机械零件非光滑仿生表面加工装置创新设计

【目的】将非光滑特性应用在机械零部件表面可大幅度提升机械零部件接触表面的耐磨性,减少相对运动所带来的摩擦阻力、摩擦系数和黏附力,但目前尚无完备的加工设备能够实现对零部件表面加工出微坑使其形成非光滑表面。【方法】课题组通过分析非光滑仿生表面平整化作用、空穴减阻作用和形变减压作用的减阻机理,提出了一种机械零件非光滑仿生表面加工装置,采用结构分析、技术对比和原理研究等方法制定了机械零件表面加工装置设计方案,并对现有装置的动力机构、运动机构、加工机构、支撑机构以及夹持机构的结构形式进行了改进。【结果】该加工装置对机械零件的端面可连续加工出微坑仿生表面,并且首次可在被加工机械零件半个端面制出4个微坑,与首次加工只能形成1个或2个微坑相比,具备更加可靠的加工精度和较高的加工效率。【结论】机械零件非光滑仿生表面加工装置能够可靠固定待加工机械零件,实现精准定位导向,减少对零部件等非光滑表面加工时产生的误差,且利用此加工装置可加工出具备仿生原型结构的零部件,能够更有效延长被加工零部件的使用寿命。     

精准配比料药一体化生猪饲喂器设计与试验

针对向生猪饲料中添加颗粒药物时药物分布不均导致的药物利用率低的问题,设计了一种精准配比料药一体化饲喂器,以计量式斜槽轮为排料装置,并对排料斜槽轮、排药斜槽轮、饲料分流刀等关键部件进行了设计和仿真,实现给定质量比范围内的实时精准加药。用离散元分析软件EDEM进行排料稳定性分析,得出转速为40～60 r/min时排料槽轮的稳定性较好,根据(100～250)∶1的料药质量配比确定排药槽轮转速为10～20 r/min。用力链分析饲料颗粒和药物颗粒在斜槽轮排料装置工作时的受力情况,可知饲料颗粒和药物颗粒所受的外力小于破碎力,两种颗粒在整个运动过程中所受的外力不会造成颗粒破碎。通过样机试验测得在给定转速范围内,可实现的料药质量配比范围为(93.4～251.8)∶1,给定的料药质量配比在此范围内;进行料药配比混合台架试验,试验结果表明精准配比料药一体化饲喂器能实现向饲料中实时精准加药,解决了小粒径小流量的药物颗粒在大粒径大流量的饲料颗粒中分布不均匀问题。     

基于模糊控制的智能植物滴灌装置设计

随着经济的发展和城市化进程的加快,我国耕地面积日益减少、水资源持续短缺,粮食安全问题日益严峻。智能植物生长柜因具有节水、环保、安全、不受环境制约等优点,是解决该问题的有效方法之一。【目的】提高智能植物生长柜的水资源利用率。【方法】设计了基于模糊控制的智能植物滴灌装置,该装置主要由植物支架、控制器、传感器、水箱、电磁阀及滴箭构成,利用模糊控制算法实现智能滴灌。【结果】基于模糊控制的智能植物滴灌装置能很好地实现数据采集、灌溉控制、参数设置和数据处理等功能,将土壤湿度控制在合理的范围内,在用水量相同的情况下作物长势更优。【结论】该装置可有效提高智能植物生长柜的水资源利用率以及自动化程度,并可推广至其他智能滴灌系统。     

生猪液态饲料智能喂料车设计与试验

针对基于管道输送的生猪液态饲喂系统投资大、对使用人员素质要求高、设备故障需要专业技术人员进行维修等问题,设计一种生猪液态饲料智能喂料车。喂料车与搅拌站之间采用Zigbee通讯,组网运行,实现装料、运送及投料的自动巡航控制;喂料车采用磁钉、磁控开关实现自动认址、定位及精准停车;采用螺杆泵送料,实现精准饲喂。样机试验结果表明,喂料车满载情况下通过提前减速可以实现在目标站点精准停车(位置偏差≤1 cm);以预设的3、5、10 kg为投喂量,喂料车实际投喂量误差可以控制在2.5%以内。与管道式生猪液态饲喂系统相比,基于智能喂料车的生猪液态饲料自动饲喂系统具有投资少、设备运行可靠性高等优点,可广泛适用于中小规模养猪场,对生猪液态饲喂技术的推广提供技术支撑     

