磁流变发动机悬置隔振性能与模糊PID控制

为了改善发动机悬置低频隔振特性,结合磁流变液体的流变特性,该文设计了一种磁流变发动机悬置,推导流动工作模式下液体液阻的表达式,运用键合图理论建立其键合图模型,推导磁流变悬置动刚度和阻尼角的表达式,应用Matlab软件编制程序对悬置低频动态特性进行仿真,仿真结果和试验结果基本吻合,证明了建模的准确性;建立了考虑悬架等效刚度和等效阻尼的发动机车架二自由度振动系统的数学模型,通过MATLAB/Simulink仿真模块搭建其仿真模型,并采用模糊PID控制方法对二自由度系统在不同工况下磁流变发动机悬置的隔振特性进行了仿真研究,结果表明磁流变悬置结合模糊PID控制方法能有效地降低车身加速度和传递到车架的力。该文为磁流变悬置的深入研究和发展提供了依据和参考。     

车辆被动天棚阻尼悬架系统台架试验

为进一步改善悬架系统的隔振性能,开发了被动悬架系统,将理想天棚阻尼的被动实现方法应用于车辆悬架系统。基于"惯容.弹簧.阻尼"机械系统,构造被动天棚阻尼悬架系统,研制被动天棚阻尼悬架试验样机,将2级串联型的被动天棚阻尼悬架"对折",安装于试验用裸车的后部,替换原被动悬架,在四通道轮胎耦合道路模拟机上,对整车进行台架试验。试验结果表明:与传统被动悬架车辆相比,在1~3 Hz频率范围内,被动天棚阻尼悬架车辆左后车身加速度增益下降了37.5%,车辆质心垂直加速度均方根值下降12%左右,改善了车辆的低频频响特性,提高了车辆的乘坐舒适性。试验结果同时也验证了理想天棚阻尼被动实现方法的正确性和可行性。该研究为含惯容器的新型被动悬架系统的设计与完善提供参考。     

隔振器在拖拉机驾驶室降噪中的应用

在对拖拉机驾驶室振动、噪声及对穿联结式隔振装置的性能进行试验分析的基础上,对原拖拉机驾驶室隔振装置进行了改进设计,取得驾驶室内耳旁噪声下降12dB(L)和3.3dB(A)的良好效果。     

农业装备驾驶室虚拟人机工程学设计与评价

以拖拉机和联合收割机等典型农业装备驾驶室为研究对象,建立了基于元件类型、元件、元件特征参数的“顶层、中间层、底层”三层驾驶室人机界面评价指标体系;利用OpenGL参数化模型设计方法和虚拟现实交互技术,研究了驾驶室分层次模糊综合评判的客观评价方法与基于虚拟漫游交互的主观评价方法;基于VS.NET 开发系统和Multigen Vega Prime仿真平台,开发了农业装备驾驶室虚拟人机工程学设计与评价系统。对某国产拖拉机的应用结果表明,基于所开发系统的客观评价和虚拟试验评价结果基本一致,可作为一种设计和评价农业装备驾驶室的重要手段。     

基于Pro/E Manikin的拖拉机驾驶室人机工程评价方法

人机工程学设计是拖拉机驾驶室设计中非常重要的部分.该文以确定的H点为参考,运用人机工程学设计原则,对拖拉机驾驶室的驾驶员座椅和各操纵装置进行了布局和设计,并建立了驾驶室的 Pro/E 三维模型,运用Pro/E Manikin模块对驾驶员的坐姿舒适性、驾驶员视野性能、驾驶员的操作空间3个方面进行仿真和评价.结果表明,原设计方案中无法同时满足对各操纵装置的舒适性.对驾驶室优化布局和设计,首先,H点位置在X方向的坐标位置为550和581 mm时,分别调用第5百分位和第95百分位的中国男性人体模型进行分析,各操纵装置在操纵舒适性的RULA分析分数为1时,方向盘、变速杆、侧控台和前控台距踵点水平距离范围分别为290~352、366~437、375~420和128~213 mm.其次,通过Pro/E Manikin中到达包络的阴影区域检查操作空间是否符合要求.最后,在进行驾驶室设计过程中,将消音器和空气滤清器的位置设计在前立柱对驾驶员形成的盲区范围内,将水平面前方2个不可避免的盲区(12.81°和14.36°)叠加,最大程度的减小了驾驶员的盲区.优化设计后的驾驶舒适性、视野性能及易操作性在一定程度上都得到了改善.该方法为拖拉机驾驶室人机工程学设计提供了一定的参考.     

