小区播种机供种装置的技术研究现状及展望

供种装置是小区播种机的关键装置之一。为此,简述了国内外小区播种机配套的主要供种装置与技术研究现状。从供种装置的主要结构形式和供种方式出发,阐述了现有单漏斗式、中央锥斗式、弹匣式和新型弹匣式供种装置的工作原理、结构组成和前沿技术研究进展。同时,分析了当前国内外供种装置的研发现状,列举国内外具有代表性的小区播种机供种装置的研究成果,并结合国内供种装置发展现状展望了国内小区播种机配套供种装置的未来发展方向,为企业及研究人员了解国内小区播种机供种装置的技术研究现状提供一定的参考。

水力循环高架设施栽培装置优化设计及试验分析

高架设施栽培模式提升了温室作物的产量和质量。为此,针对固定式高架设施遮荫问题,通过测定30°、40°、50°、60°等不同角度栽培装置的光照遮阴变化情况,确定了基于光照因素的最优高架栽培架式角度为50°。为了解决固定式高架设施角度过大、底层作物光照不足等问题,利用温室控温管路系统中水的压力,创新设计了一种以水轮机为动力的自动循环高架装置,分析了结构组成及工作原理,采用SolidWorks软件设计了三维模型。同时,通过Fluent模拟分析不同型号叶轮作用下的水力压力和速度变化,确定了双列直线型六叶轮为最优叶轮选型。装置是以水力产生动力使栽培槽围绕支架匀速转动,为高架设施架式设计提供一种新思路,在创造良好光照条件的同时减少能源的消耗,具有较高的经济效益,在实际生产中具有一定的推广应用价值。

基于CFD的玉米田间吊喷装置仿真设计与试验

为了改善玉米作物生长至中后期时中下层叶片雾滴沉积效果差,不同冠层雾滴分布不均导致植株叶片整体雾滴覆盖率低,喷施农药方式不佳造成药害和环境污染的问题,设计了一种玉米田间吊喷装置。利用数学理论几何关系结合Fluent软件确定了关键参数,即吊杆长度为1950 mm、侧下喷头距吊杆底端高度为50 mm、侧上喷头距植株顶端高度为50 mm、侧下喷头与水平方向上夹角为38.8°、侧上喷头与水平方向上夹角为43.7°。利用Design-Expert软件以吊杆侧上喷口处压强、吊杆侧下喷口处压强、机具行进速度为试验因素,以叶片平均雾滴覆盖率Y为试验指标设计三因素三水平正交试验,经方差分析后得到影响雾滴覆盖率大小因素主次顺序:行进速度>侧下压强>侧上压强。经田间试验后得到最终组合参数为机具行进速度0.8 m/s,侧上压强0.7 MPa,侧下压强0.5 MPa,雾滴覆盖率为26.54%,上、中、下层叶片雾滴覆盖率分别为28.32%、23.54%、27.75%,模型仿真与田间试验相对误差为5.05%。研究结果可为玉米植保机械的研发提供参考。

3D打印个性化正畸装置对单根牙垂直移动的三维有限元分析

背景:基于牙齿垂直移动原理,通过数字化设计结合3D打印制作个性化正畸装置,可使个性化正畸装置与单个切牙形成支抗系统。借助微种植体绝对支抗作用可对单根牙在三维方向上进行精准控制。目的:基于生物力学原理设计了牙位11、12、21、22压低移动与伸长移动的个性化正畸装置,通过三维有限元法分析个性化正畸装置的安全性与其对牙齿的移动作用。方法:应用Mimics、Geomagic Wrap、SolidWorks和Ansys Workbench软件分别建立了上颌前牙区(牙位11、12、21、22)牙槽骨-牙周膜-上颌切牙-个性化悬臂微种植体-连接板-个性化托槽的三维有限元模型,每个牙位分别设置个性化压低移动与伸长移动正畸装置,加载300 g拉力或推力,分析个性化正畸装置各部件应力水平,计算牙齿位移与牙周膜应力分布情况。结果与结论:①个性化压低移动正畸装置受到的最大等效应力为162.90 MPa,个性化伸长移动正畸装置受到的最大等效应力239.57 MPa,二者的最大等效应力均位于个性化托槽加力附件的垂直部分,个性化正畸装置各部件所受等效应力均在屈服强度内,均具有良好的安全性;②在个性化正畸装置作用下,牙齿初始位移呈现整体压低或伸长移动的趋势,垂直方向上的位移远远超过在水平方向和矢状方向上的位移;牙周膜根尖或颈部位置出现等效应力峰值,在根尖区牙周膜出现等效应力集中区域;③结果显示,个性化正畸装置可以使牙位11、12、21、22近似达到压低移动或伸长移动的目的,初步证实了个性化垂直移动正畸装置的有效性。