基于物联网的水肥精准管控系统设计

为了解决农业灌溉过程中管路流速幅动过大、设备受控距离较短等问题,结合水肥一体化灌溉、LoRaWAN远距离传输通讯、PLC的PWM占空比及PID闭环控制等多种技术,设计了一个水肥精准管控系统。该系统在工作时可以实现水肥流量的恒速控制、肥料间的精确配比及环境参数的实时监测等功能,实现了农业生产的精细化、网络化、智能化管理。     

油茶果籽壳分级筛选装置设计与试验

【目的】油茶果的脱壳分级筛选绝大部分靠人工进行,费时费力,研究油茶果籽壳的分级筛选对茶油的精深加工具有重要意义。【方法】课题组设计了一种油茶果籽壳三级筛选装置,并利用SolidWorks软件对装置进行建模,对执行机构连杆进行运动仿真,分析验证分级筛选装置设计有效性和机构运动合理性。【结果】该油茶果籽壳分级筛选装置可以有效实现大、中、小籽和壳的分级筛选,分级效率较高;执行机构运动呈周期性变化,机构设计合理。【结论】1）该分级筛选原理和机构可应用于类似果蔬分级生产中,具有良好适应性。2）三级筛分出来油茶果籽壳有混杂,籽和壳有效分离后续仍需进一步研究。     

基于PLC的侧深施肥装置自动控制系统设计

【目的】侧深施肥装置在水田作业环境中存在排肥管堵塞、肥料颗粒破碎率高等问题。【方法】课题组设计制造了一套恒湿干燥排肥改造后的自动化控制系统,该装置由积肥盒、螺旋排肥机构、恒湿系统、肥料作业检测系统以及自动控制系统组成。该系统以西门子1214C AC/DC/ALY PLC为中央控制器,控制各个阀门、抬升液压缸、电机的动作,并接收湿度传感器的信号;上位机软件采用西门子Win CC V7.0进行设计,通过触摸屏与PLC的通信,完成侧深排肥系统的人机交互功能。【结果】该系统可实现螺旋施肥量的精准控制、施肥装置抬升与下降、施肥堆肥区域温湿度控制、施肥量动态监控、排肥区域湿度控制等功能,整个控制系统可在施肥过程中实现全自动化并实时更新显示状态。【结论】与传统电气控制方式相比,利用PLC进行侧深施肥控制系统设计具有更高的系统稳定性,有效减轻了人员工作量,提高了工作效率,同时具有较好的工程价值。     

基于盘铣刀的转子泵转子加工系统研究

【目的】开发一套基于GUI界面的盘铣刀设计系统,实现螺旋转子泵转子加工时盘铣刀的实时、准确选择。【方法】建立螺旋转子齿形数学模型,并利用三维建模软件SolidWorks对螺旋转子泵转子进行三维建模,应用MATLAB设计转子齿形检测系统和盘铣刀设计系统的GUI界面。【结论】该系统可以有效减小螺旋转子加工误差,确保转子加工盘铣刀的正确选择,解决了螺旋转子加工问题,提高了螺旋转子的加工效率与安全性,加快了螺旋转子泵的实际应用。     

