变性高阶比傅里叶非圆齿轮驱动差速泵设计与试验

为进一步提高差速泵性能,提出了一种变性高阶比傅里叶非圆齿轮驱动的六叶片差速泵。建立了变性高阶比傅里叶非圆齿轮传动模型和六叶片差速泵性能指标计算模型,编写差速泵性能分析软件。计算和分析不同阶数比和不同变性系数下的差速泵排量、流量和脉动率等性能,计算结果表明,高阶数比非圆齿轮副有利于提高六叶片差速泵综合性能,变性系数改变有利于降低单泵脉动率。经试验台测试,在相同泵尺寸及管路环境下,变性高阶比差速泵第一叶轮输入轴微应变均值下降35. 2%,降低了差速泵流量脉动。而非圆齿轮的不根切最大模数增加27. 7%,增强了承载能力。排量变化不大,降低了1. 2%。该设计更有利于低脉动、大载荷工况。     

傅里叶非圆齿轮驱动四叶片差速泵设计与特性分析

提出了一种傅里叶非圆齿轮驱动的四叶片差速泵,并在叶片上安装与转动方向相同的单向阀。建立了傅里叶非圆齿轮传动模型和差速泵瞬时流量模型,采用Matlab编写了分析设计软件。利用该软件分析了相同泵结构参数下的3组典型节曲线参数对节曲线形状、差速泵瞬时流量、排量、单双泵和单向阀对脉动率的影响,并与偏心圆-非圆齿轮驱动的四叶片差速泵比较,得到双泵并联的傅里叶非圆齿轮驱动的差速泵相比偏心圆-非圆齿轮驱动的差速泵在排量相当的情况下能使脉动率降低10.3%,在叶片上安装与转动方向相同的单向阀有效地解决了困液问题。     

自由节曲线非圆齿轮驱动差速泵设计与性能试验

为进一步改善差速泵性能,提出一种自由节曲线非圆齿轮驱动的四叶片差速泵,建立自由节曲线非圆齿轮驱动差速泵性能计算模型,编写差速泵性能计算软件,分析不同控制点下的差速泵排量、流量和脉动率等性能指标。结果表明,相比最优傅里叶节曲线,自由节曲线具有更好的局部优化能力,可有效提升非圆齿轮不根切最大模数和差速泵排量,降低差速泵脉动率,更有利于提高差速泵综合性能。试验表明,在相同泵尺寸及管路环境下,相比最优傅里叶非圆齿轮驱动的四叶片差速泵,自由节曲线非圆齿轮驱动的差速泵排量增加6. 6%,不根切最大模数增加18. 7%,有效提升了非圆齿轮承载能力,差速泵单泵脉动率降低8. 3%,说明自由节曲线非圆齿轮更有利于提升差速泵性能。     

差速泵叶轮边缘结构对转矩特性的影响

傅里叶非圆齿轮驱动的差速泵在负载工况下有明显的周期性冲击现象,而在空载状态不存在。为提升差速泵运行平稳性,开展数值计算和试验研究,首先建立差速泵数值计算模型,利用数值计算方法对差速泵流场和驱动非圆齿轮进行流固耦合计算。计算结果表明,差速泵在吸、排液工况交替瞬间,叶轮存在转矩突变现象,主要原因是叶轮旋转对进、出口关闭或打开瞬间形成了水锤效应。为此,对差速泵叶轮边缘进行微圆角优化处理以形成流场过渡区。仿真结果显示,叶轮优化后的输入轴周期性转矩突变峰值至少可降低21. 58%,且吸、排液腔压力分布更为均匀。经试验验证,转矩变化趋势及转矩突变点基本吻合,2个叶轮优化后转矩最大变化幅度平均降低51. 20%。结果表明,差速泵叶轮边缘对转矩特性影响较大,叶轮边缘优化对减弱水锤效应及改善叶轮转矩特性非常有效。     

齿轮型多泵多马达传动系统设计与试验

为了使定量泵输出多级定流量以及定量马达输出多级定转速和定转矩,在比例型和并联型齿轮多泵/多马达的基础上提出了齿轮型多泵多马达传动理论。基于1-1比例型和3并联型齿轮多泵/多马达设计了2种齿轮型多泵多马达传动系统,并阐述了其工作原理和特点,且对2种齿轮型多泵多马达传动系统在不同工作方式下的输出特性进行了理论分析和拓展,并搭建了齿轮型多泵多马达传动系统试验平台。试验结果表明:齿轮型多泵多马达传动系统在不同工作方式下可输出多级定转速和定转矩,且各级转速和转矩存在一定的比例关系。试验结果与理论分析基本一致,验证了理论分析的正确性,为齿轮型多泵多马达传动系统的设计与研究奠定了基础。     

