斜齿交错-非圆锥齿轮行星系水稻宽窄行分插机构设计与优化

为获取一般性的空间行星轮系传动比,以达到直取秧和小穴口的插秧要求,在斜齿交错椭圆锥行星轮系分插机构的基础上,引入非圆锥齿轮,得到一种斜齿交错-非圆锥行星轮系分插机构,并应用于高速宽窄行插秧机当中。建立了非圆锥齿轮副节曲线的数学表达式和机构的运动学模型;基于Matlab开发平台开发了机构参数优化软件,利用该软件分析了节曲线形状、行星架初始安装角、斜齿轮螺旋角和非圆锥齿轮锥距对理想轨迹姿态、直取秧特征和穴口大小的影响,并以理想轨迹姿态、直取秧、小穴口等要求为目标,通过人机交互方式优选机构参数;与斜齿交错-椭圆锥行星轮系分插机构形成的总传动比及其轨迹进行对比,并得出了斜齿交错-非圆锥行星轮系分插机构轨迹在改进直取秧姿态、降低伤苗率等方面作业性能更优的结论。利用仿真软件Adams进行了机构的运动学仿真,加工分插机构实物,利用通用分插机构试验台完成机构插秧轨迹测试,得出斜齿交错-非圆锥行星轮系分插机构可以更好的满足水稻宽窄行插秧的要求,从而验证了非圆锥齿轮在宽窄行分插机构中应用的优越性。     

土坡滑坡侵蚀稳定性评价的解析方法

滑坡是土坡重力侵蚀最普遍的一种形式，其稳定性分析中的圆弧条分法在工程实际中被广为应用。但该方法的具体计算过程烦琐，而且需要反复试算，存在着不确定性。将土坡的地面线用分段直线方程表示，将滑动面用一圆弧方程表示，可以将原公式中的求和部分化为积分式，从而推导出了求解稳定系数的解析式。通过几何关系将稳定系数转化为一个距离参数t的一元函数求得参数t，并获得稳定系数极小值及其对应的滑动面。若变动后缘点和剪出点，可最终求得最危险滑动面的位置及相应的稳定系数。     

用于番茄果秧分离的多组非圆行星轮系振动发生器设计

针对现有用于番茄果秧分离的双偏心块振动发生器运动参数易受载荷影响、分离滚筒易堵塞以及前期研究的单组非圆行星轮系振动发生器传动部件载荷不均衡等问题,设计了一种三组非圆行星轮系振动发生器。对双偏心块式振动发生器驱动下分离滚筒的运动进行了分析,获取了分离滚筒拟合角位移、角速度曲线,并将其作为三组非圆行星轮系振动发生器的输出目标曲线。通过建立非圆齿轮传动比方程以及节曲线方程,确定了三组非圆行星轮系振动发生器非圆齿轮的基本参数。搭建了分离滚筒运动测试试验台,利用高速摄像系统在振动发生器输入转速为111 r/min,高速摄像系统帧率为800帧/s的参数条件下获得实测角位移、角速度,通过MATLAB软件获取了分离滚筒在三组非圆行星轮系振动发生器驱动下的角位移和角速度拟合曲线,并分别与对应的仿真曲线和目标曲线进行对比分析,结果表明:试验角位移和角速度曲线与仿真及目标曲线基本吻合。验证了非圆行星轮系振动发生器设计的合理性。通过ADAMS获取了三组和单组非圆行星轮系振动发生器的齿面接触力,通过对比分析,发现单组非圆行星轮系振动发生器的齿面接触力变化范围为0~200 000 N,三组非圆行星轮系振动发生器齿面接触力为0~125 N,验证了三组相对于单组非圆行星轮系振动发生器更加均衡的特性。该研究为多组非圆行星轮系番茄果秧分离振动发生器的开发提供参考。     

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。     

纸浆模塑餐具热压干燥过程的研究

该文对纸浆模塑餐具热压干燥工艺过程进行了分析，在此基础上建立了模具热传导方程，采用分离变量法推导出模具热传导方程的解析解，同时应用Matlab软件进行数值求解。根据热传导方程的解析解、数值解计算的模具表面温度值与与实测值较为吻合。对模具的传热分析为模具结构设计及加热管布置提供了理论依据。根据热传导方程并结合生产实际经验，推导出相应的湿坯热压时间，为热压过程的控制提供了基础。     

旋耕弯刀正切刃展开线的计算与模拟

正切刃是旋耕刀的重要组成部分。为保证正切刃的设计要求，获得正确的展开线，按照旋耕刀的生产制造工艺，推导了正切刃的展开线方程。根据方程可计算出展开线上各点的坐标，并能用偏心圆进行拟合，用圆弧替代不规则曲线，便于制造加工和检验。结果表明，用偏心圆模拟正切刃展开线，其误差很小，符合国家标准。     

