基于虚拟仿真的农机实验教学改革研究

人才短缺已成为制约我国农业机械化、智能化高质量发展的主要瓶颈。新时期,教育部推出了新农科、新工科计划。农机实验教学改革是全面强化新农科、新工科建设背景下人才培养的重要支撑。基于农机专业实验教学面临的装备不系统、受外界因素干扰大、受时间地点限制等问题,开发农业装备虚拟仿真实训系统,完善主要农作物所需典型农业装备的认知、拆装、测绘和性能动态仿真等功能及地面环境-农作物-农业机械三者耦合作用的农场系统模型。在应用推广方面,该系统不仅服务于农机专业,还服务于机械、车辆、能动等专业,同时与国内涉农高校和农机装备企业共享,取得令人满意的反馈效果。虚拟仿真实训系统为我国农业装备人才培养提供行之有效的实验教学改革方案。

离散元模拟中沙土参数标定方法研究

农业机械与土壤相互作用仿真时,选用颗粒相互作用参数的准确度将直接影响仿真结果。本文提出一种通过试验与模拟相结合系统地标定沙土颗粒相互作用参数的方法。通过堆积角测试装置、三轴剪切试验仪、图像颗粒分析系统等设备测量计算沙土的堆积角、剪切模量、粒径分布和外观形貌等参数,为颗粒或工厂建模提供参考。使用标准球和非标准球对沙土颗粒的碰撞恢复因数、静摩擦因数、滚动摩擦因数进行标定。研究不同质量和不同标定方法(抽板法和漏斗法)是否对堆积角产生影响。模拟结果表明,选用标准球标定时,碰撞恢复因数是0.15,静摩擦因数是0.8,滚动摩擦因数是0.2,抽板法得到的堆积角是33.99°,相对误差是4.74%;漏斗法得到的堆积角是33.59°,相对误差是3.51%。同时,选用非标准球进行标定时,碰撞恢复因数是0.15,静摩擦因数是0.2,滚动摩擦因数是0.3,抽板法得到的堆积角是32.06°,相对误差是1.20%。由此看出,颗粒外观形貌对颗粒间静摩擦因数影响相对较大。

自适应低振动步行轮仿生设计与性能分析

为提高具有高通过性的步行轮平顺性,基于鸵鸟足运动姿态与跖趾关节储能减振机理,运用工程仿生学原理与技术,设计了一种仿生自适应低振动步行轮。有限元数值模拟结果表明,轮上载荷30 N,角速度10(°)/s情况下,相比于传统步行轮,仿生步行轮轮心波动范围在软路面和硬路面分别降低了85.71%和93.33%。采用轻载荷月壤/车轮土槽测试系统验证了仿生步行轮的减振性能。当滑转率小于40%时,仿生步行轮的挂钩牵引力均大于传统步行轮;当滑转率大于40%,且仅在角速度为20(°)/s时,仿生步行轮的挂钩牵引力才小于传统步行轮,表明仿生步行轮在松软地面具有较好的牵引通过性。同时,相比于传统步行轮,当角速度为30(°)/s时,仿生步行轮在软路面和硬路面的加速度分别减少了6.3%和15.8%,振幅分别减小了14.6%和9.6%。在保证松软地面优越牵引通过性能前提下,仿生步行轮比传统步行轮的轮心波动更小,振动明显降低,有效解决了步行轮多边形效应引起的振动问题。

《机械原理及设计》课程教学方法与考核机制探索——以农业机械化及其自动化专业为例

近年来,教育部积极推进“新工科”建设,探索工程教育新模式,使得高等工程教育面临新机遇、新挑战。农业机械化及其自动化专业主要培养学生对农业生产机械化系统的设计、管理和运用能力,对工程创新能力具有较高的要求。《机械原理及设计》是农业机械化及其自动化专业的必修课,对于提升学生农业装备的设计和解决农业生产机械化问题的能力具有重要作用。工程教育专业认证强调以学生学习为中心,注重学生工程实践能力培养,对《机械原理及设计》课程的教学也提出了新的要求。针对现有《机械原理及设计》教学体系和基本教学要求,以新工科人才培养要求及工程教育专业认证为改革目标,文章提出了针对《机械原理及设计》课程教学方法的一些改革建议。基于学习产出的教育模式,在教学方法和课程考核两个方面提出改革建议。