直升机施药药箱药液阻尼防晃模拟及试验

直升机施药在林业病虫害防治中应用广泛,药箱作为药液载体,合理的防晃结构对其作业稳定性具有重要意义。为降低作业过程中药液晃动,通过布置防晃栅格结构对药箱内腔进行优化设计,并借助Fluent中流体体积多相流及Realizable k-ε湍流模型进行数值模拟。结果表明,增加栅格结构高度,参考点的最大压力值随之增加且高度选为100 mm时液体晃动的频率更低;增加栅格槽数量,参考点的最大压力值随之变小,且在数量为9时趋于稳定。通过构建药箱晃动试验台模拟直升机作业飞况进行防晃效果验证,结果表明药箱加速度越大,箱壁所受最大压力越大,受到最大压力的时间提前;充液率越大,箱壁所受最大压力越大,充液率为0.8较0.4时的最大压力增长了27.7%,同时高充液率下箱体不易受到激励后的二次冲击。随着前倾角度的逐步增加,液面所需稳定时间减小,从0°转变为20°,稳定时间相对减少了44.6%,而出现侧倾时液位较低的一侧晃动更加激烈,所需稳定时间更长。根据仿真结果选择高度为100 mm,栅格数量为9个的竖直阻尼栅格结构,对比数值仿真和试验结果,防晃阻尼栅格能有效减小受激励后箱体内液体晃动幅度,相较于原箱液体从开始晃动...     

液体晃动降低半挂液罐车行驶稳定性

为研究液体晃动对半挂液罐车行驶稳定性的影响,针对罐体内液体的横向晃动问题,运用势流理论建立液体晃动的控制方程,采用Galerkin方法求解该方程,并求解液体受迫晃动对罐体的作用力,根据等效原则,建立液体受迫晃动的等效力学模型,在考虑液体质心的横向移动产生的附加力矩和液体动压力对罐体产生的作用力基础上,结合半挂车的刚体模型,建立了半挂液罐车数学模型。对液体和固体2种货物,通过阶跃转向和双移线2种工况对比仿真试验,分析了液体晃动对半挂液罐车行驶参数和车辆失稳形式的影响。仿真结果表明,在阶跃转向时,液体晃动对车辆的侧倾角影响较大,降低了车辆的侧翻速度阈值,而对其他运行参数影响较小;在双移线工况时,液体晃动加剧车辆的侧向加速度和铰接角的波动,使车辆横向摆振明显;在充液率k=1.2附近,随着车速的增加,车辆先表现为摆振失稳,再发生侧翻,而在接近满充液率(k=1.9)情况下,随着车速的增加,车辆直接表现为侧翻事故。该文为半挂液罐车稳定性控制的研究和安全行驶提供参考依据。     

基于拉格朗日法的悬臂输送槽阻尼摆模型构建与验证

为准确分析联合收割机输送槽在作业时产生的不平衡摆动现象，该研究建立了基于液压缸支撑的联合收割机悬臂输送槽阻尼摆模型。首先对悬臂输送槽系统进行受力分析，并基于拉格朗日法建立其动力学微分方程。为进一步确定动力学微分方程中的参数，利用有限元法和模态分析法对液压缸刚度和阻尼进行参数标定；并进行田间试验获取输送槽所受外界激励。利用二次积分与快速傅里叶变换（fast fourier transform，FFT）处理田间试验采集到的加速度信号，得到悬臂输送槽振幅及振动的主频成分，为动力学微分方程的验证提供依据。最后求得悬臂输送槽角速度和摆角的表达式，将理论得到的初始状态下悬臂输送槽摆幅与田间试验实际摆幅进行对比。结果表明：稳定状态下，理论求解得到的同一水平位置两测点对应的摆幅分别约为0.0979、0.0957mm，与试验实际摆幅误差约为1.11%和4.30%，验证了该联合收割机悬臂输送槽阻尼摆模型的准确性。研究结果可为长江中下游地区水稻联合收割机悬臂输送槽结构优化提供理论依据。     

