间隔阻尼层式支重轮缓冲性能分析

针对传统刚性支重轮减振效果较差的现状,采用一种间隔阻尼层式结构,对支重轮减振性能进行改进。以某型号履带式拖拉机为应用实例,建立其整机缓冲模型及单个支重轮的缓冲模型,导出支重轮幅频特性响应函数。使用Matlab分别对传统的及改进后的支重轮进行仿真对比分析,结果表明新型支重轮可有效地缓冲该拖拉机所受的振动。用ANSYS软件对新型支重轮进行强度分析,表明其强度能满足拖拉机各工况的使用要求。     

农业机械管状过渡阻尼结构参数分析及优化

为解决农业机械受振动冲击剧烈的问题,针对其上存有的大量管状结构,在传统约束阻尼结构基础上,引入"过渡层"设计概念,提出一种管状过渡阻尼结构。过渡层的弹性模量须介于金属材料与黏弹阻尼材料之间,在振动时,过渡层类似于杠杆的放大作用,可增大阻尼层剪切变形,从而提高整个结构的能量耗散能力。结构损耗因子作为评价机械结构减振性能的重要指标,基于应变能法,建立了其数学模型;研究了过渡层参数行为对结构损耗因子的影响规律,结果表明,实际选用时,过渡层弹性模量及厚度的选择相对密度的选取更为重要。采用ANSYS子问题逼近法,对管状过渡阻尼结构的参量进行了优化,优化后结构的前4阶结构损耗因子较优化前均有了不同程度的增加,其中1阶损耗因子提高了34.19%,2阶提高了12.11%,3阶提高了22.39%,4阶提高了12.70%;为进一步验证优化结果,该文对光管、优化前及优化后的管状过渡阻尼结构进行了谐响应分析,由分析结果可知,过渡阻尼处理能够有效降低结构的振动幅值,且优化后结构减振效果更佳。该研究可为中国农业机械用高品质减振结构的研发提供参考。     

电流变减振器可控阻尼非线性响应及能量耗散的实验研究

对电流变减振器模型在正弦位移信号作用下的阻尼力响应及阻尼耗散能量进行了实验研究。结果表明,电流变流体在电场作用下其阻尼是可控的,当无电场作用时,电流变流体的阻尼是线性粘性阻尼,随着电场强度的增加,其阻尼由线性向非线性转变,属于滞后型阻尼,同时,阻尼耗散能量随之增加。通过对响应的频谱分析发现,其响应的高次谐波的频率均为基频的奇数倍。     

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。     

油菜机械直播铲锹式种床整备机振动特性分析与结构改进

针对油菜机械直播铲锹式种床整备机作业时机组振动大,易导致关键零部件磨损、降低整机可靠性的问题,该研究利用Coco-80动态信号测试分析系统对机组在怠速和田间作业工况下的振动加速度进行测试,采用时域和频域分析相结合的方法,确定了两种工况下不同位置测点的振动加速度大小及机组主要激振源,并以此为依据提出了通过优化曲柄相位角排列方式降低整机所受合惯性力、合惯性力矩,减小铲锹式种床整备机振动的方案。进一步地,基于质量代换法建立了整机共10组曲柄摇杆机构的惯性力、惯性力矩受力模型,运用MATLAB软件分析得出整机受到合惯性力、合惯性力矩最小的曲柄相位角排列方式,在此排列方式下,整机合惯性力基本平衡,绕x、y轴的合惯性力矩绝对值均值分别降低了37.40%、30.09%。对改进后的机组在振动较大处采集加速度时域信号,与改进前相比,测点振动总量在怠速和田间作业工况下分别降低了36.42%、31.97%。该研究可为基于平面连杆机构群的农业机械减振研究提供参考。     

气动振动式精密排种器工作参数的分析与仿真

在试验研究基础上,对气动振动式精密排种器振盘及种子的运动理论进行分析,证实了排种器处于稳定工作状态下工作参数的正确性,提出了采用仿真分析方法,将气动振盘系统简化成单自由度有阻尼强迫振动,利用试验数据进行振动仿真。仿真结果表明,得到的系统振动刚度及阻尼等参数可基本反应振动系统的正常工作状态,为气动振动式精密排种器设计提供了相应的工作参数和参考。     

