背负式割草机刀盘轻量化设计与试验

针对背负式割草机刀盘轻量化设计问题,选取市场上常见的2、3、40齿锰钢刀盘进行研究。首先运用3维机械制图软件PTC/Creo对刀盘进行数字模型绘制,其次基于拓扑优化变密度法和杂草刈割试验,在6000 r/min极限转速工况下对刀盘结构进行计算机拓扑优化,并对优化前后刀盘应力进行受力分析,3种刀盘优化后质量依次减轻27.5%、10.24%和12.71%,而极限受力大小依次减小11.3%、0.8%和6.8%,得出刀盘质量减轻百分比大于极限受力减小百分比的结论。优化后刀盘模态频率有所增加,抗振性能增强。最后通过田间割草对比试验验证3种刀盘结构优化后割草性能符合行业要求,并得出重割率与刀盘齿数呈正相关,漏割率与刀盘齿数呈负相关的结论。     

2BYF-6型油菜免耕直播联合播种机旋耕开沟部件结构优化设计

基于2BYF-6型油菜免耕直播联合播种机旋耕开沟刀盘工作中所存在的强度不足问题,在强度许可的前提条件下,以开沟刀盘质量最小为目标建立优化模型,借助Matlab软件进行优化求解．结果表明,优化后开沟刀盘内孔直径50mm,安装6片刀片,刀盘厚度6mm,刀片安装螺栓孔位置尺寸360mm,结构优化后开沟刀盘质量较原产品降低10％．田间试验结果表明,优化后的产品单位时间无故障平均次数比优化前提高了200％．     

基于虚拟正交试验果园垄面割草机侧刀盘切割性能分析

为解决矮砧密植型果园生草制管理所面临的垄面草体处理困难的问题,通过三维设计软件建立了果园垄面割草机侧盘三维实体模型,并进行前进速度、刀盘转速、刀片数和刃线长度对重割率影响的优化仿真试验,利用动力学分析软件ADAMS得到刀片运动轨迹并计算重割面积,对模型进行四因素三水平虚拟正交试验,利用响应面分析法进行显著性分析。结果表明,最佳取值为前进速度A=2 m·s-1,刀盘转速B=2 500 rad·min-1,刀片数C=2。刃线长度D=55 mm时,重割率最低为16.6%。通过田间试验验证该模型仿真设计满足果园割草机技术要求,研究结果可为果园垄面割草机结构设计和参数优化提供参考。     

基于虚拟正交试验果园垄面割草机侧刀盘切割性能分析

为解决矮砧密植型果园生草制管理所面临的垄面草体处理困难的问题,通过三维设计软件建立了果园垄面割草机侧盘三维实体模型,并进行前进速度、刀盘转速、刀片数和刃线长度对重割率影响的优化仿真试验,利用动力学分析软件ADAMS得到刀片运动轨迹并计算重割面积,对模型进行四因素三水平虚拟正交试验,利用响应面分析法进行显著性分析。结果表明,最佳取值为前进速度A=2 m·s-1,刀盘转速B=2 500 rad·min-1,刀片数C=2。刃线长度D=55 mm时,重割率最低为16.6%。通过田间试验验证该模型仿真设计满足果园割草机技术要求,研究结果可为果园垄面割草机结构设计和参数优化提供参考。     

基于有限元的往复式刀具柠条平茬仿真及优化

针对往复式双动刀灌木平茬机切削柠条时岔口质量差和刀具由于受力较大造成磨损严重的问题,提出了利用ABAQUS软件对柠条切割破坏过程进行动态模拟仿真的方法;进行了前进速度与刀具倾斜角不同参数组合的动态仿真模拟,根据刀具的受力及柠条的平茬综合效果确定了最佳参数组合为前进速度1.5 m/s,倾斜角6.5°;使用拓扑优化减轻了平茬刀具20%~30%的质量。在OptiStruct环境下加权均布载荷进行拓扑优化并将结果应用于实践,其试验结果表明设计结果可靠。     

