消隙齿轮降低柴油机怠速噪声的应用研究

柴油机噪声影响着农业机械操作者的身心健康,该文为了解决某型柴油机在怠速工况下的异响噪声问题,采用仿真与试验相结合的方法进行研究。首先,通过声强和声压测试确定了噪声的主要产生部位;然后,基于Hypermesh和Abaqus软件建立了曲轴及整机零部件的有限元模型,并通过模态试验验证了有限元模型的准确性,基于Excite软件建立了配气正时传动系统和整机的多体动力学模型,发动机整机振动计算时考虑了缸内燃气压力、正时系统及配气机构全阀系激励和活塞敲击激励。多体动力学仿真结果表明:齿轮的反向敲击出现时,齿轮工作面的接触力消失,进排气齿轮在背隙侧发生接触产生冲击力,进而造成发动机在怠速时产生"哒哒"的异响噪声;整机振动仿真结果表明:使用消隙齿轮可以消除进/排气凸轮轴齿轮的反向敲击,在1 000~2 500 Hz范围内,使得齿轮室盖和缸盖罩的振动速度级降低了7 d B左右。最后在半消声室的发动机台架上,对有无消隙齿轮的柴油机进行了振动加速度、噪声和声品质的对比试验,试验表明:怠速工况下,使用消隙齿轮后,前端发出的"哒哒"异响噪声消失,齿轮室盖振动降幅很大,前端1 m噪声声压级降低了5~9 d B(A),声品质也有了明显改善。因此,当内燃机其它齿轮传动部位出现齿轮反向敲击声时,可考虑使用消隙齿轮予以解决。     

振动激励下枣树力传递效果室内模拟试验

为了提高林果振动采收的作业效率,根据果品在振动过程中瞬时加速度的变化,研究其振动采收时力的传递效果,降低激振功耗.该文以红枣振动采收为研究对象,建立红枣"枝-柄-果"的双摆振动模型,分析系统振动过程中的固有频率,获得系统的固有振动频率为14.69、17.26Hz;利用振动试验测试系统,进行扫频试验,测得枣树发生共振频率的范围集中出现在12~24Hz;当振幅分别为3、5、7mm时,频率在12~24Hz时进行枣树的定频振动试验,通过DHDAS分析软件分析,获得枣树的振动频率和瞬时加速度的关系;对受迫振动的红枣采用3D高速摄像技术进行运动分析,获得红枣在空间的最大瞬时加速度值,通过统计计算分析,红枣的最大瞬时惯性力值均大于果柄最大拉断力6N.试验表明在振幅为7mm、频率为17Hz时,红枣振动采收过程中,力的传递效果较好.该研究可为红枣收获机激振系统的设计提供理论依据和技术参考.     

不同振动特性参数对杏树振动响应的影响

为研究振动时间、振动频率和振动激励点振幅等不同振动特性参数对杏树振动的影响,该文利用ANSYS软件对杏树进行了有限元建模分析;通过三因素三水平试验分析不同振动特性参数对杏树振动检测点的影响,利用Design Expert软件进行优化分析,并进行实验室验证试验。杏树自由模态振动响应分析表明最佳杏树振动采收响应频率范围为0～20 Hz;谐振动响应分析可知在最佳频率范围内,杏树振动激励点振幅为5、10和15 mm时,同一频率下,随着激励振幅的增大,相同位置加速度增大,但振动曲线整体变化规律和趋势一致。试验分析可知,各因素影响检测点1和2加速度的强弱顺序一致:激励点振幅振动频率振动时间;各因素影响检测点3加速度的强弱顺序为:振动时间激励点振幅振动频率;建立3个检测点的响应方程,由下至上3个检测点的回归方程决定系数分别为0.906 7、0.879 3和0.973 3;多目标参数优化结果为:振动时间7.207 s,振动频率15 Hz,激振点振幅10 mm,通过验证试验可知由下至上各检测点加速度为10.4g、10.2g和9.3 g,与优化值相近。该研究可为杏振动采收机械参数设计提供参考。     