汽轮发电机定子叠压筋加工方法和步骤

【目的】解决汽轮发电机定子叠压筋加工难度大、容易弯曲变形等问题。【方法】汽轮发电机定子叠压筋加工的目的主要是实现加工满足图纸要求,便于后续电机定子叠压、嵌线顺利进行,从而提升产品质量。笔者围绕叠压筋图样分析和加工工艺方法的论述,通过不断摸索掌握一定的规律,运用数控加工技术进行工艺分析、工件装夹、数控编程、刀具选用、工件测量,制定加工工艺和方法。【结果】该汽轮发电机定子叠压筋加工的工艺方法可提高生产效率,降低生产成本,防止加工产品弯曲变形,提升产品质量。【结论】该加工方法解决了细长类复杂形状零件装夹、加工、变形、测量等难题,可以用于其他类似形状复杂零件的加工。     

基于农业作业的伸缩式输送卷带机械装置优化改造设计

【目的】带式输送机在长时间工作后输送带容易出现老化、带面磨损等问题,容易导致张力波动下受损输送带发生断带事故,对伸缩式输送卷带机械装置与工作人员造成不可逆转的伤害。【方法】针对农业生产需要自动化的装置输送各种农作物,提高作业效率的问题,笔者设计了一种基于农业作业的伸缩式输送卷带机械装置优化改造方法。设计了新的蜗形卷筒结构,由卷带芯轴、扳扣、棘轮机构等构成,解决了传统卷筒无法实现输送带的有效夹紧等问题;由电液比例节流阀、拉力传感器、液压绞车等构成张紧装置,使张紧装置与卷带装置能够同步配合;设计了一种由可编程控制器、供电模块等构成的电气控制装置,实现各种电气元件的精准启停控制。【结果】优化改造后,该装置能够在更短时间内实现120 m的卷带操作,与农业作业的空间匹配度较好,与现场的环境较为协调。【结论】本研究根据农业作业的需求,对传统伸缩式输送卷带机械装置进行了改造,实现了传统装置全方位的性能提升,取得了一定效果。     

基于汽车冷却系统智能监测辅助装置设计

【目的】提供一种能够对汽车冷却系统进行自动监测的智能辅助设备。【方法】课题组通过分析汽车发动机冷却系统的密封性、冷却液的品质、发动机的转速、发动机的温度提出汽车发动机智能监测装置,采用常出现的故障分析、技术对比和原理研究制定了汽车发动机冷却系统的智能监测辅助装置设计方案,并对现有装置的发动机转速机构、温度检测机构以及水箱内压力检测机构的结构进行了改进。【结果】该智能辅助装置可同时检测出各机构出现的问题,并且控制单元会控制报警器警示,在控制面板上会显示出机构出现的具体状况,并锁定控制面板,工作更可靠、更精确。【结论】汽车发动机冷却系统智能监测装置能够准确地监测出问题,减少问题出现对发动机的损坏,该装置结构简单、安装方便、操作容易、安全可靠。     

一种块根类作物储存前置处理装置的设计

【目的】红薯等块根类作物在储存前需去除表面泥巴和水分,这样在储存时不易腐烂且能保持甘甜口感;然而此项工作一般都是人工在天气较好时进行,收获的红薯需晾晒几天,费时费力、效率低下。为解决此问题,笔者设计了一种块根类作物储存前置处理装置。【方法】该装置包括进料干燥单元、去泥单元和出料单元三部分。进料干燥单元中设计有可调节温度的风机和装有柔性螺旋叶片的搅拌机构,可对红薯边烘干边搅拌,使红薯表面均匀受热从而快速干燥;去泥单元中设有一对转向相反且间距可调的搓泥板,其上装有橡胶手指,橡胶手指随着搓泥板转动的同时也自转,模拟人手的动作揉搓红薯表面干燥的泥巴以使其剥落;出料单元中装有风机并设计了可上下抖动的筛网,进一步抖落红薯表面尘土。【结果】仿真结果表明,该装置可完成对红薯的干燥去泥处理。【结论】设计的装置解决了收红薯晾晒问题（尤其是在阴雨天）,提高了红薯储存前置处理工序的工作效率;该装置不仅可用于红薯等块根类农作物表面的干燥和去泥,还可用于土豆等块茎类农作物表面的去泥和干燥,应用前景广阔。     

