以液压缸为执行元件机构优化设计在农业机械中的应用与分析

农业机械中液压系统的应用已十分广泛,联合收割机、草捆机、整地机等农业机具作业的提升、悬挂、操作等过程,均由液压缸为执行元件的机构执行控制动作。优化设计是最优化数学方法与计算机技术结合的产物,当前在工程机械设计等领域已普遍使用。在日常的农机推广工作和农机使用调查中发现,农机中以液压缸为执行元件机构出现的问题或故障,主要是由设计过程的缺陷所造成。用一般的设计计算方法设计农机提升、举升、操作等机构,设计周期长,重复工作多,最终优选的设计方案并不一定是最优的设计方案。优化设计能够使农机以液压缸为执行元件机构在规定的各种限制条件下优选设计参数,从而使其设计指标获得最优值。本文介绍的优化设计方法是一种保证农机以液压缸为执行元件机构使用性能,较低设计计算成本,满足正常使用时减小机构重量、体积的一种有效设计方法,同时设计周期短、设计效率高。     

—种新型复合液压缸的研究与设计

为了满足籽棉喂花机液压控制系统大负栽、均匀调速、正反向等速运动等工作要求，研究设计了一种复合式液压缸，与双作用单、双活塞杆液压缸比较，复合式液压缸能够产生更大的作用力，能够实现正反两个方向速度相等且可控，通过在生产中使用，该液压缸满足了喂花机连续、均匀、高效喂花的工作要求。     

宽幅喷雾机升降装置改进设计

现有喷雾机升降机构多为连杆液压缸结构,受到液压缸行程的影响,存在喷雾机喷杆高度调节不稳定,作业过程中需重复调节后端工作部件高度,与适合作业的目标高度有一定差距等问题.为解决喷雾机升降机构作业过程中高度调节准确度不高的问题,需要对原有升降装置进行改进,增加了针对液压缸伸缩的限位装置,有效解决了这一问题,减少了作业前的准备...     

振动式蓝莓采摘机液压系统的设计与仿真——基于AMESim

为了实现国内蓝莓产业发展,自主研发了GYL062型牵引振动式蓝莓采摘机。介绍了该蓝莓采摘机的结构和工作原理,设计了蓝莓采摘机的液压系统原理图。同时,选择调整采摘高度的升降液压缸为研究对象,分析了双作用单活塞杆的运动速度与缸内液体压力的变化规律,并应用AMESim软件对升降系统液压回路进行了建模与仿真。仿真结果表明:所设计的升降系统回路满足要求,为蓝莓采摘机及其液压系统的改进和优化设计提供了理论依据。     

基于滑模同步控制的履带式作业机全向调平系统研究

针对现有丘陵山区履带式作业机底盘大坡地作业时易侧翻、安全性差的问题,基于“三层车架”式丘陵山区履带式作业机结构方案,设计了一种互联式全向液压调平系统,提出了基于扰动观测器的滑模同步控制方法,降低了单液压缸位置误差以及双液压缸同步误差。AMEsim-Simulink联合仿真结果表明：基于滑模同步位置控制的履带式作业机全向调平系统优于传统PID控制,全向调平中20°横向调平时间减小1.6s,25°纵向调平时间减小1.8s,上升时间平均缩短21.8%,调平时间平均缩短35.5%,同步位置控制误差保持在±6×10－4m内。在此基础上,对3层车架式丘陵山区履带式作业机样机进行了实机测试,其中全向调平机身倾角平均误差为2.55%,液压缸平均同步误差为8.2%,测试结果验证了履带式作业机全向调平系统的可行性与优越性。     

4HZ-2型自走式花生联合收获机的设计研究

通过分析研究花生机械化收获的特性及其质量评价技术规范,设计了4HZ-2型自走式花生联合收获机,该机可以一次性完成挖掘、抖土、输送、摘果、清选、装箱等多项作业。该机前置挖掘落土装置采用双铰点四连杆悬挂机架,升降高度由双作用液压缸控制,挖土铲入土角调整角度大,对土地的适应能力强;并且设计了全新的二级摘果滚筒,分级调整摘果滚筒与落果筛的间隙参数,有效地提高了摘果质量。经过田间试验,该机的主要性能指标达到有关行业标准的规定,作业效率高,省时省力,可有效缓解花生产区机械化生产瓶颈。     

