沙生灌木平茬机切割器刃口曲线的设计

通过分析沙生灌木平茬机切割器的切割方式和运动规律,提出了用等滑切角曲线方程设计刃口曲线形状的方法,以30°和53°的滑切角为参数设计制造了割刀。室内外切割对比试验表明,等滑切角曲线刃口割刀的切割效果要优于直线刃口割刀的切割效果。     

基于均匀试验设计的黄瓜采摘机械臂参数优化

基于黄瓜采摘要求设计了一台黄瓜采摘机械臂,通过采用欠驱动机构减少了驱动,降低了机构复杂性。针对欠驱动机构运动不确定性导致该机械臂在工作过程中滑道出现大幅度摆动而降低了机构稳定性的问题,为降低滑道摆动角度峰峰值,借助均匀设计方法完成结构改进模型的Adams仿真试验方案设计,并对不同参数取值下滑道摆动角度峰峰值利用二次多项式回归分析,得出影响滑道摆动角度峰峰值的显著性依次为滑轨倾角、滑轨高度、驱动速度,且滑轨倾角和驱动速度之间存在显著交互作用的结果。最后,利用DPS软件进行变量寻优,得到最优结果为当直线滑台驱动速度为227.25mm/s、滑轨倾角为14.36°、滑轨高度为55.36mm时,滑道摆动峰峰值可达到最小值0.367 9°。基于优化结果制作样机,试验证明滑道的摆动角度峰峰值从0.835 8°降低到0. 375 9°,取得了显著的优化效果。     

垄上灭茬刀优化设计与试验

针对灭茬刀耕作阻力大、磨损严重等问题,优化设计了灭茬刀及刀辊。通过理论分析,得到影响灭茬刀耕作阻力和损伤情况的因素为灭茬刀正切刃滑切角、侧切刃滑切角和弯折角,并确定灭茬刀作业状态稳定时正切刃滑切角的取值范围为0°～16°,侧切刃滑切角的取值范围为47°～68°,弯折角的取值范围为90°～130°。在有限元软件ABAQUS中对土壤建立Drucker-Prager本构模型,并进行了灭茬刀切割土壤的运动学仿真试验,设计为三因素三水平正交试验。结果表明:影响灭茬刀作业过程中应力和应变变化的主次因素为侧切刃滑切角、弯折角、正切刃滑切角,当正切刃滑切角16°、侧切刃滑切角68°、弯折角110°时,灭茬刀的应力和应变较优,且方差分析得到各因素对应力和应变的影响均显著。田间试验结果表明:优化设计的灭茬刀较行业标准灭茬率提高9.57%,碎土率提高6.6%,灭茬深度稳定性系数提高4.2%,灭茬刀作业效果优良。     

滑刀式开沟器设计与试验

针对滑刀式开沟器设计及制造随意性强、应用范围不够广泛的问题,设计了12种具有不同厚度和滑切角的滑刀式开沟器,并在实验室内通过土槽和压力机进行混合型正交试验,试验指标为牵引阻力和正压力.试验结果表明,滑切角是影响滑刀式开沟器作业性能的主要因素,刃口曲线终点的滑切角θA在35°～ 55°范围内时开沟器具有较好的综合性能.     

基于表皮损伤的黄瓜采摘臂结构参数优化

为提高黄瓜机械化采摘的可行性,针对采摘机械臂这一关键部分展开研究,并制作了黄瓜采摘机械臂样机。针对在实验中出现的表皮损伤采摘失败现象,设计实验对黄瓜的物理和力学性能参数进行了测量,包括黄瓜的密度、平均长度、弹性模量及泊松比及恢复系数。在此基础上,对采摘机械臂进行机构运动分析和研究,并通过建立黄瓜与机构作用过程的受力过程及理论模型,分析了黄瓜运动碰撞过程中关键物理参数的变化情况,得到了黄瓜机械臂采摘中造成黄瓜表皮损伤的关键参数因素。通过理论分析与样机试验相结合的方式,对这些参数进行优化改进,分析得到当滑道接触点之上部分的黄瓜长度a为0. 293m、切断时黄瓜与水平方向夹角α为0. 638 1 rad,即采摘切刀段到滚轮垂直距离h为0. 174 5 m、采摘臂伸出端长度d为0. 235 3 m时,黄瓜与滑道碰撞时的碰撞力小于11. 3N,黄瓜表皮不会被损伤,表明优化结果具有很好的准确性和有效性。研究结果可以为黄瓜采摘领域中设备的研制与开发提供重要参考。     

