气吸双行错置式玉米密植精量排种器设计与试验

针对大豆-玉米复合密植播种模式下传统气吸式排种器单行种盘高转速作业导致充种时间短、气流稳定性差,难以实现高速精量密植播种的问题,设计了一种气吸双行错置式玉米密植精量排种器,阐述了排种器结构与工作原理,对其工作过程及关键部件进行理论分析,构建充种和投种环节的种子力学模型,确定排种盘内外环型孔排布、投种轮、气室等关键结构参数,并开展单、双气道内负压分布、型孔内气流场特性分析,基于DEM-CFD耦合方法对排种器的排种过程进行仿真分析,以作业速度、气室结构和负压为试验因素,充种合格指数、重充指数和漏充指数为评价指标,优选出最优气室结构。通过台架试验开展不同气吸式排种器排种性能对比试验。试验结果表明,在作业速度为5~10 km/h的高速密植工况下,气吸双行错置式密植精量排种器排种合格指数均大于88.7%,且作业速度为10 km/h时,相较于常用单圆环气吸式排种器合格指数提高5.5个百分点,漏播指数降低5.6个百分点;田间试验结果表明,在作业速度为5 km/h下,播种合格指数为95.7%,重播指数为1.6%,漏播指数为2.8%。提出的气吸双行错置式玉米密植精量排种器在高速作业时拥有良好的排种性能,能够满足大豆-玉米高速精量密植播种要求。

交错凸齿式宽苗带小麦精量排种器设计与试验

针对外槽轮式小麦宽苗带排种器排量不稳定和苗带内种子分布均匀性较差的问题,该研究设计了一种交错凸齿式宽苗带小麦精量排种器。通过连续充种分析和排量计算,确定凸齿高度和凸齿角度是影响排量一致性和排种均匀性的关键参数。应用离散元法对上述关键参数进行中心旋转组合仿真试验,结果表明,对排量一致性、排种均匀性影响显著性程度由大到小的因素分别依次为凸齿角、凸齿高、作业速度,且均具有交互影响。借助响应面分析,得出凸齿高5 mm、凸齿角75°时的排量一致性和排种均匀性较优,平均变异系数分别为2.27%和7.61%。对该参数组合排种器进行样机试制,并进行台架试验,台架试验结果表明,排种一致性和均匀性变异系数与仿真值误差均低于5%,说明仿真优化结果可靠、准确。田间对比试验结果表明,播量120、150和180 kg/hm~2时,交错凸齿式宽苗带小麦精量排种器的播量一致性、纵向播种均匀性和横向播种均匀性变异系数分别较外槽轮式排种器降低0.99、3.01和9.38个百分点,满足小麦宽苗带播种农艺要求。研究结果可为提高排种均匀性的小麦排种装置设计提供参考。

元宇宙环境下玉米免耕播种机作业机组仿真与试验

针对玉米免耕播种机研发周期长和研发成本高等问题,本文将元宇宙技术应用于玉米免耕播种机作业机组的仿真试验。基于元宇宙系统架构构建仿真平台,在元宇宙环境下,采用标线法和转换法对虚拟农场中场景进行高度还原,构建沉浸式玉米免耕播种机驾驶平台并进行交互性能测试,验证沉浸式玉米免耕播种机驾驶平台交互性能。在此基础上,在不同行驶速度下进行播种性能仿真试验,当玉米免耕播种作业机组前进速度不断增大时,播种质量整体呈下降趋势,趋势接近实际田间试验结果,株距合格率大于88.52%、重播率小于6.97%、漏播率小于4.51%。试验结果表明,本文设计实现的元宇宙虚拟播种仿真平台能够用于玉米播种试验,对降低玉米免耕播种机研发成本、缩短玉米免耕播种机研发周期具有重要意义。

基于蜂窝结构的仿生立式环模生物质颗粒机设计与试验

针对传统生物质颗粒环模成型机生产成型效率低、环模失效严重等问题,基于仿生蜂窝状有序多模孔结构,该研究提出了一种立式环模生物质颗粒成型机仿生设计方法。对蜂窝单体几何模孔结构进行图像处理,对蜂窝相邻模孔边缘轮廓拐点坐标进行提取,并获取模孔网格坐标,构建环模-压辊-物料耦合作用受力模型,以物料摄取量、挤压力为设计目标,对颗粒成型机仿生环模、模孔、压辊等参数进行设计。样机通过三压辊与仿生环模孔之间摩擦作用,实现对成型区域内物料的挤压成型,从而形成致密的生物质颗粒。温室条件下以颗粒度为2~4 mm的玉米秸秆为物料,物料含水率为12%、压辊主轴转速为100 r/min,结果表明:在相同转速下,优化后的仿生立式环模生物质颗粒成型机较传统环模成型机吨料能耗降低10.08%,生产的成型颗粒密度大于等于1.32 g/cm^(3),抗跌碎性指数为99.4%,样机能耗为40.46 kW·h/t,该研究各项指标均达到了相关标准的要求且高于传统生物质颗粒机。

