水稻秸秆离散元柔性模型参数标定与试验验证

针对秸秆还田机具关键部件设计优化过程中秸秆-刀具互作关系分析缺乏准确秸秆离散元模型的问题,本文以水稻秸秆为研究对象,基于Hertz-Mindlin with Bonding接触模型,采用颗粒替换方式构建水稻秸秆离散元柔性模型,开展了离散元接触模型参数标定与多工况试验验证。通过物理试验测定了水稻秸秆摩擦因数,以秸秆弯曲试验测得最大载荷作为参数标定试验指标,通过Plackett-Burman试验和最陡爬坡试验筛选柔性模型显著性因素及其最优值范围,并由Central-Composite试验确定了显著性因素的最优值组合为:法向接触刚度3.040×10^(10)N/m^(3)、切向接触刚度2.296×10^(10)N/m^(3),该标定参数值所得最大载荷仿真值与实测值相对误差为1.82%,表明标定参数有效。通过刀具弯曲试验和旋耕刀旋转切割试验验证上述标定方法在不同工况下的有效性,刀具弯曲试验中仿真所得最大载荷与实测最大载荷相对误差不大于4.55%,旋耕刀旋转切割试验中仿真所得最大扭矩与实测最大扭矩相对误差不大于7.95%,研究结果表明,以弯曲试验参数标定法构建的水稻秸秆柔性模型在秸秆弯曲试验和旋耕刀旋转切割过程仿真中均准确有效,适用于旋耕作业条件下仿真分析,可为秸秆还田机具旋耕部件优化设计提供参考。

双弯曲旋转超声椭圆振动加工系统设计

由于旋转超声单一振动模式加工效率提升有限,因此采用超声振动激励源耦合法设计了一种双弯曲旋转超声椭圆振动加工系统。推导弯曲波动方程,计算的弯曲超声振动系统参数与仿真结果的理论分析误差仅为5%。耦合双弯曲旋转超声椭圆振动加工系统2个不同方向的振动,控制弯振频率偏差低于1%。对超声刀柄的法兰位置与形状进行有限元分析发现,开设减振槽有利于增大弯振振幅,并确定了法兰的最佳位置。对双弯曲旋转超声椭圆振动加工系统的振动频率和振幅进行测试,结果表明:所设计系统在工作频率和2个方向的振幅均满足设计预期。

基于VAE-DRSN的微纳卫星推力器故障诊断方法

针对微纳卫星推力器故障诊断问题,提出了一种基于变分自编码器-深度残差收缩网络(VAE-DRSN)的数据驱动推进系统故障诊断方法。该方法采用变分自编码器对姿态数据与控制器输出进行特征提取,通过深度残差收缩神经网络对提取的特征进行特征分类,可以高精度地在线检测、诊断和定位推力器的卡开、卡关及效率降低故障,无需卫星推力器模型及动力学模型,且无需单独配备硬件测量机构。经数值仿真验证,结果表明:该方法对于单喷口故障检测正确率可达99%以上,具有良好推力器故障定位及诊断能力。

入射光准直角对模拟式太敏的影响与精度补偿

针对模拟式太阳敏感器测量精度难以满足高精度姿态测量需求的问题,提出一种准直角特性影响补偿方法。在分析模拟式太阳敏感器主要测量误差源的基础上,构建了考虑入射光线准直角特性的测量误差模型,归纳准直角误差与光线入射方向之间的关系,从测量原理入手推导误差补偿算法,对准直角特性引入的误差影响进行精准补偿。仿真结果表明,所提算法对主要误差的补偿效果显著,在太阳敏感器的视场范围内平均测量精度由补偿前的0.0599°提高至补偿后的0.0094°,大幅提高了模拟式太阳敏感器的测量精度。

