双控制分插机构的运动特性和优化分析

叙述了一种高速插秧机分插机构——双控制分插机构的结构原理，其传动由曲柄摇杆机构和行星齿轮系组成，完成插秧所需的运动轨迹。同时建立了机构的运动学模型，利用VB平台优化结构参数，使其可适应南方早稻和北方小苗插秧，所研制的分插机构的工作轨迹、取秧角和插秧角与理论分析和优化的结果完全一致。     

轮腿混合四足机器人六自由度并联机械腿设计

为了设计一种可以同时实现迈步行走、有动力轮式机动、无动力轮旱冰式滑行3种运动方式的轮腿混合农业四足机器人,提出了一种基于3-UPS机构的六自由度并联机械腿,选取结构参数并给出设计方案。首先,通过矢量回路法推导出机构的位置反解方程,并建立机构的速度映射模型;采用搜索法对机构的工作空间进行分析,并绘制出工作空间三维分布图,揭示出机构结构参数和工作空间之间的关系;基于速度映射模型绘制出雅可比矩阵条件数在工作空间内的三维分布图。接着,定义了一组运动灵活性评价指标,对机械腿的机构进行运动灵活性分析,并绘制出结构参数与运动灵活性评价指标关系曲线,揭示出结构参数对机构运动灵活性的影响规律。然后,基于工作空间特性和运动灵活性评价指标,采用蒙特卡罗法进行结构参数设计,通过建立各结构参数的概率模型空间选取了一组综合性能较好的结构参数:机械腿固定平台万向副分布直角边长为230 mm,运动平台球面副分布直角边长为70 mm,支链最大直径为60 mm,各支链套筒和伸缩杆长度均为500 mm。最后,采用选取的结构参数设计出机械腿及轮腿混合四足机器人整体的虚拟样机,并对虚拟样机进行迈步运动仿真,结果表明:机械腿的各驱动参数变化非常平稳且峰值均在合理范围之内,证明机械腿的设计方案和结构参数较为合理。该研究为拓展轮腿混合四足机器人在农业工程领域的应用提供了参考。     

步行轮式气垫行车行驶阻力研究

该文对行轮式气垫车由行轮及围裙系统产生的行驶阻力进行了理论分析，并对气垫车围裙系统产生的地面干扰阻力进行了试验研究，为步行轮式气垫车动力性能分析及气垫车设计奠定了基础。     

步行轮式气垫车行驶阻力研究

该文对步行轮式气垫车由步行轮及围裙系统产生的行驶阻力进行了理论分析，并对气垫车围裙系统产生的地面干扰阻力进行了试验研究，为步行轮式气垫车动力性能分析及气垫车设计奠定了基础。     

五自由度混联机器人优化设计与运动学分析

为提高农业自动化程度,拓宽并联机构在农业工程领域的应用,提出一种存在连续转轴、关节数目少、易于控制的两移一转运动冗余平面并联机构,该并联机构任意位置的转轴均为相互平行的连续转轴,使其具备良好的灵活性。基于此平面并联机构,构造出了多种五自由度混联机器人,首先建立了五自由度混联机器人的运动学模型,并对其进行了奇异分析,给出了减少机构奇异位型的条件;然后基于灵活性指标,对并联机构进行了尺寸优化,绘制了用于选取结构尺寸的性能图谱,且借助有限元软件对基于优化所得结构尺寸绘制的具有运动冗余特性的平面机构进行了结构拓扑优化,,完成了整体结构优化前后的静力学分析与对比,结果显示优化前后整体变形仅增大0.51%,优化前后机构优化部分的质量减少33.02%,满足机构变形要求。该混联机器人具有结构简单、运动学模型简单、结构刚度高和模块化程度高的特点,且其结构的变胞性有助于实现机构运动和驱动冗余模式的切换,增强了机器人的可研究性。该文可为混联机器人运动学分析及优化设计提供参考。     

区域逼近与动态图形法求解大行程液压支撑机构参数及优化

为实现一种作业与运输兼用型地轮机构的状态转换,针对其结构特点研究一种非端部支撑的新型液压支撑方案,以满足在有限的安装空间内实现大工作行程的要求。在建立该机构力学及运动学模型的基础上,通过几何关系及动力约束条件进行参数的区域逼近;确定液压缸安装位置和参数的可行域后,运用动态图形模拟摆梁步进旋转时机构的运动情况,观测参数取值域曲线的运动状态,得出与可行边界线的交点,从而确定在液压系统压力16 MPa条件下,安装臂长度175 mm,安装臂距旋转点357 mm,液压缸缸体长度为916 mm,缸体内径为71 mm。研究及样机试用表明,非端部支撑对置双缸体液压支撑机构能够满足地轮状态转换的需要,且具有结构紧凑、工作行程大的特点。同时,该研究探索并证实了区域逼近与动态图形求解法在解决此类机构的优化与参数求解方面的可行性与有效性。     

