水稻整株秸秆还田机刀轴可靠性灵敏度分析及优化

为使1ZT-210型水稻整株秸秆还田机刀轴的设计更趋合理,充分考虑设计中的模糊因素,通过模糊综合评判确定刀轴的壁厚;建立了影响刀轴功能的各随机变量的可靠性灵敏度矩阵,通过编写计算机程序得到各设计因素对于刀轴可靠性的灵敏度设计信息。依据灵敏度分析结果,选取可靠性设计参数,刀轴截面较常规设计减小39.17%。数值算例表明,计算结果与通常的定性分析结果完全一致,验证了本方法的有效性。田间试验表明,可靠性灵敏度设计使刀轴的寿命增加560 h,埋草率提高到95%。     

农用车辆半轴的保守模糊可靠度设计

从轻量化和强度安全性的角度出发,综合运用了概率密度函数联合积分法与功能密度函数积分法,整理并推导了农用车辆半轴的保守模糊可靠度计算公式,即应力、强度及构件的几何尺寸等参数都为正态分布,隶属度函数为七次抛物线分布时的模糊可靠度计算公式;通过VB编程实现农用车辆半轴保守模糊可靠度设计的数值解计算,根据输入的原始数据、原函数与积分区间的特点进行积分变换,然后利用中点公式积分法与龙贝格求积法进行积分计算.程序可直接应用于设计计算中,以提高农用车辆半轴的设计水平.     

双轴旋耕碎土试验台设计与分层耕作试验

针对现有耕作试验台难以满足双轴耕作部件测试的需求、室内测试重塑土难以反映作业现场真实环境的问题,设计了一种集前轴正转抛土、后轴反转碎土功能于一体的双轴旋耕碎土田间移动式试验台,可实现前后刀轴相对位置及转速比的实时调整。阐述了整机工作原理,分析了前后刀轴相对位置的调节范围、碎土刀轴位置调节机构结构参数、旋耕刀轴调速装置的运动参数,计算并选型了碎土刀轴调速系统、功耗测试系统中液压及电气元件。为提高分层耕作质量同时降低作业能耗,以前期研究的双轴起垄机的双轴旋耕碎土关键部件为研究对象,开展了分层旋碎的田间试验,并采用中心组合试验设计方法,以两轴水平间距、垂直间距、碎土刀轴转速为影响因素,以双刀辊作业平均功耗、表层5 cm土层的碎土率为评价指标进行响应曲面分析。利用Design-Expert软件进行数据分析,建立各因素和平均功耗、碎土率之间的回归模型,分析各因素对平均功耗、碎土率的显著性,同时对影响因素进行了综合优化。试验结果表明:各因素对平均功耗影响由大到小依次为水平间距、碎土刀轴转速、垂直间距;各因素对碎土率影响由大到小依次为水平间距、垂直间距、碎土刀轴转速;最优工作参数组合为水平间距为570mm、垂直间距为96mm、碎土刀轴转速为340r/min,对应的平均功耗为17.92 kW、碎土率为91.65%,且各评价指标与其理论优化值的相对误差均小于5%。试验表明,所设计的双轴旋转耕作部件性能测试试验台设计合理,能够满足多因素多水平的测试需求,为双轴旋转型耕作部件的优化设计提供了新的测试手段。     

基于多目标模糊优化的土保护层塑膜铺衬防渗渠道设计

传统的土保护层塑膜防渗渠道设计仅从水利学的角度考虑单一水力条件下的可靠性,而忽视了经济上的实用性。该文根据多目标模糊优化设计思想,建立了以输水量大、经济性好为目标,满足多种约束条件的模糊优化设计数学模型,对土保护层塑膜铺衬防渗渠道的断面结构进行优化,给出了不同淹没度条件下渠道设计参数的模糊优化结果,仿真分析了渠道边坡角、渠底宽、覆土厚度和渠坡高度等设计参数对总体目标的影响规律。该研究结果为提高土保护层塑膜铺衬防渗渠道的综合设计水平提供了参考依据。     

拖拉机NGW型行星式最终传动多目标可靠性优化

应用建立在可靠性理论和最优化技术基础之上的可靠性优化设计方法,将应力和强度等均视为随机变量,综合考虑拖拉机NGW型行星式最终传动的承载能力、结构紧凑、重量轻和传动效率等问题,以机构的体积最小和效率最高为目标函数,以行星传动的可靠性条件、齿轮疲劳强度的可靠性条件、行星传动的配齿和结构条件等为约束,建立有别于现有模型的多目标可靠性优化设计数学模型,并应用Matlab优化工具箱中的序列二次规划法求解。可靠性优化设计方案比原设计方案和常规优化设计方案的体积分别减小41.65%和8%而效率未降低,表明该优化方法符合工程实际且可靠有效。     