玉米播种机械发展现状与优化设计研究

随着农业现代化的推进,玉米播种机在农业生产中的应用越来越广泛。为进一步优化玉米播种机械性能并提高其农业生产效率,笔者通过系统介绍玉米播种机械类型及特点,针对玉米播种机械在播种精度、作业效率、设备结构以及耗能与环境影响等方面的问题,提出了提高玉米播种机械的播种精度、改进作业效率、降低耗能与减少环境影响等优化设计策略。研究结果表明,玉米播种机械的优化设计能够更好地服务农业生产,有利于推动我国农业现代化建设进程。     

双缸单作用液压隔膜泵动力端设计方案

针对目前电力、冶金、化工等行业中常用的泥浆泵和隔膜泵存在的问题,提出了一种新型的液压驱动隔膜泵动力端的设计方案：把传统动力端的曲柄连杆机构设计为新型的液压缸驱动机构,动力端由大功率的电动机带动定量泵供油,利用液压缸一端的密闭空间实现液压缸的换向,使得活塞在运动过程中,实现匀速往复直线运动（传统设计中,活塞满足正弦曲线运动）.这将从根本上解决传统隔膜泵吸入、排出料浆时流量的不均匀性,振动大以及噪声大等问题,并将在很大程度上减小泵的体积与成本.     

基于BP神经网络的高速开关阀多级电压控制策略

为了提高液压系统控制精度,通过分析几种常用驱动策略下阀芯的动态特性以及进油口压力对动态特性的影响,提出了一种可适应进油口压力变化的多级电压激励驱动策略,与常用的双电压激励策略相比具有更好的动态特性,阀芯开启、关闭时间分别降至2. 2、1. 7 ms,线圈热功率降低了68. 5%。设计了一种通过PWM调制、可输出0～60 V之间任一电压的驱动电路。采用BP神经网络对PID参数进行整定,可实现液压缸位移的精确控制。在自适应电压激励与BP神经网络联合控制策略下,恒流量液压系统液压缸位移误差在-0. 3～0. 3 mm之间,变流量液压系统液压缸位移误差在-0. 5～0. 5 mm之间。     

气吸式马铃薯播种机一体式风机优化设计与试验

针对目前气吸式马铃薯播种机所需风机数量多、结构尺寸大、传动复杂等问题,优化设计了气吸式马铃薯播种机一体式风机.一体式风机的进气口、吹管出口分别与排种器的吸管接口、吹管接口相连,为排种作业提供取种负压、投种正压,实现一体式风机吹吸双作用.通过排种过程力学分析确定所需风压,并对风机内部流场进行数值模拟及运动学分析.采用旋转...     

核电站离心式上充泵多工况水力设计

离心式上充泵为多级双壳体结构,根据核电站系统要求,其水力性能需同时满足5个工况点.为实现上充泵多工况水力设计,在系统总结离心泵非设计工况研究进展的基础上,提出了多种叶轮水力设计方案优化组合与叶轮多工况水力设计相结合的技术,并进行了上充泵多工况水力设计实践.利用多级离心泵叶轮组合原则对上充泵所要求的多工况点进行拆分,得到不同叶轮性能曲线优化组合设计方案,分别进行首级叶轮、2-4级叶轮和5-12级叶轮水力设计.按照设计方案制造4级泵样机（转速2 950 r/min）,并进行性能试验.试验结果换算到4 500 r/min与规定值对比表明,有4个工况点满足要求,大于规定值2.6%;仅最大流量工况扬程偏低,低于规定值11.8%,实现了多工况水力设计目的.     

