基于轴孔间隙配合的机械结构不确定性关系分析

轴孔配合是机械产品基础的装配结构之一,配合间隙对产品的性能优劣和安全、有效运行起着决定性作用。以定位过程中轴孔间隙配合不确定性为研究目标,在分析影响定位过程中轴孔间隙配合不确定性影响因素的基础上,构建了轴孔加工不确定性信息熵模型,用来定量化描述轴孔间隙配合的不确定性;提出用轴孔间隙配合不确定性指标来综合表征轴孔间隙配合精度保持的不确定性;并分析不确定性指标与轴孔间隙配合精度保持可靠性的内在关系;通过实例验证了该方法的有效性和可行性。

基于协同进化多目标遗传算法的复式液压摆动缸结构设计

针对舰船操舵过程中舵叶与水动力之间存在强力位耦合的问题,本文设计出一种新型复式液压摆动缸转舵机构,该机构由内外两层转子组成,内层转子控制舵叶转角,外层转子进行力矩解耦。为减小复式液压摆动缸的质量和体积,本文提出一种基于协同进化的多目标遗传算法,算法包含两类种群,一类用于进化决策解,并评价罚因子,另一类用于调整罚因子,并指导第一类种群进化,两类种群通过信息交换,来指导自身的搜索,从而使整个系统协同进化,以此求解复式液压摆动缸各几何参数的数值,直至获得满意解。最后,将该算法得到的参数数据,在三维软件中完成建模,并利用有限元软件进行应力应变分析。结果表明,相较于传统遗传算法,协同进化多目标遗传算法得到的复式液压摆动缸的质量减少了约25.5%,其得到的几何参数数据更为合理。

温度对双圆弧斜齿齿轮泵性能的数值模拟研究

双圆弧斜齿齿轮泵在高速工况下,其内部流场温度升高现象明显,对齿轮泵的性能产生不利影响。为了探究温度对齿轮泵性能的影响,建立了双圆弧斜齿齿轮泵容积效率与温度的数学模型。利用动网格技术,通过PumpLinx设定不同入口温度,模拟不同工况下齿轮泵内部流场的变化情况。结果表明:入口油液的温度不同,其内部流场温度变化明显,入口温度越高,其温升现象越明显;温升严重区域为存在压差区域,且压差越大温升越明显;温度升高,内部流场空化现象明显减弱;相对于常温油液情况下,入口油液温度为60℃时,齿轮泵流量脉动和流量脉动率明显增大,泵的出口脉动率增加了4.74%,泵出口平均流量降低了1.52 L/min,泵的容积效率降低了3.04%,温度的升高对齿轮泵性能产生了不利影响,验证了温度与容积效率数学模型的正确性。

双孢菇柔性仿形采摘末端执行器设计与试验

为解决现有夹持式采摘机械手对双孢菇造成的机械损伤高、采摘损失大等问题,基于颗粒阻塞原理设计了一种双孢菇柔性仿形采摘末端执行器。首先根据双孢菇菇盖外形参数设计柔性仿形吸盘的结构,通过预试验分析末端执行器的关键参数;选定了吸盘材料和颗粒填充物的种类,通过有限元仿真验证柔性仿形吸盘的仿形能力和吸附效果,并得到柔性仿形吸盘最优的开口直径。为明确吸附负压、双孢菇直径、柔性膜厚度、颗粒直径等因素对吸附力的影响,对所试制的末端执行器进行了拉脱力试验,结果表明拉脱力与吸附负压、双孢菇直径、颗粒直径均呈线性关系,与柔性膜厚度呈非线性关系。当末端执行器中柔性膜厚度为9 mm、颗粒直径为20目的石英时仿形效果最好,并与标准真空吸盘开展了对比试验,试验结果表明同等吸附力柔性仿形吸盘所需负压更低。针对尺寸范围为25~50 mm的双孢菇进行了采摘试验,柔性仿形吸盘的采摘成功率为98.5%,并对采后双孢菇进行了损伤检测,柔性仿形吸盘的采摘损伤率为2.5%。结果表明,所设计的柔性仿形采摘末端执行器具备适应性强、抓取稳定、损伤率低等优点,能够满足双孢菇自动化采摘需求。