振动压路机用于不同土壤地面的平顺性评价

实际工况中振动压路机车轮会在各种土壤地面上作业和行驶,为了评价振动式压路机在不同土壤路面上的行驶平顺性,该文针对车轮―不同土壤地面的接触分析,建立了某单钢轮振动压路机非线性动力学模型;描述了振动轮在弹塑性土壤下压实对前车架产生垂直激励力.基于Adam D和Kopf F的弹塑性土壤模型,建立了振动轮在作业时的三自由度振动模型;采用软性土壤地面的Bekker假设,建立了轮胎―变形土壤地面接触模型.对建立的非线性动力学模型进行了仿真,并根据ISO2631-1:1997(E)标准分析与评价了不同路况、工况和速度对驾驶员乘坐舒适性的影响.结果表明,刚性路面不平度等级对振动压路机行驶平顺性有较大影响,路面等级越差,驾驶员的主观感觉越不舒适;路面的变形对驾驶室水平晃动有较大影响,土壤路面越软,驾驶室晃动越大;弹塑性土壤对振动压路机的影响表现在低频工况压实时,车辆平顺性比较差.该研究可为振动式压路机的平顺性设计提供参考.     

基于人体测量学的拖拉机驾驶员工作空间设计

针对中国拖拉机驾驶员工作空间设计在操纵性、舒适性、方便性和安全性等方面存在的不足,该文从人机工程学角度出发,基于中国成年男性人体测量尺寸,计算出设计所需的28项人体主要尺寸的平均值、标准差和百分位数值,建立了拖拉机驾驶员人体关节生物力学模型,确定了模型中连接与人体测量尺寸的数值关系。以乘坐基准点为参考,对驾驶员工作空间内的座椅、踏板、转向盘、变速杆、液压操纵杆和仪表盘等进行了设计布置。选取了5个国产拖拉机样机T1、T2、T3、T4、T5,针对样机T1,以驾驶员工作空间各相应部件位置的设计理论值为依据,对其驾驶员工作空间布置进行了评价分析,结果表明:样机T1的座椅靠背宽度与夹角分别偏离理论值130 mm和15°;离合器踏板及制动踏板在水平方向上分别偏离理论值131和145 mm;转向盘在垂直方向上偏离理论值114 mm;仪表盘在水平、垂直方向及其与水平面夹角分别偏离理论值121 mm、199 mm和23.2°,与理论值偏差较大。同理,对其他样机进行了评价分析,结果表明:样机之间同类部件参数值差异较大,样机驾驶员工作空间尺寸与通过人体测量尺寸数据计算得出的设计理论值差异明显,样机驾驶员工作空间设计布置不合理。该文为评价驾驶室工作空间布置是否合理提供了一定的参考依据,同时为拖拉机驾驶员工作空间的优化设计奠定了理论基础。     

不同膜下滴灌模式对土壤水分及棉花产量的影响

采用负压计法和烘干法,监测不同的灌溉定额、灌溉频率下膜下滴灌棉田在水平和垂直方向的水分含量,并调查棉花生长状况。结果表明,当灌溉水质为淡水且滴孔流量为1.6L·h^-1时,过量灌溉（450mm）和适量灌溉（375mm）膜内0～60cm土层的含水量适宜,过量灌溉的含水量最高,少量灌溉（300mm）使土层在蕾期以后处于轻度干旱状态;低频（10d）和适频（7d）灌溉膜内0～60cm土层的含水量适宜,低频灌溉的含水量最高,而高频（3d）灌溉使土层在花铃期处于轻度干旱状态;灌溉定额和灌溉频率对棉花产量均有显著影响,过量和高频灌溉的棉花产量分别为区组内最高。     