小麦小区条播机电控排种系统设计与试验

针对小麦小区条播机排种系统智能化水平低的问题,本文基于差分定位原理设计了一套小麦小区条播机电控排种系统。该系统主要由北斗差分定位系统、STM32F4主控系统、锥体格盘驱动系统、离心分种驱动系统和人机交互系统等组成,主控系统采集北斗差分定位信息计算锥体格盘匹配转速,控制格盘电机和分种电机运转,并显示作业信息。通过正交试验法优选了离心分种器结构参数,建立了播种机车速和锥体格盘转速控制模型。试验结果表明:各行排量一致性变异系数为5.69%,均匀性变异系数为20.77%,验证了本电控排种系统的可行性。

适用于全喂入联合收割机的1JHSX-34型秸秆粉碎机设计

配套全喂入式联合收割机的秸秆粉碎机具目前缺乏。该文设计了一款适合于全喂入联合收割机的1JHSX-34型双轴式秸秆粉碎机。文中详细介绍了整机结构和工作原理,重点针对粉碎刀轴转速、刀片和传动系统的设计进行了详细的阐述。通过对3种不同倒伏率(90%,50%,0)的小麦田间试验显示:小于50mm长度的秸秆粉碎平均合格率分别为91.3%、92.9%和94.4%。试验结果表明,双轴式秸秆粉碎机性能良好。

基于ADAMS和Simulink联合仿真的主动悬架控制

为减少车辆控制系统开发周期和成本,以某皮卡车为研究对象,利用ADAMS/VIEW软件建立了车辆多体动力学模型;基于随机次优控制策略设计了主动悬架控制器,并通过Matlab/Simulink编写了控制算法对其进行联合仿真,通过不断修正控制参数直至得到满意的控制效果。将采用主动悬架系统得到的仿真结果与采用被动悬架系统得到的仿真结果进行了性能对比,结果表明主动悬架系统有效地改善了车辆的行驶性能。

智能四驱汽车分动器壳体有限元分析与模态试验

基于有限元分析和模态试验方法进行了智能四驱车辆分动器设计分析。首先将模态试验和有限元分析相结合,进行了分动器的模态试验,并验证了模型的准确性;接着基于建立的分动器模型,利用Romax软件进行了不同工况下分动器壳体的轴承受力分析,加载更为精确的边界条件,进行了准确的分动器壳体的静力学和疲劳分析。实例分析结果表明,该款分动器在极限工况时的最大主应力达到196.8MPa,超出了材料的许用应力。对分动器结构进行了改进,通过改进前后的对照分析,发现改进后模型的应力和位移量明显减小,符合设计要求。

基于流固耦合的分动器齿轮两相流动数值模拟与试验

针对分动器齿轮啮合传动中,润滑油运动过程缺乏研究和油压油速等相关参数不确定的问题,应用数值模拟与试验相结合的方法进行了详细的分析。建立分动器齿轮流场三维模型,基于流固耦合理论,应用Fluent UDF命令设定齿轮动网格运动,建立VOF两相流模型进行数值模拟,结果表明:0～0.5T(小齿轮以400 r/min速度旋转一周耗时为1T)时刻,从动大齿轮旋转带油对啮合区润滑起主要作用、速度流线在啮合区附近出现明显的漩涡现象、啮合齿面间压力值相对较大、两相流模型的改变对齿轮带油润滑效果有较大影响;应用高速摄影技术,对透明分动器壳体内流场流动情况进行观察试验,其油面波动与数值模拟结果作对比,最大误差为12.2%,误差较小,表明试验与数值模拟的分析结果相吻合。研究成果为下一步改善分动器齿轮润滑方面的工作提供参考。