拖拉机行星齿轮箱故障响应特性动力学仿真及验证

针对目前农业机械设备少有从振动机理方面研究行星减速轮系的故障特性,且缺乏对不同故障程度下系统故障特性的研究等问题,该文以拖拉机传动系统中的行星齿轮减速箱为研究对象,建立了行星轮系动力学模型,考虑了其在运行时振动传递路径时变效应对振动信号的影响;推导了行星轮故障下的啮合刚度变化表达式,并引入故障因子,得到了不同故障程度下的啮合刚度;采用变步长的Runge-Kutta方法求解行星轮系动力学模型,分析得到了行星轮分别出现裂纹及断齿故障时系统响应的频谱特性。模型分析结果表明,由于振动传递路径时变效应对响应信号的调制作用,行星轮系频谱中的啮合频率及其倍频附近出现了以行星架转频为调制频率的边频带;当行星轮出现裂纹或断齿故障时,啮合频率及其倍频附近不仅出现了以行星架转频为调制频率的边频带,同时还会出现以行星轮故障频率为调制频率的边频,且断齿故障状态下的边带幅值较裂纹故障下更加明显。最后将试验信号与模型信号进行对比分析,分析发现,试验与模型响应信号对应频率的最大相对误差分别为4.65%和2.32%,决定系数R2分别为0.999 6和0.999 8,所得试验结果与模型结果基本一致,验证了所建立模型的准确性。该文可为农机设备中行星轮系的故障机理及系统健康监测研究提供参考。     

环模制粒挤压过程力学建模及影响因素分析

该文旨在通过研究环模制粒机挤压过程受力状况为其节能降耗及优化设计提供一定的参考。根据环模制粒机制粒成形过程与机理的分析和对环模系统受力状况的研究,建立了环模扭矩力学模型,推导出最大物料挤压高度及最大环模扭矩的计算公式;以力学模型为基础,分析了泊松比、摩擦系数等物料特性及环模、压辊系统的结构参数对环模扭矩的影响规律。研究结果表明,物料特性对制粒能耗影响很大;在一定范围内减小模孔长径比、减小压辊直径有利于降低能耗;而采用大尺寸的环模与压辊不仅可以提高产量,同时还可以降低能耗。该研究对于降低环模制粒机的能耗具有重要意义,并可为相关的试验提供理论依据。     

环模制粒粉体旋转挤压成型扭矩模型构建及试验

环模制粒成型技术以其高效率、高成型率、低污染等优点广泛应用于饲料机械、生物质能源机械、化工、制药等领域,而环模制粒过程扭矩模型的缺失已成为制约制粒技术发展的瓶颈之一。该文旨在通过理论分析、数值模拟与试验研究,建立粉体旋转挤压制粒成型过程精确扭矩模型,为粉体旋转挤压制粒成型装备的节能降耗及优化设计奠定理论基础。针对各向同性粉体物料,基于微单元受力分析及广义胡克定律,建立了旋转挤压制粒成型过程中模孔不同深度位置挤压压强的计算公式;基于DPC模型及实际辊轧工艺,建立了旋转挤压成型过程有限元分析模型,进行了压紧区应力分析;基于有限元模拟分析结果,设定变形压紧区的压强分布为二次曲线,建立了变形压紧区、挤压区的压强分布模型;最后建立了粉体旋转挤压制粒成型扭矩模型。以无线扭矩测试系统及环模制粒机为试验平台进行了鸡饲料的环模挤压制粒试验,求解得到了所有模型常量。设计了9组扭矩测试试验进行模型验证,测试结果与理论计算对比表明,试验值与计算值差距较小,最大计算误差仅为2.6%,这反映出建立的模型正确有效,对指导环模制粒机结构优化与节能降耗具有重要的意义。     