基于仿生机构学落地红枣聚拢装置的设计与试验

针对南疆地区目前落地红枣无法聚集、人工捡拾效率低、机械化程度不高等问题,在分析枣树种植模式及红枣物料特性的基础上,采用仿人手臂聚集红枣的方法设计了一种快速聚拢装置,并确定了各零部件的结构参数。利用三维建模软件SolidWorks与运动学仿真软件ADAMS,对聚拢装置进行了建模与运动学仿真,结果表明:红枣在聚集过程中,接触的速度都是从小到大再到小,没有急剧的突变现象,对红枣的损害程度较小,符合设计工作要求。以红枣聚集率为响应指标,以前进速度、曲柄转速、滚筒转速为影响因素,设计了正交组合试验,建立了各因素对聚集率指标二次多项式回归模型,并分析了各因素对聚集率的影响规律。通过多重响应方法中的主目标函数法对其参数进行了优化,获得了影响红枣聚集率的最佳参数,即前进速度为0.37 m/s、曲柄转速为58 r/min、滚筒转速为32 r/min,此时红枣聚集率为88.65%。研究结果可为后续落地红枣聚拢装置的改进和研发提供参考。

人体的呼吸实验改进装置

本实验装置适用于教科版科学四年级上册第二单元“呼吸与消化”的第1课《感受我们的呼吸》,也能为后续《呼吸与健康生活》《测量肺活量》两课的教学打下基础。本课立足于学生对呼吸系统的原有认识,引导他们带着“人体为什么时刻在呼吸”的问题感受呼吸,体验并观察呼吸过程中人体的一些变化,从而了解参与呼吸的人体器官有哪些,并能描述人体用于呼吸的器官,列举保护这些器官的方法。

周边孔聚能装置间隔装药在光面爆破中的应用研究

隧道光面爆破工程的周边孔需要采用间隔装药方式,而大部分间隔装药方式采用“导爆索+雷管”联合起爆技术,此技术具有一定的局限性且经常发生拒爆现象。如何在保证隧道掘进效率的前提下提高光面爆破效果成为目前亟待解决的难题,从现场试验方面开展相关研究,提出“聚能装置+数码电子雷管”新型联合起爆技术,将其应用于高原某隧道,通过与原始的“导爆索+数码电子雷管”联合起爆技术的爆破后效果进行对比分析。实验结果表明:对比原始技术,新技术炸药单耗降低了0.2 kg/m^(3),半孔留痕率提高了5%,平均装药时间由原来的1.3 h降为1.0 h,稳定循环进尺的同时极大降低了耗材费用,提高了隧道光面爆破效果。

基于装置运行平稳性的石油化工安全管理策略研究

为了找出并评价石化装置支配性风险因素,实现安全生产风险源头控制和管理,满足石化装置安全生产风险控制的高效性要求,通过建立石化装置事故风险影响模型,运用决策试验与评估实验室方法(DEMATEL)从“现代事故因果连锁理论”视角分析发现人、机(物)等风险因素都受管理因素支配。进而,基于工艺稳定性、工艺稳定性修正、非计划停工3个指标建立石化装置平稳性模型,对装置运行平稳率进行追踪统计,并通过实例对该模型进行了分析和验证。结果表明:该石化装置运行平稳性模型可以量化追踪事故风险支配性因素的控制效果,可展示石化装置不同阶段下的风险特点,可作为装置事故风险预警指标和安全管理绩效指标,可提高装置的安全管理水平。