植保无人机药箱液量监测装置的设计与试验

药箱的液量是植保无人机精准作业中需要监测的重要信息之一。为了实现对植保无人机药箱液量的实时监测,针对植保无人机作业过程中存在的液面波动剧烈、药液的理化特性各异、药箱空间小、防腐蚀要求高等特点,该文提出一种双气压式液量监测装置的设计方案,包括双气压式液位监测、药箱液面震荡干扰滤波、机身倾斜干扰校正以及液位-液量换算模型等。为了验证方案的可行性,制作了液量监测装置的样机,并设计了相关的验证试验进行性能测试。试验结果表明:采用同时监测环境气压和密闭气室内气压的双气压式差值法,液位高度与气压差值之间呈线性负相关关系,决定系数为0.998 9,可有效消除环境气压变化对测量精度和稳定性带来的影响;融合了中位值平均滤波法与滑动平均滤波法优势的混合数字滤波算法,使药箱液位数据的变异系数由滤波处理前的28.45%降低到12.27%,对液面震荡干扰具有较好的滤波效果;基于微机械陀螺仪的校正算法,在机身倾斜30°时,气压差值误差从校正前的-1.09 h Pa,降低至校正后的0.05 h Pa,可较好地消除植保无人机飞行中机身倾斜带来的药箱倾斜干扰误差;在植保无人机机载动态测试试验中,设计了前进、后退、田间掉头移行等3种常见的飞行工况中进行测试,在2、4、6 L的载药量时,液量监测器输出的液量数据均值分别为1.985、3.942、5.984 L,经过校正处理后液量相对误差分别为0.75%、1.45%、0.77%,均方根误差分别为0.182、0.199、0.180 L,表明液量监测器在不同实际作业工况中的数据输出较稳定可靠。     

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。     

梯形消能墩组合式台阶消能工水力特性

为了提高溢洪道的消能效果,降低台阶面负压,该研究对其提出了消能墩与台阶组合的布置形式,在台阶凸角处布置梯形消能墩。通过模型试验与数值模拟的方法,研究单排布置与单排交错布置下组合式台阶消能工的流态、流速、压强和消能率,并与传统台阶消能工的水力特性对比。结果表明,组合式台阶消能工与传统台阶消能工水流流态基本相同,在凸角布置消能墩产生雍水作用,水流更为平缓;在靠近台阶水面位置,组合式台阶消能工水流流速相较于传统台阶消能工降低5%,并且各体型台阶消能工断面流速遵循底层小,表层大的规律;组合式台阶消能工的台阶水平面与竖直面在靠近凸角附近存在负压,且相较于传统台阶消能工在竖直面上负压范围缩小60%～70%;相对临界水深由0.714增大到1.486时,组合式台阶消能工较传统消能工消能率下降幅度小,且在相对水深较大的情况下消能率仍可达到70％以上,具有更好的消能特性,可为台阶溢洪道的相关工程提供参考依据。     

浙江省青田县某移民点泥石流灾害防治方案探讨

从浙江省青田县某移民点泥石流发生的基本条件出发,对该区泥石流的活动特征进行了分析,详细讨论了防治措施、工程布置的依据以及格栅坝、排导槽等工程措施的结构设计,为该区泥石流的综合治理提出了科学的建议.     

不同工况下大型箱涵式泵装置压力脉动特性及振动特性

为了研究箱涵式泵装置无汽蚀、开敞出流和汽蚀条件下压力脉动特性和振动特性,在进水喇叭管和叶轮室进口壁面布置了4只压力脉动传感器和箱体顶部布置了2只振动传感器,对多个工况点压力脉动特性和振动特性进行了动态测量,揭示了轴流泵进水部分不同条件下的压力脉动规律和振动特性。试验结果表明,叶轮室进口压力脉动峰峰值较大,叶轮室监测点主频值均为叶片转频,进水喇叭管除低频脉动外主频主要分布在叶频和转频位置;各工况点叶轮室进口两测点压力脉动有较好的对称性,进水喇叭管南北两侧压力脉动不对称;叶轮室进口压力脉动峰峰值基本都是随着流量的增加而减小;汽蚀条件下和开敞式出流条件下与没有发生汽蚀时相比,频谱图对应性较好,频率分布大体规律基本能够吻合,主要频率对应的幅值比不发生汽蚀时略大,汽蚀条件下频谱分布更广;水平振动位移均在10μm以内,竖直振动位移较大,说明泵装置运行时竖直振动更为明显。振动位移的大小随着流量的增大而减小。汽蚀条件下振动位移较非汽蚀时增大2.4~8.6μm,其中流量越小竖直振动位移增加越大,因此,实际工程中应尽量避免在小流量工况汽蚀条件下运行。该文关于箱涵式泵装置进水部分压力脉动试验研究可为同类泵站优化设计提供参考。     

油菜无人机飞播装置设计与试验

针对丘陵山区油菜种植面积逐步扩大和平原地区稻油茬口矛盾突出的生产现状,结合无人机飞播作业不受地形限制、作业速度快、工作效率高和适用范围广等优点,该研究开发了与极飞P20四旋翼无人机平台配套的油菜无人机飞播装置和控制系统。分析确定了飞播装置种箱、充种漏斗、槽轮等的结构参数,并研制了相应的控制系统。在分析无人机飞播质量影响要素基础上,建立了无人机旋翼气流场仿真模型,并以充种漏斗长度和槽轮转速为试验因素开展台架试验。仿真分析和台架试验结果表明,旋翼气流场对油菜种子的空中漂移运动轨迹有较大影响,根据获得的无人机飞行速度与槽轮转速关系模型,确定了旋翼气流场对种子影响较小的参数组合:导种管出种口与无人机旋翼距离300 mm,充种漏斗长度53 mm,槽轮转速10～50 r/min、无人机飞行速度2～4 m/s。场地试验表明:导种管出种口横向距离为1.1m,无人机飞行高度为2～2.5 m时,无人机有效作业幅宽2.15～2.45 m,种子分布均匀性变异系数为32.05%～34.78%,装置作业性能较好,满足油菜农艺种植要求。研究结果可为油菜无人机飞播配套装置设计提供参考。     

