分布式驱动电动汽车直接横摆力矩控制策略与仿真验证

【目的】改善分布式驱动电动汽车复杂行驶工况下的操纵稳定性.【方法】提出了一种分布式驱动电动汽车直接横摆力矩双层控制策略,上层根据参考模型和车辆实际状态参数,基于模糊控制规则决策出维持车辆稳定所需的附加横摆力矩,并基于Carsim中无控制双移线工况仿真结果,确定了模糊控制变量的基本论域范围;下层以提高操纵稳定性为目标,引入HSRI轮胎模型,并充分考虑电机和路面附着极限等约束条件将所需的横摆力矩进行优化分配,在Matlab/Simulink-Carsim联合仿真环境下建立控制策略,通过正弦迟滞和双移线工况仿真验证控制策略的性能.【结果】仿真结果表明,相比于等转矩分配,正弦迟滞工况和双移线工况下横摆角速度和质心侧偏角的跟踪滞后时间缩短,且最大跟踪误差分别减小了约98%、97%.【结论】直接横摆力矩双层控制策略能够有效地实现横摆力矩优化分配,提高了车辆的操纵稳定性和行驶安全性.     

履带式玉米收获机车架的多目标轻量化设计

针对4YZLP–2型履带式玉米联合收获机质量大、在丘陵山地田间通过难的问题,对玉米收获机车架进行轻量化设计：采用Solid works对车架进行参数化建模,基于车架参数化模型建立车架有限元模型,通过有限元模型进行模态分析,并利用车架模态试验验证车架有限元模型的有效性。对车架进行力学性能分析,得到了车架的应力与变形结果。基于相对灵敏度分析,筛选出车架的17个零部件的厚度作为设计变量,采用拉丁超立方试验设计以及克里格法建立代理模型,通过MOGA算法,以田间越障工况、满载弯曲工况下最大等效应力和满载弯曲工况下最大总变形量作为约束条件,车架质量和田间越障工况下总变形量最小为优化目标,进行多目标轻量化设计。车架轻量化后,车架质量较优化前减轻31.56 kg,越障工况下最大变形量也降低了0.33 mm。     

电动水稻插秧机功率分配与参数优化

【目的】研究电动水稻插秧机功率分配和参数优化等关键技术,探索并分析分布式电机驱动水稻插秧机存在的主要问题和发展趋势,为电动水稻插秧机的设计提供依据。【方法】以适合电力驱动的手扶式水稻插秧机为研究对象,通过仿形试验、分插机构试验和牵引试验,得到插秧机各主要工作机构实际功率,并确定各驱动电机的参数。通过牵引试验的载荷和速度分析,进一步优化该类型插秧机蓄电池容量和作业速度等参数,并提出最大连续作业面积节能设计方案。【结果】在试验样机机型下,双行进水轮驱动电机为2×500 W,分插机构驱动电机为300W,仿形机构驱动电机为350W;当采用48V铅酸蓄电池组,在理论额定容量为83.3A.h、行进速度为0.5m/s时,可以获得最大连续作业面积;当采用同电压锂离子蓄电池组,在理论额定容量为100A.h、行进速度为0.5m/s时,可以获得单位蓄电池质量最大连续作业面积。【结论】分布式电机驱动的水稻插秧机具有机械传动机构简化、整体质量轻、低噪音振动和无尾气排放等优点。     

不同频率洪水遭遇下溃坝洪水演进的二维模拟

【目的】建立适合黑河下游地区的溃坝洪水演进的二维数学模型,为该水库的安全运行和调洪决策提供参考。【方法】根据天然河道复杂而不规则的地形特点,以及溃坝洪水的传播和运动特性,建立适合黑河下游地区高程跨度很大的溃坝洪水演进的二维数学模型;利用非结构化三角形网格,采用单元中心的有限体积法求解控制溃坝水流运动的二维方程;应用所建模型,对黑河金盆水库10 000年一遇入库洪水漫顶所致溃坝洪水(即工况1)进行数值模拟,分析不同时刻的水深分布图、流速矢量图以及淹没范围的变化过程;在此基础上,探讨100年一遇入库洪水延时遭遇10 000年一遇入库洪水工况(即工况2)下溃坝洪水的演进变化过程,分析该工况下淹没水深的变化范围。【结果】工况1、工况2下大坝溃决时间分别为该工况模拟初始时间后的15.6,37.5h,工况1、工况2下5个沿程观测点的最大淹没水深分别为3.10~6.18m和3.66~6.91m,最大流速分别为2.28~8.68m/s和2.46~9.40m/s。【结论】所建立的溃坝洪水二维模型可以模拟流域不同时刻的水深及流速分布,计算结果具体到点,为洪水风险分析和灾害损失评估提供了依据。     