山地蕉无人机自主吊运装置研制

针对目前山地蕉采后运送作业主要依靠人工背运,存在劳动强度大、人力成本高、果实容易损伤以及易发生安全事故等问题,该研究设计了一种山地蕉无人机自主吊运装置,能够实现无人机山地蕉吊运过程中对果轴的自主抓取和卸载,减少人工参与,保障作业人员安全。基于测定的山地蕉蕉穗形态特征参数设计抓取机构、吊具、导向机构以及连接件等,并通过SOLIDWORKS软件建立装置的三维模型,同时搭建了上下位机通讯系统。基于ANSYS Workbench软件的显式动力学分析(explicit dynamics)、静磁分析(magnetostatic)对吊运装置的关键零部件进行仿真和理论计算,确定满足使用要求的电磁铁与舵机型号及参数。室内试验表明,装置的果轴平均抓取成功率为92.59%,果轴平均卸载成功率为96%,平均吊运成功率为88.89%,抓取与卸载的平均耗时分别为63.8和20.8 s/次。无人机搭载吊运装置进行田间试验,平均吊运成功率为83.33%,抓取与卸载平均总耗时90.8 s/次,平均吊运速度0.99 m/s,是人工背运速度(0.17~0.33 m/s)的3倍以上,且由于蕉穗悬空在吊运装置下方不与其他物体接触从而不会对果指造成损伤,满足无人机自主吊运山地蕉的作业需求。研究结果可为快速、低损、安全的无人机山地蕉吊运装置设计提供参考,促进香蕉产业的高质量发展。

新型棘突间撑开融合装置BacFuse修复腰椎退行性病的生物力学特征

背景:近年来,棘突间撑开融合装置BacFuse应用于腰椎退行性疾病的治疗并取得了良好的临床疗效,但目前其相关的生物力学特征暂无相关报道。目的:探索棘突间撑开融合装置BacFuse在腰椎退行性疾病中应用的生物力学特征。方法:构建山羊离体脊柱模型(L_(1)-L6),模拟手术分为4组,分别为对照组、BacFuse固定组(L_(3/4))、钉棒固定组(L_(3/4))及Topping-off组(L_(3/4)钉棒固定+L_(2/3)BacFuse固定)。搭建山羊腰椎手术模型力学测试系统,采用生物力学机器进行力学加载,模拟腰椎在前屈、后伸、侧屈及旋转时的运动模式(4 Nm的力矩),采用视觉追踪系统进行定位捕捉,并完成力学及光学校准,通过计算得出L_(2/3)、L_(3/4)、L_(4/5)节段的活动度。结果与结论:①相对于对照组,BacFuse组L_(3/4)固定节段在前屈、后伸、侧屈与旋转方向上活动度分别减少27.27%,70%,38.1%及23.08%(P<0.05);钉棒固定组L_(3/4)固定节段在前屈、后伸、侧屈与旋转方向上活动度分别减少72.73%,80%,71.43%及73.08%(P<0.05)。②相对于对照组,BacFuse组邻近节段L_(2/3)在后伸、侧屈及旋转方向上分别增加33.33%,25%及23.81%(P<0.05),前屈活动未见明显变化;钉棒固定组的邻近节段L_(2/3)在前屈、后伸、侧屈与旋转方向上的活动度分别增加50%,44.44%,50%及58.96%(P<0.05);③相对于对照组,BacFuse组邻近节段L_(4/5)在后伸、旋转方向上分别增加27.3%,17.39%(P<0.05),前屈、侧屈活动未见明显变化;钉棒固定组的邻近节段L_(4/5)在前屈、后伸、旋转方向上的活动度分别增加38.89%,22.73%及26.09%(P<0.05),侧屈活动未见明显变化;④与钉棒固定组相比,Topping-off组L_(2/3)椎间活动度在前屈、后伸、侧屈、旋转分别减少37.04%,73.08%,56.67%及38.46%(P<0.05);与钉棒固定组相比,Topping-off组L_(4/5)节段椎间活动度在前屈方向上减少20%(P<0.05),后伸、侧屈及旋转未见明显区别;⑤提示BacFuse能够显著减少置入节段的活动度,提供一定的稳定性;相对于钉棒固定,仍然保留有较多的活动度,可减少对邻近节段的影响,同时可用于钉棒固定的Topping-off技术,显著减少了邻近节段的活动度,降低邻近节段退变的风险。

排岩机履带行走装置接地比压分布规律研究

针对目前接地比压分布不均匀问题,本文以排岩机为例,建立了履带行走装置接地比压计算数学模型。基于Solidworks、MATLAB软件,对排岩机重心空间坐标值与其受料臂旋转角度、排料臂上仰角度及车体回转支承旋转角度进行了拟合。进一步通过ANSYS Workbench仿真软件,证明了所建接地比压计算模型的正确性。研究分析了接地比压随受料臂旋转角度、排料臂上仰角度、排岩机车体回转支承旋转角度的变化趋势。这里研究成果可为各种履带行走设备整机的设计及其工作地基的处理提供一定的参考。