SGA3550型汽车全液压转向机构优化设计

利用动力学分析软件ADAMS,从汽车转向运动学出发,分析了SGA3550型自卸式汽车全液压转向机构的设计。首先以汽车转向时实际转角与理论转角误差最小为优化目标,以转向梯形底角和梯形臂长为设计变量,对转向梯形机构进行了优化设计。其次,说明了全液压转向机构中转向动力油缸的设计计算过程。最后,通过仿真分析,比较了不同数量液压油缸设计方案对转向性能的影响。     

基于NSGA-Ⅱ算法的水轮机活动导叶多目标优化设计

建立了基于NSGA-Ⅱ算法的叶片多目标水力优化设计系统,该系统以叶片的形状参数为优化变量,以能量性能和空化性能为目标函数,将NSGA-Ⅱ遗传算法引入作为优化工具以实现叶片的多目标优化设计.对某电站水轮机模型活动导叶的水力性能进行了优化设计,优化后导叶流道的进出口总压损失减小了26.97%,导叶表面上的最低静压力值上升了34.176%.结果表明,优化后的导叶不仅减小了流动损失,而且具有更好的空化性能.所提出的优化方法能以较少的变量控制叶片几何形状,且能有效分析各设计变量对目标函数的影响程度和范围,缩小优化问题的规模,得到满意的优化结果,可作为一种有效的水力机械叶片优化设计工具.     

小方草捆机草捆收获自动监控系统研制及试验

目前,国内外小方草捆机还不具有自动监测和控制功能,随着牧草收获机械向精密控制方向发展,实现小方草捆机草捆收获过程的自动监控功能显得尤为必要。为此,主要对小方草捆机自动监控系统进行了研制及试验。在小方草捆机上配置压力传感器、称重传感器、磁性行程开关采集工作中的数据信号,再通过PLC控制装置对信号处理并传输,将小方草捆机工作中打捆的草捆数、工作面积、草捆的工作压力及草捆质量等参数在驾驶室工控显示装置上显示;在小方草捆机上安装双同步液压缸,操作人员可根据生产的需要,按动工控显示装置上的按钮来控制液压缸的伸缩,从而改变草捆工作压力使草捆密度达到合适的要求。试验结果表明:草捆计数、面积测量记录数据与实际测量一致,由于机器在运动中有振动,草捆质量测量误差为3.5%,达到了设计要求,实现了小方草捆机工作过程监测及参数控制。本研究可为小方草捆机精密自动监测系统设计及应用提供参考。     

四象限工况单双泵控差动缸控制性与效率对比

针对单泵控差动缸闭式系统需要补油单元及在负载方向频繁变化下运行速度波动的问题,提出了一种以液压蓄能器为低压油箱、单伺服电机驱动双定量泵的变转速双泵控差动缸闭式系统及其控制方法。分析了变转速单泵和双泵控差动缸闭式系统在四象限工况下的运行原理。在Matlab/Simulink中建立了液压挖掘机工作装置机构模型、单泵和双泵控差动缸闭式系统模型、速度开环和速度前馈加闭环的控制系统,并对所构建的双泵控差动缸模型进行了局部试验验证。以斗杆速度和铲斗空载为输入,通过仿真对单泵和双泵控缸闭式系统在挖掘机斗杆液压缸四象限工况下的控制性和效率进行了对比分析。结果表明,所提出的采用速度前馈加闭环控制的双泵控差动缸闭式系统,虽然总效率较单泵控差动缸闭式系统降低了4个百分点,但实现了差动缸流量的平衡,解决了由四象限工况造成的速度波动问题,且最大位移误差仅为4mm,系统及其控制方法对于差动缸的四象限工况运行是切实可行的。     

高地隙自走式植保机械喷杆系统结构优化与研究

我国植保机械相对国外较落后,存在农药利用率低、劳动强度大及农民中毒现象频发等问题。为此,对高地隙自走式植保机械喷杆系统结构做了简要叙述,并对喷杆展开机构进行了自由度分析计算及运动学理论分析;同时,运用ADAMS仿真软件对喷杆展开机构进行了运动学仿真分析,提出了将液压缸替换为电推杆的优化方案,并对优化后的方案进行了运动学仿真分析。结果表明:优化后的展开性能明显提高,这一改进为自走式植保机械的进一步发展提供了依据。     