两种日光温室钢骨架结构安全性能分析

【目的】对两种传统日光温室骨架结构(钢拱架结构和钢桁架结构骨架)的安全性进行力学分析.【方法】以甘肃省酒泉市的气象条件为例,利用建筑结构计算理论及ANSYS计算软件,两种温室骨架均采用Q235钢,钢拱架拱杆为壁厚3.25mm的DN25镀锌钢管;钢桁架上弦杆为壁厚3.25mm的DN25镀锌钢管,下弦杆为φ12圆钢,腹杆为φ10圆钢;温室结构跨度8m,脊高4m,骨架间距1.0m;前屋面形式为二折式,即前半部分为弧长约为5m的拱形结构,后半部分为长度约为3m的直杆,采光前屋面角66°,直杆与水平面夹角15°,后屋面仰角45°.【结果】在荷载作用的两种工况下(工况1:恒载+使用活荷载+屋面集中活荷载+雪载;工况2:恒载+使用活荷载+屋面集中活荷载+风载),钢拱架结构应力薄弱部位的实际最大应力均超过了材料的强度设计应力值215 MPa,骨架多处部位受力不安全,故该钢拱架存在安全隐患;钢桁架结构骨架所有截面处的应力均小于材料的强度设计应力值,受力安全,该结构安全可用.【结论】钢桁架结构的日光温室,适合大面积推广应用.     

基于模糊控制的拖拉机转向跟踪控制研究

【目的】对拖拉机转向跟踪控制进行研究,寻求提高转向跟踪控制精度的方法。【方法】以福田欧豹4040型拖拉机为研究对象,以车辆航向角偏差和前轮转角为输入变量,转向驱动电机转速为输出变量,设计车辆转向控制模糊控制器,并用于拖拉机航向角的控制。【结果】拖拉机以0.53 m/s的速度行驶时,航向角偏差可控制在1°以内;拖拉机在50 m行驶距离内,最大横向偏差为0.16 m。【结论】所设计的控制器能够满足拖拉机转向跟踪控制的要求。     

环形一级倒立摆系统单神经元PID控制仿真

【目的】针对环形一级倒立摆的稳定控制问题,提出一种基于单神经元PID的控制算法.【方法】通过拉格朗日方法推导出环形一级倒立摆系统的数学模型,设计了单神经元PID控制器,该控制器不但结构简单,而且具有良好的自适应性和鲁棒性,并采用有监督Hebb学习规则对加权系数进行修正.在Matlab中的Simulink仿真平台下,分别使用单神经元PID控制、常规PID控制和LQR控制,对环形一级倒立摆进行控制仿真.【结果】单神经元PID控制较常规PID控制与LQR控制获得更好的控制效果,能够有效地解决环形一级倒立摆的控制问题.     

引汉济渭工程三河口抽水供水发电系统模型试验

【目的】基于“引汉济渭工程”三河口水利枢纽的水工模型试验,研究不同抽水、供水、发电工况下连接洞、秦岭隧洞等流道系统的水流流态,并确定合理的运行条件。【方法】对连接洞进出口及黄三隧洞、秦岭隧洞和连接洞的控制闸处水流流态进行分析,对建筑物体型进行优化,确定控制闸运行条件;验证各个工况下控制闸、连接洞、竖井尾水洞的最终运行水位,从而确定抽水、供水、发电设计水位;研究在抽水和发电试验工况下突然甩负荷和增负荷时竖井尾水洞的水位变化,保证特殊运行工况时建筑物的安全。【结果】抽水试验中,当黄三隧洞来流量较大 (第1、2、5工况)时,运行情况良好,流态稳定,当黄三隧洞来流量较小 (第3、4、6工况) 时,秦岭隧洞进口闸室需下闸抬高水位以满足设计的抽水流量;在供水和发电试验工况中,大部分工况下流态平稳,尾水洞中水位正常,当按最大流量（70 m³/s）运行时,竖井尾水洞水位（548.10 m）则高于连接洞设计的最高水位(547.96 m)。【结论】运行抽水试验工况时,尾水池水位宜保持在545.15 m以上;为了保证发电工况的正常运行,应适当增加尾水池的高度,以满足流道的明流流态。     