4100QB柴油机机体的形状优化及灵敏度分析

为了提高柴油机机体裙部刚度,该文以4100QB柴油机机体为研究对象,使用HyperWorks/Optistruct软件,采用形状优化的方法,进行了设计变量对响应变量的灵敏度分析,完成以提高机体裙部刚度为目标的优化设计。形状优化求解时选取了最大爆发压力工况、活塞侧向力最大工况、主轴承水平分力最大工况3种计算工况,设计变量为机体上与曲轴箱相关的12个结构尺寸,约束函数为机体的应变能、节点的水平位移、机体的质量,目标函数为使得机体裙部相关振型模态频率加权和最大。模拟计算结果显示机体的应变能和固有频率有不同程度的改善。该文的研究方法对于机体类零部件优化设计具有借鉴作用。     

连通式油气悬架数学模型及特性分析

为研究参数变化对连通式油气悬架刚度与阻尼特性的影响,该文建立了连通式油气悬架非线性数学模型,并考虑了液体的压缩和运动过程中摩擦力的影响。通过搭建试验台并建立仿真模型,将理论、试验、仿真数据进行对比,误差在10%以内,验证了数学模型的正确性。基于该数学模型讨论了初始充气压力、激励频率与初始相位差变化对连通式油气悬阻尼刚度特性的影响,分析结果表明:初始充气体积增大连通式油气悬架刚度减小;激励频率与左右两侧悬架缸相位差增大系统刚度、阻尼均增大;初始充气压力变化对其性能影响较小。     

基于灵敏度分析的船式拖拉机机架结构优化设计

为提高船式拖拉机的动态性能,针对机架与船壳可分离的船式拖拉机,对其机架进行多目标优化设计。通过模态分析确定优化响应,灵敏度分析确定设计变量,模型建立确定优化目标,多目标优化设计数学模型得到6组非劣解,并基于熵权的模糊物元模型得到最优设计方案。优化前后的对比分析可知,在机架体积只增加2.4%的基础上其第一阶模态频率提高35%,最大静应力减小35%,同时发动机的工作频率远离船式拖拉机机架的固有模态频率。结果表明,优化后的船式拖拉机机架动态性能良好。该研究可为船式拖拉机的设计研究提供参考。     

排水泵站整流底坎参数优化

排水泵站进水建筑物内易产生回流、漩涡等不良流态,底坎作为常见的整流措施,其体型及布置位置优化时通常依据工程经验进行调整,导致整流效果难以达到最优。为优化底坎整流措施体型及布置参数,该研究以整流底坎的坎高、坎距参数为设计变量,采用信息量权数法将水力损失系数、流速不均匀系数和喇叭口涡量特征值3个评价指标加权形成综合目标函数,并以该目标函数作为优化目标,利用响应面模型进行优化设计分析。结果表明:整流底坎坎高及坎距变量对进水建筑物流态耦合作用大,优化后的底坎显著改善了排水泵站进水建筑物内的流态,其流速不均匀系数减小19.28%,计算域水力损失系数减小5.26%,喇叭口涡量特征值降低了5.76%;采用信息量权数法可以解决泵站水力特性多目标优化问题;基于响应曲面模型的优化设计方法可应用到泵站整流措施参数优化。     

并联阀芯式高压气动电磁阀的优化设计

电磁阀的开启响应时间对某水下驱动系统的性能影响较大,为减小并联阀芯式高压电磁阀的开启响应时间,根据开启过程的数学模型,推导了开启响应时间的预测模型,以预测模型为基础,运用多种群遗传算法设计了以开启响应时间为优化目标的电磁阀参数优化程序,对阀的结构参数进行优化,分析了各参数对阀开启响应时间的影响,并以优化后参数加工了试验样阀,对优化结果进行了试验验证。结果表明:在10 MPa压力下,优化后阀的开启响应时间预测值为47.6 ms,试验实测开启响应时间为48.3 ms,优化结果与实测结果误差较小。经优化,阀的开启响应时间减小了约14%,满足了驱动系统的基本要求。该研究为进一步提高驱动系统的驱动性能奠定了基础。     