加热法促进猪圆环病毒2型病毒样颗粒的高效组装

为了提高猪圆环病毒2型(PCV2)衣壳(Cap)蛋白病毒样颗粒(VLPs)的产量,本试验探索了采用加热法促进杆状病毒-昆虫细胞表达的Cap蛋白体外组装的可行性,通过高效液相尺寸排阻色谱法定量PCV2 Cap VLPs,分析4~56℃加热0~10 h对细胞培养液上清中PCV2 Cap VLPs浓度的影响,并采用透射电子显微镜(TEM)验证;通过监测45℃加热6 h后的细胞培养液上清在4℃放置6个月中PCV2 Cap VLPs的浓度变化,验证PCV2 Cap VLPs的稳定性;通过全能核酸酶消化试验验证宿主核酸对PCV2 Cap VLPs组装的作用;对比加热与未加热工艺的PCV2 Cap VLPs纯化收率,并通过高效液相尺寸排阻色谱偶联多角度激光散射、圆二色光谱、差示扫描量热法和微量热泳动分析2种工艺所得PCV2 Cap VLPs表征的一致性。结果显示,细胞培养液上清中PCV2 Cap VLPs浓度随着温度和时间的延长逐渐升高,其中45℃加热6 h后PCV2 Cap VLPs浓度为未加热的3.77倍,TEM观察进一步验证PCV2 Cap VLPs浓度增加。加热后形成的PCV2 Cap VLPs在4℃储存6个月浓度稳定,未出现解聚现象。全能核酸酶消化试验显示,加热过程中宿主核酸的作用并非关键因素。采用45℃加热6 h后再进行纯化,PCV2 Cap VLPs纯化收率是未加热工艺的2.9倍。经分析,加热与未加热工艺所得PCV2 Cap VLPs具有一致的分子量(2.385×10^(6)和2.361×10^(6) Da)、水力学半径(10.1和10.2 nm)、热转变温度Tm(67.22和66.92℃)、二级结构和特异性抗体亲和力(49.0和76.5 pmol/L),表明两者具有相近结构。本试验为PCV2 Cap VLPs的生产探索了一个提高产量的新方法,为兽用疫苗的研发提供了在抗原性质分析方法上的借鉴。

烃化油品电导率测试设备的研制

航空煤油在运输过程中可能会带上静电电荷,由此会引发火灾,因此需要快速测量出航空煤油电导率来避免意外事故的发生。该文采用恒流源法,以“分体设计、兼容对接”方式设计了一款可以快速测量油类电导率的便携设备。电导池的探头和机体分离设计可以较高精度的可靠地测量出被测油品的电导率。该文针对3号航空煤油进行了一次设备的功能验证实验,实际测试结果显示,设备可有效测量出航空煤油的电导率。

稻麦兼用排种器检测与吹种装置性能模拟与试验

针对稻麦兼用排种器充种环节无法实现精确囊种的问题,设计了一种基于精确计数的吹种装置。根据平抛运动轨迹和文丘里原理分别设计稻麦检测装置和吹种装置,通过理论分析确定影响稻麦充种性能的关键因素,基于CFD(computational fluid dynamics)气固耦合方法仿真分析喷嘴结构形式、工作转速、气流入口压力对种子运动状态特性的影响,仿真试验验证检测与吹种装置的可行性,并开展台架试验确定粒间延时时间。结果表明,Type 3方形喷嘴管在喷嘴口处的速度分布较广且X方向速度分布更均匀,确定喷嘴管截面长度为18 mm,宽度为7 mm,高度为3 mm。气流入口压力和工作转速对种子运动特性有显著影响,合力和合速度均随气流入口压力和工作转速的增加而增加,确定水稻和小麦排种时较优的气流入口压力为300 Pa、工作转速为20 r·min^(-1),在此作业条件下,种子间隔的仿真时间远小于理论时间,验证了检测与吹种装置的可行性。台架试验结果表明,在粒间延时时间为12 ms、入口压力为300 Pa、工作转速为20 r·min^(-1)时,水稻和小麦排种的合格率分别为90.7%和93.2%,满足稻麦兼用播种要求。研究结果可为机械式稻麦精量排种器结构优化设计提供参考。