秸秆还田残膜回收一体机振动特性分析与结构优化

该研究针对棉花秸秆还田残膜回收一体机振动剧烈、可靠性差等问题开展机具振动特性分析与结构优化。以接近激励源的部位确定机具主要振动测点，安装传感器与连接振动测试仪，获取空转和工作条件下机具振动信息，采用ANSYS Workbench中的Lanczos Method算法仿真求解机架模态频率和振型，建立机具振动力学模型，通过振动测试仪数据验证仿真模型的准确性，并提出机具结构优化方案。结果表明，仿真结果与实测振动数据有效值的相对误差为9.6%，秸秆粉碎装置与脱膜装置是造成整机振动剧烈的主要部件，田间收获工况下整机振动强度高于空载工况；实测振动频率36.13 Hz接近机架前两阶固有频率且处于外部激励频率范围内。采用正交试验对机架结构进行优化，得到最佳参数组合为侧板厚度12.0 mm，主连接梁管壁厚6 mm，副支撑梁宽度70 mm。优化后机架前两阶固有频率分别提升至50.700和53.322 Hz，避开了外部激励频率，振动测试结果表明，空载工况下，相比优化前主连接梁振动幅值降低48%，侧板振动幅值降低35%，田间收获工况下相比优化前脱膜装置轴承支座振动幅值降低47%。研究结果可为秸秆还田残膜回收联合作业机的振动特性分析与结构优化提供参考。     

基于径向基神经网络-遗传算法的海流能水轮机叶片翼型优化

如何提高海流能水轮机的能量捕获效率是海洋能开发领域的重点研究课题,而提高海流能水轮机能量性能的关键在于其叶片几何的构造基础——水力翼型的性能提升。该文提出了一种水力翼型的多工况优化设计方法,该方法采用Bezier曲线参数化技术建立翼型的参数化表征方法,然后利用拉丁超立方试验设计技术在设计空间获取训练径向基(radial basis function,RBF)神经网络的样本点,通过计算流体动力学的方法获得每个翼型样本的性能参数后开展神经网络的学习训练,最后采用RBF神经网络与NSGA-II遗传算法相结合的现代优化技术数值求解水力翼型的多工况优化问题。基于上述优化方法对NACA63-815翼型进行了优化改进,重点研究了该翼型在3个攻角工况下(0,6°和12°)的优化问题及求解方法。优化结果表明,优化后的翼型在3个工况点下都具有更好的升阻比性能,同时也能更好地抑制失速现象的产生,验证了该优化方法的理论正确性和可行性。     

聚合物基复合材料发动机体的模态试验分析

该文针对复合材料发动机的振动问题,进行了试制的复合材料发动机体的模态试验研究,并利用计算机模态分析系统获得其前5阶模态参数及振型。试验表明,复合材料发动机机体的固有频率较金属机体高,同时因为机体复合材料属高内阻尼材料,它的黏弹性能有助于增加振动阻尼,因此,复合材料发动机机体具有优良的减振降噪性能;复合材料发动机机体的横向振动是比较严重,需要采取措施改善横向振动特性。试验结果为其结构的改进设计提供了依据。     

履带式行走机构粘弹性悬挂机构的刚度-阻尼特性分析

针对传统履带式拖拉机行走系易受剧烈振动冲击的问题,开发出一种新型的粘弹性悬挂机构。用复刚度理论,建立起该机构的运动微分方程,对其刚度-阻尼特性进行了分析。依据能量转换的观点,分析了机构中粘弹性阻尼材料的静、动态对振动能转换率的影响。对开发后的应用在240kW履带式拖拉机粘弹性悬挂机构上进行了刚度曲线设计和性能分析,并在电液伺服试验机上对实际产品进行了性能试验     

基于遗传算法的山区微型播种施肥机减振优化设计

针对山区以汽油发动机为动力的微型播种施肥机振动大难以操作的问题,提出了一种降低振动的方法。文中首先建立了五自由度播种施肥机数学模型,运用Matlab软件构建了仿真模型并对其进行了振动分析;其次建立了以垂直振动加速度和俯仰角加速度为指标的多目标优化数学模型,运用遗传算法进行了优化设计,优化后播种机机架处垂直振动加速度均方根值减少32.9%,俯仰角加速度均方根值减少37.6%;在此基础上,重新设计了播种施肥机的履带、减振器和橡胶垫等结构部件;最后对改进后的播种施肥机进行田间试验,对比改进前的振动测试数值可得:改进后的微型播种施肥机垂直振动均方根值在发动机安装处、机架处和把手处均显著降低,其中机架处降低28.31%,验证了优化结果的正确性。该方法也为同类产品的减振提供了方法。     

