载荷与径向刚度对机械弹性车轮包容特性的影响

为解决机械弹性车轮在不平路面的冲击振动传递问题,提高车辆行驶平顺性能,该文基于弹性滚子接触模型、有限元分析及试验测试方法对车轮的包容特性及影响因素进行了研究。通过对车轮有效路形的分析,揭示了负荷和径向刚度对车轮包容特性的影响规律,并验证了所建模型的可靠性,结果表明:在车轮径向刚度一定的条件下,有效路形幅值随负荷的增加而减小,但有效路形扰动长度随负荷的增加而增大;在负荷一定的条件下,有效路形幅值随车轮径向刚度的增加而增大,扰动长度随之增加而降低。利用有限元模型和台架试验对车轮的低速稳态包容特性进行了分析,得出了车轮垂向动态力学响应随负荷和径向刚度变化的规律,在径向刚度一定的条件下,车轮垂向力响应随负荷的增加由抛物线形过渡到马鞍形,在负荷一定的条件下,车轮垂向力响应随径向刚度的增加而增大,分析结果反映了该车轮实际包容特性的客观规律性。该研究为机械弹性车轮结构优化及整车振动特性分析提供了参考。     

机械弹性车轮提高轮胎耐磨性和抓地性分析

为提高轮胎接地性能,对新型机械弹性车轮垂直静态接地特性进行了研究。通过对车轮结构和承载方式进行分析,分别建立了基于Timoshenko圆形梁的车轮外圈弹性圆环模型和基于连续辐板的铰链组模型,并通过非线性有限元法和试验进行了验证。根据所建立的非线性有限元模型对机械弹性车轮和子午线充气轮胎的接地特性进行了对比研究,结果表明机械弹性车轮通过悬毂式承载控制车轮外圈变形,没有胎肩处的应力集中。在载荷为5 000 N时,机械弹性车轮和充气轮胎接地印迹中心0.14 m×0.265 m矩形区域内的接地压力偏度值分别为0.424和0.536 MPa。机械弹性车轮有效降低了接地压力偏度值,改善了轮胎接地的均匀性,提高了车轮耐磨损性能和抓地性能,研究为车轮性能优化提供了参考。     

内支撑安全轮胎零压工况力学特性

安全轮胎零压力学特性是提升轮胎续驶性能、实现车辆爆胎稳定性控制的基础。为研究内支撑安全轮胎的零压力学特性,通过零压工况负荷特性、侧向力学特性及接地特性试验,研究了不同负荷作用下内支撑安全轮胎的径向刚度、侧向刚度及接地特征参数的变化规律,并与额定胎压工况进行了对比。研究表明内支撑安全轮胎失压后,径向刚度表现为分段近似线性,在负荷小于负荷6 000 N时,其平均径向刚度较额定胎压工况降低了84.76%,在负荷大于拐点负荷时,其平均径向刚度较额定胎压工况增加283.34%;内支撑安全轮胎在无明显侧滑区侧向力与侧向位移近似为线性,零压侧向刚度较额定胎压工况增大9.92%,最大侧向附着力降低24.41%;当负荷达到一定数值时接地印痕面积基本保持不变,在胎肩和胎冠中心区域出现应力集中现象,胎面翘曲严重,接地压力分布均匀性变差。研究结果为掌握零压工况下内支撑安全轮胎的力学特性,进行车辆爆胎稳定性控制提供理论基础和参考。     

胎圈结构参数对机械弹性车轮接地压力分布的影响

为了进一步掌握机械弹性车轮的接地特性,该文着重研究了胎圈结构参数对车轮接地压力分布的影响。建立了车轮胎圈曲梁模型,通过对车轮承载变形的理论分析,确定影响车轮接地特性的结构参数为胎圈断面高宽比、弹性环断面高宽比和弹性环分布位置。针对不同的胎圈结构参数,建立对应的车轮有限元模型并验证了模型有效性。利用有限元分析软件ABAQUS对其作静态接地特性仿真试验,结果表明减小胎圈断面高宽比、弹性环断面高宽比或弹性环分布系数,可不同程度地增大车轮接地长度和接地面积,并使车轮平均接地压力和接地压力偏度值减小。对比不同胎圈结构参数的车轮,其接地长度最大增加7.2%,接地面积最大增加21.6%。该文为优化机械弹性车轮的接地特性提供了参考。     

连通式油气悬架数学模型及特性分析

为研究参数变化对连通式油气悬架刚度与阻尼特性的影响,该文建立了连通式油气悬架非线性数学模型,并考虑了液体的压缩和运动过程中摩擦力的影响。通过搭建试验台并建立仿真模型,将理论、试验、仿真数据进行对比,误差在10%以内,验证了数学模型的正确性。基于该数学模型讨论了初始充气压力、激励频率与初始相位差变化对连通式油气悬阻尼刚度特性的影响,分析结果表明:初始充气体积增大连通式油气悬架刚度减小;激励频率与左右两侧悬架缸相位差增大系统刚度、阻尼均增大;初始充气压力变化对其性能影响较小。     

基于LMS Test.Lab的小型农业作业机振动测试与分析

为分析小型农业作业机的模态振型及可靠性,应用LMS Test. Lab测试系统,对JSX5D小型农业作业机进行模态试验与分析,得到其固有频率、阻尼比以及相应的振型等模态参数.试验结果表明该机基频较高,而阻尼比较低,分别为196.72Hz和不大于4.41%,说明该机具有很好的刚度.但扶手部分阻尼比仅为0.57%,为降低工作时的振动强度,应加入合适的阻尼材料;发动机和齿轮箱机械接口的振动方向与该类接口的法线方向一致,说明该类接口的连接刚度较弱,应加强接口的连接刚度,保证作业机的动力输出.     

