丘陵山地甘薯膜上仿形扦插移栽机研制

针对北方丘陵山地甘薯膜上移栽机械缺乏这一产业难题,该研究基于甘薯覆膜栽培“浅栽、多埋节”农艺需求,以理论扦插角度、栽植深度、膜下薯苗长度、穴口长度的最优综合得分为目标,对薯苗栽植单元取植动作时空配合参数和工作参数进行分析,并设计了丘陵山地仿形扦插甘薯移栽机,进行了室内外试验。室内取苗试验结果表明,在40~50 r/min植苗速度下,栽植单元对黄淮海地区常用薯苗品种取苗效果较好,取苗率在99%以上,满足田间作业需求。以作业速度、薯苗基部形态、薯苗伸出夹苗刷长度为影响因素,以膜下薯苗长度、栽深合格率和漏苗率为考核指标,进行田间移栽正交试验。结果表明,影响薯苗栽植指标综合评分的主次因素为薯苗伸出夹苗刷长度、薯苗基部特征、作业速度,最优参数组合为作业速度0.5 km/h、薯苗基部形态优、薯苗伸出长度60 mm。验证试验结果表明,最优参数组合下,平均薯苗扦插深度为73.6 mm,膜下薯苗平均长度为205.4 mm,平均穴口长度为76.5 mm,薯苗栽植后与地面平均夹角为53.8°,扦插株距变异系数为8.9%,栽深合格率为93.7%,漏苗率为3.5%,扦插效果良好,满足北方膜上船底形插的农艺需求。研究结果对开发适合北方丘陵山地甘薯膜上扦插的实用机具以及甘薯产业的可持续发展具有重要意义。

果园植保仿形喷雾技术研究现状与展望

果园植保作业机械化、智能化发展有力助推了果园经济效益的提升。其中,以树冠仿形喷雾为代表的果园精准植保技术,能够提高药液喷施精度与果树受药效果,实现减药增效,相关技术装备研发已成为当前热点。首先,对目前国内外冠层仿形机构展开综述,分别介绍并对比分析了倒U型、变喷杆与双摇臂式仿形机构的工作原理和特点;其次,介绍了采用上述仿形机构研制出的智能化植保作业机具;最后,指出制约当前智能化植保机械技术发展的关键问题,并对进一步推进研发、应用进程提出建议。

水平旋转搂草机设计与试验

针对搂草机对不同作业功能需求和在坑凹地面作业适应性较差问题,设计了一种具有搂草、搬运、扩散、反转4种作业功能和坑凹地面仿形的水平旋转搂草机,并利用ADAMS软件对搂草装置进行运动分析。结果表明:机具前进速度为14.4 km/h时不产生漏搂区域且产生的重复搂区域较少。苜蓿地田间试验显示,设计的搂草机作业效果稳定,漏搂率为0.71%,平均花叶损失率为-4.872%,满足作业要求。可为搂草机设计和部件功能分析提供参考。

小麦播种机开沟器双向平行四杆仿形机构的设计及运动仿真

寒地冬小麦一般在秋季作物的垄沟两侧进行播种,为了保证冬小麦开沟器不到垄台上伤害正在生长的农作物,该文设计了双向仿形平行四杆机构。该文对仿形机构进行受力分析,确定了影响仿形性能的各参数;根据初始工作角和最大下仿形量,设计出仿形杆的长度为386.37mm,最大上仿形量为98.35mm;在左右达到最大仿形量时,确定左右仿形角为15°。最后应用CATIA软件进行运动仿真分析,通过运动仿真表明,仿形机构可实现上下、左右仿形,上下仿形量可达到170mm,左右仿形量可达到100mm,满足理论设计的双向仿形量。该机构为研制冬小麦免耕播种机提供了依据。

农用仿形履带式动力底盘设计与试验

设计了一种具有仿形功能的农用动力底盘。该底盘由机架、悬架系统、导向轮、驱动轮、支重轮、传动装置、履带及控制系统等组成。每个减振装置上装有螺旋弹簧液压减振器,其摆臂能够随地面不平度的变化以及底盘承重情况,在车架一侧纵向平面内摆动,悬架系统具有变刚度的特性。1∶4模型底盘试验表明,其满载最大爬坡度约为60%,最高作业速度可达3 km/h,在非道路场所行驶时具有良好的地面仿形、平顺性和通过性。

