一种树木修整机的数字化结构设计与优化分析

针对主要以人力完成高大树木修整时,不仅效率低下且危险性较高的情况,为实现高效、安全的树木修整工作,设计了一种基于多轮对驱动攀爬系统的树木修整机,实现了竖直高效移动和旋转大功率切割的复合运动,同时保障树木修整工作的质量和效率。在分析其工作原理的基础上,运用数字化技术进行树木修整机的结构设计和有限元优化分析,为等比例物理样机的制造提供理论依据。     

5自由度机械臂的结构设计及参数优化

机械手采摘成功率与采摘范围不仅取决于机械手臂结构尺寸和特点,还与控制精度有关。文章结合棉花采摘的作业要求,对一种5自由度机械手臂进行了结构设计,并运用Matlab软件的Optimization Tool对机械手的变量进行了参数优化。     

新疆戈壁日光温室结构设计与优化

新疆戈壁地区地理环境复杂,气候变化剧烈,南北疆差别很大,戈壁日光温室与其它日光温室的设计上有差异。此次戈壁温室设计的结构参数主要有温室方位角南偏西8°,跨度8~9m,脊高3.4m,前屋面角28°,后坡仰角40°,后坡投影长度为1.6m。优化设计主要有温室之间距离为7~8m,温室长度60~80m,墙体材料采用混凝土框架结构后堆砌戈壁料,厚度不小于1.8m,栽培床下挖0.5m等。设计是在以往戈壁温室建设的基础上进行再次设计与优化,对于其它戈壁荒漠区的日光温室设计具有参考与借鉴意义。     

单人背负式采茶机的设计分析

茶叶源于中国,有着悠久的历史,原为宫廷饮料,后普及民间。随着时代的发展,茶叶已不再是一种单纯的嗜好,而成为人类期望健康的饮品。大规模现代化的茶叶生产需要以茶叶机械化为后盾,而传统手工收茶不仅效率低下,且食品安全也受到影响。为满足大规模制茶的需求,研制了一种单人背负式采茶机,并对采茶机进行性能分析实验。实验结果表明:该采茶机割幅600mm,漏采率小于2%,芽叶完整率大于85%,往复式切割器工作稳定、切割效果良好,满足了茶农对于采摘的需求;采后蓬面整齐,芽叶完整,不影响下次采摘,适用于多种类型的茶园采摘作业。     

测量车检测臂结构设计与研究

简要介绍接触轨非接触检测系统总体结构方案和关键设备的选型,利用SolidWorks对接触轨检测臂进行结构设计;然后导入到ANSYS Workbench中,对机械臂结构进行静力学分析,得到检测臂结构的受力和应力分布;在此基础上完成检测臂的拓扑优化和尺寸优化,检测臂结构在不影响正常检测且满足材料强度的条件下减重30%左右;对优化后的结构进行有限元理论验证,然后进行实物制作,用于接触轨非接触的检测。检测臂结构的设计降低了材料成本,减轻了实物质量,突出了检测设备便携式的特点,优化理论推广为便携式检测设备的研发提供理论参考。     

单人飞行器桨叶的振动特性分析

依附于旋翼式单人飞行器的设计,以静力学和动力学结合的方式,对单人飞行器的桨叶进行自由振动分析。首先,粗略估计了可满足起飞重量要求的桨叶尺寸,建立简化的三维模型;其次,将桨叶的有限元模型进行CFD流体仿真,验证其起飞的可行性;最后,对其进行了带预应力的模态分析。结果表明：设计的尺寸可满足飞行时的重量要求,通过振动特性的分析,找到了飞行过程中容易发生破坏的位置,在实际制造中应对其进行加固。     

垂直起降涡喷飞行器结构设计及气动性能分析

通过合理布局7台涡喷发动机,得到飞行平台的最大推重比,完成涡喷飞行器的结构设计.对飞行器三维结构简化,利用ICEM CFD进行非结构网格划分,通过Fluent对飞行器整机前飞和垂直飞2种飞行模式分别进行仿真分析,得到相应的速度矢量图和压力分布云图以及阻力系数.结合仿真结果对整机进行结构优化,对优化后的结构进行气动特性分...     