微型谷物联合收割机割台最小振幅点分析及挂接点优化

针对联合收割机的振动问题,该文以4L-0.2微型联合收割机为研究对象,利用最小幅值点法,通过优化割台与整机的连接点,减小振动能量的传递。首先,对比割台有限元仿真模态和试验模态,验证仿真模型和试验数据的正确性,为后续分析确定模态分析的阶次。其次,利用电机驱动割刀模拟工作工况,发现5、10和15 Hz 3个频率的频谱幅值较大,对整机的振动影响明显。而后,利用激振器作激励源,测量单频激励时分布在拟挂接区域内选定点的振动幅值,以这些点的坐标和振幅为采样,拟合二次曲线,(拟合度取值范围0.879~0.975),得到单频极小振动幅值点。最后,以频谱幅值比例和人体对不同方向振动的敏感度作为影响系数,求出3个频率极小振动幅值点的加权重心,作为连接点的优化解。为了验证优化解的正确性,试验测量该点在工作工况下的振幅,结果表明振幅小于拟挂接区其他各点,为该区域平均加权幅值29.707 m/s2的89.29%,最大振幅点幅值35.044 m/s2的74.92%,达到优化要求。     

农机滚子链传动系统动力学建模及分析

给出了链传动系统(包括链轮、链条和张紧器)的动力学模型。分析了链传动系统的振动响应特性并通过试验进行验证,理论计算与试验结果基本吻合。证明所建模型及计算方法可用于工程上链传动系统动力学的计算分析。     

生物质制粒机环模的磨损机理分析

环模是制粒机的核心部件,目前存在磨损快、寿命短等问题。该文对X46Cr13钢环模进行600 h实际生产状态下的磨损试验;对环模内壁和模孔内壁的磨损量与表面硬度进行测量;对磨损面进行表观形貌和微观磨损形貌观察;从宏观和微观角度对磨损机理进行分析,旨在通过研究环模磨损机理与磨损分布规律,对环模改进提出建议。结果表明：不同磨损位置起主导作用的磨损机制有所不同;环模内壁磨损十分严重,磨损机理为以微切削作用为主的磨粒磨损和疲劳磨损交互作用;模孔内壁磨损量较小,模孔入口附近以磨粒磨损为主,出口附近则以疲劳磨损为主,从模孔入口到出口磨损量呈指数形式逐渐减小,磨损由磨粒磨损为主逐渐向疲劳磨损为主过渡。研究结果可为改善环模耐磨性能和延长使用寿命提供参考。     

秸秆捡拾打捆机振动去土作业参数优化

为解决秸秆捡拾打捆后含土率高的问题,该文提出通过振动方式去除粘附和夹杂在黄贮秸秆中的土壤,以提高秸秆的后续利用价值。通过试验台设计和高速摄像分析,发现了秸秆振动去土规律;以土壤去除率和秸秆损失率为指标,以摘穗后整株铺放和切碎铺放的秸秆为研究对象,对各参数进行了单因素试验,建立了振动去土试验边界条件;通过三元正交多项式回归试验,在振动频率、振幅和振动时长三因素下,分析了2种秸秆物料的土壤去除率和秸秆损失率的变化规律。获得了黄贮秸秆振动去土的最优组合为:整株铺放秸秆振幅15 mm、振动频率4.5 Hz、振动时长14 s,切碎铺放秸秆振幅20 mm、振动频率4 Hz、振动时长12 s,并通过台架试验进一步验证了最优组合,试验结果与预测值误差较小,参数模型可靠。该研究为改进黄贮秸秆捡拾打捆机的作业机理、优化关键零部件设计、提高综合作业质量,提供了理论基础和试验参考。     

