基于近似模型的螺旋轴式移箱机构多学科设计优化

针对移箱机构优化设计中存在多目标、强耦合及非线性问题,以螺旋轴式移箱机构为研究对象,开展了基于近似模型的移箱机构多学科设计优化研究。将移箱机构多学科优化设计分解为运动学、动力学和结构力学3个学科,进行了学科分析;采用拉丁超立方试验设计方法,产生初始样本点,构建了系统级变量与学科级优化之间的Kriging近似模型;采用协同优化方法,搭建了基于iSIGHT软件的螺旋轴式移箱机构多学科设计优化集成平台,采用多岛遗传算法和序列二次规划法相结合的混合算法优化求解,并进行了验证。结果表明,优化后的移箱机构滑套最大加速度由1.286e5 mm·s^-2减至9.253e4 mm·s^-2,降低了28.05%;螺旋轴一阶固有频率由238.265 Hz增至264.538 Hz,增加了11.03%;机构质量由2 265.318 g减小至1 848.310 g,降低了18.41%。采用近似技术进行移箱机构多学科设计优化,在保证计算精度的前提下,降低了求解时间,而且优化后的移箱机构整体性能最优。     

秸秆粉碎还田免耕播种施肥机的设计与试验

针对移箱机构优化设计中存在多目标、强耦合及非线性问题,以螺旋轴式移箱机构为研究对象,开展了基于近似模型的移箱机构多学科设计优化研究。将移箱机构多学科优化设计分解为运动学、动力学和结构力学3个学科,进行了学科分析;采用拉丁超立方试验设计方法,产生初始样本点,构建了系统级变量与学科级优化之间的Kriging近似模型;采用协同优化方法,搭建了基于iSIGHT软件的螺旋轴式移箱机构多学科设计优化集成平台,采用多岛遗传算法和序列二次规划法相结合的混合算法优化求解,并进行了验证。结果表明,优化后的移箱机构滑套最大加速度由1.286e5 mm·s^-2减至9.253e4 mm·s^-2,降低了28.05%;螺旋轴一阶固有频率由238.265 Hz增至264.538 Hz,增加了11.03%;机构质量由2 265.318 g减小至1 848.310 g,降低了18.41%。采用近似技术进行移箱机构多学科设计优化,在保证计算精度的前提下,降低了求解时间,而且优化后的移箱机构整体性能最优。     

水稻插秧机移箱机构性能检测试验台结构设计

为了准确测量插秧机移箱机构在工作过程中的各项性能参数,研究各参数对移箱机构工作性能的影响,研制了一套基于LABVIEW虚拟仪器的移箱机构性能检测装置。该系统主要由驱动系统、传动装置、机械系统、移箱机构、加载系统和检测显示系统等组成,实现了螺旋轴速度可调以及工作过程中的螺旋轴转速、滑块加速度、速度等信号实时采集与显示,并且能够保存和回放相关数据。     

基于模态的联合收获机车身框架振动特性分析与结构优化

以某联合收获机主机车身框架为研究对象,采用有限元柔性体技术创建车身框架的有限元柔性体模型,并在其基础上进行模态分析与计算。结果表明,车身框架的第一阶模态频率为7.29 Hz,与收获机正常工作时割刀的激励频率(7Hz)接近,易发生共振,且对人体舒适性影响最大。为了调整收获机车身框架的固有频率,以避开外部激振频率范围,采用HyperMesh软件对收获机车身框架柔性体模型进行尺寸优化和拓扑优化,结果表明,尺寸优化后,收获机车身框架的第一阶模态频率由优化前的7.29 Hz提升至8.63 Hz,车身框架质量下降了0.006t;拓扑优化后,收获机车身框架的第一阶模态频率由优化前的7.29Hz提升至8.49Hz,车身框架质量下降了0.107t。拓扑优化与尺寸优化均可使收获机车身框架固有频率避开外部激振频率范围,但综合考虑优化设计的目标与生产制造成本,采用尺寸优化技术对收获机车身框架进行结构优化更为适合。     

