基于离散元法的旋耕刀三向工作阻力仿真分析与试验

为分析旋耕刀所受三向工作阻力及其变化规律,该文通过实测南方果园土壤颗粒参数,逆向重构旋耕刀三维实体,基于离散元颗粒接触理论,构建了适应南方土质环境的旋耕刀-土壤相互作用仿真模型。土槽扭矩对比试验表明,仿真值与试验值的变化趋势相同,扭矩均随转速增加而变大,最大相对误差10%;扭矩先从0增加到某个最大值,接着逐步减小到一个低值,随后又快速增加到一个高值,最后回落,该变化过程同旋耕刀与土壤之间的接触状态相关。单刀受力仿真分析表明,水平阻力方向与前进方向相同,侧向阻力方向为由刀具弯折区内侧面指向刀体,垂直阻力方向为先垂直土面向上后转为向下;水平阻力和侧向阻力在最大耕深处出现最大值,而垂直阻力在入土后转动约30°时出现最大值;水平阻力和垂直阻力的仿真波形与理论计算、土槽试验结果比照表明,对应曲线的变化趋势基本一致,且仿真结果与土槽试验结果更为接近,水平阻力相对误差为11.3%,垂直阻力相对误差为16.8%;水平阻力最大值大于侧向和垂直方向阻力最大值,水平阻力是功率消耗的主要因素;随着转速的增加,3个方向阻力最大值均增大,当转速高于250 r/min时,增速加快;侧向阻力和垂直阻力随前进速度增加而平稳增大,水平阻力却出现下滑趋势;耕深对三向阻力的影响比较显著,增加耕深会急剧增大三向阻力值。相关试验数据可为旋耕机能耗分析、机体作业振动及刀片磨损等研究提供参考。     

利用缸盖振动信号检测发动机功率的试验研究

用发动机缸盖的振动信号进行了发动机功率检测试验。基于LabVIEW建立的虚拟仪器系统,运用加速度传感器测定了发动机从怠速急加速到高速过程中的缸盖振动信号,对发动机怠速段、高速段的振动信号进行了频谱分析,同时对比分析了低频振动信号与发动机转动时测得的脉冲信号。结果表明,发动机缸盖振动加速度信号中低频振动信号的周期与发动机转动周期有确定的对应关系,用低频振动信号峰值点可以分离出发动机的转速,从而可根据无负荷测功角加速度原理得出发动机不同转速下的有效功率值,因此利用发动机缸盖振动信号进行功率检测的方法是有效可行的。     

基于虚拟仪器技术的作物叶片面积测量仪的开发

作物叶片面积的测量,在农业和林业上具有重要意义.传统叶片面积测量方法存在着测量结果不准确、开发周期长、测量范围窄、对作物进行有损测量等一系列问题和缺点.利用美国NI公司的软件开发平台LabVIEW 7.1进行仪器的软件界面开发及图像处理功能实现,并利用VC++6.0对通用图像采集卡进行驱动,从而实现了基于虚拟仪器技术的作物叶片面积测量仪的开发,硬件结构上主要包括工作台、摄像机及灯光、图像采集卡、PC机;软件结构上主要包括图像采集模块、图像处理模块、图像分析模块.试验结果表明,该仪器具有开发周期短、操作简单、测量结果准确、可对作物进行无损测量等优点.     