多约束条件下某智能飞行器质心平衡优化

飞行器各油箱内油量的分布和飞行器供油策略将导致飞行器质心的变化,进而影响飞行器姿态控制.以某智能飞行器为研究对象,通过建立各飞行姿态下油箱质心位置与飞行器整体质心位置间联系的数学模型,将飞行器供油策略问题转化为使用贪心算法搜索每一时刻的最佳供油油箱及其供油速度的最优解问题.在各个油箱初始油量未知的条件下,选用收敛性好、...     

基于正交试验的斜击式水涡轮优化与分析

参考斜击式水轮机结构设计方法,使用正交试验法对JP75卷盘喷灌机水涡轮的主要几何参数进行优化试验,并对优化结果进行相关系数及主成分分析,最后确定影响效率的主要因素及水涡轮最优参数组合.使用优化后的参数建立水涡轮最优模型,并采用CFD数值计算方法对流量为500～900 r/min、转速为18～40 m3/h下优化模型的性能进行计算及分析;在此基础上,分析了水涡轮外特性曲线,优化模型在非设计转速下具有较高的稳定性和高效性.在流量区间内,优化模型最高效率点提升了近31%;研究了水涡轮优化模型的内部流场分布, 相比于原有模型,内部流场更为合理流畅,进口管道内压力分布均匀,且能够形成有效射流,同时,水涡轮叶片的优化设计解决了存在的局部高压区和叶间涡问题;与原有模型进行能量转化率比较,验证了转轮处能量有效利用率明显提升了42.71%.     

基于Workbench零件曲柄臂可靠性优化分析

文章分析了目前产品轻量化设计的现状,以某曲柄臂结构为研究对象,应用有限元分析软件进行了静力学求解,并基于其静力学结果对研究对象的结构进行了拓扑优化,依据优化结果对曲柄臂进行验证,通过改变对曲柄臂加强筋的厚度静应力对比分析表明,在满足刚度和强度条件下,曲柄臂的质量减少了4.1％,同时进行疲劳验证,该研究可为曲柄臂轻量化可...     

基于正交设计法的旋流自吸泵泵体结构优化

用正交设计法通过模拟试验对旋流自吸泵泵体结构参数进行了优化设计,设计了一个4因素3水平的正交方案,研究了泵体各几何参数对旋流自吸泵性能的影响.通过分析性能曲线对比图,找到了对于各个性能的最优方案.并通过对数值计算的数据进行极差分析,获得了各几何参数影响4个性能的主次顺序.通过对数据结果进行综合平衡分析和比较,得出了最优的参数组合.得出的最优参数组合不在原有设计方案中,因此根据分析结果对模型泵进行了再设计.将再设计方案与原有方案的性能作了对比,并判断其为最优方案.本模拟结果对旋流自吸泵性能优化设计有一定的参考价值.     

基于遗传算法的离心泵叶轮参数化造型及优化设计

根据流面流动理论,通过坐标变换实现离心泵叶轮子午面及叶片结构的参数化造型.采用自适应策略等技术对遗传算法的遗传操作进行改进以提高算法搜索效率,并设计了多目标决策的适应值函数.采用CFD软件NUMECA对叶轮及压水室等主要过流部件内部流动进行三维定常计算,从而预测离心泵的水力性能.编写FORTRAN程序实现参数化、搜索算法及性能预测3部分的联合,开发出一种离心泵叶轮造型的自动优化方法.以离心泵的2个外特性参数效率和扬程作为优化目标,应用该方法对Dn1000型潜油泵及IS80-65-125型清水泵的叶轮结构进行多目标优化.优化后两泵的水力性能有了明显提高,在设计工况下扬程分别提高了0.21 m和1.70 m,效率分别提高了1.9%和2.3%.     

农药喷洒四轴飞行器的模糊PID姿态控制

为了实现四轴飞行器更稳定的姿态控制,建立了四轴飞行器四元数运动学方程,并给出了四元数微分方程的解析解和数值解,在此基础上求解出了欧拉角.针对农药喷洒四轴飞行器在作业过程中负荷发生改变后影响控制效果的问题,设计了模糊PID控制器,通过Matlab/Simulink仿真,对比传统PID控制效果,验证了算法的可靠性.搭建了飞行器试验平台,在stm32飞控板上编程实现算法.试验中,通过改变飞行器质量,对比了传统PID和模糊PID的控制效果.在飞行器质量改变前后,模糊PID比传统PID的超调量分别降低22%和30%,上升时间分别减少0.06,0.08 s,调节时间分别减少0.70,0.80 s.试验结果表明,模糊PID控制系统较传统PID控制具有响应速度快、超调量小等优点,能更好地满足农业作业四轴飞行器的控制要求.     