基于ANSYS的9RS-2型秸秆揉丝机锤片机构模态分析

针对秸秆揉丝机在工作过程中振动显著的缺陷,对9RS-2型秸秆揉丝机锤片机构采用Solidworks2012建立三维模型并运用ANSYS有限元方法进行模态分析,提取前10阶固有频率和模态振型,验证了锤片机构受迫旋转振动下的激振频率76Hz小于低阶模态频率578Hz,锤片机构不会因质量偏心产生共振.研究表明,圆盘在各阶模态中振动相对较大,因此对圆盘进行改进,将其厚度由原设计的3mm增至4mm,以增大其刚度,改善工作稳定性.对改进后的结构进行模态分析.结果表明:改进后2~10阶固有频率增加,各阶模态振动形式基本不变,相对位移量减小,振动降低,优化效果明显.研究同时为秸秆揉丝机的进一步振动分析(如谐响应分析、谱分析等)提供了参考依据.     

孔销式少齿差行星减速器的多目标优化及动力学仿真分析

为了达到减小减速器体积同时提高承载能力、降低运转冲击的目的,基于Hertz接触理论,引用销轴和销孔外廓参数和材料参数建立两者法向接触力的数学模型;选取减速器的5个尺寸参数为设计变量,构造8个非线性约束方程,建立起优化法向接触力和减速器体积的多目标优化模型.运用评价函数法和罚函数法求解计算实例,对优化模型进行验证,对比优化前后结果表明,减速器体积和法向接触力分别得到了13.1%和24.0%的优化率;利用ADAMS对法向接触力进行动力学仿真,得到优化前后的时域和频域仿真图,结果表明其平均优化率达到29.4%,与理论结果基本吻合.     

基于组合近似模型的分体式插秧机秧箱轻量化设计

为了解决插秧机秧箱质量过重影响机器工作稳定性和作业质量等问题,以可调行距高速插秧机分体式秧箱为研究对象,建立其有限元模型,对秧箱进行了静动态性能分析。根据有限元分析结果,采用最优拉丁超立方试验设计和组合近似模型相结合的优化设计方法,以刚度和模态作为约束条件,以质量作为优化目标,建立轻量化设计的数学模型,采用粒子群优化算法进行了求解。优化结果显示,秧箱质量由优化前的14.6 kg下降到13.2 kg,减轻了9.59%。根据轻量化设计结果对秧箱进行了结构改进,并进行了仿真验证,结果表明改进后的秧箱刚度分布更加均匀,弯曲刚度、扭转刚度和一阶固有频率等性能指标均有不同程度的提高,为轻量化秧箱产品研发提供了理论依据。     

基于Solidworks的果园施肥机中螺旋投料系统设计

针对果园施肥机工作要求以及投送物料特性,设计一种卧式等螺距螺旋给料搅龙。对装置进行理论计算,并开发设计"螺旋搅龙快速计算系统",简化设计流程,完成螺旋直径为90 mm、螺距为72 mm、螺旋轴外径为36 mm、螺旋转速为85 r/min的给料搅龙设计;使用Solidworks进行三维实体造型,利用Solidworks simulation进行三维实体的静力与模态分析,最大应力小于屈服应力,螺旋给料搅龙第一阶频率,即基本频率为336.59 Hz,满足设计与使用要求。本研究将提高果园施肥机的工作可靠性与稳定性,并可为其他螺旋输送机构的设计提供参考。     

基于Ansys Workbench的脱粒滚筒模态分析及轴的拓扑优化

【目的】针对联合收割机脱粒滚筒正常负载下的振动问题,减少共振的发生.【方法】利用三维软件Solidworks对久保田688Q全喂入联合收割机脱粒滚筒进行三维实体建模,采有限元软件Ansys Workbench进行模态分析,并对振型不明显且质量较大的轴进行结构优化.【结果】前两阶固有频率为114.49、114.67 Hz,大于滚筒激振频率(11.3~13.4Hz)和发动机的激振频率(37.3~40.7Hz),不会发生共振;滚筒杆齿最大变形量为6.16mm,小于滚筒与凹板筛10~30mm的距离,不会发生干涉;通过拓扑优化,轴质量减少40.5%,前两阶固有频率分别提高12.8%、12.7%,优化效果明显且能有效的避开共振.【结论】为联合收割机脱粒滚筒结构的设计与优化提供了参考.     