双流道泵蜗壳多目标多学科设计优化

为实现同时提高双流道泵水力性能和结构性能的研究目标,采用均匀试验设计、高精度流固耦合计算、人工神经网络建模以及多目标遗传寻优相结合的方法,选取蜗壳的进口直径、进口宽度、隔舌安放角和扩散段长度为优化变量,利用均匀试验设计方法设计了50组试验,通过流固耦合计算方法得到双流道泵设计工况点的效率以及蜗壳段的最大应力,并以此为优化目标,通过BP人工神经网络训练建立近似函数,设计了离心泵专用的多目标多学科遗传寻优策略对目标函数进行寻优,得到了蜗壳几何参数组合的Pareto前沿。结果表明:相对于原始方案,优化方案的扩压效果明显改善,并且减少了隔舌处及扩散段的回流现象;优化方案的效率得到提升;优化方案的最大应力和最大应力点的平均振动速度显著降低。     

基于帕莱托的汽车悬架参数多目标优化

为了提高汽车平顺性,减少轮胎对路面的动载,以某1/2载货汽车的弹簧刚度和阻尼系数为设计参数,以最大动挠度为约束条件,以车身垂直加速度、前后轮胎动载荷的均方根值为目标函数,运用多目标遗传算法求得三目标的帕莱托解集,经过后期决策得到不同要求下的最优解。结果表明:优化后的悬架弹簧刚度减少而阻尼系数增大,前悬比后悬变化小,性能有大幅度改善,而且采用先寻优后决策的求解模式,能有效弱化先验知识不足的影响,避免局部最优问题,较传统多目标优化方法更为实用有效。     

基于NSPSO算法的混合装配线平衡问题多目标优化

不同品种作业元素的作业时间差异经常引起混合品种装配线的工作站瞬时负荷瓶颈问题,依据给定的排产顺序,兼顾装配线平均负荷和瞬时负荷,考虑不同品种作业元素的作业时间差异对装配线平衡的影响,建立了以最小化工作站内装配时间波动、工作站负荷平滑指数及装配线超载时间为目标的混合品种装配线平衡模型,并设计了基于非支配排序的粒子群优化算法(NSPSO)。实例验证表明,基于非支配排序的粒子群算法在求解大规模混合品种平衡问题方面比遗传算法具有更高的求解质量和求解效率。     

基于混合内点罚函数法和牛顿法的减速器齿轮传动参数优化分析

减速器设计常采用经验设计方法得到齿轮参数,使用中部分齿轮会因强度低而导致早期损坏,部分齿轮强度过高而使变速器结构体积增大.因此,笔者以减速器中齿轮和传动轴体积最小为优化目标,利用啮合条件、强度和刚度条件为约束,针对减速器中齿轮传动中的六个重要设计参数,利用混合内点罚函数法和牛顿法进行参数优化,从而达到轻量化的目的.仿真...     

非圆齿轮系大蒜直立移栽机构优化设计与试验

根据大蒜鳞芽直立朝上栽植的农艺需求,设计了一种可实现复杂栽植轨迹的二阶非圆齿轮行星轮系移栽机构。采用D-H方法建立了移栽机构的数学模型,通过对大蒜移栽轨迹与姿态进行分析,确定了直立移栽机构所需实现的优化目标;在Matlab平台下编写了移栽机构的GUI优化设计软件,利用参数导引启发式优化算法对机构进行了多目标参数优化设计,通过人机交互优选出一组非劣解;采用自上而下的参数驱动设计方法,在CATIA中完成了移栽机构的参数化建模,并对机构进行了虚拟样机验证;通过台架试验,获得各试验因素对大蒜移栽后倾斜角的影响规律;提出了针对不同工况的优化模型,在最佳参数组合方案下进行了验证。结果表明,当移栽深度为17 mm、机构转速为29.6 r/min、匹配速比为100%时,获得的蒜瓣倾斜角平均值为8.54°,当提高机构转速时,通过对参数方案进行优选可将倾斜角控制在合理的范围内,以满足大蒜直立栽植的农艺要求。     

非圆齿轮行星轮系水稻钵苗移栽机构优化设计与试验

针对现有水稻钵苗移栽机构结构复杂、成本高或工作效率低、振动大等问题,提出一种由1个不完全非圆齿轮、6个非圆齿轮和2个移栽臂组成的非圆齿轮行星轮系水稻钵苗移栽机构。分析了该移栽机构的工作机理,采用一种基于人机交互的参数优化方法,编制移栽机构的优化设计软件,得到一组实现水稻钵苗移栽较优工作轨迹和姿态的机构参数。建立移栽机构虚拟样机,研制移栽机构物理样机,开展虚拟样机运动仿真分析和物理样机高速摄影运动学试验,得到机构移栽臂的秧针尖点静轨迹和姿态。理论计算和实际测量得到的推秧角与取秧角角度差分别为53.52°与52.53°,误差为1.45%;仿真分析、试验测试结果与理论分析结果基本一致,验证了移栽机构设计方法和结果的正确性,以及机构应用于实际机器的可行性。     

