基于钣金工艺的机械设备造型设计研究

针对机械设备造型的美观性和钣金加工特征,研究机械设备产品在钣金技术生产条件下的工业设计方法。通过分析设备造型设计中需要考虑的造型美、成型工艺及生产成本控制等因素,提出大块面分色处理方法和小块面的分缝及棱边设计原则,同时从成本控制角度考虑钣金的排料优化方法,得出机械设备造型设计的方法。以数控铣齿机为例,对机械设备造型设计方法进行验证。

打捆机捡拾器多目标优化研究与设计

针对打捆机捡拾器捡拾效果不理想的问题,提出评价捡拾效果优劣的两个重要指标:捡拾器捡漏区面积和弹齿与物料的接触速度。通过对捡拾器进行运动学分析,构建捡拾器捡拾多目标优化设计数学模型。该模型以捡拾器捡漏区面积最小、捡拾器对物料损坏率低为目标,对滚筒转速、弹齿个数、行驶速度、滚筒半径、曲柄长度、基圆半径及弹齿长等参数进行优化设计,并采用遗传算法对该模型进行求解。最后通过ADAMS软件对优化设计方案进行仿真验证,捡拾器捡漏区面积缩小了57.4%,接触速度减少了6%,从而验证了该优化设计方法的正确性和有效性。

耕深测量装置研究与多元线性回归模型预测分析

针对耕作环境复杂、旋耕机耕作深度测量作业影响因素多等特点,设计了一种自动化测量、省时省力、精度高的便携式耕深深度测量装置。装置搭载于旋耕机后,通过磁致伸缩位移传感器、超声波传感器、姿态传感器和GPS模块等传感器采集数据,结合装置数学模型,融合相关数据,有效获得准确的耕深数据。对超声波传感器和磁致位移传感器采集的数据进行S-G滤波加权融合,有效应对测量过程中泥土飞溅或越坎等数据波动,减小外在因素对测量精度的影响,提高测量的精度。结合多元线性回归预测模型,对滤波融合后的数据进行预测分析,准确预测耕深数据变化值并辅助旋耕机调整机身姿态。试验结果表明:在3组16cm预定耕深下,磁致位移传感器直接采集的数据可以准确地反映数据的变化和趋势,且超声波传感器数据间接辅助磁致伸缩位移传感器数据,还原数据真实变化趋势。研究结果表明:多元线性回归模型预测数据与实际测量的数据之间的平均绝对百分比误差分别为0.03%、0.26%、3.16%,能准确反映实际旋耕机作业耕深数据情况,实现耕深测量预测。

全向轮机器人路径规划与导航系统设计

全向轮机器人因不存在非完整性约束可向任意方向做直线运动而不需事先做旋转运动,可执行复杂的弧线运动。介绍了一种基于正交码盘与陀螺仪建立的全向轮底盘定位系统与基于Bezier曲线路径规划的机器人导航算法。以13年亚太机器人大赛国内选拔赛参赛机器人为平台,通过研究三轮全向轮底盘的运动特性,以DSP+FPGA为控制核心,结合外部传感器实现了对机器人的运动控制,使其能够跟随基于Bezier曲线规划的路径运动。实验表明,该套控制系统具有良好的运动控制精度,并在比赛应用中满足了高速、精确的底盘运动控制要求。

有限长线接触混合润滑特性研究

选择规则表面粗糙度分布,建立了有限长线接触混合润滑模型,数值模拟粗糙度幅值、波长、方位角和工况变化对润滑特性的影响。结果表明:建立的数学模型在较宽工况范围内具有良好的适应性;随着粗糙度波长增大,接触线中部首先发生润滑状态改变,说明增大粗糙度波长有益于改善润滑;随着粗糙度幅值增大,压力波动剧烈,边缘效应更加显著;工况变化对润滑状态影响明显,其中在润滑状态转换区域的润滑特征参数变化显著;随着粗糙度方位角的变化,润滑特征参数呈现周期性波动,当方位角为0°时润滑状态最佳,方位角为45°时润滑状态最差。

板类零件分组下料优化研究

针对金属结构件生产过程中板类零件大规模集中下料问题,一种基于工艺与形状特征的下料零件分组下料优化方法被提出。该方法首先将待下料零件按材质、板厚及加工工艺相似性进行分组,然后构建一种能够描述零件形状特征的零件特征矩阵,并设计一种人工神经网络算法求解该零件特征矩阵与零件分组之间的映射关系,根据这种映射关系对待下料零件进一步分组。通过对零件分组下料优化,可以提高零部件的齐套性、降低在制品数量,并且能够有效解决排料效率和材料利用率相互矛盾的问题。最后通过实例验证了该方法的有效性。

有限长线接触动态特征参数研究

考虑系统动态特性建立有限长线接触瞬态弹流润滑模型,数值求解获得润滑接触压力与膜厚;采用润滑接触相对位移为自由振动判定标准,结合单自由度阻尼系统模型,提取系统特征参数刚度和阻尼值,为建立完善的接触副动力学模型提供参数。结果表明:考虑惯性力时,在入口区形成膜厚波动与局部压力峰,并向出口区传播;随着振动时长增大,在整个接触区形成压力与膜厚波动并最终趋于稳态解;随着载荷增大,系统刚度升高但增幅降低,阻尼整体呈现降低趋势。

