草方格铺设机器人多体动力学仿真与试

采用Pro/E和ADAMS软件相结合的方法,建立了草方格铺设机器人动力学模型,同时探讨了二者联合建模仿真的一般步骤.模型添加必要的边界条件后,对纵向压轮和横向插刀正常动作时的草方格铺设机器人振动状态进行了仿真.通过仿真,得到了牵引车、纵向铺设机构、横向铺设机构、纵向压轮和横向插刀质心的位移、速度以及加速度曲线.分析了这些曲线出现波动的原因,为进一步的优化提供了数据.通过试验,得到实际状态下的试验曲线,并与仿真曲线进行对照,证实了草方格铺设机器人仿真模型和仿真结果的合理性和可靠性.     

防风固沙草方格铺设机器人总体设计

为有效治理沙漠、减少沙漠化的危害,设计了防风固沙草方格铺设机器人。该机器人由WTC5120TSM型轮式牵引车与草方格铺设机组成。牵引车上安装有控制系统、发电机组和水箱;铺设机由纵向压草机构、横向插草机构、液压站、气泵、监控系统等组成。该机器人可一次性连续铺设间距为1m,总宽为3m的草方格。与人工铺草作业相比,可提高铺设效率161倍,降低铺设成本80%左右,并适合在恶劣的沙漠环境下工作。     

防风固沙草方格铺设机的设计

根据草方格的铺设特点,并考虑设备工作的地理环境影响,设计了一种全新的草方格铺设机。该装置由压草装置、输送装置、监测反馈装置、电控装置、履带行走装置组成,能够实现草方格的送料、铺设到最后填埋加固的一整套自动化操作,极大减轻人员的工作强度,提高生产效率,为大面积、低成本的土地荒漠化治理打下良好的基础。     

防风固沙草方格铺设机器人通过性研究

在沙漠沙土物理性能试验的基础上，对轮胎与沙土相互作用力进行计算，得到沙漠牵引车在行驶过程中产生的驱动力，进行了纵向铺草机构滚轮压草阻力试验，依据汽车地面力学理论对草方格铺设机器人的通过性进行了研究，结果表明所设计的机器人在沙漠中具有良好的通过性。     

基于TRIZ理论的草方格沙障铺设机器人设计

为解决现有人工或大型机械铺设草方格沙障劳动强度大、效率低和运行不灵活问题,运用TRIZ理论中因果链分析寻找问题根源和改进方向,确定具体方案后绘制功能模型图,发现方案的不足和技术矛盾;通过物-场模型和标准解完善方案,将方案具体化后形成草方格铺设机器人的实际运用方案;利用建模软件完成虚拟样机和外观设计,对关键部件进行分析计算。所设计的草方格沙障铺设机器人对推进沙漠化防护具有积极意义。     

一种遥控多功能草方格铺设履带车的设计

【目的】铺设草方格是防沙固沙的有效方法之一,但现有重型草方格铺设设备无法铺设沙漠腹地及沙丘坡面的问题有待解决。【方法】课题组设计了一种能够远程遥控的多功能草方格铺设履带车,首先,利用SolidWorks软件完成了履带车整体结构的三维建模。其次,在履带车控制系统设计中采用INFINEON/英飞凌SAK-TC264D-40F200W为主控芯片,采用DRV8701电机驱动板为履带车行走机构和液压系统的驱动单元。最后,完成了草方格铺设履带车的主控电路设计和驱动电路设计,并利用PWM控制技术设计了履带车的行走电机和蒲草压刀执行单元的控制算法。【结果】该设备以履带作为行走装置,采用远程遥控行进的方式铺设草方格,一次行进可以完成铺草、播种和撒种等工作,能够较好地降低工人工作强度,有效规避工人在陡峭位置铺设草方格时的风险。【结论】本设计能较好地弥补当前草方格铺设设备工作中的不足,在荒漠化防治方面具有重要现实意义和广阔应用前景。     

沙地草方格铺设轮仿真设计

草方格铺设轮是防风固沙草方格铺设机器人纵向铺设机构重要的工作部件.为此,根据铺设轮的工作条件与工作要求,应用力学理论建立了铺设轮滚动工作数学模型,应用Matlab/Simulink仿真软件建立了仿真模型.通过仿真及结果分析,确定了铺设轮设计主参数,实现了铺设轮的半实物仿真设计,为整机动力匹配提供了重要的参考依据.     