风光储微电网系统复合储能的网格式优化

针对剩余电流保护装置因保护死区造成的投运率低和误动作问题,构建生物体的电学模型,获取大量的触电信号,进一步研究触电电流与剩余电流间的相互关系,可为解决保护装置存在的上述问题奠定基础。该文以猪为研究对象,采用Otsu算法将CCD相机采集的标准图像二值化,利用Canny边缘检测法提取图像轮廓并细化,在对图像归一化处理的基础上采用圆弧拟合法获取猪体轮廓关键点,并运用整体变换法获得猪体514个关键点的三维空间坐标,在ANSYS平台上建立猪的三维实体模型;基于修正系数法研究猪体组织介电特性的基础上,构建猪的电学模型并进行触电仿真试验。结果表明：触电电压相同时,面接触触电方式,左前肢-左后肢和左前肢-右后肢触电路径下平均电流密度分别为0.973和0.641 A/m2,线接触触电时分别为0.782和0.579 A/m2;相同触电方式下,左前肢-左后肢触电路径中的电流密度大于左前肢-右后肢触电路径中的电流密度,相同触电路径下,面接触触电方式触电电流密度大于线接触触电的电流密度;2种触电方式下各30组数据,触电仿真电流与触电物理试验获得电流的平均相对误差为3.5%,该电学模型在生物体触电仿真研究中可行。研究结果可为进一步研究人体电学模型提供参考。     

猪体三维电学模型构建与验证

针对剩余电流保护装置因保护死区造成的投运率低和误动作问题,构建生物体的电学模型,获取大量的触电信号,进一步研究触电电流与剩余电流间的相互关系,可为解决保护装置存在的上述问题奠定基础。该文以猪为研究对象,采用Otsu算法将CCD相机采集的标准图像二值化,利用Canny边缘检测法提取图像轮廓并细化,在对图像归一化处理的基础上采用圆弧拟合法获取猪体轮廓关键点,并运用整体变换法获得猪体514个关键点的三维空间坐标,在ANSYS平台上建立猪的三维实体模型;基于修正系数法研究猪体组织介电特性的基础上,构建猪的电学模型并进行触电仿真试验。结果表明：触电电压相同时,面接触触电方式,左前肢-左后肢和左前肢-右后肢触电路径下平均电流密度分别为0.973和0.641 A/m2,线接触触电时分别为0.782和0.579 A/m2;相同触电方式下,左前肢-左后肢触电路径中的电流密度大于左前肢-右后肢触电路径中的电流密度,相同触电路径下,面接触触电方式触电电流密度大于线接触触电的电流密度;2种触电方式下各30组数据,触电仿真电流与触电物理试验获得电流的平均相对误差为3.5%,该电学模型在生物体触电仿真研究中可行。研究结果可为进一步研究人体电学模型提供参考。     

基于虚拟仪器技术的风机性能自动测试系统

针对我国风机性能检测多以手工为主，存在试验手段落后，劳动量大和测试结果不准确等缺点，采用先进的虚拟仪器技术，将传感器技术、计算机技术和测试技术结合起来，建立了基于虚拟仪器技术的风机性能自动测试系统，实现了试验数据的自动采集、风机转速的自动调节、风机运行工况的自动控制、试验数据的正确处理及性能曲线的自动绘制。整个系统具有界面友好、操作方便、功能齐全等优点。试验结果表明本系统增加了试验过程的稳定性，避免了人为的读数误差、计算误差以及相关数据不能同时记录所引起的试验结果偏差，提高了测试精度和试验效率。可广泛应用于科研院所和风机生产厂家，具有较高的推广应用价值。     