变速椭圆齿轮泵的非线性振动模型与拍击特性

变速椭圆齿轮泵是一种具有大排量、低脉动的新型容积泵,为提升其在高转速下的动力学性能,降低振动和噪声,对该齿轮泵在周期负载作用下的拍击振动行为进行研究。阐明了基于外部非圆齿轮变速驱动的椭圆齿轮泵流量脉动平抑原理,给出了变速椭圆齿轮泵中两级非圆齿轮机构的传动比函数;基于集中参数法,考虑轮齿间的弹性变形、静态传递误差、齿侧间隙及周期负载等因素,构建了变速椭圆齿轮泵的非线性拍击动力学模型,运用龙格-库塔法求解系统的动态响应,定量分析了变速椭圆齿轮泵的拍击特性以及关键参数对拍击门槛转速的影响。结果表明：随着变速椭圆齿轮泵输入转速的增加,系统先后经历无拍击、单边拍击和双边拍击状态,在设计参数下系统的拍击门槛转速为985 r/min,当拍击发生后齿间动态啮合力均方根会迅速增大;提高泵口压强或系统制造精度能够提升拍击门槛转速,泵口压强由0增至3.5 MPa,系统的拍击门槛转速由118 r/min增至1 637 r/min,从动椭圆转子静态传递误差幅值由7×10-2 mm降低至1×10-2 mm,拍击门槛转速由441 r/min提升至985 r/min,而增加转子偏心率,会导致拍击门槛转速先缓慢升高后迅速降低,为抑制变速椭圆齿轮泵的拍击振动和噪声及提升无拍击状态下最大瞬时流量提供理论依据。     

困油现象对泵齿轮副综合刚度的影响分析

为了对外啮合齿轮泵齿轮副的动力学模型进行综合刚度的计算,从泵齿轮副的侧隙位置和啮合位置的交替变化,以及体积弹性模量的定义,建立了包括接触刚度与困油刚度在内的泵齿轮副综合刚度的计算模型,进行了一个困油周期内实例的仿真计算。研究结果表明泵齿轮副在综合刚度方面与常规齿轮副有所不同,困油刚度是影响综合刚度的最主要因素之一,得出了困油的存在能够减缓泵齿轮副振动的结论,为泵后续的动力学分析提供参考。     

行星排式混合动力汽车传动系扭转振动分析

为了对行星排式混合动力汽车的扭转振动进行分析,以MEEBS混合动力汽车传动系为研究对象,分析了该车传动系统的转速特性,根据传动系各部件的动力学方程,计算了传动系的固有频率及其振型,并通过在发动机和电机激励下的强迫扭振计算,找到了影响传动系扭振的主要因素,结果表明：传动系的低阶固有频率以整车和车轮振动为主,中高频主要是差速器、减速器及行星轮的耦合振动;同时还得出扭转减振器的阻尼和刚度取为15 N·m·s/rad和618 N·m/rad,飞轮的转动惯量取0.42 kg·m2时对改善传动系统扭振响应较好。该研究可为混合动力汽车的振动及噪声性能改善提供参考。     

考虑困油和卸荷的外啮合齿轮泵动态转矩计算

为研究困油压力及异、同齿数对外啮合齿轮泵转矩影响,从分析直齿轮传动与卸荷槽的几何关系入手,将啮合齿面分成八点、三区、七过程。以主动齿轮的啮合半径为变量,建立出一个啮合周期内转矩的静态和动态计算式,并以实例加以分析比较。结果表明：转矩的波动及其最大峰值随困油压力的增加而加大,但最小峰值基本保持不变,同齿数的转矩品质要优于异齿数,以及转矩的静态计算误差较大等;困油压力对转矩的影响很大,设计上应尽量克服之,异齿数对泵各项性能的影响是相异的,不能一概而论。     

力平衡型多输入齿轮马达的转矩特性分析与试验

针对传统齿轮马达径向力不平衡、只能输出一种转矩和转矩脉动较高的问题,提出了力平衡型多输入齿轮马达。该马达在一个壳体内有内、外两种马达,可通过不同的连接方式实现4种定转矩和定转速的输出。通过对马达的输出转矩进行理论计算和试验,分析了马达在4种工作方式下的瞬时转矩及转矩脉动,结果表明,单个马达工作时的转矩脉动与啮合齿轮的齿数有关。多个马达同时工作时的转矩脉动与齿轮啮合点的位置及脉动周期有关,当3个内马达共同工作,内、外马达共同工作,内、外马达差动工作时,在内、外马达脉动周期相同的前提下,可调节啮合点的位置,分别使3个小齿轮的轮齿啮合位置相差1/3,内、外马达轮齿啮合位置相差1/2,内、外马达轮齿啮合位置相同,通过瞬时转矩的叠加,使输出合转矩的脉动最小。试验结果表明,在调节齿轮啮合点的位置后,相同工作方式下的转矩脉动程度明显减少,该研究为多输入马达的进一步研究提供了参考。     