步行轮轮脚与土壤相互作用运动学

在推导步行轮轮脚运动轨迹方程和包络线方程的基础上,分析了步行轮在软地面上行驶时轮脚刺孔的形状和大小、包络线的长度和位置以及驱动面接触线长度的影响因素和计算方法,为动力性能的分析提供了依据和基础。     

钵苗移栽机非圆齿轮行星轮系栽植机构参数分析与反求

为了更好地满足旱地钵苗移栽农艺要求,本文提出非圆齿轮行星轮系栽植机构。选取栽植机构栽植嘴运动轨迹上的若干点作为型值点,利用三次非均匀B样条曲线来控制和表达整条轨迹,并建立以轨迹为目标的该机构参数反求模型,推导栽植嘴的（角）位移、（角）速度和（角）加速度方程。基于MATLAB GUI开发平台,编写了该栽植机构的参数反求设计软件,利用该软件分析了若干型值点对该机构栽植嘴轨迹姿态及穴口形状等性能的影响。在型值点影响分析的基础上,以栽植机构栽植嘴理想轨迹姿态及穴口形状等要求为目标,通过软件的人机对话功能调整型值点,优选机构参数,提高立苗率和降低伤苗率。与七杆式栽植机构、多杆式栽植机构和椭圆齿轮行星轮系栽植机构相比,本栽植机构具有较优的作业性能和运动学特性。     

多层覆盖连栋温室热环境模型构建

建立了多层覆盖连栋温室的温、湿度动态机理模型，定量描述了温室内的对流换热、土壤热传导、太阳辐射、长波热辐射、植物蒸腾、地面蒸发、水汽凝结、机械通风和自然通风等物理过程，根据质能平衡原理，对覆盖材料、室内空气、作物、土壤等建立了质能平衡方程。在给定的边界条件下，通过求解质能平衡方程，可求得室内温、湿度和各组成部分如覆盖材料、土壤、植物等的温度以及各部分间的能流、蒸汽流密度。利用有效辐射的概念，推导出了内外遮阳幕、内外覆盖材料、作物冠层、地表、室外天空之间的辐射热交换计算方法。利用压力分布法，推导出了具有顶窗、侧窗和湿垫等多个通风口时的风压和热压通风量计算式。与其他研究者提出的温室环境模型相比，本模型具有更为广泛的适用性。     

非圆齿轮行星轮系自动取苗机构逆向设计分析

单自由度传动机构实现复杂轨迹和姿态要求是机构设计难点,该文针对穴盘苗取苗机构运动要求开展非圆齿轮行星轮系传动机构的逆向设计研究,提出基于输出构件相对转角单调性的机构可再现轨迹判定准则,对于给定的预期轨迹,通过相对转角曲线的单调性判断非圆齿轮行星轮系传动的适用性;在预期轨迹的规划上研究轨迹关键点的设置方法以利于非圆齿轮的传动比设计,给出在满足机构工作轨迹和姿态要求下轨迹型值点的确定流程,编写机构的设计软件确定一组机构参数,通过ADAMS进行了机构仿真验证。研究结果表明,轨迹与送钵装置最小距离为21 mm,取苗尖嘴宽度为2.07 mm,尖嘴倾角为136.4°,取苗臂在入钵段摆角为24.3°,出钵段摆角为3.6°,投苗角为76°,齿轮模数为2.53 mm,轨迹高度为285 mm,轨迹最低位置与行星架最低点距离为34 mm,单级非圆齿轮最大传动比降为1.81,该研究为非圆齿轮行星轮系传动的设计提供了参考。     

混合动力系统分流耦合机构工作模式分析

为实现机电混合动力车辆功率分流耦合机构的优选与工作模式的优化,对单行星排无级调速装置的联接形式进行了归类分析,建立了具有普适性的分流功率表达式,相对分流功率的计算结果表明输入分流形式的无级变速装置适于机电复合无级传动。针对发动机工作特性设计了分流耦合系统多种工作模式,计算了各模式的功率分配状态和系统效率,基于Artemis循环工况的电力分流仿真结果表明功率分流耦合系统可实现发动机工作状态的优化。     

