滑转条件下星球车坡面通过性评估试验

星球车是执行深空探测任务的主要移动平台,针对星球表面崎岖地形地貌,开展滑转条件下星球车坡面沉陷研究,确保其安全通过性能具有重要意义。基于传统地面力学研究方法,以速度和坡度为试验因素,车轮滑转率和沉陷为试验指标,开展滑转条件下的缩比星球车坡面沉陷试验;分析了试验因素对各车轮滑转率影响,以及不同滑转率和速度条件下沉陷变化规律,建立了滑转率关于坡度的一元二次模型。结果表明,模型车前轮和中间轮的滑转率随速度和坡度变化趋势总体趋于一致,与后轮滑转率变化趋势明显不同。坡度为25°时,前轮和中间轮滑转率最大值达到92.3%,后轮相应的最大滑转率为61.8%。试验条件下,各车轮沉陷最大值分别为33.1 mm（前轮）、33.9 mm（中间轮）和13.6 mm（后轮）;当滑转率的范围为25%～60%时,前轮和中间轮沉陷增加的较为平缓,平均增加率为22.5%,对于后轮滑转率超过35%后,沉陷变化较小,波动范围为?1.3～1.8 mm;速度对各车轮沉陷的影响明显较滑转率的小,沉陷的相对变化率范围为?12.5%～10.7%。该研究可为低重力环境下星球车研制、坡面通过性评估提供参考。     

土壤水热盐运动模型的建立与初步验证

以土壤物理基本定律为基础，建立了结冻、未结冻、饱和、非饱和土壤的水热盐耦合运动通用模型。该通用模型可简化为土壤水或热运动的单一模型。通过二维有限元数值解、一维模拟程序的编制和计算预测，与内蒙河套长胜渠杨树壕试验点在１９８８年秋～１９８９年春期间耕层积盐过程实测值对照，模型得到初步验证及应用。     

盐分胁迫条件下冬小麦根系吸水模型的构建与验证

为了验证盐分胁迫条件下根系吸水与根氮质量之间的关系,同时对盐分胁迫修正因子的参数进行优化,该研究通过布置田间试验,对冬小麦平均根系吸水速率分布进行了估算,并对其与根氮质量密度之间的关系进行了分析,结果表明,田间试验条件下,冬小麦最大根系吸水速率与根氮质量密度仍呈线性正比关系。在此基础上,建立了盐分胁迫条件下基于根氮质量密度分布的根系吸水模型,并对其中盐分胁迫修正因子中的参数进行了优化,进而对咸水灌溉条件下冬小麦的根系吸水规律进行了模拟,其结果与利用反求方法估算得到平均根系吸水速率分布吻合较好,表明盐分胁迫条件下,冬小麦根系吸水与根氮质量之间的线性正比关系仍然成立,并可用于优化盐分胁迫修正因子,从而建立相关的根系吸水模型。     

履带车辆转向时最大驱动力矩的计算

履带车辆转向时不仅要克服行走阻力,还要克服转向阻力,该文对不考虑车体重心偏移时的转向驱动力矩进行了研究,并在此基础上着重研究了考虑重心偏移时的转向驱动力矩的计算方法,进行了实例计算和比较分析,可知横向偏心距对总的转向阻力矩没有影响,而纵向偏心距对其有影响,且随纵向偏心距的增加转向阻力矩减小;只考虑纵向偏心距,而不考虑横向偏心距时,转向时驱动力矩小于不考虑重心偏移时的驱动力矩;当只考虑横向偏心距,而不考虑纵向偏心距时,转向驱动力矩最大。当履带车辆原地转向,且只存在横向偏心距时靠近偏心一侧的履带的驱动力矩最大。     

铰链组局部损伤的非充气弹性车轮负荷接地及固有特性

为研究重要承载部件损伤对非充气弹性车轮性能的影响,对单组铰链组断裂前后的车轮进行了性能对比试验.采用拆除单组铰链组的方法模拟断裂损伤失效,基于台架试验对损伤前后车轮的负荷特性、接地压力分布特性及模态试验等进行了对比.结果表明:铰链组断裂损伤对车轮负荷特性的影响表现为径向刚度的下降,且与损伤所在车轮的位置有关.当损伤分别位于水平和竖直位置时,铰链组断裂损伤车轮的平均径向刚度较无损伤车轮的数值分别下降25%和35%;在相同垂向载荷作用下,铰链组断裂损伤对车轮接地压力分布的影响表现为接地印迹长度和接地面积的增大,垂向载荷为7262 N时,损伤车轮的接地印迹长度较无损伤车轮的数值增大15%,接地印迹宽度没有变化,接地面积增大;整体上无损伤车轮的固有频率大于铰链组断裂损伤车轮对应的固有频率,大多数阻尼系数小于含有铰链组断裂损伤车轮对应的阻尼系数,节点的振型幅值大于相应的损伤车轮节点的振型幅值.该研究可为提高非充气弹性车轮的可靠性设计提供参考.     