基于非线性特征的黏弹性悬架系统减振特性分析

为分析履带式工程车辆黏弹性悬架系统的非线性阻尼减振特性,根据其结构特点和非线性特征,建立该系统两自由度分段非线性振动模型,并由平均法推导出系统固有频率共振区附近的幅频特性方程。以装有黏弹性悬架的某300kW履式拖拉机为应用对象进行研究,分析系统在固有频率共振区附近的非线性特性和阻尼减振性能。讨论了激励幅值、地面刚度、悬架分段非线性刚度、分段线性阻尼系数、车体质量和幅频特性之间的关系,并提出改善系统减振性能的建议。该文的理论与分析方法,可为黏弹性悬架参数与系统减振性能的一致性优化设计提供参考。     

行星排式混合动力汽车传动系扭转振动分析

为了对行星排式混合动力汽车的扭转振动进行分析,以MEEBS混合动力汽车传动系为研究对象,分析了该车传动系统的转速特性,根据传动系各部件的动力学方程,计算了传动系的固有频率及其振型,并通过在发动机和电机激励下的强迫扭振计算,找到了影响传动系扭振的主要因素,结果表明：传动系的低阶固有频率以整车和车轮振动为主,中高频主要是差速器、减速器及行星轮的耦合振动;同时还得出扭转减振器的阻尼和刚度取为15 N·m·s/rad和618 N·m/rad,飞轮的转动惯量取0.42 kg·m2时对改善传动系统扭振响应较好。该研究可为混合动力汽车的振动及噪声性能改善提供参考。     

基于Micro-CT图像处理的稻谷内部损伤定量表征与三维重构

在水稻脱粒、储运、加工过程中,外界机械作用力是造成稻谷损伤破损的主要方式,造成的内部裂纹肉眼无法观察但影响稻谷的存储、加工以及种子的发芽率等.该文利用质构仪对稻谷进行挤压力学特性试验,分析稻谷损伤破碎过程;对受不同载荷的稻谷进行CT扫描试验,结合数字图像处理方法对稻谷进行损伤表征分析与三维重构,旨在提出一种新的稻谷内部损伤定量评价方法.结果表明:伪彩色图像处理可以提高CT图像的视觉分辨率;灰度值以及灰度直方图分析可以识别稻谷的胚、胚乳以及裂纹大小,并定量分析;对分割后的二值图像进行像素点统计分析得到80,100,120,140,160N载荷下的损伤度分别为0,0.26%,0.39%,0.93%,1.79%;重构的三维模型可以看出裂纹一般沿着短轴方向扩展,随着载荷增大,原有裂纹逐渐变宽,并产生新的沿着长短轴的混合裂纹,直到糙米断裂.该研究可为谷物内部损伤定量表征分析提供新思路.     

拖拉机前桥悬架参数匹配及其对振动特性的影响

拖拉机长年行驶在田间和路况较差的农村土路上,且减振装置简陋,其振动尤为剧烈。为降低拖拉机的振动,以江苏常发集团CF700型拖拉机为研究对象,建立了前桥悬架拖拉机三自由度振动模型,以机身垂向振动加速度、机身俯仰振动角加速度、座椅安装处垂向振动加速度、前后轮动载荷以及前桥悬架动挠度作为评价指标,对前桥悬架刚度和阻尼系数进行了优化匹配,得到了前桥悬架刚度和阻尼系数的最佳匹配值(120 000 N/m、8 000 N·s/m)。计算并比较了安装前桥悬架拖拉机和无悬架拖拉机的振动特性。当拖拉机以3~18 km/h行驶速度在国标D级路面上行驶时,安装前桥悬架拖拉机的机身垂向振动加速度均方根值和俯仰振动角加速度均方根值平均下降24.03%和42.46%;座椅安装处垂向振动加速度均方根值平均下降29.77%;前轮动载荷平均下降21.72%。研究结果表明,拖拉机前桥悬架对提高拖拉机的乘坐舒适性和行驶安全性具有显著作用。该研究结果为拖拉机前桥悬架的设计及优化提供了参考。     