基于双闭环PID模糊算法的玉米精量排种控制系统设计

黄淮海麦玉轮作区秸秆全量还田模式下,小麦秸秆韧性好、粉碎还田效果差以及土壤较为黏重,传统被动式地轮驱动易秸秆缠绕、拥堵及黏土量较大,播种作业易断条。为有效解决这些问题,该文以勺轮式玉米排种器为研究对象,设计一种主动式玉米电控精量排种系统。该系统作业时,通过USART HMI四线制触控串口屏人机界面向控制器输入理论期望株距,由GPS测速传感器采集机具作业速度,结合旋转编码器实时采集排种器作业转速,基于双闭环模糊算法对PID参数进行自整定,得到排种器目标转速,通过控制器调节相应PWM占空比,以实现通过机具作业速度实时控制电机转速,实现精密排种。台架试验结果表明:理论排种转速6~54 r/min时,实际转速的变异系数均小于10.0%,实际转速在理论转速附近波动范围小,符合控制要求;在设定株距值下,车速为3~5 km/h时,株距合格指数>94.0%,漏播指数<3.0%;车速为6~8 km/h时,株距合格指数≥90.0%,漏播指数≤4.5%。田间验证结果表明该玉米排种控制系统作业时,株距合格指数≥87.75%,平均值为90.89%,漏播指数均小于4%,平均值为2.54%,与市场上常见的勺轮式玉米排种器相比合格指数提高2.12个百分点、漏播指数降低4.32个百分点,播种性能良好,满足玉米农艺种植要求。该文研究的玉米电控精量排种系统可有效提高排种质量并可为研制高速精量主动排种控制系统提供参考。

基于微粒子群优化算法的差速器壳体轻量化设计

针对汽车差速器的轻量化,提出了基于微粒子群优化算法和参数化模型相结合进行优化的设计方法。通过计算模态和试验模态相结合,验证了差速器壳体有限元模型的准确性;基于微粒子群算法,建立了以质量最小和安全系数均方根值最大为目标的优化模型,进行了轻量化设计。优化结果显示:壳体质量由优化前的6.26kg下降到5.67kg,减轻了10.4%;优化后壳体的最大应力、最大应变和最小安全系数等性能指标均有不同程度的提高,验证了轻量化是成功的。

高地隙植保机辅助驾驶系统设计与试验

针对高地隙植保机作业时驾驶员视野较差导致压苗伤苗的问题,提出了一种辅助驾驶方法。以某高地隙植保机为研究对象,设计了一套人机辅助驾驶系统。首先详细阐述了辅助驾驶系统的液压系统设计方案,在此基础上进行了转向系统结构改进;其次基于预瞄算法和二自由度车辆转向模型,进行转向系统前轮转角控制研究;最后基于LabVIEW软件创建了辅助驾驶控制系统。在0.5m/s的速度条件下,分别在水泥路面和玉米田间环境下进行了试验,试验结果表明,水泥路面条件下,辅助驾驶系统直线路径跟踪偏差均值为5.2cm、标准差为3.4cm;玉米田间行驶条件下,辅助驾驶系统的跟踪偏差均值为6.8cm、标准差为4.8cm;设计的辅助驾驶系统在宽行种植作物中具有良好的实用性。

基于遗传算法的山区微型播种施肥机减振优化设计

针对山区以汽油发动机为动力的微型播种施肥机振动大难以操作的问题,提出了一种降低振动的方法。文中首先建立了五自由度播种施肥机数学模型,运用Matlab软件构建了仿真模型并对其进行了振动分析;其次建立了以垂直振动加速度和俯仰角加速度为指标的多目标优化数学模型,运用遗传算法进行了优化设计,优化后播种机机架处垂直振动加速度均方根值减少32.9%,俯仰角加速度均方根值减少37.6%;在此基础上,重新设计了播种施肥机的履带、减振器和橡胶垫等结构部件;最后对改进后的播种施肥机进行田间试验,对比改进前的振动测试数值可得:改进后的微型播种施肥机垂直振动均方根值在发动机安装处、机架处和把手处均显著降低,其中机架处降低28.31%,验证了优化结果的正确性。该方法也为同类产品的减振提供了方法。

纯电动拖拉机电驱动系统设计与试验

根据拖拉机工作特性与传动特性要求,设计了一种基于丘陵山区耕播工况下拖拉机电驱动系统,包括电驱动传动方案、驱动电机参数匹配、传动机构及动力输出机构特征参数设计等。在搭建的电驱动系统综合性能试验台上对该系统进行外特性、传动效率、噪声及可靠性测试。试验结果表明,该电驱动系统传动效率在72%~94%之间,且在1 000 r/min以内低速工况下,能够稳定输出扭矩;在1 000~3 000 r/min之间能稳定输出功率。满足拖拉机耕播工况和运输工况下的特性要求,验证了电驱动系统设计的合理性。