硬韧材料旋转超声复合电解加工设计与试验

【目的】各类陶瓷、硬质合金等高硬、高韧材料机械加工效率低且精度差（甚至难以加工）,为解决硬、韧等难加工材料精密、高效加工问题,提出旋转超声复合电解加工新技术。【方法】设计、构建旋转超声复合电解加工系统,分析、探讨此加工方式的材料去除机理;对旋转超声振动装置中的旋转超声主轴、压电换能器、变幅杆进行设计;运用ANSYS工具对压电陶瓷堆进行模态分析和谐响应分析。【结果】对超声振动系统进行优化设计,实测系统超声振幅最大可达23μm,满足试验要求;对陶瓷（PZT）和硬质合金（YT15）进行加工对比试验,试验表明,旋转超声复合电解可加工出精细表面结构,同时加工效率可提高50%以上。【结论】所设计的加工系统能够实现硬、韧等难加工材料的高效率、高精度加工,提高加工效率和工件表面质量,具有显著的技术优势。     

设施短柄剪切的苹果采摘执行器设计与仿真

【目的】解决现有苹果采摘执行器对视觉定位精度要求高、进刀剪切不便和残留果柄过长等问题。【方法】课题组基于仿生咬切原理,设计了一种大容差采摘执行器。该执行器由并联调姿机构、原地剪切机构和双目视觉等组成;原地剪切机构在并联调姿机构和双目视觉的引导下,可相继实施拢果和断柄操作;重点对该机构的拢果、咬切和进给情况进行了设计计算与运动仿真。【结果】经过ADAMS仿真后发现：设施剪切时,耳轴相对悬置苹果并未产生移动,而相对外套杆上移了19.88mm,与理论计算结果基本一致;同时,咬切组件在运行1s时完成了剪切操作。【结论】该执行器在定位误差6.7%～33.3%范围内都能完成采摘,容差范围大;当内套杆相对外套杆上移19.88 mm,差动进给驱动电机功率约为6.34 W时,能够满足精品苹果一次采摘时间为1 s的要求。     

根茎类中药收割机的设计与研究

【目的】解决利用固定式收割机收割根茎类中药材时,时常出现的各种问题,如碎土效果较差、入土阻力高、挖掘深度不足、功率损耗较大等。【方法】课题组利用理论计算和数据仿真方法,从挖掘装置的工作原理入手,全面分析振动式挖掘装置的工作效果、运动结构、挖掘铲参数等。并对设计的挖掘装置进行了运动学仿真,验证其是否符合规范要求。【结果】改良装置水平方向运动速度趋势与余弦函数曲线基本相同,垂直方向则属于正弦函数曲线。【结论】挖掘装置应用锯齿形平面三角铲,入土角控制在20°左右,工作深度大于500 mm,铲面长度为772 mm,运动结构采用四连杆结构,比较便于进行平面运行操作。     

基于ARM的农机作业信息远程传输系统设计与实现

【目的】为了快速采集影响农作物成长的环境信息,提高生产效率及管理水平。【方法】针对现有农机作业信息远程传输系统产品功能单一、无线网络信号差、地块存在数据丢失等问题,笔者开发了基于ARM的农机作业信息远程传输系统,通过CAN总线采集作业数据信息,采用集成化SIM808模块采集卫星定位信息,设计远程数据传输协议。【结果与结论】笔者设计的基于ARM的农机作业信息远程传输系统结构精简,可实现农机作业数据空间信息远程传输,保证田间GPRS移动无线网络信号丢失时作业信息正常传输,系统丢包率低于0.2%,系统通信可靠性良好。     