夹指链式残膜回收装置仿形及收膜机构的改进设计与试验

针对现有夹指链式残膜回收装置收膜作业地面仿形性差、作业性能不稳定的问题,设计了一种单铰接仿形及收膜机构,该机构主要由仿形机构和收膜机构两部分组成,整个收膜装置由多个单铰接仿形及收膜机构并排组成,每个单铰接仿形及收膜机构作业时可以单独仿形。仿形机构主要由仿形架、切膜圆盘、仿形轮、压紧机构和刮土板组成,切膜圆盘固连在仿形轮一侧,将地表残膜切成带状的同时对地表进行仿形,压紧弹簧产生的预压力使仿形机构始终紧贴地表仿形,通过对仿形机构的设计,确定了其结构尺寸参数,并对该装置的上仿形运动和下仿形运动进行了分析与讨论。田间试验表明,在机具作业5.5 km/h、切膜圆盘直径为280 mm、仿形轮直径为220 mm时,残膜回收率达93.1%,能够满足残膜回收技术要求,研究成果有利于解决残膜污染问题。

基于变量喷雾的果园自动仿形喷雾机的设计与试验

为提高果园喷雾机自动化与精准喷雾作业性能,设计了一种基于变风量与变喷雾量的果园自动仿形喷雾机,喷雾系统以冠层分割模型作为变量处方,采用扫描精度高的激光传感器作为探测源,以电磁阀和无刷直流风机为执行元件,通过探测果树冠层体积调节电机和电磁阀的脉宽调制(pulse width modulation,PWM)信号以实时调节风机转速和喷头流量。设计了可独立调节风量和喷雾量的雾化单元,通过各个独立风机产生的高速气流协助雾滴穿透冠层;喷雾机最大作业高度4.2 m。田间试验结果表明,在行株距为5 m×2 m的单株苹果树左右两侧平均沉积量分别为1.92和1.37 u L/cm2,最少雾滴数为46.2个/cm2,大于常用方法对风送喷雾中雾滴喷幅界定的20个/cm2;树冠轮廓与沉积量和风速变化拟合结果显示,设计的喷雾机能够根据树冠信息实现仿形变量施药。该研究为果树病虫害防治提供新方法与新装备,为精准植保机具的结构设计和性能优化提供理论与方法参考。

对称圆弧修正齿型涡旋压缩机排气孔的开设分析

提出了对称圆弧修正齿型涡旋压缩机排气孔的选取原则及计算方法 ,通过计算得到了圆形和腰形排气孔动态排气面积的变化规律及其与修正角的关系 .考虑排气孔在实际排气过程中的节流作用 ,用模型对排气过程进行了计算机模拟 ,得到了排气腔实际压力的变化规律 .在深入分析实际排气过程特点的基础上 ,得到了圆形排气孔与腰形排气孔的排气损失。

涡旋齿端不等β角圆弧类型线修正研究

对不等β角圆弧类涡旋齿端的修正方法进行了深入研究，总结并阐述了这类修正方法的齿端生成理论及其工作特点，详细给出了齿端几何参数的设计与计算方法．在分析啮合过程一般规律的基础上，采用控制容积法导出压缩腔的工作容积及切向、径向气体力作用面积在整个工作过程中随动盘转角变化的精确解析计算式。

水稻精量穴直播机仿形与滑板机构的优化设计与试验

基于农机与农艺相结合,该文主要对水稻精量穴直播机仿形与滑板机构进行了优化设计。水稻精量穴直播机采用乘坐式高速插秧机头为动力底盘,包括机架、开沟起垄装置、水平仿形装置、高程仿形装置、动力传动装置、播种装置和液压提升架。结合同步开沟起垄、播量和穴距可调、仿形作业、压茬(草)播种的农艺要求并针对实际大田生产试验中发现原水稻精量穴直播机存在的问题,如压茬效果较差、仿形系统不完善等,该文主要对高程仿形系统、水平仿形机构以及滑板角度等进行了优化设计,并对穴直播机的性能与可靠性进行了试验验证,结果表明:优化后水稻精量穴直播机的纯作业效率为0.67 hm^2/h,穴距合格率达100%,变异系数为2.5%,穴粒数合格率为95%,空穴率为0,各行排种量一致性变异系数为3.8%,总排量稳定性变异系数为1.5%,播种后田面左右高差小于3 cm;平均首次故障前作业量(MTTFF)为30.4 hm^2/m,有效度为98.2%,各项性能指标和可靠性指标均达到了相关国家标准,具有广阔的应用前景。