加压条件下气力轮式精密排种器性能分

针对研制的气力轮式精密排种器,采用均匀设计法设计试验,运用均匀设计软件UST 1.0建立了大豆排种性能指标数学模型,分析气力条件下排种器设计参数对排种性能的影响规律.分析表明:气力条件下,排种性能指标主要受气压和作业速度影响,气压范围为1.4～1.8 kPa时粒距合格率达到85%以上,满足8 km/h速度以上大豆精密播种;充种角和清种角变化对排种性能影响不显著,充种角和清种角优化区域与常压条件下排种试验优化结果一致:充种角为46.35°、清种角为55°;气流方向对排种性能没有显著影响.     

双刀型哈密瓜削皮机的改进与回归试验

为提高哈密瓜的去皮率,同时降低哈密瓜两顶端的残留量,设计改进一种内圆弧式的定位叉结构。同时针对抱果夹机构安全性的问题,把夹持块结构改进为抱抓型,以增强人工作业过程中的安全性。为确定驱果电机转速频率、削刀电机转速频率和入切角的最佳值,采用SPSS软件对这三个参数进行多元线性回归分析,建立多元线性回归数学模型,通过回归试验得出试验因素与试验指标之间的回归方程,并确定试验因素参数的最佳值:驱果电机转速频率为32 Hz,削刀电机转速频率为25 Hz,入切角为26°。试验结果表明:双刀式哈密瓜削皮机的去皮率达到89.1%以上,平均去皮率为91.1%,满足企业的实际加工要求。     

黄瓜采摘机械手系统研究

果蔬收获工作劳动繁重,人工收获成本占总成本33%~50%,研究开发智能型采摘机器人势在必行。智能黄瓜采摘机械手,根据黄瓜果实与叶片果梗在颜色深度上的差异,识别黄瓜果实。控制系统采用G分量RGB传感器进行图像分析,在特征提取后判断黄瓜是否满足成熟果实及采摘点位置,具有相当高的灵敏度和可操控性的特点。机械手末端采摘执行装置装有压力传感器,可以自动控制采摘力的大小,避免果实破损。机械采摘可实现长时间的连续工作,实现经济效益最大化。     

基于CFD-DEM的集排式分肥装置颗粒运动数值分析

为研究气力集排式分肥装置中肥料颗粒的流动特性,本文通过离散元法与计算流体动力学耦合仿真的方法进行分肥装置颗粒运动数值分析。在气固耦合模型中,使用EDEM软件模拟固相肥料颗粒,Fluent软件描述气体相。通过研究分配器旋盖锥角和波纹管直径对气流压力、风速及肥料颗粒运动特性的影响,确定分肥装置最佳结构参数,并基于该结构进一步研究入口风速和施肥速率对分肥装置分肥均匀性的影响。模拟仿真和台架试验结果表明:分配器旋盖锥角为120°、波纹管直径为80 mm时,气流和肥料两相在分肥装置中流动性和均匀性最优。在入口风速为25～35 m/s,施肥速率为0. 26～0. 44 kg/s条件下,分肥装置各行施肥量的变异系数均不大于4. 9%,对不同种类肥料的分配精确性和均匀性满足施肥作业要求。     

温室自走式黄瓜超声喷雾施药机设计与试验

针对黄瓜机械化病虫害防治中存在农药利用率低、劳动强度大、环境污染和操作人员易中毒等问题,基于超声雾化技术,设计了温室自走式黄瓜超声喷雾施药机。装置的设计主要包括整机结构、履带底盘行走系统和超声气力喷雾系统,并通过样机性能试验进行验证。试验结果表明:样机行走稳定、无明显震动,施药参数为超声发生器功率300W,气压50kPa,喷头流量3.3mL/min;施药距离20cm、喷头角度0°情况下,行驶速度取1m/s时,能够同时保证黄瓜叶片雾滴沉积量与作业效率,上、中、下三层叶片雾滴覆盖率分别78.63%、79.97%、72.23%,作业效率2.25 hm~2/h,几乎无叶片损伤,符合植保的要求。     

向日葵茎秆切割能耗实验研究

针对向日葵在收获切割过程中的力学变化较为复杂,现存葵花茎秆收割装置存在切割不完整、效率低和能耗高等问题,拟采用摆切式切割试验台对葵花茎秆切割能耗进行实验,研究切割速度、滑切角、割刀刃角对切割能耗的影响以及不同条件下切割能耗的变化规律.实验结果表明:①切割速度在2～3.8m/s范围内时,切割能耗逐步减小,并慢慢减缓;②滑...     