基于遗传算法的电动四驱汽车轴间扭矩分配控制策略

为了提高纯电动四轮驱动汽车的整车动力性和行驶稳定性,提出一种通过对汽车前后轴转速差及车轮滑转率实时观测完成轴间扭矩重新分配的控制策略。通过Matlab/Simulink构建了整车动力学模型,并设计了基于遗传算法(GA)和PID控制的轴间扭矩分配控制系统,分别在低附着均一路面、对接路面对整车加速性能进行了仿真分析。对该轴间扭矩控制系统进行软硬件设计,并对开发的控制器进行了道路试验。结果显示运用该控制器及控制策略能较好地跟随实时路况,使车辆动力性和行驶稳定性得到提升,试验结果也验证了控制系统的有效性。

基于联合仿真技术的主动悬架自适应模糊PID控制研究

近年来联合仿真技术在车辆控制系统的开发研究中得到了广泛的应用。以某皮卡车为研究对象,首先利用ADAMS/CAR软件建立车辆多体动力学模型;然后在Matlab/Simulink环境中设计了基于自适应模糊PID控制的ASS,定义了与ADAMS/CAR环境下车辆模型的数据交换接口;最后,将设计的控制系统在ADAMS/CAR和Matlab/Simulink环境下通过输入输出接口进行联合仿真。文中对随机路面输入和脉冲路面输入工况下的ASS系统及整车动态特性进行了联合仿真研究,其研究结果为联合仿真技术在车辆工程中的实际应用提供了参考。

无人驾驶喷雾机电控系统设计与试验

针对黄淮海地区实行秸秆全量还田模式下的麦玉轮作、麦豆轮作等,使得田间秸秆覆盖量较大,虽有效改善了土壤理化环境,却造成田间地表病虫害加重。为有效解决该问题,并提高作业效率,以自主设计的四轮驱动底盘为研究对象,设计了一种以电能为纯动力的无人驾驶喷雾机电控系统。该系统以STM32F103ZGT6微处理器为控制核心,基于模块化思想分别对喷雾机动力系统、网络通讯系统、转向系统和喷雾系统进行设计,实现远距离遥控精确行走和智能喷雾。性能试验结果表明:行驶速度为2～4 km/h时,低速转向的外轮转角小于等于23°,转弯半径大于等于1. 45 m,转弯路径无偏移现象,转向可靠;直线行驶50 m的平均偏移量为2. 42 m,单位距离平均偏移率4. 84 cm/m,偏移率较小;行驶速度为10 km/h整备状态下的喷雾爬坡度不大于25°;大田内试验时,在蓄电量充足情况下,行驶速度2～10 km/h时,最大续航时间不小于5. 50 h;在最大续航工作时间内,网络通信掉线次数小于等于1次,通信可靠性较好;遥控距离为0～500 m时,车速调节控制、转向调节控制以及药液电磁阀控制响应时间均小于0. 4 s。

基于ADAMS的双横臂扭杆独立悬架操纵稳定性分析

悬架的主要性能参数在悬架运动过程中的变化规律是影响悬架性能的主要因素。文章采用ADAMS软件建立了某商务车独立悬架的数学模型和仿真模型,分析了该悬架对操纵稳定性的影响,以及悬架主要性能参数的变化规律,为悬架设计奠定了基础。与传统的设计方法相比,这种方法提高了精度和效率。

基于适应性重构的分动器设计系统开发

针对目前分动器产品在车辆上的应用呈现出小批量、低成本和客户个性化需求的问题,提出了将适应性重构设计方法理论应用于分动器的设计,并开发了一套分动器适应性设计软件(简称TADS)。围绕适应性重构设计理论的基本思想,基于Visual.net和Sql server计算机技术开发的分动器可适应系统,具有总体方案设计、零部件重构和适应性装配重构等模块功能,能够实现从用户需求到设计出最终的产品模型整个流程的适应性设计。应用结果表明:设计开发的分动器可适应性设计软件能够极大地提高产品的开发效率和降低产品开发成本。

微型电动施肥机的设计与试验

为了解决玉米生长中期施肥困难、撒施肥料利用率低等问题,设计了一款玉米中期电动施肥机。详细介绍了该机的基本结构、工作原理和性能参数;同时利用电流双闭环控制系统原理设计开发出施肥机电子控制系统;并对施肥机进行了静态、动态和田间施肥性能试验。结果表明,该施肥机施肥量与排肥轴的转速成线性关系,总排肥量稳定性变异系数为1.62%,施肥量准确度达到92.12%。该机具能够满足玉米中期施肥的农艺要求。