一种横磁通风力发电机的建模及参数优化设计

在横磁通风力发电机的设计与测试研究中,高质量的输出电压对风电机组背靠背变流器的可靠运行具有重要的影响作用。该文将正交设计、支持向量机非线性回归分析以及粒子群智能优化算法相结合,提出了一种以输出电压谐波最小为优化目标的横磁通发电机优化设计方法。首先,在基于标量磁位求解的三维有限元模型基础上,确定对发电机空载反电势敏感度较高的设计参数作为优化变量;其次,通过正交试验建立参数样本空间,并运用最小二乘支持向量机实现电机电磁模型的非线性回归建模,为电机优化所需的大规模迭代运算提供高效的计算模型;最后利用粒子群算法良好的全局优化特性进行寻优操作。通过一台1.5kW聚磁式横磁通永磁同步发电机设计,优化方案的空载输出电压谐波含量为14.36%,比初始方案有所降低,证明了建模和优化方案的正确性和工程实用价值。     

Lightweight design of chassis frame for motor boom sprayer

为了解决机动式喷杆喷雾机机架质量过重、燃油消耗率和碳排放量过高等问题,以机动式喷杆喷雾机机架为研究对象,建立了机架的有限元模型。对机架进行了试验模态分析,将仿真结果与模态试验数据进行了对比。利用有限元分析软件Radioss对机架进行了静态分析,计算了机架在水平弯曲和极限扭转工况下的应力分布及变形。根据有限元分析结果,对机架进行了轻量化设计并对机架进行了结构改进。研究结果显示：模态试验结果与有限元仿真结果基本接近,验证了有限元模型的准确性;经过尺寸优化,机架的质量降幅为40.4%,实现了轻量化目标;根据轻量化结果对机架进行了结构改进,改进后弯曲工况和扭转工况的安全系数为分别提高了9.7%和7.8%。该文的相关研究可以为企业研发机动式喷杆喷雾机提供一定的参考。     

机动式喷杆喷雾机机架的轻量化设计

为了解决机动式喷杆喷雾机机架质量过重、燃油消耗率和碳排放量过高等问题,以机动式喷杆喷雾机机架为研究对象,建立了机架的有限元模型。对机架进行了试验模态分析,将仿真结果与模态试验数据进行了对比。利用有限元分析软件Radioss对机架进行了静态分析,计算了机架在水平弯曲和极限扭转工况下的应力分布及变形。根据有限元分析结果,对机架进行了轻量化设计并对机架进行了结构改进。研究结果显示:模态试验结果与有限元仿真结果基本接近,验证了有限元模型的准确性;经过尺寸优化,机架的质量降幅为40.4%,实现了轻量化目标;根据轻量化结果对机架进行了结构改进,改进后弯曲工况和扭转工况的安全系数为分别提高了9.7%和7.8%。该文的相关研究可以为企业研发机动式喷杆喷雾机提供一定的参考。     

多种载荷作用下H型垂直轴风力机叶片的结构优化

为改善时变载荷下H型垂直轴风力机叶片的结构性能,通过FSI映射准确、实时地提取气动力并进行多种荷载耦合作用时的多目标结构优化设计。分别应用解析法和有限元法求解构件弯曲变形的应力分量与强度比,比较计算结果验证有限元分析过程的正确性。将坐标旋转变换和缩放横纵坐标系数相结合进行NACA0021翼型尾缘改型,并使翼型中弧线位于风轮圆周上,获得有弯度的尖尾缘翼型NACA0021SC。利用APDL语言建立新翼型叶片的参数化模型,采用FLUENT软件计算其表面实时压力分布,基于FSI映射方法获得气动力。以叶片的质量最小同时层合板强度比最大为设计目标,利用惯性权重余弦自适应和学习因子动态调整改进粒子群算法,进行重力、离心力、气动力共同作用下叶片结构的多目标优化。结果表明:单叶片在各方位角下优化后,质量分别减小13.70%,11.85%,8.09%和9.60%,最大位移、最大应力、最大应变和强度比倒数的最大降幅为9.34%、20.71%、23.77%、9.38%;风轮优化后,质量、最大位移、最大应力、最大应变和强度比倒数最大值减小7.51%、1.90%、8.50%、20.20%和16.11%。研究结论可为风力机叶片在考虑时变载荷影响下的结构优化设计提供指导。     