微纳卫星与非合作翻滚目标对接的模型预测控制

针对多约束下微纳卫星与非合作翻滚目标对接过程中的位置跟踪与姿态同步问题,设计了基于模型预测控制(MPC)的对接控制器。首先,考虑动力学耦合问题,建立了六自由度姿轨耦合相对动力学模型。然后,充分考虑了可能存在的实际工程约束,包括输入饱和约束、移动过程中的速度约束、追踪星光学设备视场约束、安全接近走廊约束等,设计了基于MPC的对接控制器,确保精确完成对接操作的同时尽量减少推进剂消耗以获得最优接近轨迹。最后,仿真结果说明了本文所提出控制策略的有效性和鲁棒性,所设计控制器可以在满足多种约束的基础上,实现微纳卫星对非合作翻滚目标的对接,并对干扰具有鲁棒性。

勺夹式藠头排种器设计与试验

针对藠头(Allium chinense)种植劳动强度大、人工成本高等问题,该研究设计了一种由排种盘、取种勺、取投种凸轮、种箱、安装板等组成的勺夹式藠头排种器。对该排种器工作原理和取种、携种、投种过程进行理论分析,建立离散元仿真模型,对取种过程进行仿真分析,确定了最优种勺结构。以大叶藠为对象,以取种合格率和漏取率为试验指标,进行种勺直径、种勺深度、取种起始角、种面高度与种箱高度之比和取种速度5因素显著性筛选试验,并以种勺直径、取种起始角、种面高度与种箱高度之比为试验因素进行回归正交试验;采用Plackett-Burman试验法和Box-Behnken中心试验法建立取种合格率和漏取率的回归模型,并进行参数优化,获得最优参数组合为种勺直径27mm、取种起始角30°和种面高度与种箱高度之比92.5%。在最优参数组合下进行台架试验,得到取种合格率91.17%,漏取率6.17%。田间试验结果表明在前进速度0.1~0.2 m/s的条件下,该排种器平均播种合格率、平均重播率和漏播率分别为63.10%、12.76%和24.14%。研究结果可为藠头播种机械的研究与设计提供参考。

旋转超声铣削表面微结构成形机理仿真与试验研究

考虑到旋转超声铣削(Rotary ultrasonic milling,RUM)形成的规律性表面微结构在航空航天领域具有广泛的应用前景,开展了旋转超声铣削表面微结构仿真研究。首先建立旋转超声铣削刀尖运动学方程。其次,基于改进型Z-MAP法,利用MATLAB软件进行表面微结构仿真分析,阐明了工艺参数以及主轴误差参数对表面微结构的影响规律。最后,开展旋转超声铣削试验,结果表明仿真模型能准确预测进给方向间距、周向间距等表面微结构特征,验证了仿真的有效性和合理性。

内充气力式棉花高速精量排种器设计与试验

针对现有气力式棉花排种器高速作业下充种性能不佳、排种精度低的问题,结合内充种式排种器结构特点,设计了一种内充气力式棉花高速精量排种器,该排种器利用内充与气流吸附方式进行双重充种,经清种装置作用后,采用二次投种方式完成排种过程。构建了种子充填与吸附力学模型,确定了关键部件主要结构参数,并对影响排种器工作性能的主要因素进行了试验研究。以清种距离为影响因子进行了单因素试验,基于最优清种效果,采用三因素三水平Box-Behnken中心组合设计试验分析吸孔直径、前进速度与负压对排种性能的影响规律,获得了最佳工作参数组合,并进行了高速条件下排种性能对比试验。结果表明:清种距离为2.0 mm时,排种器清种效果最优;影响排种合格指数与漏播指数的主次因素分别为负压、前进速度、吸孔直径;最佳参数组合为吸孔直径2.9 mm、前进速度8.4 km/h、负压1150 Pa。经台架试验验证,其性能指标为合格指数均值96.48%、重播指数均值2.41%、漏播指数均值1.11%;在作业速度8~12 km/h范围内,内充气力式排种器排种合格指数均大于91%、漏播指数小于7%,且排种效果优于垂直圆盘气吸式排种器,满足棉花精量直播农艺要求。