轴流泵叶片的参数化造型及多参数优化

为了实现轴流泵水力性能的自动优化,建立了基于I-sight软件的轴流泵叶轮设计优化平台,实现了模型更新、计算域网格划分、数值模拟计算以及数据读写的自驱动.为了避免传统优化过程中出现的反复造型所带来的问题,对基于圆弧法设计的轴流泵叶片通过进、出口角及不同位置的叶片厚度进行参数化解析,据此提出一种轴流泵叶片的参数化造型方法,实现以较少的变量控制叶片的外形.以轴流泵的水力效率为优化目标,以叶片二维截面的进、出口角为优化变量,以表征性能的参数扬程为约束条件,应用多岛遗传算法对一台比转数为1 500的轴流泵进行优化计算.结果表明:通过500次迭代计算,额定工况的水力效率由80.4%提升到82.4%;在(0.8~1.2)Q_BEP,泵的水力效率均有所提高,高效区域得到了扩大.该结论对于叶轮机械的水力优化和工程应用,有一定的价值.     

基于ANSYS的拖拉机液压气动系统结构设计和仿真

由于重型拖拉机的吨位和自动化程度较高,其动力和刹车系统使用了较多的气动液压装置。液压缸是液压气动传动系统的核心部件,其结构较为复杂,要求强度和硬度、稳定性和使用寿命等较高。但是,液压缸体的设计和结构分析较为复杂,为了提高设计效率、降低设计成本,将ANSYS有限元分析软件和Pro/E建模软件应用到了拖拉机气动液压缸的结构分析过程中。根据拖拉机气动柱塞液压缸的基本结构,利用Pro/E软件对液压缸缸体进行了三维建模,并运用ANSYS对液压缸工作在最大气压下进行了有限元分析,得出了缸体在固有频率为1阶和2阶时的应变分布,为液压缸体的结构优化提供了重要的数据参考。     

穴盘苗自动移栽机液压变速器控制仿真研究

在穴盘苗自动移栽机液压变速系统中引入了无级变速控制策略,设计了液压机械无级变速器的机械结构,建立了CATIA三维模型,并对其传动比特性、效率特性以及模糊控制特性进行了深入分析。利用Mat Lab软件建立了Mat Lab和CATIA的数据接口,设计了传动比的Simulink仿真模型,通过计算得到了液压效率曲线、传动比随排量变化曲线、等燃油三维拟合曲线和模糊控制曲线。由计算结果可以看出:联合仿真可以得到可靠的无级变速控制参考数据,提高了秧苗移栽作业的稳定性与高效性,以及整车的自动化水平,对农作物操作的突变环境具有良好的适应性,为穴盘苗自动移栽机的优化设计提供了一种新的计算机方法。     

农业装备运维与作业服务管理信息化技术研究进展

智能农业装备是信息化、自动化、智能化的综合体,其智能化水平主要表现在作业过程状态感知、数据分析、科学决策与自主控制等先进技术的应用。目前,我国农业装备在作业服务方面主要存在故障自动监测实用性差、维修服务资源配置失衡以及服务调度成本高等问题。本文以农业装备中典型机具——联合收获机为例,重点综述了国内外联合收获机运维服务管理相关典型技术的现状和特点,阐述和剖析了农业装备远程运维服务平台、作业数据监测、多机协同作业以及运维服务优化等方面的研究现状和发展动态。阐述了运维服务管理平台总体构架与技术进展;并分别阐述了作业工况、作业质量感知与车载终端管理等远程运维数据监测技术研究进展,路径规划、协同控制与任务分配等多机协同作业技术研究进展,故障诊断预测、维修策略与群体调度等运维服务优化技术研究进展;最后,结合实际应用场景,总结分析了农业装备运维服务管理技术所面临的挑战和机遇,提出了农业装备信息化管理技术的未来发展方向;并指出我国农业装备运维服务管理信息化技术未来研究方向。