设计洪水频率曲线的粒子群优化适线法研究

应用现代智能优化算法，按照不同适线准则进行了设计洪水的频率计算。根据我国水利水电工程设计洪水计算规范，应用粒子群算法按照离（残）差平方和最小，离（残）差绝对值最小和相对离（残）差平方和最小准则，进行了设计洪水频率曲线参数的优化估计研究。通过实例验证，认为粒子群算法进行设计洪水频率曲线参数估计优于传统的经验适线法。与传统优化方法相比，粒子群算法对优化目标函数要求低，避免了大量的求导计算，是一种推求设计洪水频率曲线统计参数的新途径。     

基于改进粒子群算法的农产品召回优化

农产品加工是食品供应链质量控制的关键环节。该文针对农产品加工环节的产品召回优化问题,给出了批次分散优化模型并分析了其算法复杂度。针对优化模型为NP难度(non-deterministic polynomial hard),难以求解的问题,指出了采用粒子群优化进行求解的途径。针对粒子群优化算法在进化的初期收敛速度快,易引起早熟;在进化后期收敛速度慢,易引起振荡的问题,提出了一种基于分段门限粒子替换策略的改进粒子群优化算法。采用相关算例对该文提出的改进粒子群优化算法进行优化性能验证,并与类似智能优化算法进行性能对比。算例仿真和性能对比的结果表明,该算法运算开销约为同类算法的10%,且可以降低潜在的召回规模约30%,适用于农产品加工环节的产品召回优化。     

基于模态组合的短期负荷预测方法

随着电力市场化改革的深入推进,电力系统运行呈现出更强的灵活性和不确定性,对短期负荷精准预测提出了更高的要求。为有效协调发电、输电、配电、用电的关系,增强电力系统日运行调度的安全稳定性,该研究提出了一种基于模态组合的短期负荷预测方法。从时域和频域2个维度提出了负荷序列和影响因素序列分解评价方法,得到改进的变分模态分解法(Variational Mode Decomposition,VMD),对原始日负荷序列及影响因素序列进行分解,并采用粒子群优化算法(Particle Swarm Optimization,PSO)对VMD的参数寻优。根据原始序列分解情况,对比各影响因素模态序列与负荷序列的频域特征,筛选出与负荷序列特征相近的模态并将其进行线性叠加组合,得到多个整合后的组合模态序列,以确定预测模型的输入量;分别利用粒子群优化的最小二乘支持向量机(Least Squares Support Vector Machine,LSSVM)模型进行负荷预测。算例结果表明,相比于直接采用PSO-LSSVM方法,本文提出的基于模态组合的短期负荷预测方法的最大相对误差降低了3.36个百分点,平均相对误差降低了1.71个百分点,最大绝对误差降低了95 MW,平均绝对误差降低了55.72 MW,短期负荷预测的精度得到明显提升。     

基于多尺度融合注意力机制的群猪检测方法

群猪检测是现代化猪场智慧管理的关键环节。针对群猪计数过程中,小目标或被遮挡的猪只个体易漏检的问题,该研究提出了基于多尺度融合注意力机制的群猪检测方法。首先基于YOLOv7模型构建了群猪目标检测网络YOLOpig,该网络设计了融合注意力机制的小目标尺度检测网络结构,并基于残差思想优化了最大池化卷积模块,实现了对被遮挡与小目标猪只个体的准确检测;其次结合GradCAM算法进行猪只检测信息的特征可视化,验证群猪检测试验特征提取的有效性。最后使用目标跟踪算法StrongSORT实现猪只个体的准确跟踪,为猪只的检测任务提供身份信息。研究以育肥阶段的长白猪为测试对象,基于不同视角采集的视频数据集进行测试,验证了YOLOpig网络结合StongSORT算法的准确性和实时性。试验结果表明,该研究提出的YOLOpig模型精确率、召回率及平均精度分别为90.4%、85.5%和92.4%,相较于基础YOLOv7模型平均精度提高了5.1个百分点,检测速度提升7.14%,比YOLOv5、YOLOv7tiny和YOLOv8n 3种模型的平均精度分别提高了12.1、16.8和5.7个百分点,该文模型可以实现群猪的有...     