环量分布对基于反问题设计的混流泵优化结果的影响

为定量研究叶轮出口环量分布对导叶式混流泵优化结果的影响，该研究在试验验证数值模拟准确性的基础上，以反问题设计为基础，结合最优拉丁超立方抽样法，径向基神经网络模型和多岛遗传算法，以0.8Qdes、1.0Qdes和1.2Qdes处泵段加权效率为优化目标（Qdes表示设计流量），以1.0Qdes处扬程变化小于3%为约束条件，在自由涡设计（叶轮出口环量恒定分布）和强迫涡设计（叶轮出口环量线性变化）两种不同方案下分别对比转速为511的导叶式混流泵叶轮进行参数化优化，并对优化结果进行对比分析。研究结果表明：以轮毂处环量值作为翼展方向环量分布控制参数，结合连续性方程、能量方程和径向平衡方程，对叶轮出口处环量分布进行计算是可行的；局部敏感性分析表明环量控制参数对优化结果具有较大影响，在优化设计中应该被考虑；自由涡设计优化结果的加权效率为84.14%，而在强迫涡设计中该加权效率为85.08%，且两者扬程均满足约束条件，内流分析表明强迫涡设计中效率的提升主要由叶轮出口附近流态的改善引起。研究结果可为同类型涡轮机械的优化设计提供参考。     

基于有限元方法的整形果树振动收获机理分析

为提升振动式采收机械的设计效率,该文在分析常见振动收获机工作机理的基础上,建立了3种典型整形果树实体模型,利用有限元方法得到其在1~50 Hz低频范围内的固有频率和模态振型,并进行了振动响应特性仿真试验。结果表明,整形果树固有频率和模态振型受果树形态影响较大,3种典型整形果树的低阶固有频率主要集中在7~11阶范围,分别在13.5、12.0和7.5 Hz时振动响应最为剧烈,且一致性较好;同时,不同加载方式对于整形果树振动响应特性具有较大影响,其中双体多向加载较为适合于纺锤形果树,而单体回旋型加载则更适合于自然开心型和直立平面形果树。该方法可为不同类型整形果树振动式收获机械的设计提供参考。     

农林车辆安全驾驶室碰撞的数值模拟

农林用车辆安全驾驶室碰撞系统具有几何非线性和材料非线性等多重非线性特点,应用大变形弹塑性理论,建立驾驶安全系统数学模型,对安全驾驶室强度特性进行分析,预估车辆翻车时驾驶室结构件的力—变形,预测变形侵入驾驶员容身空间的安全性,并进行变形的屈服评判,实现车辆安全驾驶室结构碰撞的数值模拟。文中以某农林车辆安全驾驶室碰撞的数值模拟为例,理论计算和试验结果吻合,方法切实可行,为车辆驾驶室安全设计提供依据。     

拖拉机驾驶室模型的声学灵敏度分析

车身的声学灵敏度是指施加于车身的单位力在车内产生的声压,是衡量车辆NVH特性的一种很有效的指标。该文以一拖拉机驾驶室模型为研究对象,建立了其声振耦合的有限元分析模型,计算了该驾驶室模型的声学模态和声振耦合模态。并根据声振耦合特性和声学灵敏度分析方法,计算分析了在悬架接触点处施加振动激励引起的驾驶员耳旁的噪声灵敏度。     

面向农业机械的惯性摆式俘能器特性研究与试验验证

俘能器可以俘获农业机械振动产生的能量并供电传感器。该研究设计并制作了一种惯性摆式振动俘能器，以配重块质量、惯性摆半径、不同激励振幅为控制变量，以俘能器输出峰值电压为优化目标，研究了俘能器的能量俘获特性。试验结果表明：俘能器能量收集能力与正弦激励幅值和惯性摆半径正相关；当俘能器惯性摆半径R较小的情况下（R=30 mm），俘能器能量俘获能力与其配重块质量正相关；当俘能器惯性摆半径R较大的情况下（R=60 mm），俘能器能量俘获能力与其配重块质量无明显相关关系。惯性摆半径为30 mm，且安装配重块（40 g）的俘能器在实测农业机械振动谱激励下可产生4.2 V的峰值电压输出，验证了其能够为储能设备供电（>1 V）的可行性。整流后的俘能器能够带动传感器负载（驱动电压为1.5 V的温湿度计）正常工作，显示了其实用性。俘能器在牧草收割机不同安装位置下的性能试验表明其安装环境适应性好，可以安装在农业机械典型振动部位，如工作部件、底盘、悬架、驾驶室和储货仓。为了得到更优的能量俘获性能，应优先考虑安装在振动较强的部位。该研究可促进农业机械传感器和执行器的无源化进程，符合未来智能农机的发展需求。