考虑药罐液体晃动的高地隙喷雾机底盘悬架优化设计

针对高地隙喷雾机作业工况复杂,罐内药液晃动及质量时变导致的整车行驶平顺性难以保证的问题,基于液体晃动动力学特性和机械模型等效准则,建立了喷雾机液—固耦合下的底盘非线性垂向动力学模型,应用多目标遗传算法对喷雾机底盘悬架系统参数进行了优化,得到了不同路面及充液条件下的悬架刚度、阻尼最优参数矩阵。优化结果表明,最优悬架参数下的整车车身垂向加速度、侧倾角速度、俯仰角速度及车轮动载荷较优化前分别降低27.5%、16.4%、25.8%及17.6%。搭建喷雾机整机试验平台,开展两种典型路面工况条件下的喷雾机整车试验。试验结果表明,与初始参数条件下的整车平顺性评价指标相比,悬架最优参数条件下的车身垂向加速度分别降低了15.58%与18.72%,车身侧倾及俯仰角速度均降低10%以上。研究结果可为包括喷雾机在内的罐体类车辆悬架设计、参数优化及控制提供参考。     

车辆钢板弹簧悬架系统减振器最佳阻尼匹配

阻尼匹配是制约钢板弹簧悬架系统减振器设计的关键问题。根据1/4车辆二自由度行驶振动模型,利用随机振动理论,建立了悬架系统最优阻尼比及悬架动挠度和振动速度均方根值数学模型。在此基础上,通过分析、处理钢板弹簧加载-卸载试验所测得的载荷及变形数组数据,建立了在实际行驶工况下的钢板弹簧等效阻尼数学模型;根据悬架系统最优阻尼比及钢板弹簧的等效阻尼,得到了所需匹配减振器在悬架系统中应承担的最佳阻尼比;利用平安比及双向比,建立了钢板弹簧悬架系统最佳阻尼匹配减振器的速度特性,并通过仿真分析和实车行驶平顺性试验验证了钢板弹簧悬架系统减振器最佳阻尼匹配设计方法的正确性及有效性,利用该设计方法匹配减振器后的车身垂直振动加速度均方根值与传统经验法相比降低了6.72%,能够有效改善车辆的乘坐舒适性。该研究可为钢板弹簧悬架系统减振器的设计提供参考。     

穿堤管道主被动混合振动控制与分析

针对泵站机组运行引起的供排水穿堤管道振动问题,该研究提出一种磁流变阻尼器(magnetorheological damper,MRD)-谐调质量阻尼器(tune mass damper,TMD)有机融合(magnetorheological-tune mass damper,MRTMD)的主被动混合控制体系。利用基于线性二次型(linear quadratic regulator,LQR)最优控制算法,以结构响应加速度取最小为目标函数,优化得到主被动混合振动控制体系相关参数,以提高减振效率和稳定性。通过模拟泵站运行荷载与冲击荷载激励下的结构动力响应控制效果分析,探讨混合控制装置输出阻尼力的鲁棒性和减振效果。将MRTMD应用于穿堤管道工程,从时频域角度分析了所提出的主被动混合控制体系减振效率与有效减振频带范围,结果表明：MRTMD对结构振动耗能能力强,减振频带范围广,效果优于单一的TMD和MRD控制;针对穿堤管道结构振动响应的控制效果良好,加速度响应减振效率达到37.56%～38.07 %,位移响应减振效率达到40.23%～41.38 %;对机组主轴转动引起的转频、倍频等机械振动均可有效减弱,特别是对水流冲击、叶轮内形成的轴向漩涡造成的中低振动频率减振效果显著。该方法可为穿堤管道结构减振控制提供参考,保障穿堤管道结构安全运行。     