转轴型孔式精量排种器充种性能仿真分析与试验

针对转轴型孔式棉花精量排种器在充种过程中由于型孔未囊取种子而造成漏播的问题,该研究通过建立棉种充填过程的运动学模型对相互抢位的棉种进行力学分析,研究取种轮运动参数与排种器转速对充种性能的影响。应用离散元仿真软件分析落入型孔的棉种速度的变化趋势,并分析取种轮振动频率对种群扰动的影响,以取种轮振动频率、取种轮振动偏移角、排种器转速为试验因素,以排种粒距合格率、重播率、漏播率为试验指标,进行三因素五水平的正交通用旋转组合试验,探究各因素对排种性能的影响,运用Design Expert 8.0.6软件对试验结果进行分析,并对回归模型进行优化验证。仿真分析结果表明,棉种瞬时速度随着排种轮转速的提高而增加,仿真标记的棉种在充入型孔时的瞬时速度小于取种轮速度,而相对取种轮速度较小的棉种具有更好的充种性能;在7 Hz时,种群法向力平均值最小,即种群的内摩擦力最小,棉种易于被型孔囊取;当排种器转速为12.59 r/min,取种轮振动偏移角度为8.06°,振动频率为6.08 Hz时,排种器的排种粒距合格率达到最大值94.5%。在此基础上,以新陆早61号棉花种子为试验对象进行台架验证试验,试验结果表明,当排种器转速为12 r/min时,排种器的排种粒距合格率达到最大值94.65%,漏播指数随着排种器转速的增加呈上升趋势,重播率随着转速的增加呈现下降趋势,与优化结果基本吻合,验证了仿真结果的准确性。该研究可为转轴型孔式棉花精量排种器关键部件结构优化设计提供参考。     

基于虚拟仪器技术的温室覆盖材料传热系数测试系统

利用虚拟仪器技术设计了温室覆盖材料的热工性能测试台的测试系统TMS(Thermal Measurement System),阐述了系统的测试原理和方法,给出了硬件组成、软件设计和传感器的选用,以及数据处理优化算法的实现。该系统可完成测试台的温度、风速、加热功率参数的采集及覆盖材料传热系数的计算,应用该系统既提高了测试精度又节省劳动力,提高了测试效率。     

柴油发动机调速特性时连续性数学模型研究

为拖拉机动力传动系统硬件在环(HIL)仿真研究建立柴油发动机调速特性数学模型，用于控制电机使其产生与柴油机调速特性尽可能匹配的转速-转矩特性。文中用一组简单曲线函数叠加，构造一个包含调速手柄位置和发动机转速两变量的全范围连续调速特性函数模型，既能反映发动机外特性，又能反映不同负荷调速特性，各部分特性曲线连续过渡。仿真和试验对比结果表明模型可以代表发动机的静态和动态特性，其连续性和简单函数结构有助于控制器的设计及实时应用。     

基于虚拟仪器技术的作物叶片面积测量仪的开发

作物叶片面积的测量，在农业和林业上具有重要意义。传统叶片面积测量方法存在着测量结果不准确、开发周期长、测量范围窄、对作物进行有损测量等一系列问题和缺点。利用美国NI公司的软件开发平台LabVIEW 7.1进行仪器的软件界面开发及图像处理功能实现，并利用VC++6.0对通用图像采集卡进行驱动，从而实现了基于虚拟仪器技术的作物叶片面积测量仪的开发，硬件结构上主要包括工作台、摄像机及灯光、图像采集卡、PC机；软件结构上主要包括图像采集模块、图像处理模块、图像分析模块。试验结果表明，该仪器具有开发周期短、操作简单、测量结果准确、可对作物进行无损测量等优点。     

基于离散元的排种器排种室内玉米种群运动规律

高寒干旱地区免耕地表播种作业时,排种器振动与种群运动状态对气吸式排种器的吸种性能有较大影响。为研究气吸式免耕播种机在免耕地表作业时排种器振动参数及振动对排种器内玉米种群运动的影响规律,该文采用BK加速度传感器和Pulse LAN-XI振动测试系统,对2BM-5型气吸式免耕播种机在免耕地表作业时排种器振动特性进行了测试,并应用Matlab软件对振动信号进行了分析。在此基础上基于离散元法模拟了在田间作业振动条件下玉米种群运动规律,并基于室内台架试验进行了验证。播种机田间作业振动信号分析结果表明:播种机前进速度为2、3、4、5、6、7 km/h时,排种器振动的位移功率谱密度较大值的频率为5、6、7 Hz,排种器振动的幅值由2.4到7.9 mm线性增加。由离散元方法仿真得到了种子室内玉米种群最大速度、种群平均速度与播种机作业速度的拟合曲线。台架验证结果表明:气吸式排种器排种性能较好的作业速度为3~5 km/h,较好的振动幅值为6 mm;种群最大速度范围为0.120 3~0.224 3 m/s,种群平均速度范围为0.080 7~0.141 3 m/s,吸种区种群最大速度范围为0.127~0.26 m/s时,气吸式排种器吸种性能较好。该研究可为免耕播种机气吸式排种器吸种性能的提高提供参考。     

