基于动态特性的甘蔗收获机刀架仿真和模态分析

为进一步提高甘蔗收获机宿根切割质量,结合UG、ANSYS等软件及模态测试系统,对课题组第2台甘蔗收获机刀架进行仿真和试验模态分析,刀架结构包括齿轮箱和提升转臂。研究发现:齿轮箱中部连杆长度大,结构刚性较弱;加强中部连杆结构后,齿轮箱前3阶模态固有频率分别提高了86%、173%、26%,刚性明显提高;齿轮箱结构加强后,刀架前3阶模态固频由19.7、20.14、41.92Hz变为29.697、34.710、64.063Hz,刚性明显提高。相同外界激励信号下,试验采集刀架结构改机前后的动态响应,验证了仿真试验结果,同时为高刚性刀架结构优化设计研究提供了技术基础。     

基于车架模态的蔗地路谱对刀盘振动的影响

小型甘蔗收获机刀盘振动对甘蔗宿根切割质量有着显著影响,蔗地路谱激励是影响刀盘振动的主要因素之一,车架是传递振动的主要路径,因此有必要探究蔗地路谱对刀盘振动的影响和车架的振动特性。为此,通过试验模态和有限元模态的对比分析,提取车架的固有频率及振型,建立车架的刚弹耦合虚拟样机模型;通过刀盘振动采集试验,验证了蔗地路谱对刀盘振动影响显著;实地采集典型甘蔗地貌振动路谱,获取激励位移信号。受迫振动分析表明:8.0Hz频率下的蔗地路谱对刀盘轴向振动影响最大。     

BP神经网络对甘蔗宿根切割质量的预测——基于PSO算法

针对甘蔗收获机砍蔗时甘蔗宿根破损程度易受路面激励及甘蔗收获机工作参数等多种因素影响的问题,提出了一种甘蔗宿根切割质量的预测方法。以台糖22号为研究对象,将路面振幅、路面振动频率、甘蔗收获机前进速度、刀盘转速和刀盘倾角作为BP神经网络预测模型的输入变量,利用PSO算法优化神经网络的权值与阈值,通过对砍蔗试验数据的训练与预测,建立了台糖22甘蔗宿根切割质量的BP神经网络预测模型。对比了基于PSO算法的BP神经网络模型与传统BP神经网络模型预测,结果表明:基于PSO算法的BP神经网络的模型对甘蔗宿根切割质量预测的最大相对误差为3.301%,而BP神经网络模型的最大相对误差为14.6 5 9%。优化后的新模型较传统模型具有学习能力强、预测精度高的优点。研究结果为甘蔗收获机实际工作中不同路况条件下工作参数的智能调控及提高甘蔗宿根切割质量提供了理论依据。     

小型甘蔗收获机物流架隔振分析与研究

为了控制小型甘蔗收获机物流架到刀架的振动传递,降低刀架振幅,提高甘蔗切割质量,对物流架进行隔振分析。根据物流架的结构特点和振动传递路径,设计隔振装置,并对其进行试验验证。数据分析表明:在相同工况下,以刀架为响应点,隔振前的刀架振幅为0.90mm,隔振后为0.33mm,振幅减少了0.57mm,降低了63.3%,有效地控制了物流架到刀架的振动传递。所提炼的方法及过程可以为类似结构体的振动控制提供借鉴。     

基于蜻蜓算法的甘蔗收获机刀盘振动SVM预测模型

甘蔗收获机切割器刀盘振动是影响甘蔗宿根切割质量的一个关键因素,因此寻找复杂因素对刀盘轴向振动的影响规律并实现对刀盘振动的预测与控制有着至关重要的作用。为解决传统预测方法精度低、参数选取盲目等问题,提出一种基于蜻蜓算法的甘蔗收获机刀盘振动支持向量机预测模型。该方法利用蜻蜓群体寻优的过程实现对支持向量机参数的优化,并将优化后的支持向量机对刀盘振动进行预测。通过Mat Lab进行20次仿真实验,并与BP神经网络预测模型和传统支持向量机预测模型的预测结果进行比较,实验数据表明:基于蜻蜓算法的支持向量机预测模型具有更高的预测精度和泛化能力。结果显示:基于蜻蜓算法优化的支持向量机对刀盘振动预测的拟合率达到了99.99%,有效提高了甘蔗收获机刀盘振动的预测精度,从而表明基于蜻蜓算法优化的支持向量机预测模型对实现甘蔗收获机刀盘振动预测的有效性,为后续甘蔗收获机宿根切割质量的智能化预测及实现对甘蔗收获机减振的结构优化设计提供了有效依据。     

甘蔗收获机切割器振动性能分析

为改善甘蔗收获机的切割质量及甘蔗宿根破头率的问题,以切割器为主要研究对象,通过理论分析切割器振动的影响因素,并从切割喂入系统自身的动不平衡出发,建立了切割器的力学模型,以探讨切割器的动不平衡机理。通过分析发现,刀盘质量的不平衡是引起切割器振动的主要因素之一。基于上述机理,在理论上提出切割器刀盘质量不平衡的改进原理。本文可为后续切割喂入系统的研究提供理论指导。     