高接低栽式差速变姿态行星轮系栽植机构设计与试验

针对目前旱地蔬菜钵苗移栽机大多适用于大株距（大于260mm）移栽且投接苗与栽植位置作业高度差大、移栽性能不佳等问题,本文提出一种高接低栽式差速变姿态行星轮系栽植机构。根据中小株距蔬菜钵苗移栽农艺指导与机构设计要求,解析双行星架差速行星轮系栽植机构工作原理并建立其运动学理论模型;结合所提出优化目标构建目标函数,开发了基于Matlab GUI的栽植机构计算机辅助分析优化设计软件,通过人机交互方式获得1组较优的机构设计参数组合。通过三维建模与装配以及ADAMS软件虚拟仿真,初步验证了机构正确性与合理性。开展栽植机构物理样机试制与试验台架系统开发研究,通过空转试验测试,验证了栽植机构实际作业轨迹、姿态与虚拟仿真及理论设计的一致性;开展栽植机构接苗与栽植性能试验,试验结果表明,栽植机构在接苗与栽植各项试验指标均较为优秀,能够满足栽植机构预期设计要求与旱地移栽机械标准,验证了该机构的可行性与实用性。     

基于近似多位姿的轮系式钵苗移栽机构运动综合

作业轨迹形状和在特定位置移栽臂的姿态要求是移栽机构设计过程需要考虑的首要问题.为了能获得多个期望位姿且兼顾一定形状的作业轨迹,提出一种基于近似多位姿的非圆齿轮行星轮系移栽机构设计方法.基于运动学映射理论将8个期望位姿点的信息矩阵通过四元数转换至三维空间,在对该矩阵进行奇异值分解后,通过引入特征向量扩大一般解空间.结合约...     

全自动草莓钵苗移栽机构优化设计与试验

为了实现草莓钵苗机械化移栽,根据草莓种植农艺要求,提出了一种Hermite插值非圆齿轮行星轮系全自动草莓钵苗移栽机构,用一套回转机构依次完成取苗、输送、挖穴与栽植4个移栽工序,满足了草莓钵苗移栽所需的轨迹与姿态要求,保证了所取秧苗和所挖穴口的精准配合。根据移栽机构的工作原理,建立了运动学理论模型,并结合设定的优化目标,基于Visual Basic 6. 0设计了计算机辅助分析优化设计软件,通过优化得到了一组满足移栽要求的机构参数。根据优化的参数对机构进行了二维设计、三维建模,通过ADAMS软件完成了虚拟样机仿真,应用3D打印技术制作了物理样机。在所搭建的草莓钵苗移栽试验台架上,利用高速摄像技术对物理样机进行了轨迹与姿态验证试验,通过对比分析得到理论轨迹、虚拟仿真轨迹和台架试验轨迹基本一致,验证了机构设计的正确性。并进行了机构的性能试验,结果表明取苗成功率为92%,栽植成功率为85%,平均栽植株距为172. 9 mm,所挖穴口深度、长度和宽度效果良好,满足草莓钵苗移栽要求。     

手扶式移栽机栽植机构优化设计与试验

为使移栽机具备较好的栽植性能,提出一种凸轮摆杆式栽植机构,为保证良好的栽植直立度、均匀性以及栽植深度合格率,需要对栽植机构连杆部分的长度及位置进行分析,在该栽植机构工作原理的基础上建立相应的数学模型,通过分析得到相应的设计变量、约束函数以及栽植点的目标轨迹函数,利用MATLAB优化工具箱中fgoalattain求解移栽机栽植机构复杂的多目标非线性规划问题,可以得到一组较为完善的设计变量参数组合［L1、L2、L3、L4、L5、L6、θ2、θ3、γ］的优化数据,经过迭代计算最优参数组合为［128 mm;52 mm;150 mm;120 mm;336 mm;60 mm;256π/180;316π/180;8π/180］,进而可以得到栽植点的轨迹曲线、摆角曲线、速度曲线以及加速度曲线,以株距变异系数、直立度、栽植深度合格率为评价指标,记录相应的移栽数据,当速度为300、400、500 mm/s时,移栽合格率及优良率分别达到90%、80%以上,相较于优化前可以更好满足移栽作业的要求。     

旱地栽植机八连杆栽植机构优化设计与试验

旱地移栽机为了满足栽植株距的要求,常需要在保证速比不变的同时调节栽植频率和机具前进速度,否则栽植轨迹将发生改变,从而影响栽植质量,为此,提出一种八连杆栽植机构.在分析八连杆栽植机构工作原理的基础上,建立了八连杆栽植机构的运动学模型,分析了关键连杆长度对吊杯挂接点Ky向位移、轨迹、速度、加速度的影响规律,以及对极位夹角、...