基于改进型Bug算法的林间移动平台避障方法研究

【目的】提出一种基于改进型Bug算法的自动导航避障方法,为提高林间移动平台作业时的避障能力提供参考。【方法】通过6个超声波传感器将林间移动平台四周分为9个探测区域,根据各区域内的车-障距离确定相应的避障策略;改进传统Bug算法,将避障过程分成路径追踪、避行和绕行3个阶段;在避行阶段,建立避障转向角索引图,同时根据转向延迟试验获得转向时机的提前量,将该提前量与索引图结合,使林间移动平台在合适的时机使用最大转向角避障;在绕行阶段,通过设计带自调节函数的模糊控制器,控制林间移动平台绕障碍物边缘行驶。最后根据林间环境特点,设计大、小2种障碍物试验,分别对避障时机、绕行偏差和总路程等参数进行统计与分析。【结果】林间环境大、小障碍物避障试验表明:林间移动平台提前避障距离分别为93.9和81.7 cm,平台前方的2个传感器的探测距离在索引图范围内,可以精准实现提前避障;大、小障碍物避障总路程与理论路程之差分别占理论值的0.64%和0.42%,平均绕行偏差分别为-15.2和-7.9 cm,绕行标准差分别为7.7和12.5 cm,可以实现稳定绕障。【结论】所建立的基于改进型Bug算法的自动导航避障方法,避障路径冗余小且行驶稳定,满足了林间环境运输及其他移动作业的要求。     

用于观光农业的混合型无线传感器网络节点设计

【目的】设计用于观光农业中游客服务与田间种植管理通用的混合型无线传感器网络节点。【方法】设计该节点的硬件结构及基于Android系统的移动智能设备APP;利用ZigBee与上位机通信来实现种植环境监测和设备控制。【结果】支持用户使用基于近场通信和蓝牙技术的节点田间快速接入功能,通过移动设备为游客和种植管理者提供园内位置定位、种植信息查看、环境参数监测等服务。【结论】该混合型无线传感器网络节点使用灵活、方便、快捷、功能扩展性好,可为观光农业提供较为灵活的多业务工程化支持。     

纸板方格蔟采茧机的研制

[目的]研究设计新型方格蔟采茧机。[方法]根据采茧过程主要技术要求、采茧机构工作原理和主要技术参数指标,进行设计与样机制造。[结果]样机主要由机架电机、顶杆安装板、顶杆、支撑架、钢丝梳、定位块、弹簧开合门、出茧口、丝杆(d=20 mm)和滑轨组成,整机主要技术参数为外形尺寸(650 mm×620 mm×1 130 mm);电机功率为0.25 kW;丝杆转速30 r/min;采茧效率为50 kg/h;蔟具损坏率1%。[结论]该机设计的主要亮点在于顶杆头部形状及自动开合门的设计,其整机具有结构简单、使用方便、不损伤蚕茧和蔟具优点,工效达到50 kg/h,是手工作业的10倍以上。因此,具有推广应用价值。     

基于轮毂电机驱动的电动微耕机机架设计与分析

[目的]设计适合设施农业用电动微耕机作业工况及功能要求的机具。[方法]应用ANSYS软件对机架进行有限元分析,按照适合高效设施农业作业的结构尺寸和实际工作条件,建立耕机机架三维模型,进行旋耕受力分析和机架有限元分析。通过分析与计算,确定其工作受力和结构参数,并制作机架实体,进行相关试验验证。[结果]通过有限元分析,得到了机架有效数据。根据优化设计参数制作了机架实体。经试验验证,新设计的机架结构可满足各种工况需求。[结论]该研究为进一步的轮毂电机驱动的微型农机具结构优化设计提供了理论依据。     

面向黄鳝养殖的自主移动投喂机器人研制

研制一种面向黄鳝养殖的自主移动投喂机器人系统,主要包括AGV搬运小车、XYZ数控电动同步带滑台直线导轨模组、投喂蠕动泵、运动控制器等组成部分。AGV搬运小车通过传感装置实时检测导向磁条确定工作路径。运动控制器对XYZ三维数控电动同步带滑台直线导轨模组的步进电机输出脉冲信号,实现机器人投喂位置的空间定位。通过控制蠕动泵驱动电机的转速,实现饵料的精准投喂和投喂过程的稳定性。针对三层立体结构黄鳝养殖池样进行9次样机性能测试,每次目标投喂量为9.5 g。结果显示,机器人空间定位精度的平均误差为（2.1,1.8,2.1） mm,标准偏差为（2.6,2.3,2.5） mm。机器人的平均投喂速度为1.85 g/s,平均投喂量为9.3 g,投喂量的误差小于5%。为评估系统的稳定性和可靠性,机器人以0.5 km/h的移动速度连续运行50 h,未发生技术故障和系统中断。综上所述,该自主移动投喂机器人运行稳定可靠、投喂精度高,投喂效果良好,具有较强的实用和推广价值。     