湿式多盘制动器时变不确定性优化设计方法

针对湿式多盘制动器在使用过程中受温度、磨损等随时间变化的不确定性因素影响,从而导致其制动性能下降的问题,该文建立了基于时变不确定性的多盘制动器优化设计数学模型,提出了一种基于不确定性因素的多盘制动器时变设计方法,并探索性地将其应用到制动器优化设计中,结果表明:利用该方法可以设计出任意时刻满足可靠度要求的制动器,为制动器可靠性动态安全评价提供了一种新方法,具有实际的工程意义。     

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。     

免耕播种机旋耕刀耕作性能分析与结构优化

为预测和评估免耕播种机触土部件的作业性能,有必要建立机具-土壤耦合系统的互作模型。传统模型将散落土表的秸秆视为刚体,无法模拟真实条件下秸秆的破裂与变形,导致模型的预测精度下降。为克服上述模型不足,该研究建立一种柔性秸秆模型,构建刀具-秸秆-土壤耦合系统的离散元模型,并通过土槽试验进行模型验证。同时,为解决标准旋耕刀片的缠绕和壅堵问题,提出一种梯形直刀结构,对比分析了旋耕作业工况下标准刀和梯形直刀作用后秸秆位移、刀轴扭矩、刀具碎茬与埋茬性能。仿真结果表明,梯形直刀的碎茬和秸秆掩埋性能均优于标准刀,标准刀和梯形直刀作业后开沟截面形状分别为梯形和三角形,刀轴扭矩呈现三角形冲击峰的形式,梯形直刀的刀轴扭矩大于标准刀情形,而标准刀的碎土性能优于梯形直刀。在此基础上,以弯折角、侧面角以及刀片高度为设计变量,采用响应面法构建旋耕扭矩和碎土率的回归方程。基于NSGA-II算法对梯形直刀结构进行优化,最佳的结构参数为：弯折角150°、侧面角60°、刀片高度88 mm。田间试验结果表明,优化后刀轴的平均扭矩较优化前减少11.70%,峰值扭矩减少6.28%,碎土率从82.53%提高至89.22%。     

采用遗传算法计入摩擦力作用的标准斜齿轮传动模糊可靠优化

传统的齿轮强度理论不考虑齿间摩擦的影响。针对这一观点，该文以渐开线斜齿圆柱齿轮传动的小齿轮齿数、法面模数、螺旋角、齿宽系数为设计变量，以两齿轮的体积之和为最小目标函数，通过应用模糊设计理论和可靠性设计理论，建立摩擦力作用下标准斜齿圆柱齿轮传动的模糊可靠性优化设计的数学模型，并采用遗传算法对其进行优化。研究表明，效果很好。     

旋耕埋草机螺旋横刀的数学建模与参数分析

为了研究水田高茬秸秆旋耕翻埋机理,该文对1GMC-70型船式旋耕埋草机刀辊的主要耕作部件—螺旋横刀建立了数学模型,推导了横刀棱边轮廓曲线的静态方程和动态方程,绘制了动态滑切角、动态切土角等主要耕作参数随刀辊位置角的变化规律曲线,对影响高茬秸秆旋耕翻埋效果的主要因素,例如压草角与抛土角等,进行了计算分析。结果发现,该机的良好作业效果,例如耕深稳定性达90.7%、秸秆埋覆率达94.6%、碎土率达90%、耕后地表平整度在20mm以内等,都与横刀设计理念有很大关系,横刀的主要功能不是土壤切削,而是秸秆翻埋。     

基于遗传算法的水稻整株秸秆还田埋草弯刀的设计与试验

遗传算法是模拟生命进化机制的搜索和优化方法,它的全局最优和隐含并行性适应求解复杂的优化问题。该文以水稻整株秸秆还田机的主要工作部件——埋草弯刀为研究对象,对其进行受力分析,建立了以刀片组合参数为设计变量的功耗优化模型,提出了基于遗传算法的弯刀优化方法,优化得到刀片最小功耗为5.12 kW。进行验证试验,得出最优参数组合下的功耗最小为5.5305 kW。试验数据与优化结果相吻合,证明优化方法可行,可以为整机优化提供理论 参考。     

荔枝柔性去核刀具的设计与试验

为解决现有荔枝去核刀具存在去核成功率低,果核破损严重等问题,根据荔枝的物理特性和对去核过程的受力分析,研制了一种荔枝柔性去核刀。选取去核成功率、果肉果汁损失率、果核破损率为评价指标,在荔枝去核机上对影响刀具去核效果的关键结构参数和运动参数进行正交试验,结果表明,3因素中刀管内径对去核效果影响最大、进刀深度次之、刀轴转速影响最小;当刀管内径为10 mm,进刀深度为2 mm,刀轴转速为9 r/min时,去核刀对桂味品种荔枝（果核等效直径在6.4～14.2 mm）去核效果最好。该刀具具有适应性强、去核效果好、制造方便等优点,研究结果为荔枝灯笼状果肉剥出装置的设计提供了指导。     