温差作用下钢化真空玻璃应变与支撑物状态分析

钢化真空玻璃在其两侧温度不同时会发生热变形,该变形可能会导致其发生破碎或是使支撑物的状态发生变化,进而改变钢化真空玻璃的受力情况,最终使其失效。通过理论分析,研究了钢化真空玻璃在温差环境中影响其变形的因素。使用ANSYS模拟钢化真空玻璃在温差环境中发生的变形,从仿真结果中可以看出,在较大温差作用下钢化真空玻璃的变形量不大于失效极限值。为了研究支撑物在钢化真空玻璃发生变形的情况下其状态是否满足其力学特性要求,取钢化真空玻璃样品对其进行冷热循环试验,并于实验结束后对样品中间部位和边缘部位的支撑物进行观察,从试验中可以看出,支撑物的形状及其轴向位移和横向位移均未发生明显变化,同时,支撑物与玻璃紧密接触位置没有对玻璃板造成明显的挤压变形,满足其力学特性要求。

机场附近隔音玻璃隔声性能对比测试研究

作为外立面建筑围护结构,玻璃外窗在建筑的隔声体系中起到了关键的作用。对于机场附近的建筑而言,普通玻璃通常难以抵挡飞机起降时所带来的噪音影响。本试验针对机场噪声特点,通过在超静音隔音试验箱中搭配不同的隔音玻璃在机场附近进行了隔声量测试研究。机场噪音监测结果表明,机场周围不同机型所造成的噪音变化量基本一致,且最大噪音量均在85~90 dB之间;通过对不同类型的隔声玻璃进行测试分析,得出相同质量下全钢化真空玻璃的隔声性能大于夹胶玻璃大于中空玻璃,是机场附近建筑玻璃的最优选择;对真空玻璃进行配置优化,通过对其复合阻尼层、中空层并优化玻璃板厚度排布方式,优选出钢化真空复合玻璃A-Mute1,且实测其平均隔声量可达50 dB以上,符合建筑标准的要求。

支撑物对全钢化真空玻璃的抗冲击性能模拟研究

全钢化真空玻璃因其具备优异的隔声、节能、安全性能而被人们广泛关注,但其抗冲击性能及其冲击失效形式有待人们进一步深入研究。通过ANSYS仿真平台建立落球冲击全钢化真空玻璃的显示动力学模型并进行冲击仿真,研究相同间距下不同支撑物类型和支撑物不同排布方式下落球冲击全钢化真空玻璃的抗冲击性能。结果表明采用环型支撑物的全钢化真空玻璃抗冲击性能最好,采用圆球型支撑物的全钢化真空玻璃抗冲击性能最差;支撑物呈正三角形排布的全钢化真空玻璃的抗冲击性能最好,支撑物呈正六边形排布的全钢化真空玻璃的抗冲击性能最差。

一体式蔬菜钵苗取苗爪夹持力检测传感器设计与试验

针对入钵夹取式全自动蔬菜钵苗移栽机取苗爪体积小,夹持力检测传感器结构与安装方式干涉取苗爪正常取投动作、影响自身精度与使用寿命等问题,本文选用聚二甲基硅氧烷(Polydimethylsiloxane,PDMS)薄膜作为传感器介电层,设计了一种内置式钵苗夹持力传感器,并通过嵌入方式实现取苗爪与传感器一体化设计。建立穴孔、钵体基质、取苗爪仿真模型,应用LS-PrePost软件对取苗过程进行耦合仿真,得到取苗爪与钵体基质接触部位最大受力区域,确定了取苗爪与传感器的结构与尺寸;设计夹持力信号检测系统,将硬件电路与采集软件结合,完成电容量-电压转换、信号放大、噪声滤除,实现夹持力信号的采集、处理、显示与保存等功能。为验证传感器性能,进行传感器标定试验与室内验证试验。标定试验表明,在不同振荡频率下,夹持力传感器平均灵敏度为0.3728 N/V,平均线性决定系数为0.9892,精度为7.548%,量程为7 N,满足移栽过程中夹持力检测的准确度要求;室内验证试验表明,夹持力检测传感器具有良好的稳定性与适应性,可用于移栽机取苗机构夹持实时精准检测。

超声滚挤压表面硬度预测模型研究

表面硬度是评价表面加工质量的一项重要指标,超声滚挤压强化加工技术对于表面强化具有十分显著的作用。以42CrMo轴承钢为对象,对超声滚挤压正交实验结果进行了极差分析,得到了工艺参数对表面硬度的作用显著性大小,运用k折交叉验证法,充分考虑模型的拟合能力和预测能力,分段对比分析了BP神经网络模型和逐步回归模型的可靠度和精确性。结果表明,逐步回归模型的验证误差分布范围和平均误差更小,具有更高的预测精度;最终所建的表面硬度预测模型整体及系数显著性强,能够应用于超声滚挤压加工表面质量的优化提高研究中。