齿轮箱振动与输入能量信号的频域相干分析与关系识别

为了提高旋转设备诊断效率、发展基于设备输入能量信号分析的故障诊断技术,该文提出并论述了输入能量信号分析方法在设备故障诊断技术研究中的有效性。首先从齿轮箱振动机理角度分析了传动能量与振动信号之间的关系,指出轴系扭矩及输入功率是齿轮静态传递误差的激励,进而导致振动信号的产生;其次通过建立齿轮传动能量与振动关系模型,利用相干函数以概率统计的形式揭示了输入能量与振动信号响应之间的关系;最后通过正常与断齿齿轮的对比试验,验证了功率信号的频谱特征与传统的齿轮故障振动频谱相一致,亦具有表征齿轮箱工况的明显作用,同时分析了振动和功率信号的自功率谱和互功率谱,利用相干分析方法,从经典控制理论角度验证了二者所呈现出的强相关性。该文为以能量信号分析为核心的旋转设备故障诊断技术的研究提供参考。     

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。     

新月形内齿轮泵内部泄漏与黏性摩擦损失模型构建

为了准确表征新月形内齿轮泵的内部流动特性,该研究根据静压支撑油膜理论及牛顿摩擦定理构建了该型齿轮泵内部泄漏数学模型及黏性摩擦损失数学模型,依据齿轮泵结构特点以及实际流动特征建立了基于两相流及动网格技术的CFD仿真模型,模拟分析了齿轮泵内部含气油液的流动特性,并与理论计算结果进行对比,最后进行试验验证。结果表明：在1/3周期内的瞬时体积流量与瞬时输入功率曲线均呈现连续周期性变化,2条曲线都有4个脉动;由于理论分析无法全面考虑油液实际流动过程而导致总泄漏量的理论值与仿真值相差60.11%,总黏性摩擦功率损失的理论值与仿真值相差66.67%;静态区域中流线相互平行,质点流动呈现层流状态,而在运动区域中却呈现完全湍流形态;压差流沿着新月形隔板内外两侧壁面以超过12 m/s的速度逆时针运动,而剪切流沿着外齿轮及内齿圈外壁同样以超过12 m/s的速度顺时针运动,在完全密封的齿间出现不同尺度的旋涡,旋涡中心的液体脱落现象使得其中的流体速度为0。在啮合齿面油膜的密封作用下,间隙最小处出现断流,啮合区的最大泄漏量为0.16 L/min;试验与仿真的容积效率相差1.33个百分点,偏差率为1.36%;试验与仿真总效率相差1.39个百分点,偏差率为1.73%。该研究获得了新月形内齿轮泵流动特性精确数学模型,验证了数值计算模型的适用性及仿真结果的准确性,可为完善齿轮泵设计理论与内流场特征分析提供参考。     

少齿差星轮型减速器的弹性静力学分析

针对目前少齿差星轮型减速器在机械应用中行星轴承易烧毁的现象,对其进行力学分析以寻求解决的途径。综合考虑内啮合齿轮副、行星轴承的变形以及各轴的扭转变形,构造少齿差星轮型减速器的变形协调条件,并采用子结构法建立该类传动系统的弹性静力学模型。通过求解系统的弹性静力学方程,获得系统各环节的受力,并给出了一个运动周期内两相机构的齿轮啮合力、行星轴承力和各曲轴扭矩的变化规律。弹性静力学仿真表明,少齿差星轮型减速器两相机构各环节的受力均呈周期性变化,且二者的变化规律基本相同,仅存在180?相位差。两相机构中齿轮副的啮合较为平稳,其啮合力在一个运动周期内仅存在微小波动;但行星轴承的载荷状况较为恶劣,其中星轮轴行星轴承的载荷波动较大,而输入轴行星轴承的载荷幅值较大,这恰与星轮型减速器应用中行星轴承易烧蚀的现象相吻合。该研究可为少齿差星轮型减速器的强度设计和结构优化提供准确的力学依据。