锤片式饲料粉碎机架板的有限元分析及拓扑优化

以某锤片式饲料粉碎机转子系统架板为研究对象,采用ANSYS Workbench软件对其进行静力学计算与模态分析。结果显示:实际工况下架板的最大总形变量为0.035 mm,其发生在中间支撑板上装有8块锤片的2个销轴的安装孔处,架板沿X、Y及Z轴方向上的最大形变量分别为0.035、0.001以及0.016 mm,各形变量均较小且与架板实际受力情况相符;架板所受最大应力为165.72 MPa,且应力较大的部位仅集中分布在中间支撑板上装有8块锤片的2个销轴的安装孔附近,架板上绝大部分位置的应力值均在36.862 MPa以下;架板的一阶固有频率为339.79 Hz,且前六阶固有频率均远大于粉碎机的激振频率58.33 Hz,但其存在较大的材料冗余。基于此,对架板进行拓扑优化,并根据材料去除率为50%的计算结果对架板结构进行优化设计,优化后架板的质量由最初的46.66 kg降至25.85 kg。对优化后的架板进行静力学计算与模态分析,结果表明,全新的架板的强度与刚度均足够,且其材料冗余量大幅降低,架板在工作过程中不会发生共振。     

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。     

4MZ -3000型梳齿式采棉机梳齿部件的结构分析

[目的]为优化梳齿式采棉机梳齿部件结构设计并确定其关键部件的参数.[方法]在分析采摘部件结构及工作原理的基础上,建立采摘部件工作参数之间的数学模型,并利用ANSYS软件对梳齿部件进行结构分析.[结果]梳齿部件最大应力为158.57 MPa,小于材料的许用应力值.[结论]可以对在三维软件建立的物理模型的合理性进行判断,及时修正设计中的缺陷,为更好地设计其结构和材料选择提供了理论参考.     

基于非参数雨流外推法的车架载荷谱与疲劳寿命分析

针对农用机械工况复杂,受力多变,对结构件寿命影响很大的问题,以蔬菜田间作业动力机械车架为研究对象,对车架载荷谱及疲劳寿命情况进行研究。采用有限元分析方法,对车架进行应力分析并选取测点;采取建立由应变片、应变调理仪、信号采集仪等组成的应力载荷测试系统进行载荷测试试验,测得犁地和路面行驶2种典型工况下应力时间历程;拟用傅里叶变换频率检验和离散自函数平稳性分析方法,确定信号符合随机载荷信号特征;采用数据处理方法消除信号干扰因素。对测得应力载荷数据进行非参数雨流外推,基于外推结果编制车架应力载荷谱并进行疲劳寿命预测研究。结果表明:损伤值最大的测点寿命预估结果为1.043×1013 h,满足使用要求,该方法适用于农业机械结构载荷谱编制及疲劳寿命预测,可为农业机械结构载荷谱编制及疲劳寿命预估提供参考。     

数控实木门砂光机横向砂光组件的设计与优化

为了解决实木门砂光效率低和质量不理想的问题,笔者设计了数控实木门砂光机。本研究首先对砂光机的整体结构进行设计,阐述砂光机的工作原理。其次,以横向砂光组件砂光过程中产生砂削力及所受载荷为例,建立相对应的数学模型,并进行了分析计算,完成横向砂光组件设计研究。最后,以分析计算的横向砂光组件砂光过程中所受砂削力及负载为基础,对横向砂光组件连接架进行静力学分析,获得相对应的应变云图、应力云图及变形云图,对横向砂光组件的力学性能进行校核并对其结构进行优化;通过模态分析,获得连接架前4阶的固有频率和振型,对横向砂光组件砂光过程中的的振动稳定性能进行检验,证明其结构的准确性。     

履带浮筒式挖藕机底盘设计与试验

针对水田挖藕机机动性、灵活性和适应性实际需要，设计了一种履带浮筒式挖藕机底盘。该底盘主要由机架、行走装置和可拆卸浮筒等组成。采用有限元对挖藕机底盘机架进行了分析，获取了底盘机架等效应力和总体变形云图，依此对其薄弱和冗余部位进行了结构优化。基于ADAMS对其机动性开展了动力学仿真，结果表明转弯和爬坡时履带链条间作用力相对直行时分别变大约30%和10%，最大侧翻边界角度38.6°。开展了底盘田间行走性能测试试验，结果表明，底盘液压马达最大输出扭矩≥740.44 N·m，原地转弯直径≤2.5 m，在硬土层滑转率≤ 3％，底盘上下田方便，行走稳定，可爬≤25°坡面，行走及通过性能满足设计要求。研究结果为莲藕机械化采挖技术与装备研究提供了重要参考。