淬火态42CrMo钢本构方程的建立及验证

为了建立适用于冷塑性加工力学性能研究的材料本构模型,提出了一种基于材料微观变形机制分析的本构模型建立及其验证方法。以高脆硬性的淬火态42CrMo钢为例,首先根据材料的化学成分和硬度,运用数值计算方法获取冷塑性变形流动应力数据,然后通过分析流动应力数据特点建立了Z-A (Zerilli-Armstron)修正本构方程,最后结合硬度压痕实验结果和有限元仿真对本构方程有效性进行了验证。结果表明,修正后的Z-A本构模型拟合效果好,相关度较高;硬度压痕实验结果与仿真结果整体误差较小,所建立的本构方程能够准确描述材料的力学行为,可以用于淬火态42CrMo钢冷塑性加工的力学特性研究中。

匹配和不匹配干扰共存时电液伺服系统预设性能渐近跟踪控制

针对电液伺服系统匹配和不匹配干扰共存的特点,兼顾瞬态性能和稳态性能需求,提出一种新型高精度跟踪控制策略。以阀控电液位置伺服系统为例,建立了包含匹配和不匹配干扰的系统非线性数学模型,定义预设性能函数规划控制误差,基于规划后的转换误差设计反步控制器,并融合采用干扰上界估计的连续渐近控制技术处理匹配和不匹配干扰,获得了可预设的瞬态性能和渐近稳态性能,通过Lyapunov分析证明了稳定性。两种位置指令跟踪试验的结果表明,相比PID控制和反馈线性化控制,初始阶段跟踪精度提高超22.9%,相比仅引入预设性能函数的控制器,稳态跟踪精度提高超42.9%。

齿顶间隙对双圆弧螺旋齿轮泵泄漏及空化特性的影响

为了研究在高速高压工况下双圆弧螺旋齿轮泵齿顶间隙对齿轮泵泄漏及空化特性的影响,建立了双圆弧螺旋齿轮泵最佳齿顶间隙数学模型,计算出最佳齿顶间隙。利用PumpLinx对考虑空化后不同齿顶间隙的齿轮泵内部流场进行数值模拟,结果表明:当齿顶间隙为0.02 mm,齿轮泵的流量脉动和压力脉动相对较小,流量输出品质好,与理论分析最佳齿顶间隙为0.0207 mm基本一致,验证了最佳齿顶间隙模型建立的正确性;齿顶间隙会影响齿轮泵内部流场的空化程度和泄漏量,齿轮泵内部的空化程度随着齿顶间隙的增大而减小,齿顶间隙处的泄漏会随齿顶间隙的增大而增大;齿轮泵齿顶间隙处的空化具有密封作用,可以减小齿顶间隙泄漏。研究结果对双圆弧螺旋齿轮泵结构优化及应用具有一定的参考价值。

吸气剂形状对钢化真空玻璃弯曲性能的影响及安全性评价

钢化真空玻璃作为一种新型安全玻璃,近年来被越来越多地应用在高层建筑的外墙、窗体等部位。抗弯强度作为钢化真空玻璃最重要的力学性质之一,更加备受关注。分别采用长条形吸气剂和圆片状吸气剂对2组钢化真空玻璃进行了四点弯曲试验,得到了2组试件的载荷-位移曲线图,分析了玻璃试样受弯破坏过程的3个阶段,得到了不同吸气剂形状对钢化真空玻璃弯曲性能的影响。试验结果表明,由于玻璃试样表面存在预压应力层,不同玻璃试样的破坏形态趋于一致,其中采用长条形吸气剂比采用圆片状吸气剂有更好的极限承载能力和挠度。同时提出了一种钢化真空玻璃安全性评价方法——安全因数,采用长条形吸气剂的钢化真空玻璃比采用圆片状吸气剂的安全因数提升6.7%,更具安全性和可靠性。这也为高层建筑采用钢化真空玻璃作为建筑材料提供了一个佐证理论。

水分胁迫对温室双孢菇动态发育品质及水分利用效率的影响

为研究基质水分胁迫对双孢菇全育期内菇形的动态发育、产菇品质的影响,确定温室双孢菇适宜、高效的施水方案,以"奥吉1号"品种为试验材料,于2020年8月进行双孢菇全育期基质水分胁迫试验。该试验设置正常T1(基质饱和持水率的80%~90%)、轻度水分胁迫T2(基质饱和持水率的70%~80%)、中度水分胁迫T3(基质饱和持水率的60%~70%)、重度水分胁迫T4(基质饱和持水率的50%~60%)4种水分处理方案,出菇期测定双孢菇发育动态、单菇品质、区域产菇品质、产量与水分利用效率(Water Use Efficiency,WUE)。结果表明:1)菇盖与菇柄的形态指标、出菇品质与基质含水量呈正相关,菇高受水分胁迫影响不明显。2)盖厚、茎粗、菇高的发育经历逐渐增长、快速增长和缓慢增长3个阶段。在T4水处理下菇厚、茎粗的最大值比T1水处理减少26.1%、24.9%,出菇时间延迟16.5 h(P<0.05)。随着水分胁迫的加剧,菇柄与菇盖的生长速率峰值逐步提前,迅速增长期延长。3)在T2水处理下,双孢菇WUE和产菇数最高,相比T1水处理提高2.3%和9.2%(P<0.05),出菇产量和优质菇率略低于T1水处理。4)双孢菇结菇前期和后期可进行轻度水分胁迫提高WUE,形成耐旱机制。快速发育期内应保持基质充足含水量,以提高双孢菇品质,加快出菇时间。该研究为双孢菇水分精准管理提供理论依据。