基于NURBS插补的线切割开放式数控系统研究

根据电火花线切割与数控加工的特点,设计并开发了一种开放式电火花线切割数控系统,使得开放式体系结构控制(OAC)能够应用于电火花线切割。电火花线切割机床与数控铣床在进给运动方面相似,但在控制策略上存在差异。为了解决OAC与电火花线切割之间的不兼容问题,提出了一种由同步内核和数控功能模块组成的电火花线切割开放式数控模型;设计了一种精确的非均匀有理B样条插值函数,将其应用于现有的商业电火花线切割系统中,并在该系统中加入一个非均匀有理B样条插值器,进行了系统功能的集成测试。试验结果验证了上述方法的有效性。

鱼苗体型对辊道式分选机的适应性研究

辊道式鱼苗分选机主要通过阶梯轴间距分级原理,实现不同大小鱼苗的依次分选。基于离散元法,建立鱼苗-机械耦合模型,且通过试验验证仿真模型的准确性,从而得出最优的工作参数组合。在此基础上,选取鱼苗的体长、体宽、体高作为试验因素,分鱼准确率、鱼苗进槽率为试验指标进行多因素正交试验,并对仿真结果进行了显著性分析。结果表明:影响分鱼准确率的主次因素顺序为:体长、体高、体宽;影响鱼苗进槽率的主次因素顺序为:体宽、体高、体长。结合实际作业分选要求,确定影响鱼苗分选机适应性的主次顺序为体长、体宽、体高。最后通过鱼苗分选机分析鲫鱼、草鱼、鲢鱼、鳊鱼的适应性,为后续鱼苗分选机的结构优化提供参考依据。

农田平整度测量装置研究与预测分析

为准确测量农田平整度,测量装置采用超声波传感器间接测量与磁致伸缩位移传感器直接测量相结合,并通过姿态传感器与陀螺仪获取测量装置姿态辅助修正测量值,通过LSTM神经网络的不同数量训练集对其测量值进行趋势变化预测。试验结果表明,测量装置磁致伸缩位移传感器测量过程中稳定性优于超声波传感器,通过卡尔曼分布式融合数据能有效滤除噪声,再分别通过前10 s、前20 s与前30 s数据做训练集,来进行预测分析,其均方根误差平均值为2.42,平均绝对误差平均值为2.67。试验结果表明,Kalman滤波融合数据与预测数据的均方根误差与平均绝对误差较小,能准确反映与预测平整度变化趋势,使测量装置准确的测量农田平整度及预测变化趋势。

有限长线接触斜齿轮副瞬态弹流润滑研究

采用统一Reynolds方程建立斜齿轮有限长线接触瞬态弹流润滑模型,研究瞬态效应与表面粗糙度对润滑特性的影响。结果表明:考虑瞬态效应的斜齿轮副润滑参数在单齿啮合区域剧烈变化,其接触区域膜厚较低且摩擦因数较大,容易处于混合润滑状态;在单齿啮合区域,瞬态解有效承载区变窄且二次压力峰明显增大。当前算例表明全膜弹流润滑状态下,粗糙度对斜齿轮副的瞬态弹流润滑特性影响较少,仅在双齿啮合区域考虑粗糙度的平均膜厚较大,且对应接触压力与膜厚围绕光滑解波动。

基于机架刚度的大型压机预紧力研究

螺栓预紧力对大型压机的使用稳定性具有决定性作用,针对某大型压机使用过程中出现机架松动现象,建立大型压机机架有限元模型,得到机架的垂直刚度与角刚度。根据预紧力压缩变形量应不少于偏心载荷的等效力与力矩产生的侧隙量,计算出等效载荷系数,结合有限元预紧力接触模型得到预紧力大小,进而确定预紧螺母旋进量,为指导设备设计及检修提供理论依据。

基于SPH法的土壤承压测板研究

测板是水田土壤承压特性测量设备监测土壤特性的特有装置,其设计参数对测量范围和准确度具有很大影响。为此,设计了一种水田土壤承压特性测量设备,采用光滑粒子流体动力学(SPH)算法构建了导轨-水田分层土壤SPH动力学模型,并在此基础上对面积相同、形状不同的4种测板在土壤作业过程中的作用进行了分析。研究结果表明:各种测板的水田土壤承压-下陷曲线不同;在承压相同的条件下,圆形测板贯入深度最大;4种测板贯入深度相等时,圆形测板承压力最小;使用圆形测板进行测量时,范围更大,速度更快。