多齿涡旋机械啮合型线的构建理论

为了解决多涡旋齿涡旋机械的关键问题型线构建和型线修正,提出公转中心位置模型,确定两涡旋盘上多条涡旋齿的生成和运动啮合规律,建立任意齿数的多齿啮合型线构建的数学模型,给出常用曲线作为多齿啮合型线的条件,得到多齿啮合型线的构建准则,为直接构建满足正确啮合的新型多齿啮合型线奠定理论基础。以此为依据创建多齿的正多边形渐开线、组合型线和变壁厚型线等多种啮合型线,创建多齿的圆弧修正、圆渐开线修正和组合修正等多种型线修正方法;建立起包含单齿型线在内的多齿啮合型线理论体系。

残膜回收机单组仿形搂膜机构的设计与试验

搂膜作业是新疆目前残膜回收的主要工作方式,在残膜回收机回收工作过程中,因棉地环境复杂,现有残膜回收机整体仿形搂膜效果差,使得搂膜弹齿无法对起伏程度不同的棉地同时进行单组仿形搂膜,造成残膜回收率低等问题,针对此问题,该文提出了一种单组仿形搂膜机构。通过对该机构进行理论设计,利用搭建的土槽台架试验装置,以弹齿数量、试验车速度、弹齿直径为影响因素,搂膜率为评价指标,进行了二次旋转正交组合试验。通过Design-Expert 8.0.6数据分析软件,建立各影响因素与指标的数学回归模型,分析了显著因素与评价指标之间的关系,优化试验参数,确定最优参数组合:弹齿数量5个,弹齿直径12 mm,试验车速度1.85 m/s。根据该试验参数组合,进行台架试验验证,结果表明:优化参数组合下的搂膜率>88.5%,优化预测模型可靠。通过在新疆昌吉五家渠共青团农场对站立棉秸秆的田间进行搂膜试验,表明该搂膜机构能够满足残膜回收的技术要求,为单组仿形搂膜机具的设计提供了参考依据。

谐波小波及其时频剖面图在旋转机械诊断中的应用

分析了谐波小波的定义、特点 ,以及用谐波小波时频图、等高线图表示谐波小波分解结果的方法 .分析结果表明 ,这两种方法虽然可以直观表示信号的时频能量分布以及无噪声信号中的微弱奇异成分 ,但当信号中存在噪声时 ,用这些方法将难以检测信号的奇异性 ,因而它们在工程实际中几乎是没有用的 .提出了谐波小波时频剖面图 (Time FrequencyProfilePlot,即TFPP)方法 ,利用该方法可以检测含噪声信号的微弱奇异成分 .运用谐波小波时频剖面图方法分析了某炼油厂关键旋转机械的振动数据 ,综合快速傅里叶转换 ,有效地提取了信号的微弱奇异特征 ,并诊断了系统故障 .

切割厚度可调甜菜切顶机构的分析与参数优化

针对现有甜菜切顶机构在切顶过程中切割厚度不能随甜菜青顶大小自动调节问题,提出一种新的切顶机构。对其工作原理进行分析,建立其运动学模型,推导机构各关键点的(角)位移、(角)速度和(角)加速度方程。基于Visual Basic 6.0编写机构的运动学仿真与优化软件,利用该软件分析链轮传动比、齿轮节圆半径、摆臂长度、仿形轮半径等主要参数对切刀切顶轨迹和甜菜青顶切割厚度的影响,并通过人机交互优化方法得到一组较优的机构参数,其对应的切顶轨迹曲线能满足甜菜切顶的农艺要求。基于Matlab语言编程,采用遗传算法对仿形轮线速度和牵引速度进行了分析与优化,优化结果优于经验值。最后,根据优化所得机构参数建立了切顶机构三维模型,通过ADAMS虚拟样机进行试验验证,虚拟试验结果与理论分析结果一致。

双涡旋齿涡旋机械渐变壁厚型线的构建

为提高双涡旋齿涡旋机械的综合性能,通过对渐开线类和螺线类涡旋型线生成过程和啮合特性的分析,利用变径圆渐开线和代数螺线分别构建了能够实现正确啮合的渐变壁厚双涡旋齿,并给出其生成方法和型线方程。讨论了涡旋齿壁厚变化规律的影响因素,得到了渐变壁厚单涡旋齿和三涡旋齿。研究结果表明,中心齿头处齿壁较厚的渐变壁厚涡旋齿不但具有面积利用率高和内容积比高等优点,而且其壁厚的变化规律与工作腔内气体压力的变化规律一致,具有较好的热力性能,更适用于双涡旋齿涡旋机械。