基于角度检测的拖拉机悬挂耕深电液监控系统研究

针对长江中下游农业区土壤黏重潮湿、机具碾压导致地表平整度差、耕作时耕深不稳定等问题,提出了一种基于拖拉机车身俯仰角与悬挂装置提升臂转角的耕深监控方法。首先,对旋耕作业机组姿态进行分析,确定了耕深与角度之间的几何关系,建立了耕深控制模型,并利用角位移传感器和倾角传感器分别测量提升臂转角和拖拉机车身俯仰角的变化,从而间接确定耕深;然后设计了耕深电液监控系统,该系统可预设耕深和实时显示耕深;最后,选用Simulink软件通过仿真对耕深电液监控系统进行响应速度检验,仿真结果显示,系统能在0.6 s达到稳定状态,满足耕深控制要求。进行了耕深自动监控系统准确性试验,结果表明,系统能检测因倾仰导致的三点悬挂下拉杆悬挂点高度的变化量,调控高度稳定在设定值,验证了系统的准确性。为检验耕深电液监控系统田间作业性能,选择所设计的电液监控系统与原机械调节系统进行了对比试验,结果表明,利用电液监控系统进行旋耕作业时,其在各工况中耕深稳定性变异系数不超过4.28%,耕深标准差和耕深稳定性变异系数均低于机械调节系统。

江西省军工遗产调查

军工遗产是工业遗产的重要组成部分,承载着军工企业的历史发展记忆,具有特殊的价值。随着当代工业化进程的加快,工业遗产的调查研究和保护工作越来越受到关注。文章首先梳理江西省军工遗产的历史发展沿革。其次,在调查的基础上对江西军工遗产进行分类,并分析其空间分布特征。最后,对江西军工遗产特征进行初步总结。

江西典型后工业景观改造中的地域文化设计

围绕后工业景观提出基于地域文化进行设计,以江西典型改造项目提出运用文脉延续等对后工业景观更新与保护的策略,挖掘地域文化和城市记忆。

基于变增益单神经元PID的秸秆旋埋还田导航系统研制

水稻田土壤松软,收割机作业后会出现残留秸秆凸起、地表坑洼等现象,导致秸秆旋埋还田作业易出现重耕、漏耕和自动驾驶路径跟踪精度差等问题。该研究基于滑移估计模型推导了拖拉机路径跟踪的前轮转角控制率,并设计了一种变增益单神经元PID导航控制器。在自主设计的电控比例液压转向系统基础上开发了秸秆旋埋还田导航系统,采用双天线RTK-GNSS获取拖拉机的实时位置和航向角信息,由变增益单神经元PID控制器根据理论转角和航向角偏差变化输出实际执行转角,实现旋埋作业自主路径跟踪。田间试验表明,作业速度为1.15m/s时,变增益单神经元PID控制器的自适应直线跟踪最大横向偏差不超过0.071 m,平均绝对偏差不超过0.031 m。与常规PID控制器相比,变增益单神经元PID控制器的最大横向偏差和平均绝对偏差控制精度分别提高了53.08%和51.72%;与单神经元PID控制器相比,最大横向偏差和平均绝对偏差控制精度分别提高了39.00%和28.21%。该研究设计的变增益单神经元PID控制器可以增强导航系统的适应性和鲁棒性,提高路径跟踪精度,适用于未来无人驾驶下的秸秆旋埋还田作业。

机器人旋转超声钻削铝合金叠层构件毛刺特性

针对铝合金叠层构件机器人制孔容易产生钻削毛刺,严重影响飞机装配精度和效率等问题,提出基于弱刚度环境下机器人旋转超声制孔毛刺高度的计算方法。首先,通过实验验证了高频的振动冲击对毛刺高度的影响规律,建立了机器人旋转超声钻削铝合金叠层构件的钻削力经验公式。然后,结合经典薄板弯曲理论和能量法,分析了超声振动及钻削位置刚性对机器人钻削铝合金叠层板毛刺形成的影响机制。实验结果显示:所提计算方法的相对误差在13%以内,具有较高的精度。

机器人旋转超声铣削铝合金实验研究

针对机器人铣削过程中因刚度不足导致的铣削力过大,进而引起机器人加工精度低的问题,该文提出了一种基于旋转超声的机器人铣削加工方法。基于KUKA工业机器人开展机器人旋转超声铣削和普通铣削对比实验,探究旋转超声加工与工业机器人结合的可行性。分析了超声振动对铣削力、颤振和表面精度的影响规律。实验结果表明,超声振动可使铣削力降低22%,且颤振振幅降低25%以上,同时高频的振动冲击可有效抑制颤振,改善表面质量。