双孢菇工厂化生产环境因子调控系统设计

双孢菇工厂化生产中环境因子是影响双孢菇的生长发育的主要因素。为此,针对双孢菇高效工厂化生产对环境条件的要求,开发了控温、调湿装置,设计了多因素模糊控制策略,实现了环境温湿度、培养料土温湿度的综合调控。试验结果表明:系统正常运行状态下,培养料土温度控制偏差小于0.7℃,温度上升响应速度大于0.4℃/h;环境湿度调控偏差小于3.5%,湿度上升响应速度大于5%/h;喷淋后培养料土各点位均处于最适含水量范围,含水量标准差约为4.04%。所设计环境调控系统整体性能稳定可靠,能够满足双孢菇生长所需环境要求。该系统可为双孢菇工厂化生产环境自动精准调控提供技术支撑。

基于图像分析的双孢菇(白菇)白度测定方法

双孢菇的白度是评价其新鲜度和品质的重要指标。为实现双孢菇白度的准确评价,本文提出一种基于图像分析的双孢菇(白菇)白度测定方法。通过搭建D65标准光源成像系统,构建非线性白度标定模型,实现了图像RGB数值到CIEXYZ三刺激值的转换,采用CIE甘茨白度公式实现白度的准确测定。使用8种灰度等级的色卡结合色度仪对图像系统进行标定,测定不同白度等级的双孢菇。结果表明,图像分析法与色度仪测量结果具有较高的相关性(r=0.99),测量色差ΔEab*<2。对于4组不同白度等级的双孢菇,各组间图像分析结果具有显著差异性(P<0.01)。利用图像分析不同贮藏条件下双孢菇的白度值,发现双孢菇的贮藏时间与白度值之间具有显著相关性,说明图像分析白度值可用于定量评价双孢菇的新鲜度。

基于“淹没法”的双孢菇检测及直径测量方法

随着双孢菇种植面积和产量的增长,智能化采摘机器人的需求已迫在眉睫。为了给采摘机器人提供作业目标和参数信息,通过对双孢菇(白菇)深度图像进行处理和分析,实现了目标检测和直径测量。首先,根据双孢菇三维纵深结构特点,开发了“淹没法”双孢菇-菇床基质分割方法,实现了双孢菇的准确检测;然后,通过坐标变换,得到双孢菇菇盖边缘点的世界坐标,利用Hough圆检测实现双孢菇的直径测量。试验结果表明:此方法双孢菇检出率89%以上,漏检率低于11%,错检率低于2.26%,直径测量误差为2.15%~3.15%,单个蘑菇运算耗时约0.26~0.37s,可为双孢菇机械化采收提供在线、实时的信息决策支持,提高了双孢菇采收质量和效率,并有助于提高双孢菇采收机器人的智能化水平。

基于计算机视觉的健康钵苗自动移栽方法性能分析

健康秧苗的移栽是蔬菜和经济作物生产中的一个重要环节,其移栽质量直接影响作物产量。秧苗的自动移栽则可大大提高秧苗的移栽效率。在先前研究中,作者团队开发了一个带有传送系统和末端执行器的钵苗自动移栽物理样机。在该研究中,一种健康钵苗的自动移栽方法被提出。该方法主要包括对秧苗生长状态的检测和末端执行器的视觉伺服控制,其目的是实现秧苗高效自动移栽。当栽有秧苗的托盘在传送带上移动时,采用提出的计算机视觉算法同时检测幼苗和托盘单元格,用以识别健康秧苗、受损秧苗和空单元格。采用视觉伺服模型实现计算机视觉与末端执行器协同工作,以确定抓取秧苗的位置和姿态。试验结果表明,托盘空单元格、健康秧苗和受损秧苗的识别准确率分别为96.42%、98.77%和89.95%。在健康秧苗成功识别的情况下,抓取秧苗准确率为96.38%。实验结果表明我们提出的方法可有效地移栽秧苗。