喂入角对玉米茎秆切碎效果的试验分析

搭建了喂入角可调式玉米摘穗切茎试验台,对影响玉米植株切碎合格率的主要因素进行了正交试验,较优组合为喂入角90°、行进速度0.7m/s、摘穗辊转速1 000r/min、动刀轴转速1 980r/min、喂入角对其有显著影响:喂入角0°时,玉米植株运动发生90°转向,出现严重喂入不畅,切碎合格率约为72.8%;喂入角30°时,在喂入过程中,依然有喂入不畅通,产生间歇性,影响了茎秆切碎效果,切碎合格率约为87.6%;喂入角90°时,摘穗辊旋转有助于玉米植株的喂入及切碎,切碎合格率约为97.6%。同时,通过分析玉米植株受切运动,推导出数学模型,并运用高速摄像技术对运动轨迹进行同步捕捉追踪,经MatLab拟合处理,找到了喂入角对切碎效果影响的关键因素。     

高地隙液压四轮驱动喷雾机转向防滑控制系统

建立了高地隙四轮驱动喷雾机转向过程中的线性2自由度模型,以前轮转向为例计算出了实际转向角,设计了一种以实际转速比与理论转速比差值为控制对象的转向防滑控制系统。构建了转向电液防滑系统试验装置,分别在转角为5°、10°、15°、20°、25°、30°以及转角在0°～30°连续变化时对控制系统进行了试验验证。结果表明,高地隙四轮驱动喷雾机的转向防滑控制效果良好,控制平均误差最大为2.01%,均值为1.25%。     

圆形水果采摘机械手运动学分析与仿真

针对目前水果采摘劳动强度大、作业效率低及危险等问题,设计一种六自由度圆形水果采摘机械手。采摘机械手采用液压和气动系统相结合的方式实现升降、俯仰及快速采摘,且采用D-H法建立了各连杆坐标系,并对其进行运动学正解和反解分析;最后,运用Adams和Matlab对采摘机械手进行运动轨迹、夹紧力及工作空间的仿真分析。结果表明:机械手采摘的高度范围为230~5 100 mm,末端执行器关节的旋转角度为0°~280°,弧形手抓最大夹紧力为22 N,工作空间内的工作点分布均匀对称且水平方向上可360°旋转。通过仿真可有效地看出各连杆之间运动平稳,验证运动学分析的正确性,为进一步的研究提供理论基础。     

根茎类中药材收获机挖掘装置设计与仿真试验

针对根茎类中药材收获机采用固定式挖掘铲收获时,存在挖掘深度不足,入土阻力大,功率损耗严重,碎土效果差,铲尖磨损较大等问题,采用理论计算与数值仿真的方法,对振动式挖掘装置的挖掘铲参数、运动机构、铲面运动特性和工作效果进行研究。结果表明:该装置采用锯齿形平面三角铲,铲刃张角≤94°、入土角为20°～30°、工作深度≥500 mm,铲面长度为772 mm,运动机构类型为四连杆机构,工作时做平面运动,其水平方向运动类似于余弦函数曲线,垂直方向为正弦函数曲线,速度与加速度变化类似。挖掘铲在水平方向和垂直方向的运动曲线平滑顺畅,运动类型与理论推导值吻合,为简谐运动,运动过程无干涉现象,速度与加速度变化均符合运动规律。当挖掘装置的前进速度为2.4 m/s,入土角为25°,转速为280 r/min时,该装置的挖掘阻力最小。采用振动式挖掘装置对中药材进行收获时,可有效减小挖掘阻力,具有良好的碎土分离效果,整体运行平稳,工作可靠,各项性能均满足行业标准要求。     

单马达往复式葡萄剪枝机设计与试验

针对机械修剪葡萄茎杆过程中出现的茎杆剪净率低、毛茬面积比较大等问题,设计了一种单马达往复式葡萄剪枝机。阐述了往复式葡萄剪枝机的结构及工作原理,通过对茎杆进行受力分析、利用Matlab软件分析毛茬产生原因,确定了剪切装置刀具参数以及因素取值范围。通过正交试验研究各试验因素对茎杆剪切效果的影响,建立以剪净率和毛茬率为响应值的多元二次回归模型。结果表明,当切削速度1.66 m/s、进给速度1.46 m/s、刀具间隙0.47 mm时,茎杆剪净率为91.71%、毛茬率为3.70%。在该条件下进行了验证试验,得出剪净率为90.66%、毛茬率为4.71%,与模型预测值相近,说明所建模型合理,能够满足实际作业需求。     