施肥机有限元模态分析与结构优化

针对所设计的2SF–0.6型施肥机,利用Simulation软件对其关键部件进行静态有限元分析与优化,得到了肥料箱箱体壁厚取值为1 mm、输送转轴上的搅拌器直径6 mm、机架的矩形钢管厚度2 mm;对施肥机进行模态分析表明,输送文献转轴与抛撒转轴的转速取值应避开975.84~1 463.76 r/min,优化后整机的10阶模态频率均远离外部激励振源的回转振动频率20.33 Hz,可以有效避免共振的产生。     

基于ADAMS的分流式平地残膜回收机四连杆摇臂机构的研究

以分流式平地残膜回收机四连杆摇臂机构为研究对象,针对其疲劳强度大、工作性能不稳定等问题,运用ADAMS软件对其进行建模、动力学分析及优化.结果表明:经优化后,液压油缸最大铰接力由3 224.3N降低到了2 299.6N,降低了28.6%、液压油缸最小铰接力由2 823N降低到了2 147.8N,降低了23.7%,油压波动系数降低了61.2%.产品设计方案合理,具有良好的可装配性.     

膨胀节波纹管优化设计系统研究

通过分析波纹管的结构,以单波补偿量最大、质量最小为优化设计目标,建立了膨胀节波纹管优化设计数学模型,采用以离散复合形法为基础的混合离散变量组合型优化方法对模型进行求解,开发出膨胀节波纹管优化设计系统,获得了较好的优化结果。     

基于ANSYS Workbench的自走式农机底盘的优化设计

针对丘陵山区地块面积小、农机底盘作业转向难的问题,设计了转向灵活、转弯半径小的摆转转向底盘。底盘由转向装置、浮动装置、液压系统、发动机,前桥、后桥、控制系统、PTO输出等组成,采用水冷系统以及CVT无级变速的汽油发动机与液压系统结合,实现底盘的动力匹配;通过ANSYS Workbench构建摆转转向底盘前桥、后桥、整体机构的力学模型,分析各机构不同状态下的变形参数的变化趋势,并对底盘机构易于损坏的部位进行优化。结果表明：前桥转向机构附近的配件对前桥的变形影响较大,采用5 mm厚度方钢的前桥结构变形量为0.85 mm,优化后的前桥所安装的配件采用模块化分配,使用10 mm以上方钢加工制作,保证前桥变形量稳定控制在0.3~1.0 mm;优化后的底盘后桥最大等效应力为14 MPa,变形量为0.25 mm,分别较优化前降低了33.33%和28.57%,机架的结构稳定性得到改善。通过压力测试仪器对实物平台的测试,底盘在行驶过程中的压力变化曲线平稳,启动和停止阶段所受的压力在可控制的范围内;底盘的行驶直线度、偏驶率均低于1%,且不受底盘载重的影响。     

锤片式饲料粉碎机架板的有限元分析及拓扑优化

以某锤片式饲料粉碎机转子系统架板为研究对象,采用ANSYS Workbench软件对其进行静力学计算与模态分析。结果显示:实际工况下架板的最大总形变量为0.035 mm,其发生在中间支撑板上装有8块锤片的2个销轴的安装孔处,架板沿X、Y及Z轴方向上的最大形变量分别为0.035、0.001以及0.016 mm,各形变量均较小且与架板实际受力情况相符;架板所受最大应力为165.72 MPa,且应力较大的部位仅集中分布在中间支撑板上装有8块锤片的2个销轴的安装孔附近,架板上绝大部分位置的应力值均在36.862 MPa以下;架板的一阶固有频率为339.79 Hz,且前六阶固有频率均远大于粉碎机的激振频率58.33 Hz,但其存在较大的材料冗余。基于此,对架板进行拓扑优化,并根据材料去除率为50%的计算结果对架板结构进行优化设计,优化后架板的质量由最初的46.66 kg降至25.85 kg。对优化后的架板进行静力学计算与模态分析,结果表明,全新的架板的强度与刚度均足够,且其材料冗余量大幅降低,架板在工作过程中不会发生共振。     