喷雾机喷杆结构形状及截面尺寸优化与试验

针对喷雾机喷杆结构动力学特性原始设计缺陷,该文提出了一种基于遗传算法的多变量优化方法。以平面十八杆桁架单元为基础结构,在Abaqus平台中建立了单侧喷杆参数化有限元模型。基于Isight多学科多目标优化平台提取模型设计变量组及优化目标,采用多岛遗传算法(multi-island genetic algorithm,MIGA)对喷杆桁架结构形状及杆件截面尺寸进行优化,得到了一阶固有频率为10.87 Hz,质量为35.82 kg,幅宽为5 m的单侧喷杆结构模型。根据优化后模型的结构参数制造喷杆样品,通过对其进行模态试验验证了数值模型的准确性。针对优化前、后喷杆模型进行了以位移功率谱密度(power spectrum density,PSD)函数为激励的随机振动仿真,结果表明,优化后喷杆模型的质量下降并没有明显增加其在竖直方向上振动位移响应量。该文研究结果可为进一步研究喷雾机喷杆结构的动力学性能优化提供依据。     

垄沟集雨系统Laio土壤水分动态随机模型参数敏感性分析及优化

水文模型参数的敏感性分析、优化和验证对提高模型计算精度和效率具有重要意义。为探讨Laio土壤水分动态随机模型(Laio模型)各参数在垄沟集雨系统的敏感性,同时,确定参数优化和模型验证的最佳方案,本文结合多因素敏感性分析法以及改进单纯形法(ISM)、粒子群优化算法(PSO)和混合粒子群优化算法(HPSO),利用中国气象局定西干旱气象与生态环境试验基地2012—2013年垄沟集雨燕麦生长季降雨、径流和土壤水分等实测数据,对垄沟集雨系统Laio模型的13个参数进行敏感性分析、优化和验证。结果表明,平均降水量α和凋萎系数s_w对土壤水分概率密度函数p(s)最敏感,p(s)对参数α的敏感性在低土壤含水率下更明显,对参数s_w的敏感性在高土壤含水率下更明显;3种算法(ISM、PSO和HPSO)的优化参数值均能对垄沟集雨系统土壤水分概率密度函数进行较好模拟,峰值(CPV)、峰值位置(PP)和95%置信区间(CI95%)实测值与模拟值的相对误差均小于10%,CM指数均大于0.5;同时,HPSO算法优化参数的模拟效果和收敛速度均显著优于PSO算法和ISM算法,能较显著克服ISM算法和PSO算法存在的缺陷。HPSO算法可作为垄沟集雨系统土壤水分动态随机模型参数优化的待选方案。     

基于OPTIMUS的柴油机配气正时及喷油提前角的优化

柴油机的配气正时与喷油提前角对其性能影响很大,最佳的匹配参数能够形成缸内良好的空燃比及较佳的燃烧效率,从而获得较高的动力性及较低的燃油消耗率。为得到不同工况下配气正时与喷油提前角的最佳组合,该文将增压直喷柴油机工作过程的SIMULINK仿真模型导入OPTIMUS多学科优化平台;以进气迟后角和排气提前角以及喷油提前角为优化设计变量,以柴油机的经济性和动力性为设计目标进行优化计算。额定工况下该发动机的优化结果是:进气迟后角为42°CA,排气提前角为60°CA,喷油提前角为16°CA。仿真和试验结果表明:模型设计合理准确,优化后柴油机动力性和经济性均有所改善,该研究可为柴油机的改进和优化提供参考。     