农用车底盘偏置转向轴驱动轮运动与动力特性试验

为研究农用柔性底盘偏置转向轴驱动轮的运动与动力特性,设计了基于偏置转向结构的实验台。该实验台是一种水平转盘式的电动驱动轮性能测试试验台,且转盘的回转轴与偏置转向轴同轴,通过对电动轮及其车叉的试验分析来获取驱动轮的动力与运动参数。利用MATLAB/SIMULINK建立试验台模型并模拟了试验过程;试制了试验台并应用Visual Basic开发了试验台记录软件。在额定转速下进行了不同加载量的性能试验并与模拟结果进行了比较。试验结果表明:加载不同载荷时,电动轮达到稳定转速平均时间稳定为0.667 s;承载载荷500 N时的转向力为77.24 N,且偏置轴转向力与载荷呈线性关系,验证了实验台的可行性及模型的有效性。该研究可为偏置转向轴驱动轮的转向及参数优化提供参考。     

车辆转向统一动力学模型及模型跟踪控制

为将两轴车辆控制算法应用于多轴车辆,该文在多轴转向车辆二自由度动力学模型的基础上,建立了多轴转向车辆和两轴车辆的统一动力学模型;在此统一动力学模型的基础上可通过对任两轴车轮的控制就能实现对多轴转向车辆的控制。同时根据零侧偏角控制策略构建了多轴车辆的动力学理想模型;对前轮机械转向和前轮电控转向的多轴转向车辆,分别设计了基于模型跟踪的控制系统并进行了分析。分析结果表明,采用统一动力学模型、零侧偏角控制策略和模型跟踪控制方法,控制系统调整方便且较易实现,也能达到理想的控制效果。     

均质土壤承压下陷模型改进及验证

针对传统土壤承压模型依赖拟合原位承载试验曲线的复杂性或建立在土壤力学参数基础上的预测模型的理想化等问题,该文提出一种改进的土壤承压下陷模型。依据地面力学和土壤力学相关理论将土壤承压力学模型分3类进行简要介绍,分析其各自特点和参数意义。结合土壤承压极限理论的指数形式,提出改进的土壤承压模型。利用庄继德等人的相关试验研究结果进行验证,结果表明砂性土、水稻土的土壤承压下陷计算预测曲线与实际拟合曲线吻合度较好,其中砂土试验的Bekker下陷曲线与改进模型计算所得曲线的决定系数R2为0.9998;利用Bekker文献中的黏性土试验参数数据进行验证,计算所得土壤极限应力值与相应位置贝氏方程拟合应力值误差在5%~21%之间,土壤变形指数求解值与实际值误差在7%~36%之间。该模型普适性、准确性较强,可在测得土体基本力学参数的基础上预测载荷下陷曲线,为研究车辆行驶下陷提供参考。     

葡萄果实在压缩载荷作用下的力学模型(英)

建立了葡萄的非线性力学模型。把葡萄简化成球形的、均匀的、各向同性的和内部充满不可压缩液体的弹性膜。研究了葡萄在压缩载荷作用下的应力分布和变形。利用膜理论建立了接触区域与非接触区域的平衡方程，确定了边界条件与连续条件。利用Runge-Kutta方法，进行数值求解，得到了在压缩载荷作用下葡萄的张力。结果表明：在压缩载荷作用下，葡萄纬线方向的张力大于经线方向的张力，最大拉力发生在赤道平面上，葡萄在压缩载荷作用下的损伤主要是由最大拉应力造成的，该结论与试验观察的结果相一致。     

连续体采摘机械臂末端静态承载姿态等效模型建立与验证

针对连续体采摘机械臂收获作业中末端负载时的姿态变形问题,该文提出一种求解连续体采摘机械臂末端负载姿态变形的等效方法,结合大挠度变形理论和单位力原理建立了连续体采摘机械臂负载姿态变形的标准数学模型函数,通过建立系统性多参数承载性能试验,验证了所提出的弯曲姿态变形函数模型的准确性,其误差均在7.8%范围内。分析归纳了连续体采摘机械臂在不同弯曲角参数和末端负载质量参数对模型误差的影响规律,并根据负载性能试验结果得出分析可知,连续体采摘机械臂末端负载时为50 g时,其理论模型姿态与试验姿态末端位置误差最小可至3.8%,负载质量的增加至150 g时,其误差最小可至7.2%,该研究可为连续体采摘机械臂收获作业的准确定位提供可靠的控制理论基础。     

机械弹性车轮提高轮胎耐磨性和抓地性分析

为提高轮胎接地性能,对新型机械弹性车轮垂直静态接地特性进行了研究。通过对车轮结构和承载方式进行分析,分别建立了基于Timoshenko圆形梁的车轮外圈弹性圆环模型和基于连续辐板的铰链组模型,并通过非线性有限元法和试验进行了验证。根据所建立的非线性有限元模型对机械弹性车轮和子午线充气轮胎的接地特性进行了对比研究,结果表明机械弹性车轮通过悬毂式承载控制车轮外圈变形,没有胎肩处的应力集中。在载荷为5 000 N时,机械弹性车轮和充气轮胎接地印迹中心0.14 m×0.265 m矩形区域内的接地压力偏度值分别为0.424和0.536 MPa。机械弹性车轮有效降低了接地压力偏度值,改善了轮胎接地的均匀性,提高了车轮耐磨损性能和抓地性能,研究为车轮性能优化提供了参考。     

不同进气方式下气力提升泵水力特性理论模型与验证

为了深入研究气力提升泵的提升性能,该文首先进行了理论分析,建立了适用于不同进气方式的气力提升模型。同时通过改变进气面积与气孔分布方式进行试验研究,试验结果与理论分析结果吻合较好,该模型在一定范围内能够较好地预测提升泵的提升流量;并且根据试验结果,进一步分析了不同进气方式对气力提升泵的液体提升量与提升效率的影响规律。结果表明:首先,7 mm方形喷嘴进气方式下,随着气流量的增加,提升液体流量先较快增加,之后上升趋势逐渐变缓,提升效率先迅速升高,达到峰值后又下降,而沉浸比升高会使峰值效率提高。其次,沉浸比为0.5时,不同进气面积下,较小的进气面积导致提升效率降低;在相同进气面积下,不同的气孔排布方式对提升液体流量与提升效率的影响并不明显。再次,当管内流型接近弹状流型时,提升效率较高,稳定性较好;在环状流下,提升泵的效率最低,稳定性差。