环形射流泵结构优化设计

运用DOE和CFD技术,以寻求环形射流泵效率最大时的最佳结构尺寸组合.试验射流泵模型原型取自真实试验,面积比1.75.首先对计算方法的可靠性进行了验证,在试验设计方法指导下,以最高效率为原则安排了多次试验,确定了4个主要因子,即流量比q、吸入室收缩角α、相对喉管长度lt及扩散管扩散角β,分别计算了射流泵在多种结构尺寸组合下的内部流动.借助统计分析软件对试验数据进行处理,确定各结构参数对射流泵性能影响的重要程度,找出最优的结构组合.结果表明该方法取得了很好的效果,试验设计预测最大效率36.3%与CFD模拟结果35.8%非常接近.影响泵性能的主要结构参数中,相对喉管长度比扩散管扩散角、吸入室收缩角更为显著,双因子间的交互作用比因子单独作用更为明显,为环形射流泵进一步优化设计,确定其合理的工作范围提供了依据.     

车辆鼓式制动器结构参数的稳健优化设计

在设计开发鼓式制动器时,先以制动效能为优化指标对制动器各结构参数进行了优化设计;同时,考虑到制动器使用过程中制动性能的稳定性,应用稳健设计的原理对优化后的各参数进行了深入的分析和调整,从而保证制动器在使用过程中既有较高的制动效能,又具有良好的性能稳定性.通过实例验证,参数优化后的制动器性能较原方案有了明显提高,取得了满意的结果.     

基于CFD的汽车水泵优化设计

针对某增压直喷发动机冷却系统中水泵效率过低的问题,应用一维及三维CFD方法进行优化分析.首先根据发动机最大热负荷下冷却系统带走的热量,确定水泵的流量需求;其次采用一维CFD软件Flowmaster对该发动机冷却系统进行分析,确定水泵的扬程需求;然后根据流量及扬程需求,对水泵进行详细设计,其中叶轮设计方式为闭式离心叶轮,且叶片前缘向压力面倾斜,蜗壳设计方式为梯形截面的扩张通道;最后采用三维CFD软件Fluent对设计的叶轮及蜗壳进行计算,对设计方案进行优化.计算结果表明,CFD计算值与试验值吻合,误差小于5%;优化后水泵在设计工况下满足设计需求,总效率较原水泵提高了26%;抗气蚀性能增强,必须汽蚀余量NPSHR降低0.4m.流场分析表明,新水泵较原水泵压力分布更均匀;新水泵消除了原蜗壳内的低速旋涡,使能量损失减少,能量转换效率大幅提高.     

基于正交设计法的“V”形管优化设计

基于无阀压电泵中扩散/渐缩管流动特性,提出一种新型“V”形管.为了获得“V”形管最佳的流阻性能,对“V”形管的结构参数进行优化设计.基于正交设计法,采用有限元仿真的试验方法,设计了一个四因素三水平的正交方案,并对仿真试验所获得的数据进行极差分析,得到了各几何参数对“V”形管流阻系数影响的主次顺序,同时获得较合理的新方案.通过进行再设计和分析,并与正交方案进行对比,最终验证了新方案是最优方案,为“V”形管无阀压电泵的优化设计提供了一定的参考.     

基于遗传算法的起重机桁架结构轻量化设计

现代工业化的大型机械设备主要以起重机械为主,桁架结构又是起重机的主要部件。传统的设计方法设计出的桁架结构精度误差较大,得不到最优的结构,会缩短起重机的使用寿命。本文使用改进的遗传算法对起重机主梁进行优化。结果表明,改进的遗传算法收敛时间缩短,优化后起重机主梁的总质量减轻了12.34%,并且优化后起重机主梁的最大位移在设计允许范围内。