永磁同步风力发电系统附加虚拟阻尼控制仿真及验证

永磁同步风电机组(permanent magnet synchronous generator,PMSG)传动轴的扭振不仅会增加轴系的疲劳损害,严重时还会影响风电机组(wind turbine generator,WTG)的稳定性、减少机组的使用寿命。为了保证风电机组高效、稳定运行,有效抑制轴系扭振,该文详细阐述了永磁同步风电系统功率控制的基本控制策略,重点探讨与分析了控制参数与轴系阻尼对系统稳定性及轴系扭振的影响。总结出:当控制参数选择的不合适,会导致轴系扭振失稳;轴系阻尼能抑制扭振,并能够提高系统稳定裕度。基于此,该文提出一种附加虚拟阻尼的控制方法,通过在q轴电流控制环注入相应的阻尼的补偿电流,等效于引入阻尼补偿转矩、增加了轴系阻尼。所提控制策略对于抑制轴系扭振、增强机组的稳定性、增加机组的使用寿命,具有一定的现实意义与实用价值,可在轴系阻尼现实不足的情况下,可通过附加虚拟阻尼来增强轴系阻尼,进而对轴系扭振进行有效抑制。     

泵轮轴向振动条件下高速液力耦合器特性

针对泵轮轴向振动条件下高速液力耦合器特性问题,基于RNG k-ε模型、流体体积法(volume of fluid,VOF)两相流模型、动网格技术、压力隐式算子分裂(pressure-implicit with splitting of operators,PISO)算法和变时间步长法对液力耦合器泵轮在轴向振动条件下的内流场进行数值模拟,通过试验完成对模型的准确性验证。分析液力耦合器流道内部两相流动规律以及受力特性,结果表明:与径向振动相比,相同振幅条件下的轴向振动对循环圆内流量脉动和泵轮、涡轮转矩影响较大;额定转速越高,其泵轮、涡轮转矩脉动幅值、轴向力波动范围越大;振动频率越大,泵轮、涡轮转矩偏差越大;轴向振动幅值越大,泵轮涡轮转矩波动范围越大。从减小转矩波动范围和轴向力的角度控制轴向窜动值不应超过0.04 mm较为合适。     

甘蔗收获机切割系统轴向振动的试验研究

为了验证不同结构布局对甘蔗切割系统轴向振动的影响,该研究设计了甘蔗收获机激振试验台及其激振特性试验;并在理论分析的基础上,通过试验研究了液压油缸、发动机和物流架等构件的安装位置对切割系统轴向振动的影响规律。试验结果表明:1)液压油缸安装在车架上的位置HP3时,即在X轴正向,距离前轮正上方535 mm附近时,刀盘的轴向振幅达到最小值1.28 mm;2)发动机安装在车架上的位置EP2时,即安装在X轴正向,距离前轮正上方1 055 mm附近时,刀盘轴向振幅达到最小值0.92 mm;3)物流架安装在在车架上的位置LP3时,即安装在X轴正向,距离前轮正上方1 615 mm附近时,刀盘轴向振幅达到最小值1.51 mm;4)最优安装布局为HP3、EP2和LP3,相比最劣布局,最优布局的刀盘轴向振动幅值降低40.8%,综合切割质量评定值R_0降低16.9%。液压油缸安装位置,发动机安装位置和物流架安装位置对刀盘轴向振幅影响的显著程度从大到小依次为物流架安装位置,液压油缸安装位置,发动机安装位置。综上,在研发适于丘陵地区的甘蔗收获机械时,液压油缸、发动机和物流架的安装位置应尽可能避开前后轮正上方位置,同时应加装隔振或减振装置,这对降低切割系统振动,提高甘蔗切割质量有重要的指导意义。     

轮式车辆传动系动态阻尼的研究

研究了车辆传动系配合件润滑状态及摩擦系数的变化规律,推导出配合件摩擦扭矩及轴系内摩擦阻尼力矩的计算公式。得出传动系配合件摩擦扭矩和轴系内滞阻尼力矩的增加,对动力传动系自激振动起到了控制环节作用的结论。     

液电式馈能减振器外特性仿真与试验

为了回收由路面不平引起的车辆振动能量,设计了一种车用液电式馈能减振器,并针对其外特性进行了研究。根据液电式馈能减振器组成与原理,建立了相应的数学模型,模拟试验工况计算得到了示功特性及速度特性曲线;搭建了液电式馈能减振器试验台架并进行台架试验以验证理论模型的合理性;最后,基于所建立的液电馈能式减振器数学模型分析了蓄能器充气压力、蓄能器充气体积、液压马达排量、单向阀节流口面积与液压管路内径对外特性的影响。结果表明:提高高压蓄能器充气压力可以增大系统阻尼力;增大高压蓄能器充气体积、单向阀节流口面积、液压管路内径以及液压马达排量会引起系统阻尼力减小,其中液压马达排量只对伸张行程阻尼力有影响,压缩行程阻尼力不受其影响。