油-固-气耦合作用下车辆变速箱辐射噪声估测

为反映变速箱实际工作情况,更加准确预测变速箱辐射噪声,运用流固耦合有限元方法,建立变速箱箱体及其内部空气和油液的耦合模型,通过模态试验对箱体模型进行了验证,所建模型合理。运用声学边界元理论计算得到变速箱在发动机和齿轮激励下的辐射噪声,并通过声学试验验证仿真结果的准确性,为进一步进行变速箱噪声控制研究提供参考。     

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。     

垂直摇臂式喷头驱动力计算及试验修正

驱动力的大小不仅会影响喷头自身结构的应力分布和寿命,而且还会影响喷头运转的平稳性。为了提高垂直摇臂式喷头驱动力计算公式的精确度,该文采用试验测试结果对理论计算公式进行修正,分别提出了水平和垂直驱动力理论计算公式的修正系数公式,并对修正后的驱动力计算公式进行验证。研究结果表明:驱动力理论计算公式推导过程中的假设条件对驱动力的计算有较大影响,导致理论计算公式存在较大的偏差,尤其是在低压情况下,2个方向的驱动力计算最大偏差都达到20%左右。通过试验数据回归得到的水平和垂直驱动力理论计算公式的修正系数公式具有较高的精度,决定系数R2分别达到0.9799和0.9289,水平驱动力计算公式的修正系数与工作压力呈指数关系,垂直驱动力计算公式的修正系数与工作压力呈对数关系。修正后公式的计算值与试验值较接近,计算偏差较小,基本都在5%以内,表明了修正后的驱动力计算公式具有较高的精确度。该研究可为垂直摇臂式喷头的摇臂与导流器的设计及优化提供参考。     

具有复合充填力的立式浅盆型排种器充种机理

为了从力学角度研究提高机械式精密排种器的充种能力以适应高速作业需要,分析了排种器种腔内种子各方向力学特征及规律,建立型孔充填力模型,找出提高充填能力的有效途径,并以增加充填力种类为目标创新设计一种立式浅盆型排种器。其排种盘结构既能保留传统立式种盘的优点,又避免了离心力对清种产生的负面影响。运用离散元仿真分析软件EDEM(engineering discrete element method)进行仿真并用物理样机试验进一步证实了种盘转速提高时,作为复合力引入的重力与离心力的分力能明显起到保证种子完成向型孔内进入过程的作用,在高速区段平均充填率提高2.33%。该研究为机械式精密排种器的研究提供了借鉴与参考。     

荔枝的力学特性测试及其有限元分析

为减小荔枝在收获、储运过程中的机械损伤,对荔枝的宏观和微观力学特性进行了研究.试验测定得到荔枝各部分的弹性模量;通过压缩试验,测得荔枝整果垂直受压的力学参数大于水平,垂直与水平受压的破裂力、弹性模量和破裂相对变形分别为101.69N和81.25N、0.37MPa和0.27MPa、30.33％和28.86％,并观察得到荔枝受压的裂壳特征.运用有限元法建立荔枝压缩力学模型,比较荔枝垂直和水平受压的试验值和仿真值,二者比较一致,其相关系数均达到0.999以上;研究荔枝在压载作用下的应力分布规律,分析其垂直与水平受压的抗挤压能力和裂壳特征,验证仿真数值解的可行性.试验结果表明:荔枝的抗挤压能力具有各向异性,相同压力下,垂直方向所能承受的压力和变形均大于水平方向;受压时在果壳拉应力作用下发生破裂,裂纹沿外力方向延伸,且出现的截面与压缩方向一致;采用所建立的荔枝有限元模犁可以分析研究荔枝的微观力学性质.研究结果可为荔枝作业装各的设计以及预测和减少其机械损伤提供依据和帮助.     