一种自动化豆腐皮加工装置的设计

【目的】解决现有的豆腐皮加工装置人工添加豆浆成本较高、用竹签等工具收集豆腐皮时易出现位置偏差以及存在豆腐皮收集不整齐等问题。【方法】研发一种自动化豆腐皮加工装置,该装置主要包括豆浆研磨筒、豆浆煮沸炉、豆浆储存容器和豆腐皮生成容器,其中,豆浆研磨筒通过驱动电机驱动旋转的研磨砂轮研磨大豆,在豆浆煮沸炉中利用高功率电加热模块煮沸豆浆。通过液位传感器和电控阀的配合,实现豆浆的自动添加,保证豆腐皮生成容器中的豆浆量保持在较佳的位置。采用两根捞杆配合使用,使得豆腐皮自动对半折叠,完成对豆腐皮的收集。【结果】该装置可实现豆浆的自动添加、完成对豆腐皮的自动收集,通过液位传感器监测豆浆液位,通过电控阀门开启进豆浆口,保证豆腐皮生成容器中的豆浆量保持在较佳的位置,提高了豆腐皮的生成质量。【结论】可实现豆腐皮的加工自动化、机械化,降低人力成本和劳动强度,能够保持豆腐皮表皮完整性,从而提高豆腐皮的加工效率,有效实现豆腐皮的自动加工,使豆腐皮的生产形成规模,满足广大市场的需求。     

基于慧鱼组合式智能莲藕采洗分拣一体装置的研究

【目的】目前市场上的挖藕机极易造成莲藕损伤,操作不方便,且效率低、功能单一、自动化程度低。【方法】笔者以现代藕农们对高效低耗的莲藕挖掘机械的迫切需求为出发点,研发了一种多功能智能挖藕机——“与‘藕’相伴”,详细分析了该装置的冲压装置、分拣装置、智能仓储装置等各模块的设计及工作原理。【结果】“与‘藕’相伴”集冲压、采收、传送、清洗、收集、仓储于一体,实现了采藕作业全过程智能化、自动化、无人化。【结论】该装置莲藕采收品质高、操作简单、功能丰富、自动化程度高、工作效率高,大大降低了人工成本,满足了藕民的多元化需求,解决了藕农招工难的问题,减少了对土地和环境的破坏,实现了科技助农,具有广阔的应用前景。     

基于PLC的小型智能喷药机控制系统的研究

【目的】为解决传统的手动喷药方式喷药量不精确、喷药范围难以控制、工作效率低等问题,亟需开发一种高效、可靠的喷药机控制系统。【方法】本研究首先介绍了PLC的基本工作原理,设计了一种基于PLC的小型智能喷药机控制系统,包括硬件和软件两个部分。硬件部分主要包括传感器、执行机构、PLC主控板和人机界面模块等;软件部分主要包括PLC编程的基本结构、PLC编程语言和PLC编程设计的流程等。【结果】该系统能够实现喷药量的精准调节、喷药范围的智能控制等功能,可以减少农药和化肥的浪费和污染,提高农业生产效益和农产品质量,具有良好的稳定性和可靠性。【结论】该小型智能喷药机控制系统可以应用于城市园林、果园、葡萄园、大田等多种作物的喷洒和施肥作业中,具有广泛的应用前景。     

基于物联网技术的农田滴灌远程控制系统的研发

【目的】传统模式下的农田灌溉通常采用人工方式对农田进行灌溉,随意性较强,水资源利用率低,为了有效解决上述问题,提高农业水资源利用率,实现传统农业向智能农业的转变。【方法】笔者结合物联网技术,从传感器信息采集模块设计、终端控制模块设计以及无线传输模块设计、上位机设计等方面进行研究,设计了一款基于物联网技术的农田滴灌远程控制系统。【结果】该农田滴灌远程控制系统在应用过程当中能够保持正常运行,满足不同类型环境的需求,尤其适用花园、温室蔬菜大棚等封闭的环境,有效降低了人力成本,充分满足了农田区域化的灌溉需要。【结论】该农田滴灌系统实现了对农田中的电磁阀启停控制以及节水灌溉任务,保障了农作物能够在适宜的环境中生长,推动了农业增产增收,实现了智能化精准农业,应用前景广阔。