甘蔗横向种植机补种装置辊耙结构仿真分析

针对甘蔗横向种植机在种植过程中出现的漏播问题进行了研究,设计了一套补种装置。通过ADAMS软件对装置中的补种辊耙进行顺逆时针等两种运动形式的虚拟仿真分析,分别得出齿式、整叶式与窝轮式等3种辊耙结构所受的力和扭矩等因素。仿真结果表明:在相同条件下,补种辊耙的逆时针转动方式更优于顺时针转动方式;窝轮式补种装置进行逆时针运动时,其力约为10N,力矩约为2N·m。由于窝轮式补种装置的力、力矩小于齿式补种装置与整叶式补种装置,因此其结构最优,补种性能最好。研究结果可为后续甘蔗横向种植机精准种植的研究与开发提供了一定的理论依据。

新能源汽车电池用散热装置创新设计

本文设计了新能源汽车电池用散热装置,包括安装板,安装板上开设有若干散热孔,对应各所述散热孔设置有散热扇安装座,散热扇对应于散热孔安装在散热安装座上;散热安装座包含两组对称设置在散热孔两侧的插拔基座,两组插板基座之间形成插拔槽,散热扇的两个对立侧壁分别沿平行于安装板板面的方向活动插拔设置在两个所述插拔基座上,插拔基座上包含有快拆结构,快拆结构限位散热扇在插拔滑动方向上的位移,便于散热装置的拆卸,提高了维修的效率。

空间植物栽培装置方案与验证

为满足空间植物培养的需求,基于空间微重力环境和平台资源约束,开展了根部水分和养分控制、栽培室大气环境控制、光环境控制等方面的空间植物栽培装置方案研究。研制了具有水分/养分供应、大气环境控制、光源、测量与控制、栽培室和根盘等6个功能模块的空间植物栽培装置。开展了装置的集成与调试,对装置各功能模块设计合理性进行验证。最后利用组合体试验平台,进行装置各功能模块集成性能验证、植物功能评价验证(生物学特性、物质和能量交换、营养品质和生物安全性等)及植物栽培流程验证(流程合理性、资源需求及保障、与环境之间的相互影响)。验证结果表明:水分供应、养分供应、大气环境控制、植物光照控制和参数测量控制等性能良好,能够满足植物培养对各类生长环境条件的需求;生菜生长旺盛,生产效率101.31 g(鲜质量)·(kWh)^(-1)·d^(-1)·m^(-2),光能利用率0.31 g(干质量)·mol^(-1)光子,富含各种营养,食用安全。装置方案和植物栽培流程合理可行,性能良好,具有较高的植物生产能力。研究结果为后续开展空间植物栽培装置研制奠定了技术基础。

国内首套ORP除烯烃装置的工艺及应用研究

美国UOP公司新研制的ORP除烯烃装置首次在中国石油广东石化公司260万t/a芳烃联合装置进行了工业应用。该装置用于脱除重整上游重整生成油中的烯烃,在45~110℃工作温度､2.1 MPa操作压力､5.0质量空速条件下,可满足下游吸附分离单元对进料中溴指数低于20×10^(-6)的进料要求。通过与传统的酸性白土吸附工艺的对比,分析其工艺､操作､参数和配备设施等情况,研究表明,该ORP除烯烃装置具有低生产成本､催化剂可在线再生､大幅降低固废产生､可根据不同生产状况及时进行调整等优点。

车端侧滚减振装置对高速双层动车组动力学性能的影响分析

双层动车组设置较大的二系横向阻尼来抑制一次蛇行引起的共振,而较大的二系横向阻尼会使车辆的横向平稳性变差。针对某型高速双层动车组横向平稳性差的问题,基于车端侧滚减振装置的工作原理建立了车端侧滚减振装置在车体滚摆和摇头运动状态下的数学模型,并将AMEsim软件中建立的减振器仿真模型与台架试验进行验证。最后通过建立车端侧滚减振装置与被试车辆的联合仿真模型,在不改变车辆现有悬挂参数的基础上对车端侧滚减振装置的关键参数进行优化选取。仿真结果表明,车端侧滚减振装置可以在不影响车辆垂向平稳性、保证曲线运行安全性的前提下有效改善双层动车组的横向平稳性。

