训练;对BP人工神经网络的输出结果进行了试验检测。结果表明,预测值和实测值有较好的一致性。

研究性、开放性教学与团队学习

文章从学科与社会发展的要求、高等教育大众化的必然趋势及培养创新人才的需要等方面论述了对学生进行学习组织、开展研究性及开放性教学的重要性和必要性;提出了在生物类课程教学中如何有效组织学习团队进行研究性、开放性教学的具体方法。

甘蔗联合收割机液压系统设计方案模糊综合评价法

提出了五种甘蔗收割机液压系统的设计方案,分析了工作可靠性、节能性、操纵性、集成度、经济性、维护性等诸多模糊因素对系统设计的影响;通过运用模糊综合评价法把定性方式描述的各种因素,转化成为用定量方式来描述,并且借鉴了专家的知识经验,对五种设计方案根据不同阶段分别确定权重,进行评价,最后确定了各个阶段最佳的设计方案。

基于PC和PLC的液压通用监控系统

使用FPX-C40R的计算机链接功能,通过MEWTOCOL-COM通信协议实现PC对PLC的数据寄存器的读写访问,以Labview为平台配套上位机监控系统,提高了整套监控系统的控制运算能力,改善了系统功能拓展能力和实现了人机交互界面的美化。设计的通用监控界面包含了液压系统常用共性监控窗口,能实现对液压系统的逻辑控制和对压力、流量、温度等主要运行参数的监测。由于该系统的开源开放性,因此可以方便地对系统源码加以修改以满足专门的测控界面设计要求。该系统具有成本低、通用性好、易于扩展等特点,适用于低频工作的液压系统的监控。

甘蔗联合收割机机液速度控制系统的设计与仿真

甘蔗联合收割机在收割作业过程中,各作业机构间速度的合理匹配,对砍蔗质量、除杂效果以及蔗流堵塞等均有重要影响。基于联合收割机速度匹配的要求,提出了一种基于机械式速度跟踪器的机液速度反馈阀控系统,实现一个作业系统对另外一个作业系统的转速跟踪。运用AMESim与ADAMS软件对该系统进行联合仿真,结果表明:该系统适用于甘蔗联合收割机各子系统间转速的协调联动控制。转速跟踪误差与节流阀的流量增益有关,采用梯形槽节流阀口,速度跟踪误差小于5.24%,可适用于该系统,采用U形槽、三角形槽、L形槽形状的节流阀口,跟踪误差大,不适用于该系统。

基于压力反馈的甘蔗收割机台架液压升降系统仿真

根据我国南方地势起伏不平以及甘蔗茂密、蔗叶交错的甘蔗收割环境,提出了一种基于压力反馈的甘蔗收割机台架液压自动升降系统。为此,介绍了该控制系统的工作原理和信号的处理方法,应用AMEsim软件进行建模与仿真分析。仿真结果表明,通过采用压力反馈的方式,液压升降系统能够根据负载的变化自动控制台架升降,从而保证刀盘始终能够紧贴地面进行收割,从而实现提高甘蔗收割机收割质量的目的。

基于LabVIEW的组合式液压实验台通用测试平台

采用虚拟仪器技术,以LabVIEW为平台,结合组合式多功能液压实验台的特点,开发了一套计算机辅助测试系统。该系统不仅能满足常见的几个验证性实验的测试要求,同时面向学生的设计性、创新性实验,具有较好的通用性、灵活性和扩展性,为学生素质培养提供了一个良好的技术平台。