林业并联式铰接底盘优化设计与越障性能仿真分析

目的林业动力底盘一般在地形复杂多变的环境进行露天作业,故其需要具有良好的地面适应性以及较大且稳定的车轮与地面接触力。我国林区特种车辆底盘研究相对薄弱,而国外林业特种车辆底盘在我国实际运用中具有一定的局限性,因此,研发针对我国山地环境的特种车辆底盘对我国林业发展有重要意义。方法根据多自由度并联平台的运动原理和优点,设计一种具有俯仰、转向、侧翻3种相对运动的新型林用铰接机构,并结合Creo Parametric和Adams/View进行参数化建模和运动学优化设计。为了评估该铰接机构的越障性能,对普通底盘和并联式铰接底盘进行爬越斜坡和陡凸越障联合仿真,通过底盘质心高度变化曲线以及车轮与地面的接触力曲线分析并联式铰接底盘的越障性能,并与普通底盘进行对比。结果优化设计后的并联式铰接机构转向角和俯仰角最大值增加,并且并联式铰接底盘越障时的车轮与地面的接触力、最大爬坡角度和陡凸越障高度均比普通底盘大。结论并联式铰接底盘总体越障性能优于普通刚性连接底盘,该并联式铰接机构适用于林业动力底盘。      

螺旋式输送装置参数优化研究

为了提高农业纤维物料螺旋式输送装置的输送性能,降低输送功耗,提高生产率,利用MATLAB软件对比功耗数学模型进行单变量优化分析,并结合试验验证了理论分析的一致性。试验结果表明:螺旋式输送装置输送性能最佳的取值范围是:喂入量30～70 kg/min、螺距300～355 mm、螺旋轴转速97～137 r/min。以比功耗作为输送性能评价指标,采用3因素3水平的Box-Benhnken响应面分析法进行参数优化试验,得到了影响比功耗各因素的主次顺序:喂入量、螺距、螺旋轴转速。以比功耗最小为优化目标,利用Design-expert的优化模块对试验结果进行分析,确定出各因素对指标影响的最佳参数组合:螺距335 mm、螺旋轴转速117 r/min、喂入量30 kg/min,输送性能优化后比优化前提高了8%,上述成果满足预期设计目标,可为螺旋式输送装置的参数优化和结构改进提供一定的参考和指导。     

基于灵敏度分析的病死猪搬运车转盘结构多目标优化设计

【目的】改善病死猪搬运车的工作性能,降低成本,对其转盘结构进行多目标优化设计。【方法】采用Creo Simulate三维设计软件,对病死猪搬运车的转盘结构进行了静力学有限元分析以及灵敏度分析,建立多目标优化设计模型。采用模糊物元分析法和加权平均法对设计方案进行优选。【结果】建立了优化设计数学模型,得到了6组非劣解;通过评估优选,获得了病死猪搬运车转盘结构的最优化设计方案。优化设计前后的参数对比分析结果表明,优化后的病死猪搬运车转盘质量为20.90 kg,比原始方案(25.94 kg)减小了19.43%;最大等效应力为1.44 MPa,比原始方案(1.50 MPa)减少了4.00%。【结论】基于灵敏度分析的病死猪搬运车转盘结构多目标优化设计是可行的,可以为转盘结构的改进提供理论指导。     

自走式谷物联合收割机后桥的有限元分析

利用ABAQUS有限元分析软件对自走式谷物联合收割机的后桥进行了静力分析,获得了后桥的应力分布结果,2个套管底面靠近内侧处应力最大,最大应力为130.5 MPa.通过结构优化,将后桥设计为空心,其强度仍然满足要求.     

基于EDEM的油菜移栽成穴装置作业性能仿真与试验研究

为提高油菜移栽成穴装置作业性能,成型更优参数的栽植穴,采用模拟仿真和土槽试验相结合的方法研究成穴作业性能,优化成穴装置作业参数。运用EDEM软件仿真生成土壤与成穴装置,以栽植穴开口纵长和有效深度为响应值,结合响应面法Box-Behnken试验设计,模拟研究不同作业参数下的成穴效果,完成参数寻优。得出作业参数最优组合:穴刺直径35 mm、锥尖倒角64°、入土深度68 mm。土槽试验和仿真试验对比结果表明,开口纵长和有效深度平均相对误差分别为4.0%和5.68%,最优参数下土槽试验中栽植穴的有效深度47.2 mm、开口纵长84.4 mm。该研究优化了成穴装置作业参数,提高成穴作业效果,为今后的成穴机构与土壤相互作用关系的研究提供技术支持。