基于EDEM的鱼苗分选机设计与工作参数优化

针对工厂化水产养殖工程中,需要对不同生长阶段的鱼苗按照大小进行高效率、高准确率的分级,进而实现分池养殖的需求,设计了一种辊道式鱼苗分选试验样机。采用离散元软件建立了鱼苗-机械部件耦合仿真模型,以分选机的工作参数作为试验因素,以分选效率、分鱼准确率作为评价指标,进行仿真,并通过试验验证了仿真结果的准确性;基于建立的耦合仿真模型,进行了单因素及多因素正交影响仿真分析,确定了各工作参数的主次顺序及最优的参数组合。结果表明,各因素对分鱼准确率和分选效率影响的主次顺序均为辊道倾角、进鱼量和辊道转速。以提高分鱼准确率和分选效率为原则,运用Design-Expert 8.0.5软件进行了参数优化,确定了最优组合为:辊道转速138.40 r/min、辊道倾角10.47°、进鱼量3.00尾/s。研究结果可为鱼苗分级设备的优化设计提供重要参考。

粗糙度纹理对有限长线接触混合润滑影响

采用统一Reynolds方程建立有限长线接触混合润滑模型,研究横向、纵向和二维规则表面粗糙度的波长、幅值及工况变化对润滑影响.结果表明:波长、幅值与工况对三种表面粗糙度接触副的润滑影响类似;随着载荷增大,平均膜厚降低,摩擦系数、接触载荷比与接触面积比均增大;随着转速升高,平均膜厚增大,摩擦系数、接触载荷比与面积比均降低,其中摩擦系数随转速进一步增大而小幅升高.在润滑状态转换区域润滑特征参数变化显著,而其他润滑区域变化平缓.沿卷吸速度方向的压力与膜厚波动分布存在相位差,垂直方向则同相位;相同的工况和粗糙度参数时,纵向粗糙度分布更有利于接触润滑.

有限长线接触非牛顿热弹流润滑分析

建立有限长圆柱滚子的非牛顿流体热弹流润滑模型,选取Ree-Eyring流体和Power-Law流体进行有限长线接触弹流润滑分析。研究表明:随着接触线长度增大,端部效应减弱;Ree-Eyring流体特征剪切力对润滑温升和剪切力影响较大,而对润滑压力与膜厚影响甚微;Power-Law流体随指数增大,润滑膜厚明显降低;随载荷、转速升高,热解与等温润滑结果差异增大,热效应对摩擦因数的影响尤其显著。

条形阻尼敷设方式对薄板声辐射特性影响的讨论

薄板敷设条形阻尼结构抑制结构振动已有一定的研究基础,其中包括阻尼材料、阻尼的结构尺寸以及基于声子晶体理论的周期条形阻尼结构等对抑制结构振动的作用。但是,目前针对周期性阻尼结构的研究多数集中在多周期平行条形阻尼结构,而对于条形阻尼左右交替偏斜的敷设方式,尚未有明确的提出与运用。本文针对条形阻尼的交替偏斜敷设方式抑制薄板声辐射特性进行了相关研究,证明了与传统条形阻尼平行敷设方式相比,条形阻尼交替偏斜敷设方式能更好地降低薄板声辐射,且其结构中相邻条形阻尼结构存在最优的敷设夹角。

基于激光位移传感器的钻具接头形位尺寸测量系统

钻具接头形位尺寸测量一直是困扰现代化工业生产的一个重要技术难题,为此,设计了一种基于激光位移传感器的非接触式自动测量系统。该系统克服了传统的人工检测方法效率低下、检测精度低的缺点,具有稳定可靠的导轨机构和高灵敏度信号处理算法等特性。系统采用自适应平滑法进行信号预处理,提出一种基于点特征提取算法准确定位形位尺寸,最后对测量仪器的误差进行综合分析。实验结果表明该仪器具有较高的测量重复性和测量精度,具有很高的应用价值和广泛的应用前景。

应力比对ST12低碳钢疲劳裂纹扩展速率的影响

在不同应力比(R=0.2,-0.3,-1)下对ST12低碳钢板进行疲劳裂纹扩展速率测试,采用Newman裂纹闭合模型分析得到了以有效应力强度因子范围进行表征的裂纹扩展速率曲线。结果表明:不同应力比下ST12低碳钢板的疲劳裂纹扩展速率均随着裂纹长度的增加而增大;当应力强度因子范围一定时,裂纹扩展速率随着应力比的增加而增大;ST12低碳钢断裂时的应力强度因子范围随着应力比的增加而降低;以有效应力强度因子范围表征裂纹扩展速率时,不同应力比下的裂纹扩展速率曲线基本一致,裂纹闭合是导致不同应力比下裂纹扩展速率差异的主要原因。

改进的MRF彩色图像分割算法

为了解决彩色图像中实现不同目标、不同背景的分割问题,提出了一种基于RGB色彩统计分布的MRF分割算法。在MRF模型的基础上,设定了MRF模型的关键参数并对相关公式进行了推导。对RGB颜色分布模型进行了介绍,重写了能量函数,大大降低了算法的计算难度。由于该算法在RGB彩色空间下充分表达了像素值的信息,使得该算法在分割准确性、适应性及快速性上均有提高。通过与其他算法在同等环境下进行分割实验定量对比,验证了该算法的有效性。