整体结构式弧齿锥齿轮铣齿机虚拟加工

弧齿锥齿轮铣齿机结构和加工原理复杂,是复杂制造装备的典型代表,因此,提高中国弧齿锥齿轮铣齿机的制造水平具有重要意义。通过分析弧齿锥齿轮加工原理和凤凰Ⅱ型弧齿锥齿轮铣齿机结构及运动关系,推导了整体结构式弧齿锥齿轮铣齿机各轴运动参数的计算方法,利用VERICUT三维仿真加工软件平台,建立了整体结构式弧齿锥齿轮铣齿机虚拟加工模型,并对一对给定几何参数的弧齿锥齿轮进行了虚拟加工。仿真结果表明,机床各运动模块与切齿刀盘在虚拟加工过程中没有出现干涉等设计缺陷,虚拟加工结果满足弧齿锥齿轮铣齿机功能性验证要求。弧齿锥齿轮铣齿机仿真加工可以为弧齿锥齿轮铣齿机设计提供参考依据。     

椭圆齿轮行星轮系蔬菜钵苗取苗机构的参数优化与试验

为了得到一种结构简单且具有较高效率的蔬菜钵苗取苗机构,该文在分析国内外多种取苗机构的特点后,提出一种由5个全等椭圆齿轮组成行星轮系的新型取苗机构。根据取苗机构的设计要求,分析了该取苗机构的机构组成、工作原理以及运动学数学模型。进而开发该机构的计算机辅助分析与优化软件,基于该软件分析了机构参数变化对取苗轨迹和取苗臂姿态的影响,确定了取苗机构的优化参数。基于优化所得参数对取苗机构进行三维建模与仿真,研制样机并进行取苗试验,试验结果表明,该取苗机构运转顺畅,取苗成功率95%,满足机械自动取苗的工作要求,验证了取苗机构设计的正确性及可行性。该研究结果为自动移栽机核心工作部件的研发提供参考。     

偏心齿轮-非圆齿轮行星轮系在后插旋转式分插机构中的应用

针对步行式水稻插秧机的工作要求,将偏心齿轮—非圆齿轮行星轮系应用于水稻插秧机后插式分插机构的设计中,研制出偏心齿轮-非圆齿轮后插旋转式分插机构。分析了偏心齿轮—非圆齿轮行星轮系的运动学特性,建立运动学模型,并自主开发了分插机构辅助分析与优化软件,通过人机交互优化方式对该分插机构进行参数优化,完成了该分插机构的二维和三维设计,并进行了虚拟样机试验,试验结果表明：该分插机构可以形成“海豚形”插秧静轨迹,满足步行式水稻插秧机的工作要求。     

斜齿外啮倾斜式宽窄行插秧机分插机构的设计

依据水稻宽窄行种植农艺要求,利用交错轴斜齿轮传动机构,设计了一种倾斜式宽窄行分插机构;在保证育秧方式和秧箱不变的前提下,实现了宽窄行插秧。针对倾斜式分插机构取秧时存在的问题,提出了直取式栽植臂方案。对分插机构进行了机理分析,采用矩阵法对秧针位姿改变带来的一系列变动进行理论分析,完成了交错轴斜齿轮倾斜式宽窄行分插机构的相关计算,得到机构最优倾斜角γ=9.89°;栽植臂水平调整角度δ1=6.79°;秧针平面与水平面的夹角δ2=γ=9.89°;利用虚拟试验验证了方案的正确性和可行性。     

基于D-H变换矩阵的宽窄行分插机构运动特性分析与设计

为满足水稻插秧机宽窄行插秧的需要,以高速插秧机的行星系分插机构为研究基础,根据宽窄行空间插秧轨迹的要求,提出了一种斜齿椭圆齿轮交错啮合传动的行星轮系分插机构。确定了分插机构空间插秧轨迹的关键参数,利用D-H变换矩阵建立了机构的轨迹模型,分析了关键参数对插秧轨迹的影响,并进行了机构的运动特性研究。利用编写的机构优化程序,通过人机交互的方式优化出一组满足空间插秧要求的机构参数,并根据参数完成了机构的设计。最后,通过虚拟仿真验证斜齿椭圆齿轮交错啮合传动的分插机构可以满足水稻宽窄行插秧的要求。     

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。     

偏心齿轮-非圆齿轮行星系取苗机构的运动学建模与参数优化

针对目前蔬菜移栽作业中半自动移栽机需要人工喂苗、工作效率低等缺点,以及日本自动移栽机的复杂结构、高制造成本和工作效率不高等问题,设计了一种应用于蔬菜钵苗自动移栽机的偏心齿轮-非圆齿轮行星系自动取苗机构.在分析该旋转式自动取苗机构的结构特点和工作原理的基础上,建立了机构的运动学模型,开发了基于Visual Basic6.0的计算机辅助分析与优化软件对机构的结构参数进行优化.通过人机交互优化方法,得出了结构参数对取苗臂尖点运动轨迹和优化目标的影响规律,进而优化得到满足蔬菜钵苗自动取苗要求的机构结构参数.