复杂激励下小型甘蔗收获机切割器振动分析

甘蔗宿根破头率偏高是阻碍小型甘蔗收获机应用研究的主要瓶颈问题。据前期研究发现,抑制切割系统的振动能有效降低甘蔗宿根破头率。为此,通过理论分析、仿真和试验探究在各种振动激励源的冲击载荷作用下切割系统的动态特性及切割器的振动特性。结果表明:蔗地路谱激励频率范围在0~10Hz,发动机激励、砍蔗激励可通过力的正弦函数来描述;砍蔗系统前两阶固有频率为24.114Hz和34.454Hz,所构建的有限元模型较准确;复杂激励下切割器位移响应幅值最大的频率为84.7、6.22、8.10Hz,激励频率为61.36Hz时Y向位移最小。     

甘蔗收获机主要激励源信号的采集与分析

为更好的搭建甘蔗收获机模拟试验平台,对甘蔗收获机的主要激励源进行采集分析。对采集的甘蔗收获机路谱信号进行分析,研究路谱信号能量集中的主要频段,为后期路面激振器的设计以及试验研究路面激励信号对甘蔗收获机的影响做好准备。对发动机激励进行分析,以便选择振动电机模拟发动机激励。对砍蔗激励进行分析,为虚拟试验研究砍蔗激励对刀架影响做好准备。     

甘蔗收获机动态特性对宿根破头率影响的试验

针对甘蔗机械收割其宿根破头率高的问题,对两种不同结构的甘蔗收获机进行了田间试验和动态测试试验研究。试验结果表明:简支梁结构的样机2其甘蔗宿根破头率仅为外伸梁结构的样机1的56%;样机2的结构动刚度优于样机1;样机2刀尖及车架的轴向振动小于样机1;两台样机甘蔗宿根破头率的显著差异源自于其动刚度不同而导致的轴向振动的不同。甘蔗收获机的设计应考虑采取积极措施抑制刀盘的轴向振动。     

基于断裂力学的甘蔗切割裂纹应力强度因子分析

甘蔗属于一年生或多年生宿根热带和亚热带草本植物,宿根切割质量对于甘蔗来年的长势有重要影响。本文探究甘蔗茎秆的切割机理并基于断裂力学理论研究甘蔗裂纹的起裂与扩展过程,为提高宿根切割质量提供理论基础。基于根切器与茎秆的相互作用关系,构建刀具切割茎秆的力学模型,探究切割力等影响因素并基于高速摄像技术观察茎秆切割过程;发现影响切割性能(弯矩、切割力等)的因素主要与甘蔗茎秆及根切器的机械力学特性(直径、密度及茎秆倾斜角度等)、根切器的运动参数(切割频率、切割深度)以及土壤情况等因素有关。高速摄像试验结果表明,多刀切割会增加甘蔗宿根破头、拔根的概率,其由于在一刀切割完成后,茎秆产生凹坑、裂纹等缺陷,在茎秆自身重力及外载的作用下缺陷发生扩展,导致宿根发生破坏。基于断裂力学理论从茎秆内部裂纹入手,分析裂纹起裂条件和影响断裂角的因素并探究裂纹参数对于裂纹尖端应力强度因子以及扩展量的影响。研究结果表明：裂纹角度及数量的改变导致裂纹的开裂类型为复合型裂纹,其中Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹为主要开裂类型;应力强度因子随裂纹角度的改变有较大的波动以及裂纹开裂方向和扩展量的变化是由于裂纹角度的改变影响了最大主应力与裂纹扩展面...     

蔗地不平对收获机砍蔗系统影响的仿真分析

甘蔗根切质量是评价甘蔗收获机砍蔗系统好坏的一个重要指标,它直接影响到宿根第2年发芽率,即宿根蔗产量.通过测量蔗地不平整度,获得了第一手甘蔗种植垄沟不平整的数据,利用MATLAB处理数据得到小型甘蔗收获机以0.4m/s工作速度前进时由蔗地不平引起根切器振动的频率与幅值,并通过虚拟仿真软件ADAMS仿真分析蔗地不平对小型甘蔗收获机械砍蔗系统的影响.     

砍蔗刀盘安装位置对砍蔗质量影响的研究

甘蔗收获机械的砍蔗刀盘安装位置直接影响其刚度特性和动态特性。根据研究,刀盘振动与甘蔗的破头率存在一定的影响关系[1],砍蔗刀盘安装位置因其刚度特性而影响砍蔗质量,对甘蔗收获机整机结构布局设计和结构设计具有重要的意义。通过对自行研制的两台整秆式甘蔗收获机样机的实验研究发现:砍蔗刀盘因安装位置不同,其刚度特性不同,从而对甘蔗破头率产生不同的影响;刚度特性好的砍蔗刀盘安装结构,甘蔗宿桩破头率降低45.2%~50.7%。     