梨树枝条粉碎机切削系统工作参数的优化

为改善枝条粉碎机的作业质量,提高粉碎生产率及切削合格率、降低生产能耗,在构建切削装置试验台的基础上,以动刀数量、动刀楔角及刀盘转速等工作参数为影响因素,以切削生产率、切削功耗及合格率为目标函数,建立二者之间的多元数学回归模型,探索各因素之间的影响规律及最佳水平组合。采用Box-Benhnken的中心组合试验设计理论,进行3因素3水平试验。同时利用Design-Expert 8.0.6软件的回归分析法和响应面分析法,建立数学模型,分析各因素对切削作业效能的影响,并对各因素进行优化分析,得到切削装置最优工作参数。性能试验结果表明,切削生产率影响因素显著顺序依次为动刀数量、刀盘转速、动刀楔角;切削功耗影响因素顺序依次为动刀数量、动刀楔角、刀盘转速;切削合格率影响因素顺序依次为刀盘转速、动刀数量、动刀楔角;综合指标影响因素顺序依次为动刀数量、刀盘转速、动刀楔角;最优参数组合为动刀数量4把、刀片角度30°、刀盘转速1 600 r/min,生产效率2.02 t/h,功耗3.85 kW·h/t,合格率96.5%。研究结果可为进一步完善切削机的结构设计和作业参数优化提供依据。     

自走式果园割草机切割器的设计与试验

山地丘陵果园障碍物密集、地形复杂,一般的切割器无法实现高效除草作业。本文结合传统果园行距、株距较小等特性,实地调研青岛山地丘陵地带果园地势起伏情况、杂草类型等,设计符合山地作业需求的自走式果园割草机切割器。通过对刀盘进行模态分析以及运动学仿真,验证其结构合理性以及作业可靠性,并在青岛果园对切割器割草性能进行实地试验验证。结果显示实地作业的平均割茬高度为24.15 mm,割幅利用系数为98.96%,漏割损失率为1.54%。试验证明所设计的切割器能提高山地丘陵地形果园除草管理效率,降低除草劳动强度,满足果园除草的作业要求,对助力推动林果生产机械化的进一步提高具有重要意义。     

果园割草机器人甩刀设计与分析

果园割草机器人的除草性能与草的物理特性以及甩刀的设计参数紧密相关,结合柑橘果园杂草种类情况及其物理特性,基于Y型甩刀式割草机构设计一种果园割草机器人。运用D-H法建立甩刀切割单个茎秆的运动学模型,模型分析表明,在不出现缠草的条件下,甩刀轴转速1 500 r/min时在最优切割位内对单根杂草茎秆的碰撞力为74.25 N。刀片的切割轨迹分析表明,设计的Y型甩刀刀片切向速度与前进速度的比值λ>1时,割草机器人能有效地进行割草作业。割草机器人实地割草试验结果表明,刀片座间距43 mm、刀轴转速1 500 r/min、前进速度1.0 m/s时,重割率最小。     

相似理论在盾构刀盘拓扑结构设计中的应用

在基于知识的盾构刀盘设计理论中,针对刀盘拓扑结构设计阶段所采用的基于实例推理设计,提出了用相似理论的基本原理对相似案例进行调整以获得新设计方案的方法。通过量纲分析,得到了刀盘拓扑结构设计的相似准则,并根据相似第二定律提出了连续时间点内刀盘掘进性能预测模型的建立方法,同时,应用第三定律推导出了相似判断条件和相似设计的实现方法。最后,通过实际施工案例,验证了所提方法的可行性和有效性。     

基于权重优化的液压机械无级变速器箱体的轻量化设计

为了优化自主研发的六轴式三行星排液压机械无级变速器(HMCVT)箱体的结构性能,提高材料的利用率,减轻箱体质量,对HMCVT箱体进行拓扑优化设计。考虑HMCVT箱体所受载荷的复杂性,基于虚拟样机技术,建立变速器虚拟样机模型,结合拖拉机地面振动测试,获取单行星排工作、双行星排工作和三行星排工作3种不同载荷传递工况下变速器轴承孔动载荷;以应力、体积比为约束,基于折衷规划法建立包含3种载荷传递工况下刚度和箱体前三阶固有频率的综合目标函数;考虑子目标权重的影响,基于代理模型和遗传算法获取最佳权重并与层次分析法进行对比分析;最后,利用Hypermesh对HMCVT箱体进行拓扑优化求解。优化结果表明,优化后的箱体最大应力减小了13.6%,最大变形减小了0.5%,箱体的刚度和强度基本不变或略有提升,质量减轻10.9%,实现了变速器箱体轻量化目标。