联合收割机制动系统虚拟样机仿真及试验

在农业机械产品快速设计系统中,农业车辆的制动性能应满足一定的安全技术标准,该文采用了一种基于虚拟样机技术研究联合收割机制动系统性能的方法,可为农机专业底盘制动系统的设计和性能评价提供参考。该文研究对象是前轮液压钳盘式制动系统,首先依据国产某型联合收割机参数,应用Pro/E建立整车及制动器三维模型,然后在此基础上导入ADAMS/View中建立整车和制动系统虚拟样机,并依据实测数据配置仿真模型属性,选定Ⅱ挡10 km/h、Ⅲ挡20 km/h 2种典型工况对虚拟样机进行制动性能仿真。对比硬路面条件下仿真和实车试验性能分析结果,踏板力实测95.6 N时,车辆III挡速度下,制动盘上接触力为4 272 N,制动距离为7.83 m,与踏板力为100 N时仿真结论(接触力为4 827 N和制动距离为7.398 m)较一致,表明该虚拟样机研究方法可行。     

种子加工成套设备的计算机测控技术研究

该文介绍了种子加工成套设备的计算机测控系统硬件系统设计和软件编程关键技术。实现了包括振动频率、风速、风量、转速、温度、角度等多种参量的实时检测和加工设备关键部位的视频监视。控制参数包括电机转速、筛面振动频率、风速和风量等,实现了成套加工机组的工作流程自动控制功能。软件以虚拟仪器技术为核心,将先进的图形用户界面、动画仿真和视频监视等技术有机结合,设计了人性化的人机交互界面。实际应用表明,该系统实时性强,可靠性高,提高了牧草种子机械化加工质量。     

秸秆粉碎后抛式多功能免耕播种机秸秆输送装置改进

针对秸秆粉碎后抛式多功能免耕播种机秸秆输送装置存在的功耗高、易堵塞的问题,设计并分析了抛送管道改进结构,在此基础上以比功耗和抛送速度为目标函数,运用Box-Benhnken的中心组合试验方法对洁区播种机秸秆输送装置的工作参数进行了试验研究,以抛送叶轮转速、喂入量和抛送管道截面积作为影响因素进行三因素三水平二次回归正交试验设计。建立了响应面数学模型,分析了各因素对作业质量的影响,同时,利用Design-Expert软件对影响因素进行了综合优化。试验结果表明:各因素对秸秆输送性能有较大影响,比功耗影响因素显著顺序依次为抛送叶轮转速、抛送管道截面积、喂入量;抛送速度影响因素显著顺序依次为抛送叶轮转速、抛送管道截面积、喂入量;最优参数组合为抛送转速2 270 r/min,喂入量1.3 kg/s,管道截面积507 cm~2,对应的比功耗和抛送速度分别为7 980 m~2/s~2、11.7 m/s,且各评价指标与其理论优化值的相对误差均小于5%。研究结果可为秸秆粉碎后抛式多功能免耕播种机秸秆输送装置的结构完善设计与参数优化提供依据。     

手扶拖拉机手把减振装置的研究

在研究工农—5型手扶拖拉机手把振动特性基础上,研制了一种手把减振装置,并根据ISO5349—1986(E)进行了减振效果评价,结果表明:振动最剧烈方向上的振动加权加速度降低了55.8％,允许受振年限延长了126.4％,减振效果良好。该减振装置结构简单,工作性能稳定,使用安全可靠,可应用于实际生产。     