温室水培叶菜高速稀植机构设计与试验

温室水培叶菜幼苗种植需将钵苗从穴盘移栽至栽培槽中,传统人工作业劳动强度大、效率低,而通过移栽机自动化作业效率高、质量好。该研究设计了一种多移植手的穴盘取苗高速稀植移栽机构,可实现穴盘内成排取苗和栽培槽变间距并行植苗作业。高速稀植移栽机采用受拉缓冲带串接针爪式多移植手减缓变间距栽植过程中的不等速冲击,通过油压缓冲器减缓多移植手纵横向高速移动在末端位置的冲击。在移植手结构和叶菜钵苗状况确定的情况下,对稀植作业过程中多移植手间的受拉缓冲带弹性系数K、水平方向平均速度v_1、水平运动末端油压缓冲器吸收能量N_1、垂直方向平均速度v_2和垂直运动末端油压缓冲器吸收能量N_2这5个因素进行正交试验。结果表明,水平方向的平均速度v_1和水平运动末端油压缓冲器吸收能量N_1间的耦合关系和缓冲带弹性系数K对高速稀植过程的移栽成功率影响较大,多移植手机构最优参数组合为K为0.128 N/m、v_1为0.49 m/s、v_2为0.74 m/s、N_1为6 J,N_2为15 J,此时移栽效率为3 956株/h,植苗成功率为96.7%,满足高效稀植的作业需求。     

沼肥采运车储罐动力学数值模拟与相似模型试验

为满足沼肥采运车的工作效率,设计12 t大型车载式沼肥采运储罐,并针对大型沼肥采运车运输沼肥遇紧急制动时,储罐内部沼肥剧烈晃动对壁面产生的冲击可能导致储罐及连接支撑结构损坏,为安全运输带来隐患的问题。该文采用VOF(volume of fluid)多相流模型对采运车紧急制动时不同充料比下储罐内沼肥晃动进行分析和数值模拟,得出采运车的最佳运输充料比范围0.8~0.9;利用CATIA有限元分析模块在储罐三维模型上建立各零部件间具有联接和力传递关系的有限元模型,根据采运车工况,施加约束及储罐前封头和前防浪板所受冲击载荷峰值最大时的载荷边界条件后进行计算,依据计算结果调整储罐设计并优化结构,重新计算得到储罐的变形和应力分别为6.25 mm、136 MPa;运用相似理论量纲分析法确定储罐模型的几何尺寸及试验参数,模型试验中前防浪板迎峰面所受的冲击力计算值与原型中的数值模拟值存在近似1:64的比例关系,模型试验结果可推广至原型。研究为大型沼肥采运车储罐设计提供了可行的解决方案,同时也为类似运输罐车的研究提供参考。     

A Fruit Tree Stability Model for Static and Dynamic Loading

Static and dynamic tests were carried out on the trunk and main roots of cherry trees to obtain their important elastic and viscous properties. The horizontal and vertical displacement of the stem was measured at horizontal forces 80 cm above ground level. Force relaxation tests were carried out in the same way for 15 min. Main root samples were taken from a felled tree for bending, stressing and force relaxation tests. Accelerations of pre-stressed and released trunks were recorded for whole trees and for trunks when the limb was totally removed above 85 cm. From the static and dynamic test results a common model was composed of two Maxwell elements, a damping element and a spring, all coupled in parallel. During static loading, i.e. at force relaxation, the damping of the two Maxwell elements was active. During dynamic loading, when the trunk is swinging at its own frequency, only the single damping element acts together with the three parallel springs. The damping of the Maxwell elements is too high to influence the oscillations at the natural frequency.     

基于离散元法的旋耕刀受力分析

为分析旋耕刀在有秸秆覆盖和无秸秆覆盖土壤中工作时的受力情况,该文采用离散元法构建土壤-旋耕刀相互作用和秸秆-土壤-旋耕刀相互作用的三维离散元模型。在土槽试验中采用扭矩传感器测量旋耕刀所受扭矩,在仿真中导出每个时刻旋耕刀受到的扭矩和力数据,试验和仿真都在恒定前进速度0.222 m/s和耕作深度100 mm及4种转速77、100、123、146 r/min下进行。结果显示旋耕刀最大扭矩值随着转速增加呈现增加的趋势;在无秸秆覆盖土壤中,试验值与仿真值的相对误差为16.3%;在有秸秆覆盖土壤中二者相对误差为19.1%。耕作过程中旋耕刀所受合力、水平力及侧向力都呈现先升后降的趋势;合力、水平力和垂直力的最大值,都随着转速的增加而增加。旋耕刀刚开始切土时,在有秸秆覆盖的土壤中受到的阻力总比无秸秆覆盖的土壤中所受阻力要大;之后旋耕刀在有秸秆覆盖的土壤中受到的最大力要大于在无秸秆覆盖的土壤中受到的最大力。仿真的水平力和垂直力与旋耕刀理论模型计算得到的旋耕刀水平力和垂直力变化一致。利用离散元法研究旋耕刀切土过程,对探讨刀具与土壤的相互作用机理及设计和优化高秸秆含量土壤中工作的耕作机械具有重要意义。