基于遗传算法的叶型优化设计平台及应用

鉴于数值优化在叶轮机械设计中发挥越来越重要的作用,发展了一个基于遗传算法的叶轮机械叶片优化设计平台。利用该平台进行了两个算例的优化分析,某风扇动叶积叠线弯掠的优化和某单级涡轮动叶三维叶片厚度分布的优化,并将优化后的结果与原型进行了比较分析。结果表明:所发展的优化设计平台可用于叶片的三维优化,并能有效提高叶片性能,改善流动状况;单目标优化并不能保证在所有工况下都得到理想的性能;叶片的参数化描述对于优化具有重要的意义,它决定了最终优化结果的质量。

非圆锥齿轮球面齿廓数值计算方法

非圆锥齿轮传动是宽窄行分插机构实现空间插秧轨迹的重要组成部分,而满足不同机型的宽窄行分插机构需要设计不同参数的非圆锥齿轮。针对目前设计不同非圆锥齿轮需建立不同齿廓计算模型的问题,该文开展了基于样条曲线拟合封闭球面曲线的非圆锥齿轮大端齿廓数值计算方法研究,利用三次Nurbs曲线拟合方法建立了球面节曲线的统一表达式;根据齿形法线法和球面三角形性质建立了大端齿廓和齿根过渡曲线的数值计算模型,编写了基于Matlab的非圆锥齿轮大端齿廓计算程序;以一种步行式宽窄行分插机构的传动齿轮为例,当节点数取720时,齿槽齿厚差值可达到0.0037mm,可以满足加工要求;并在ADAMS软件中采用齿间加载接触力的方式得到了与理论计算结果相吻合的齿轮传动比,验证了该齿廓计算方法的正确性,从而实现了非圆锥齿轮的通用化设计,为行星轮系式的宽窄行分插机构、取苗机构、植苗机构等种植机械关键部件实现期望运动轨迹提供技术支持。

特大型铝型材挤压生产线中的后部出料系统

详细论述了特大型铝型材挤压生产线的后部出料系统中牵引机的原理与作用、固定锯切与移动锯切工艺的优点与实现方法、气水雾化联合淬火装置的优点与构成、横向传输设备的结构、拉伸矫直机与过桥的特点、成品锯切工艺的实现方法等。由于100MN油压双动铝型材挤压生产线后部出料系统多处采用了结构独特、自动化程度高的装置,减少了制品的摩擦,提高了制品质量和成品率,减少了在线操作工,使其成为具有国内外先进水平的后部出料系统。

气冷式罗茨真空泵转子的型线分析

从圆弧摆线型线的啮合理论出发,利用高等数学求出适合于气冷式罗茨真空泵转子的2叶宽头圆弧摆线型线、3叶和4叶圆弧摆线型线的参数方程。推导并计算出上述转子型线的容积利用系数λ;确定c(Rm/R)与容积利用系数λ的关系,绘制出上述型线的c(Rm/R)与容积利用系数λ的曲线图。根据曲线图和现代加工条件及成本综合考虑,确定3叶圆弧摆线型线为较优的型线。

开沟深度定压电液仿形控制系统设计与试验

为克服机械被动仿形中弹簧形变量变化导致开沟深度不一致的问题,该文采用主动仿形方法设计开沟深度定压电液仿形控制系统,该系统基于PLC控制单元,以压力传感器检测的开沟器入土压力与设定值的偏差作为控制信号,控制电液比例减压阀输出压力,保证开沟器入土压力恒定,主要由机械系统、液压系统、控制系统组成。基于理想土壤条件下一定开沟深度对应的仿形压力输出要求,确定了系统液压回路结构、液压元件型号与参数以及控制元件类型与参数、硬件连接方式等,并开发了相应的软件程序。分别建立电液比例减压阀、液压缸、平行四杆机构等系统组成环节的传递函数,得到系统闭环传递函数,利用MATLAB对系统进行稳定性判别与单位阶跃响应分析。仿真结果表明,控制系统运行稳定,超调量为5.02%,响应时间为0.25 s,稳态误差为0.79%。搭建液压试验台,采用液压缸模拟地表起伏状况进行仿形系统试验,结果表明,在20~200 N的开沟力、10~80 mm的开沟深度时,系统的平均响应时间为0.27~0.36 s,最大响应时间为0.4 s;平均稳态误差为1.4~1.8 N,最大稳态误差为2.7 N,标准偏差为0.78%~6.94%。试验值与仿真结果相比,平均响应时间高出4%~44%,最小标准偏差与稳态误差相差0.01%,验证了系统模型的可靠性与准确性。本文设计的控制系统降低了基于压力传感器的电液仿形控制系统的响应时间与稳态误差,可为电液仿形控制系统参数设定与理论分析提供借鉴。