地轮前置式中型免耕覆秸垄作玉米播种机转运平台研制

针对中型免耕覆秸垄作玉米播种机运输和作业转场困难的问题，该研究通过理论分析与虚拟仿真技术相结合，提出中型免耕覆秸垄作玉米播种机转运平台装载方案，确定了地轮参数、液压系统和传动系统的布置形式，实现整机作业状态和运输状态的转换，并通过仿真测试液压系统动作顺序，简化液压系统控制流程，保证整机同步升降。仿真分析结果表明，运输时制动状态下的机架强度满足要求，地轮机构具备良好的强度和刚度特性，且存在优化空间。经过轻量化设计后，与优化前相比，辅助型地轮机构质量减少26.72%，兼用型地轮机构质量减少10.96%。样机试验表明，地轮平台可同步抬升整机，并通过拖拉机侧向牵引进入运输状态，作业状态转换用时5 min。该研究将高机动性平台技术应用于中型免耕覆秸垄作玉米播种机上，解决了播种机作业转场困难的问题，也可为宽幅农机装备的转运平台设计提供参考。     

发动机液压自由活塞下止点运动机理

为实现对单活塞液压自由活塞发动机工作频率的精确控制,掌握液压自由活塞下止点运动规律是基础,基于系统基本原理,研究了活塞下止点运动规律的数学模型。通过建立数学仿真模型和试验系统,研究了液压自由活塞在下止点的运动规律及其影响因素。结果表明,活塞下止点运动过程包括反向加速和正向减速过程,活塞到达下止点后的反弹距离主要由该过程决定,活塞下止点运动过程中的反向加速力来自泵腔和压缩腔压力。系统压缩腔压力变化规律可控是工作频率精确控制的基础,压力变化规律控制要考虑活塞运动状态和单向阀的阀芯动作规律的影响。     

气力有序抛秧机输秧机构动态模拟研究

介绍了气力有序抛秧机输秧机构的结构组成和工作原理，建立了输秧机构的运动模型，推导了用于输秧机构运动分析和动态模拟的位移方程、速度方程和加速度方程，利用Visual Basic6.0编制了运动模拟软件，利用该软件可以对不同结构尺寸的输秧机构进行运动模拟和分析，模拟结果包括图形动态模拟、数值和运动曲线等，可以为气力有序抛秧机的设计和改进提供了有利的工具和科学的理论依据。     

东方红1302R拖拉机液压机械差速转向机构的功率分析

液压机械差速转向机构是利用液压机械无级传动原理,将液压传动与齿轮传动恰当组合的一种新型封闭双流传动机构。转向机构的方案设计、参数匹配、性能分析、强度和刚度计算一直是该领域的研究热点。该文通过建立液压机械差速转向机构传动比与液压功率分流比、液压系统排量比关系式,得出液压功率分流比的合理取值范围; 采用功率流图给出不同工况下履带车辆液压机械差速转向机构内的功率流向,通过对不同工况下机构内两路功率传递的大小及方向比较,分析循环功率的存在条件及其对机构输出的影响。从而为该类机构设计、传动特性分析提供方法。     

步行轮式气垫车平顺性研究

分析了步行轮式气垫车气垫系统悬架起伏刚度的影响因素和步行轮、半步行轮对步行轮式气垫车振动的激励特性。文章还介绍和分析了步行轮式气垫车平顺性试验研究结果。     

步行轮式气垫车设计与研制

步行轮式气垫车是为解决特殊软地面通过性而研制的一种新型运输工具。本文阐述了步行轮式气垫车与常规车辆设计的不同之处，总结了研制过程的主要技术问题。     

松软土壤上步行轮式气垫车功率优化的研究

通过对步行轮式气垫车在松软土壤上运行状态的分析，首次提出了该种车辆最佳飞高的定义，得到了随土壤条件变化时功率消耗模型，并求出了功率消耗的最优点。为步行轮式气垫车在松软土壤上的功率自适应控制打下一定基础。     

西瓜采摘末端执行器夹持力精确控制

为实现西瓜的机械化采摘,该文提出了采用液压驱动型末端执行器采摘大型果实的思路。在抓取西瓜时,为避免末端执行器夹持力不稳定引起的果实损伤,需对夹持力进行精确控制,该文建立了末端执行器负载模拟平台和AMESimSimulink联合仿真模型,模拟西瓜采摘夹持力的加载情况。针对执行器夹持力加载过程中位置控制系统对力控制系统产生干扰,影响夹持力精确加载的问题,该文基于速度同步控制原理,设计了简化的加载误差补偿环节,开展了加载误差补偿理论、仿真及试验研究。结果表明,速度同步控制方法能够有效地减小加载误差,提高末端执行器负载模拟精度。该研究可为末端执行器输出力的精确控制和抓取控制策略提供参考。     