振动横挡阻隔式旋耕防粘结刀辊设计与试验

针对长江中下游水旱轮作区旋耕刀辊作业时土壤黏附严重,导致作业质量差、效率低的问题,该研究设计了一种能够实现刀辊内部固有部件防粘结与横挡部件脱附的振动横挡阻隔式旋耕防粘结刀辊。对振动横挡作用下土壤受力状态及激振装置结构进行分析,确定激振装置结构参数范围;通过对防粘结刀辊结构与旋耕刀抛土运动学与动力学分析,确定刀辊结构参数,得到土壤-旋耕刀分离运动学要求,明确影响刀辊脱附性能关键因素为旋耕切土节距、刀辊转速、横挡回转半径。结合离散元仿真,以单位时间内横挡与土壤颗粒的接触次数为评价指标进行Box-Behnken试验,确定最优参数组合为旋耕切土节距6.3 cm,刀辊转速260 r/min,横挡回转半径140 mm,此时单位时间内横挡与土壤颗粒的接触次数为127.89。在最优参数组合条件下对激振装置进行优化设计,通过MATLAB分析横挡在激振装置驱动下的运动特性确定激振装置结构参数。在最优参数组合下进行田间试验,试验结果表明:该刀辊适用于小麦机械化种床整备作业,所设计旋耕防粘结刀辊土壤黏附量远小于常用旋耕刀辊,耕深稳定性系数、厢面平整度、碎土率、土壤黏附量、轴向分布均匀度和秸秆埋覆率的均值分别为92.02%、15.21 mm、81.81%、2.63 kg、10.99%和92.27%,满足国家标准与农艺要求。研究结果可为长江中下游水旱轮作区旋耕机减黏脱附设计提供理论基础与技术支持。

纵扭共振旋转超声加工系统设计

针对目前纵扭共振超声加工系统中存在的振动方向单一、加工难度大等问题,该文设计一种新型螺旋槽式纵扭超声加工系统,通过数值计算法对纵扭超声加工刀柄进行了结构设计,运用有限元软件Workbench分析结构参数对超声振动系统谐振频率的影响规律,并在此基础上对纵扭超声加工系统进行瞬态分析。仿真结果表明,该旋转超声加工系统能够实现纵扭超声振动,且谐振频率与设计值误差为1.675%,振幅可达到预期要求。最后对该纵扭超声系统进行振幅测试,实验结果表明,纵振振幅为9.3μm,扭振振幅为4.5μm,验证了该文设计方法的合理性和正确性。

基于离散元的稻板田旋耕功耗预测模型研究

针对旋埋刀辊在对长江中下游稻板田耕作时存在的高功耗问题,基于离散元方法构建稻板田旋耕功耗预测模型,以辅助旋埋刀辊功耗检测。连续3年对稻板田土壤含水率的进行监测,发现土壤含水率与其塑限接近,说明稻板田土壤塑性较差,结合土壤受载后的形变及破坏特点,最终选定HertzMindlin with Bonding颗粒接触模型表征稻板田土壤的粘结和破坏情况。根据旋耕作业形式的特殊性和旋埋刀辊的结构特点,沿幅宽方向缩小旋埋刀辊的尺度,在旋耕测试平台的辅助下,完成标定参照试验。利用离散元软件建立旋耕作业模型,进行等步长爬坡试验,通过步阶次序建立接触参数与功耗指标之间的函数关系,代入标定参照试验功耗值,最终确定稻板田旋耕功耗预测模型的接触参数取值,完成模型的构建。为进一步验证该模型的适用性,在不同作业工况下对通用刀辊和旋埋刀辊进行误差对比试验,结果显示,预测误差范围为3.63%~9.48%,均值为6.65%,结合方差分析说明,稻板田旋耕功耗预测模型适用于不同旋耕刀辊及工况下的功耗预测。还原刀辊真实尺度的田间试验功耗预测误差范围为2.50%~12.81%,均值为7.28%,刀辊结构在缩放过程误差变化较小,说明模型能够准确反映旋埋刀辊在稻板田作业的功耗情况。