夹指链式残膜回收装置仿形及收膜机构的改进设计与试验

针对现有夹指链式残膜回收装置收膜作业地面仿形性差、作业性能不稳定的问题,设计了一种单铰接仿形及收膜机构,该机构主要由仿形机构和收膜机构两部分组成,整个收膜装置由多个单铰接仿形及收膜机构并排组成,每个单铰接仿形及收膜机构作业时可以单独仿形。仿形机构主要由仿形架、切膜圆盘、仿形轮、压紧机构和刮土板组成,切膜圆盘固连在仿形轮一侧,将地表残膜切成带状的同时对地表进行仿形,压紧弹簧产生的预压力使仿形机构始终紧贴地表仿形,通过对仿形机构的设计,确定了其结构尺寸参数,并对该装置的上仿形运动和下仿形运动进行了分析与讨论。田间试验表明,在机具作业5.5 km/h、切膜圆盘直径为280 mm、仿形轮直径为220 mm时,残膜回收率达93.1%,能够满足残膜回收技术要求,研究成果有利于解决残膜污染问题。     

轻载荷条件下轻型车辆车轮牵引通过性模型的建立与验证

为研究轻型地面车辆松软地面通过性能,针对轻载荷条件建立车轮牵引通过性预测模型,该文采用轮上载荷为30~90 N的轻载荷条件,以轮上载荷和轮径度为试验因素,车轮沉陷、挂钩牵引力和牵引效率为试验指标,开展滑转条件下轮壤相互作用试验研究。分析了试验因素对车轮牵引通过性的影响规律,发现载荷因素对试验指标的影响最为显著,显著性检验的置信度达90%。沉陷随着轮径的减小以及轮上载荷和滑转率的增加,车轮沉陷均呈现增加趋势,平均相对增加率分别为14.3%、36.9%和77.4%。挂钩牵引力随着载荷、滑转率和轮径的增加平均提高了约263%、295%和29.71%,牵引效率最大值均值为0.23,对应的滑转率为26.86%。基于传统沉陷模型和轮壤接触应力分布线性化公式,结合车轮土槽试验结果,建立了适合滑转条件的沉陷模型,模型计算值与试验值残差低于3.6 mm,平均相对误差小于6.4%,结果表明该模型能准确预测轻载荷条件下车轮沉陷。该研究为轻型车辆研制、轻载荷条件下车轮牵引通过性评估提供了参考。     

六关节三指苹果抓取机械手的自适应柔性分析

为适应抓取大小苹果的需要,设计了1种灵活的3指6关节苹果抓取机械手结构,3根手指呈圆周方向均匀分布,活页双铰链关节手指由单根轴向膨胀型人工肌肉驱动。建立了抓取力与驱动压力间的关系式,通过全局优化方式,得到2种扭弹簧的弹性参数和预紧角度。计算结果表明：在设定系统压力下,无需压力反馈,满足抓取大小苹果且不损坏最大横径苹果的受力要求。     

拨指轮式马铃薯挖掘机试验

针对拨指轮式马铃薯挖掘机的明薯率和伤薯率相互牵制的问题,对它的工作性能进行正交试验研究。通过对试验结果的极差分析和方差分析,得出影响明薯率的因素主次为：拨指轮转速、铲轴与拨指轮轴之间的纵向距离、挖掘铲长度,影响伤薯率的因素主次为：拨指轮转速、挖掘铲长度、铲轴与拨指轮轴之间的纵向距离。考虑到试验因素对明薯率和伤薯率影响的大小和它们在挖掘机中所承担的任务,优化机具参数为：拨指轮转速为142 r/min、挖掘铲长度为480 mm、铲轴与拨指轮轴之间的纵向距离为420 mm。重复试验表明：该机明薯率＞96%,伤薯率＜5%。     

行星啮合式防滑地轮结构参数的优化及性能试验

针对免耕播种机地轮滑移率大造成漏播,影响播种质量的问题,该文提出了一种新型的行星啮合式防滑地轮机构,并通过试验对其进行了结构参数优化。以地轮直径、地轮宽度、垂直载荷、防滑齿伸出长度作为试验影响因素,地轮滑移率为响应指标,运用二次回归旋转正交安排试验,建立了滑移率与各影响因素之间回归数学模型。通过Dedign-Expert7.1软件对试验参数进行优化,确定地轮直径626mm、地轮宽度为112mm、轮垂直载荷214kg、防滑齿伸出长度28mm为最佳参数组合,此时滑移率为0.45%,对优化结果进行验证试验。试验结果表明,机具前进速度为6～8km/h,滑移率平均值为0.497%。该研究为免耕播种机的设计提供技术支持。     

观光温室结构楔形箱型矩管柱梁连接节点抗震性能

为了满足温室结构的建设需要,提出了一种楔形箱型矩管柱与H形钢梁连接节点构造型式,并对该种节点的抗震性能进行研究。利用ANSYS对该节点进行了往复荷载作用下的有限元模拟分析,讨论了钢梁翼缘、腹板厚度及矩管柱壁厚对钢节点抗震性能的影响。结果表明,楔形箱型节点在往复荷载作用下梁端塑性铰位置向跨中偏移,保证了"强柱弱梁、强节点弱构件"设计理念的实现。累积耗能比传统的外联板式节点高出25.40%,比内隔板式节点减少20.46%,滞回曲线相对饱满,体现了良好的抗震性能。同时,梁翼缘和腹板的厚度及楔形箱形截面宽度变化率对于节点的抗震性能有较大的影响,建议实际工程中截面宽度变化率取1:4。计算结果表明该节点具有良好的抗震性能。