基于ANSYS/Ls-Dyna的甘蔗收获机切割系统功耗模型研究

对甘蔗茎秆切割系统的功耗研究有利于提高甘蔗收获机的切割性能及发动机功率的利用率。因此，为得到甘蔗切割装置在工作过程中的切割力及切割功率的变化情况，采用单元组合法并结合ANSYS/Ls-Dyna对收获机切割装置的切割过程进行数值模拟分析。以切割刀线速度、切割刀盘倾角及切割刀刃角为试验因素，以切割功率及切割力为试验指标进行单因素试验分析，确定切割试验因素的参数范围并进行仿真试验设计，同时选择最小切割功率为优化目标，得出其最佳的切割条件为切割刀线速度为38.8 m/s，刀盘倾角为11.66°，切割刀刃角为25°，在此条件下，甘蔗收获机切割装置切割蔗茎时所消耗的功率最小，其最小切割功率为0.80 kW。     

葡萄茎秆切割装置作业参数优化与试验

为探究露地酿酒葡萄茎秆对机械化切割力的影响关系，通过力学特性试验测定修剪期葡萄茎秆弹性模量与抗压强度，确定葡萄茎秆断裂时的抗剪强度在5.0~9.0 MPa。对切割器—葡萄茎秆建立几何模型进行动力学仿真，借助有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA分析往复式切割器切割过程，得到葡萄茎秆修剪过程中位移云图、等效应力云图、能量曲线和切割力曲线。在此基础上进行三因素三水平仿真试验，得到切割装置工作参数对切割力的影响从大到小排序为切割倾角、液压马达转速、行进速度，运用Design-Expert12.0软件优化分析得到切割装置最优参数组合：切割倾角为9°、液压马达转速为700 r/min、行进速度为1.5 m/s。运用最优参数组合进行田间试验，结果表明：往复式葡萄茎秆修剪机的漏剪率为5.4%，撕裂率为4.6%，葡萄茎秆切割装置最优作业参数可满足葡萄园茎秆修剪作业要求。     

叶片出口角对化工离心泵性能的影响

为了研究叶片出口角对化工离心泵性能的影响,以一台比转数为180的化工离心泵为研究对象,将叶片出口角从22°依次增大到27°,37°和47°. 应用ANSYS 14.5软件进行数值计算,结果表明:叶片出口角对外特性影响显著,适当增大叶片出口角可以提高扬程及效率,但也不宜过度增大到47°;随着叶片出口角的增大,叶轮进口的低压区域逐渐向叶轮出口方向扩大,压力分布趋于紊乱,且在工作面附近有逆压梯度存在,会聚集不稳定的低压流体;在额定工况下,叶片出口角小于37°时,压力脉动幅值较小,且高频脉动很小;次主频有随叶片出口角的增大向低频处转移的趋势;4个方案叶轮所受径向力都是在额定工况下达到最小,并在小流量下差异性最大;不同工况下叶片出口角为27°的叶轮所受径向力最小,这说明对非定常特性的影响,叶片出口角存在一个最优值.此外,针对叶片出口角为22°的模型进行了性能试验,对比发现数值计算的结果是可信的.     

瓜科嫁接苗自动回栽装置的设计与仿真

嫁接苗回栽的质量水平与回栽装置的设计有关,通过对人手工回栽嫁接苗的运动分析,设计一种集吸持与镇压于一体的回栽装置,并对嫁接苗在回栽末端执行器的空间位置以及回栽精度进行分析;现已知土壤总孔隙度对嫁接苗的培育有关,土壤总孔隙度越大越有利于培育壮苗。利用微量土体经验公式和土壤总孔隙度关系式,导出土壤总孔隙度与土壤应力的关系式,并得出土壤的应力越大总孔隙度越大的结论。通过分析镇压块镇压土壤后土壤受力情况,得出镇压块斜面角度对土壤应力有影响,并设计出30°、45°、60°斜面倾角的镇压块,利用EDEM软件并选用ECM颗粒模型对镇压后的基质土壤颗粒进行应力分析。通过仿真分析得出45°镇压块镇压土壤后整体应力比其他两种角度的镇压块大,因此它的土壤总孔隙度最大,最有利于培育壮苗。