离心泵非设计工况空化振动噪声的试验测试

在离心泵闭式试验台上,基于虚拟仪器数据采集系统和泵产品测试系统建立了离心泵空化诱导振动噪声的试验测试系统,实现了泵性能参数和空化诱导振动噪声信号的同步采集。以一台单级单吸离心泵为研究对象,测量了模型泵在不同流量下,空化余量(NPSH)变化时的振动和噪声信号并对其进行了处理,得到了不同流量下振动加速度和噪声声压级随NPSH变化的曲线图。试验结果表明:不同流量下,随NPSH的下降,振动加速度和声压级先保持不变然后明显升高,据此可以初步判断泵的初生空化余量;泵体的振动强度高于其他测点;除轴向振动变化规律复杂外,其余测点随着流量的增加振动加强。     

偏心轮型孔轮式排种器排种油菜极限转速试验

为实现通过转速来调节排种器变量排种的要求,并为设计高速、高性能播种机提供理论依据,在排种性能试验台上针对一次播三行的偏心轮型孔轮式排种器进行了油菜排种极限转速试验。试验研究了排种器的排量、排种均匀性、各行排量一致性与排种转速之间的关系及该排种器正常工作的极限转速,建立了该排种器单位时间的排量与转速的数学模型,试验表明：该排种器排种排种油菜时最高转速不超过70 r/min,最低转速不低于30 r/min,在该转速范围内,其排种均匀性为13.09%～30.09%,各行排量一致性为3.28%～4.70%,单位时间的排种量与转速呈线性关系。该结论为设计油菜高速播种机提供了试验基础,同时为进一步研究通过转速调节播种量提供了理论依据。     

基于虚拟仪器技术的采棉机智能监控系统开发与应用

为了解决嵌入式Win CE平台上虚拟仪器软件开发的技术瓶颈问题——由于个人电脑和高级精简指令集计算机机器(advanced RISC machines,ARM)平台差异性,嵌入式平台下的虚拟仪器开发存在着控制器局域网络(controller area network,CAN)总线高速通讯、跨平台链接库调用等技术难题,该文在ARM11平台和Win CE操作系统环境下,对CAN总线通讯和虚拟仪器触摸板模块(Lab VIEW touch panel module)进行了技术开发方法研究,介绍了嵌入式平台下CAN总线通讯机理及实现方法,开发了底层驱动和动态链接库,实现了嵌入式Win CE平台下CAN数据无缝链接交换关键技术。在此基础上,以中国农业机械化科学研究院研制的六行打包式棉花收获机为应用对象,开发了基于CAN总线的嵌入式虚拟仪器智能监控系统,并在新疆阿克苏地区阿拉尔垦区建设兵团农一师棉田进行了实地测试和功能验证,试验结果表明该虚拟仪器系统能够有效地实现多个CAN节点间的数据通信,可以完成对棉花收获机的工作状态在线监控和故障报警。该文为虚拟仪器技术在嵌入式平台上的应用提供了有效解决方法,对于大型智能机械装备自动化和信息化监控仪器开发具有指导和借鉴意义。     

果园施肥用便携式电动挖穴机性能试验

为满足丘陵山区果园机械挖穴施肥的需要,降低劳动强度,提高作业效率,该文以自行研制的便携式电动挖穴机为对象,以电动挖穴机的工作性能和使用者的劳动强度为试验指标,与手持式汽油挖穴机进行了对比试验。结果表明：前者与后者相比,工作效率提高33.8%;满负荷工作时噪声等级和左右手柄处振动加速度方根值分别降低25.2 dB、95.1和170.3 m/s2;操作人员作业时的平均心率值降低8次/min。对2种挖穴机使用的经济效益进行分析,得出以蓄电池寿命为周期的时间内,电动挖穴机和汽油挖穴机的使用综合成本分别为4645.6和7888.9元。研究结果可为现有手持式汽油挖穴机的改进和电动挖穴机的优化设计提供参考。