结构力学位移法实验教学装置开发及教学实践

位移法基本原理是结构力学课程的难点和重点内容,该方法构建的基本系高度抽象,学生在学习过程中普遍感到难。将理论教学与实验教学相结合,开发了位移法基本原理的教学演示装置和实验装置。将基本系中无中生有的“刚臂”以实体部件的形式展现出来,再现“刚臂”的“放松”和“锁住”效果。从演示装置的定性分析和实验装置的定量分析2个角度阐述位移法基本原理,通过这2个装置再现位移法中原结构和基本系的变形过程。学生可以看到“结构”,看到“结构变形”,看到“基本系”及其在外荷载和结点位移单独作用下的2个状态,将抽象的位移法基本系形象化、直观化,加深了学生对位移法基本原理的理解。

钵苗移栽机取苗装置的设计与试验

设计了一种钵苗移栽机取苗装置,并对夹苗和松苗两种状态下的末端执行器进行运动仿真,从而选择合适行程的气缸或推杆作为原动件。选用凸轮机构用于顶苗,根据凸轮各阶段工作规律设计出合理的轮廓线,利用仿真验证出满足设计要求。试验结果表明:设计的取苗装置未取出率平均值为8.22%,取苗成功率平均值为91.78%,达到了设计目标。

旋转剪切式青花椒采摘装置设计与试验

针对基于“下桩”采摘方法的青花椒采摘设备存在喂入困难、易堵塞而造成采摘效率低的问题,该研究设计了一种旋转剪切式青花椒采摘装置。首先基于花椒枝物理、力学特性确定旋转剪切式青花椒采摘过程包括花椒枝旋转驱动、花椒枝导向喂入和剪切采摘,剪切采摘功能由往复式切割器实现。并设计双动刀往复式切割器及其传动机构,确定了剪切采摘装置的结构和运动参数。进一步地,运用ANSYS/LS-DYNA构建花椒枝剪切仿真模型,确定最优齿形参数为:刀齿切割角20°,刀齿刃角50°,刀齿厚度2.5 mm,该条件下峰值切割力为3.739 N。最后通过单因素试验确定了花椒枝喂入角度、花椒枝喂入速度、花椒枝旋转速度的取值范围分别为40°~60°、20~40 mm/s、20~40 r/min;并采用BoxBehnken设计法制定三因素二次回归正交组合试验方案,运用Design-Expert 12对试验结果进行方差分析和响应面分析,得到旋转剪切式青花椒采摘装置的最优工作参数为:花椒枝喂入角度55°,花椒枝喂入速度33.21 mm/s,花椒枝旋转速度30 r/min;通过试验验证得出在最优工作参数下,单人单枝喂入时青花椒平均采摘效率为10.95 kg/h,平均采净率为95.57%,平均伤果率为12.87%。研究结果可为青花椒采摘机的研发提供技术参考。

丘陵山区轻筒型油菜种-肥同播同施集排装置设计与试验

针对丘陵山区等小田块油菜种植区域缺乏轻简集成的油菜播种机排种与排肥装置问题,设计了一种油菜种-肥同播同施集排装置。阐明了集排装置工作过程,确定了排种滚筒与排肥滚筒主要结构参数,分析了肥层控制板位置对排种量与排肥量匹配性的影响。应用EDEM仿真开展了油菜种-肥同播同施集排装置排种与排肥性能试验,建立了肥层控制板位置与排肥量的关系模型,试验结果表明:集成式种肥滚筒转速为20~50 r/min时,集成式种肥滚筒转速与排种速率、排肥速率均为线性关系,肥层控制板与竖直方向间夹角在22°~38°内增大时,排肥速率在1709.63~2484.31 g/min内逐渐增加;应用DEM-CFD耦合仿真分析了辅助输送气流对导种管内种子速度和受力的影响,结果表明:导种管与竖直面间倾斜角为10°~70°时,采用辅助输送气流可实现种子加速经导种管排出,避免种子滞留。台架验证试验结果表明:集成式种肥滚筒转速为20~50 r/min时,总排种量稳定性变异系数不高于0.92%、各行排种量一致性变异系数不高于3.64%、种子破损率不高于0.04%、总排肥量稳定性变异系数不高于1.21%、各行排肥量一致性变异系数不高于4.41%,可实现油菜排量一定时,通过调节肥层控制板与竖直方向间夹角,满足不同排肥量需求。田间试验结果表明:油菜各行株数一致性变异系数为9.25%、总株数稳定性变异系数为7.16%,满足油菜精量播种要求。