Effect of compaction on pore functions of soils in a Saalean moraine landscape in North Germany

Soil compaction and related changes of soil physical parameters are of growing importance in agricultural production. Different stresses (70, 230, 500, and 1000 kPa) were applied to undisturbed soil core samples of eight typical soils of a Saalean moraine landscape in N Germany by means of a confined compression device to determine the effect on (1) total porosity/pore‐size distribution, (2) saturated hydraulic conductivity, and (3) air conductivity to assess the susceptibility towards compaction. Different deformation behaviors after exceeding the mechanical strength particularly resulted from a combination of soil characteristics like texture and initial bulk density. The saturated hydraulic conductivity, as an indicator for pore continuity, was largely affected by the volume of coarse pores (r² = 0.82), whereas there was no relationship between bulk density and saturated hydraulic conductivity. Since coarsely textured soils primarily possess a higher coarse‐pore fraction compared to more finely textured soils, which remains at a high level even after compaction, only minor decreases of saturated hydraulic conductivity were evident. The declines in air conductivity exceeded those in hydraulic conductivity, as gas exchange in soils is, besides the connectivity of coarse pores, a function of water content, which increases after loading in dependence of susceptibility to compaction. A soil‐protection strategy should be focused on more finely textured soils, as stresses of 70 kPa may already lead to a harmful compaction regarding critical values of pore functions such as saturated hydraulic conductivity or air capacity.     

大型收获机械机架平面度在线测量系统设计与试验

由于大型收获机械机架结构的特殊性,传统测量方法难以满足其平面度测量对精度和生产效率的要求。该文提出了一种基于矩形点阵测量的机架平面度测量方法,并结合最小二乘评定算法,构建了包括花岗岩基础平台、液压升降式定位夹紧装置和激光测距传感器及其驱动装置的测量系统,并设计开发了基于虚拟仪器技术的测控软件,实现了测量系统的自动化控制和数据的自动采集与处理,最后以某玉米联合收获机机架为例开展了实际试验验证,测得平面度结果为10.27 mm,结果的不确定度为±0.5 mm。结果表明,该文提出的平面度测量方法及建立的测控系统能够满足大型收获机械机架上表面平面度的快速、准确测量要求,对于保证大型收获机械产品装配质量,提高产品竞争力具有重要意义。     

步行轮式气垫车车轮及围裙转向阻力矩研究

研究了步行轮式气垫车在软路面行驶转向时，插入土壤的车轮与土壤间相互作用以及围裙系统与地面干涉产生的转向阻力矩。提出了车辆转向时，车轮转向阻力矩及围裙转向阻力矩的数学模型。     

Impact of land‐use changes on soil hydraulic properties of Calcaric Regosols on the Loess Plateau,NW China

Vegetation restoration efforts (planting trees and grass) have been effective in controlling soil erosion on the Loess Plateau (NW China). Shifts in land cover result in modifications of soil properties. Yet, whether the hydraulic properties have also been improved by vegetation restoration is still not clear. The objective of this paper was to understand how vegetation restoration alters soil structure and related soil hydraulic properties such as permeability and soil water storage capacity. Three adjacent sites with similar soil texture, soil type, and topography, but different land cover (black locust forest, grassland, and cropland) were selected in a typical small catchment in the middle reaches of the Yellow River (Loess Plateau). Seasonal variation of soil hydraulic properties in topsoil and subsoil were examined. Our study revealed that land‐use type had a significant impact on field‐saturated, near‐saturated hydraulic conductivity, and soil water characteristics. Specifically, conversion from cropland to grass or forests promotes infiltration capacity as a result of increased saturated hydraulic conductivity, air capacity, and macroporosity. Moreover, conversion from cropland to forest tends to promote the creation of mesopores, which increase soil water‐storage capacity. Tillage of cropland created temporarily well‐structured topsoil but compacted subsoil as indicated by low subsoil saturated hydraulic conductivity, air capacity, and plant‐available water capacity. No impact of land cover conversion on unsaturated hydraulic conductivities at suction > 300 cm was found indicating that changes in land cover do not affect functional meso‐ and microporosity. Our work demonstrates that changes in soil hydraulic properties resulting from soil conservation efforts need to be considered when soil conservation measures shall be implemented in water‐limited regions. For ensuring the sustainability of such measures, the impact of soil conversion on water resources and hydrological processes needs to be further investigated.