甘蔗收获机切割系统执行机构对刚性的影响

刀盘的振动对甘蔗破头率具有影响作用。甘蔗收获机切割系统刚性低,砍蔗力轴向振动位移增大导致轴向挤压甘蔗切割面的作用力增大,对甘蔗的基本属性结构来说,纵向容易撕裂;且周期性或者非周期性地轴向挤压和摩擦蔗兜切面,容易造成甘蔗断面的爆裂和撕裂,增加蔗兜破头率。为此,以切割系统刀盘切割位置的位移量为研究目标,利用Adams仿真软件,改变切割系统中执行部件的变化因素,分析切割系统刀盘切割位置的位移量的影响因素。结果显示:提高液压缸的刚度和降低切割器的质量,会降低刀盘部分的振幅,可间接地降低收割机的破头率。     

甘蔗茎秆切割机理研究

甘蔗是我国主要经济作物之一,甘蔗收获机割茬不齐、破头率高、切割损失大,严重地影响了甘蔗收获机的性能和推广应用.为此,综述了国内外在甘蔗茎秆物理力学特性、切割器、刀片及切割理论等方面的研究成果,提出了结合甘蔗茎秆材料特点和物理力学特性来研究其切割机理,将更具有科学性.结果表明,计算机仿真技术是研究甘蔗茎秆切割机理的有效手段.     

甘蔗收获机切割系统动力学分析及仿真

宿根破头率偏高是阻碍甘蔗收获机械化的主要瓶颈问题。切割系统作为砍蔗的关键部件,其动态特性、刀盘振幅将直接影响破头率的大小。该文通过动力学理论分析构建动力学简化模型,并通过虚拟样机仿真探究切割系统的安装位置、提升方式等结构参数对动态特性的影响。仿真结果表明,切割系统相对前轮位置水平距离250mm处刀盘振幅最小;发动机激励频率50Hz作用下,切割系统与车架整体式提升方式下刀盘振动最小。     

基于ANSYS/LS-DYNA的甘蔗切割动力学仿真分析

为了更好地研究甘蔗切割机理,建立甘蔗切割模型,通过动力学仿真研究甘蔗切割过程中受力、振动情况及其与蔗兜切割质量之间的关系,为切割器设计提供依据.同时,选用ANSYS/LS-DYNA建立甘蔗切割模型,并对模型进行了模态分析和甘蔗切割动力学仿真.     

履带式联合收割机的振动控制方法研究

传统的联合收获机振动控制方法主要是基于操作人员相关经验进行技术分析,工作效率较低,减振效果不显著。针对以上问题,提出了一种新型履带式联合收获机振动控制方法,以发动机和切割结构为研究对象,根据切削结构的受力分析结果和结构动力学分析结果,得到各作用力和力矩,计算求解质量分布位置和质量的最优组合方案,进而解决自走式联合收获机切削结构的振动问题。根据振动理论和现代设计方法,通过模型分析和有限元计算,建立联合收获机发动机的减振模型。田间试验结果表明：提出的模型能够有效改善履带式联合收获机的振动状态,作业时联合收获机振动水平降低45%～76%。     

基于模糊PID控制的甘蔗收割机刀盘仿形系统设计及仿真*

我国南方甘蔗种植地大多为丘陵、山地,地形复杂,甘蔗收割机在田间作业时,造成甘蔗宿根切割质量差。刀盘在竖直方向上能否较好地实现仿形直接影响甘蔗宿根的切割质量和刀具的寿命,在现有的甘蔗收割机中均未能很好的实现刀盘仿形。针对这一现象,设计一种基于模糊PID控制的刀盘仿形系统。该系统采用超声波用于测距,选定测距装置的位置,设计基于AT89C52单片机的控制系统,采用电液比例方向阀对液压缸进行控制,并提出一种基于模糊控制的PID算法,对液压缸的运动进行优化并进行仿真。仿真结果表明,相较于传统的PID控制,模糊PID控制超调量仅仅为6%,刀盘位移时间仅需0.15 s,之后系统便趋于稳定。     

基于LS-DYNA的甘蔗收获机压蔗辊影响研究

为减轻甘蔗收获过程中甘蔗损伤并提高甘蔗收获机收获效率,本文基于有限元方法,分析了甘蔗收获机收获过程中压蔗辊对甘蔗损伤情况,通过对甘蔗收获机切割区域的应力分析表明,切割点和甘蔗-土壤界面有不同的应力表现。甘蔗收获机不带压蔗辊时,甘蔗在切割过程中发生不规则运动导致甘蔗间应力大于其屈服极限极易发生折断导致切割不完整。而压蔗辊可以显著降低甘蔗-土壤界面的应力,减少甘蔗间的运动,提高甘蔗切割质量。     

小型甘蔗收获机刀架振动试验与优化

针对现有小型甘蔗收获机刀架振动过大的问题,对其进行工况测试与分析,揭示刀架振动情况。试验表明:当路面激励与电动机激励共同作用时,刀架振动过大。在信号分析频率范围0~100Hz内,路面2Hz、电机2 8 Hz共同作用时,刀架加速度有效值RMS为3.11 m/s~2;优化后,在0~100Hz内,刀架加速度有效值RMS为1.19m/s~2,降低了61.8%左右,有效地减少了刀架的振动。