弧型往复双动式采茶切割器优化与试验

针对往复双动式采茶切割器碎茶率高的问题，该研究优化了切割器，并进行了切割质量多因素二次回归正交旋转组合试验研究。首先，分析了切割器的结构及工作原理，通过切割图分析表明影响采摘质量的主因子为刀片平均速度、刀机速比、刀齿高度、往复运动行程。并基于设计的轨道式采茶试验台，进行了采摘质量因素二次回归正交旋转中心组合试验，建立了以芽叶完整率、漏采率、割茬不平度为评价指标的参数优化模型。运用遗传算法解得最佳参数分别为机速0.4 m/s，刀机速比1.2，行程23 mm，齿高25 mm，芽叶完整率模型的估计值为86.89%。根据优化结果设计刀具，试验验证得：芽叶完整率82.6%，漏采率0.24%，割茬不平度2.8 mm，与优化结果相符合。优化后采茶完整率提高了20%以上，提升了茶叶采摘质量，为"机采＋分级"的名、优质茶叶高效采收技术奠定了基础。     

潜水磨碎泵磨碎装置的优化设计与试验

为了提高无堵塞磨碎泵的水力性能及改善磨碎效果,在分析影响无阻塞潜水磨碎泵水力性能和磨碎效果的主要几何因素的基础上建立无阻塞潜水磨碎泵的优化方案,结合无堵塞潜水磨碎泵的使用特点,通过数值模拟软件ANSYS-CFX对无阻塞潜水磨碎泵优化方案进行模拟计算及改进,并通过样机试验对CFD模拟结果进行试验验证,结果表明:磨碎泵动刀盘刀头数目是影响泵水力性能的最主要因素,在保证磨碎效果的前提下,应尽量选用较少的刀头数目;动静刀盘间隙对泵外特性的影响是仅次于动刀盘刀头数目,随着间隙的减小,磨碎泵的水力性能下降明显,但磨碎泵的无过载性能有所提升。经综合分析,GSP-22型磨碎泵动刀盘刀头数目为2和动静刀盘间隙为1.5 mm时最优,同时兼顾了磨碎泵的水力性能和磨碎效果,为磨碎泵的优化设计提供参考指导。     

振动横挡阻隔式旋耕防粘结刀辊设计与试验

针对长江中下游水旱轮作区旋耕刀辊作业时土壤粘附严重问题,导致作业质量差、效率低,该研究设计了一种能够实现刀辊内部固有部件防粘与横挡部件脱附的振动横挡阻隔式旋耕防粘刀辊。对振动横挡作用下土壤受力状态及激振装置结构进行分析,确定激振装置结构参数范围;通过对防粘刀辊结构与旋耕刀抛土运动学与动力学分析,设计防粘刀辊结构参数,得到土壤-旋耕刀分离运动学要求,明确影响防粘刀辊脱附性能关键因素为旋耕切土节距、刀辊转速、横挡回转半径。结合离散元仿真以单位时间内横挡与土壤颗粒的接触次数为防粘刀辊脱附性能评价指标进行Box-Behnken试验,确定最优参数组合为旋耕切土节距6.3 cm,刀辊转速260 r/min,横挡回转半径140 mm,此时单位时间内横挡与土壤颗粒的接触次数为127.89。在最优参数组合条件下对激振装置进行优化设计,通过MATLAB分析横挡在激振装置驱动下的运动特性,确定了激振装置结构参数。为验证振动横挡阻隔式旋耕防粘刀辊的适用性和减粘脱附性能,在最优参数组合下进行田间试验。多田块性能试验与旋耕对比试验结果表明：该刀辊适用于小麦机械化种床整备作业,所设计旋耕防粘刀辊土壤粘附量远小于常用旋耕刀辊,耕深稳定性系数、厢面平整度、碎土率、粘附量、轴向分布均匀度和秸秆埋覆率的均值分别为92.02%、15.21 mm、81.81%、2.63kg、10.99%和92.27%,均满足国家标准与农艺要求。研究结果可为长江中下游水旱轮作区旋耕机减粘脱附设计提供理论基础与技术支持。     

履带式全喂入水稻联合收获机振动测试与分析

针对国产履带式全喂入水稻联合收获机整机振动大、无故障工作时间短、可靠性差等问题,以沃得巨龙280型联合收获机为研究对象,在发动机空载、整机空载和田间收获等5种工况下,采用DH5902动态信号分析系统对整机多点振动情况进行了测试与分析,得到了8个测点的时域特性和频谱特性的分布规律。试验结果表明:发动机的上下振动、振动筛的前后运动和切割器的左右运动是形成水稻联合收获机整机振动的主要原因,而输送槽、风机和脱粒滚筒等部件的回转运动为次要原因。整机全油门空载工况下发动机引起的振动频率为71.78 Hz,振动筛、切割器、风机、脱粒滚筒I和脱粒滚筒II引起的激振频率分别为6.35、8.79、19.04、12.70和23.44 Hz,驾驶座椅的减振结构需进一步优化。研究结果为改善履带式全喂入水稻联合收获机的驾驶舒适性,提高其工作可靠性提供参考。