山地果园轮式运输机车架结构分析与优化

山地果园运输机是农业运输机械化的重要组成部分,车架作为汽车质量的支撑部件,决定了运输机结构合理及行驶安全。该文研究的山地果园轻简化轮式运输机车架属于发动机前置后驱形式,利用Pro/E软件建立三维模型,并导入ANSYS软件进行有限元模态分析。在通过静态电测试验确定有限元分析的应力值和试验真实应力值在合理范围内后,对车架模型关键部位进行载荷、约束等处理并进行有限元静态弯曲和应变力分析、车架有限元模态分析,及有限元前8阶模态振动变形分析。分析结果表明车架具备良好的强度和刚度特性,存在一定的优化空间。优化过程在满足车架强度和刚度要求的前提下,通过改变横梁布置结构并降低车架构件板厚的方式实现轻简化目的。优化结果为上车架体积减少20%左右,整个车架体积减少12.37%左右,使车架质量降低了12.4%,最大应力和最大变形远远小于屈服极限值,较好的达到了车架轻量化的优化目的。     

拖拉机液压机械无级变速箱效率特性的仿真与试验

为了对一种新型拖拉机液压机械无级变速箱的效率水平进行评估,该文对其满负荷及部分负荷下的效率特性进行了研究。基于SimulationX平台,该文构建了完整的变速箱传动模型,并通过台架试验对其进行了校准,从而确保了模型的可靠性。通过仿真分析,得出了传动效率与发动机转速、负载扭矩和速比的关系,并绘制了较为全面的效率图谱;指出了泵前齿轮副对变速箱效率的影响,从而使得基于效率进行变速箱的结构优化具备了理论上的可操作性。结果表明,该变速箱在HM2、HM4段负排量和HM1、HM3段正排量时存在功率循环,且变速箱的传动效率受到发动机转速和扭矩的双重影响,其在额定工况下的满负荷传动效率为81.5%。因此,该类变速箱的传动效率随工况波动较大,为了使拖拉机在给定的车速、负载水平下高效作业,必须合理匹配其速比与发动机转速的关系。该研究可为变速箱的结构优化及动力匹配提供理论依据。     

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.     

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。     

基于无函数表达节曲线的非圆齿轮分插机构设计与试验

针对行星轮系分插机构的非圆齿轮节曲线形状复杂、反求时难以用函数对非圆齿轮节曲线拟合的问题,把非圆齿轮的节曲线用数值点形式表示,提出了无函数表达非圆齿轮节曲线的设计方法。应用数值分析方法,对分插机构的秧针进行运动学分析;编写了人机交互设计和优化软件,研究设计变量对秧针运动轨迹和运动姿态的影响,对反求得到的无函数表达节曲线的非圆齿轮系进行检验和修正,完成了对行星架初始安装角等分插机构参数的优化。结果显示:非圆齿轮中心距为40.7 mm,齿轮齿数为19,行星架初始安装角为35°,栽植臂初始安装角为42°,秧针长度为142 mm,取秧角为12°,推秧角为75°为满足农业要求的分插机构的结构参数。秧针相对运动轨迹的高速摄影分析和田间插秧试验说明,求得的旋转式分插机构能够很好地满足插秧要求。该研究结果为高速插秧机核心工作部件的研发提供参考。     

基于响应曲面法的非道路用高压共轨柴油机设计点优化标定

针对柴油机采用高压共轨系统带来标定与优化工作量显著增加的问题,基于Box-Behnken设计与响应面法对处于标定阶段的一款非道路用高压共轨柴油机进行了研究。以该柴油机设计点为例,在最大转矩转速1 600 r/min与额定功率转速2 600 r/min的全负荷工况下,选取主喷油量、预喷油量、主喷正时以及喷油压力4个标定变量为因子,在满足设计指标与相关约束的条件下进行了优化标定。试验结果表明:基于响应曲面法建立的柴油机各二阶响应面回归模型具有良好的准确性和预测能力,决定系数R2、调整决定系数R2 adj以及预测决定系数R2 pred均在0.92以上,试验值与预测值的最大偏差不超过3.07%;优化之后得出的标定变量组合使得该非道路用高压共轨柴油机的最大转矩达到200.7 N?m,额定功率达到40.1 k W,满足其设计指标,同时有效燃油消耗率、空燃比、最高气缸压力以及最高排气歧管气体温度均在许可的约束范围之内,表明将响应曲面法用于非道路用高压共轨柴油机设计点的优化标定是可行的。     

基于挡位利用率的装载机传动比优化方法

装载机各挡位传动比大都采用等比级数分配,或者根据设计者经验按偏置等比级数分配。这些传动比分配方法都有一定的局限性。该文试验装载机各挡位利用情况,统计各挡位利用率。根据发动机和液力变矩器共同工作输入特性和共同工作输出特性曲线,作出牵引特性曲线图。考虑挡位利用率建立优化目标函数,用复合形法对装载机各挡位传动比进行了优化。借助装载机性能仿真软件,对优化前后装载机的燃油经济性进行仿真计算。优化结果表明,挡位利用率越高,挡位间的传动比间隔也越小。优化结果反映了装载机实际使用工况对传动比分配的影响,改善了装载机的燃油经济性。     

基于三星齿轮换向原理的自动升降挖坑装置研制

手提式挖坑装置钻头旋转动力源于汽油机,而钻头升降则需要人工手动完成。该文基于三星齿轮换向原理设计了齿轮换向机构,通过调整换向手柄的位置,即可将汽油机单一动力方向转换为正反2个方向,实现了丝杠螺母机构中螺母轴的正反转。挖坑装置工作时汽油机一部分动力带动螺旋钻头旋转,一部分动力经带传动机构、齿轮换向机构带动丝杠螺母升降机构进行往复运动,从而实现了钻头主动、匀速进行挖坑作业,提高了挖坑作业质量,挖坑作业完成后,回程能够自动复位。自动升降挖坑装置在挖坑作业过程中,仅在换向时需要人工操作,手动换向操作时间仅为2 s,占单坑作业总时间的3.5%,在挖坑作业进给行程和复位行程中,均无需人工操作,大大降低了劳动强度。基于三星齿轮换向原理的自动升降挖坑装置田间单次作业平均挖坑时间为57 s,平均坑深237 mm,平均坑口直径300 mm,挖坑质量满足后续施肥作业要求。此外,增设换向手柄中间限位孔,防止在挖坑作业进给过程中,钻头遇到较大石块或树根,丝杠螺母升降机构突然卡死,暂时切断汽油机向丝杠螺母升降机构的动力传递路径,起到对系统的保护作用。     

基于球面曲线的空间非匀速行星轮系分插机构逆向设计

针对目前非圆锥齿轮行星系分插机构运动轨迹、姿态设计中存在的对机构参数选择和参数对设计目标影响的不确定性问题,提出一种基于球面曲线的空间行星轮系机构逆向设计方法。在利用样条曲线描述光滑、连续、封闭理想平面插秧轨迹的基础上,采用保测地曲率投影方式将平面轨迹映射到给定球面获得目标球面轨迹;由二杆三自由度空间开式机构复演球面轨迹,并根据杆件的空间几何关系建立行星轮系机构的总传动比反求模型;通过在杆件上依附非圆锥齿轮、非圆齿轮,实现基于给定运动要求的各级传动比分配和齿轮节曲线再现;利用Matlab编写反求程序,并在高速水稻宽窄行分插机构的设计中,实现非圆齿轮—非圆锥齿轮行星轮系宽窄行分插机构的参数反求。最后,通过设计并加工机构实物进行台架试验,由高速摄像技术测试并得到了与给定球面轨迹一致的插秧轨迹,验证了方法的可行性,为宽窄行分插机构设计提供了新的方法。