方草捆收集车的设计与试验

针对我国农牧业地区成形草捆的捡拾、装卸主要依靠人工作业,劳动强度高,工作效率低,导致牧草不能及时高效收贮,严重制约了我国饲草、秸秆商品化生产的现状,设计了直接挂接在打捆机上就可对成形草捆进行收集的方草捆收集车,并对方草捆收集车的总体结构、草捆喂入装置、推草机构、卸草机构及电液控制系统进行了设计。试验结果表明:本机结构设计合理,生产率为180捆/h,1次收集草捆数量为15捆,草捆组整齐率为100%,卸草捆离合器接通响应时间低于1s。     

防风固沙机器人通过能力的试验研究

为了解决CFGR-100型防风固沙草方格铺设机器人在沙漠地区通过能力的问题,提出了切线牵引力和行驶阻力的计算公式,采用挂钩牵引力和牵引性系数作为通过能力的评价指标。试验结果表明,该机器人在沙漠中有较好的通过能力,能够满足草方格铺设作业的要求。     

圆草捆自动缠网装置设计与试验

设计了一种圆草捆自动缠网装置,该装置采用凸轮机构作为传动和控制机构,使用摆动连杆机构作为凸轮从动件,对引网作业机构、缠网计数机构和切网作业机构进行控制,实现了对圆草捆缠网、记录缠网圈数和切网的自动作业。性能试验结果表明:该装置可对宽度为80～120 cm的干草捆或宽度为80～100 cm的青贮圆草捆进行自动作业,装置对1.2 m宽干草捆缠网3圈、对1.0 m宽青贮玉米圆捆缠网4圈时,作业性价比最高。     

旋转式水稻钵苗移栽机构移栽臂设计与试验

旋转式水稻钵苗移栽机构移栽臂是移栽作业的执行部件,控制取秧和推秧动作,直接影响移栽机构取秧和推秧的成功率。针对原水稻钵苗移栽机构存在取秧时间长、成功率偏低,无推秧装置、推秧效果差等主要问题,对其移栽臂结构进行改进设计,优化凸轮机构,减小凸轮推程运动角,增加推秧装置。建立机构虚拟样机,研制机构物理样机,开展机构虚拟运动仿真和高速摄像运动试验。比较虚拟仿真和高速摄像试验移栽机构夹取秧苗时间的缩短情况,结果基本一致,表明移栽臂的改进设计是正确和合理的。开展安装不同凸轮机构和有无推秧装置的移栽机构的取秧试验,改进后的机构取秧成功率和推秧成功率分别为94.3%和98.6%,远高于改进前的82.9%和88.6%,表明改进后的机构能够更好地满足水稻钵苗移栽工作要求,且具有很好的工作性能。     

青草制辫成型装置设计与试验

为满足青藏高原等牧区青草制辫机械化需求,参考赛络纺的工作原理,设计了一种青草制辫成型装置,实现草辫的加捻和合股。通过力学分析,得知青草制辫成型与草辫轴向移动速度、加捻滚筒旋转速度、加捻滚筒半径以及喂入量有关,并分析出稳定草辫的最终捻度和捻回角,与加捻滚筒转速及牵引辊线速度有关,与加捻时间和加捻区的长度无关。结合实际,提出将草辫承受的最大拉力作为评价草辫紧实度考核指标的一种方法,并对草辫进行了受力分析,得出草辫所能承受的最大拉力与捻回角成正相关。样机试验结果表明,成型机生产率为427 kg/h,工作功率为0.428 k W,成型草辫堆积密度为143.3 kg/m~3,成型草辫所能承受的最大拉力为300~350 N,试验结果满足实际作业要求。     

一种沙障插入试验装置设计与仿真

为了实现沙地沙障铺设装备的研究，设计了一种沙障插入试验装置。该装置可测定不同沙障材料（稻草、麦草、其他秸秆）、不同插入深度（150～250 mm）和不同铺设速度（0～1 m/s）等多工况下的阻力。对沙障插入试验装置的插入阻力进行了理论计算，并对刀盘、沙槽装置、升降装置、滑动装置、驱动装置和阻力测定装置等关键部件进行了设计，最后，对沙障试验装置进行三维建模和仿真。结果表明，沙障试验装置的强度符合设计要求，最大承载力达到1 500 N，满足相应试验的测定需求。      

不完全非圆齿轮传动钵苗移栽机构缓冲装置研究

针对旱地和水稻钵苗旋转式移栽机构中的不完全非圆齿轮传动机构存在较大冲击和振动、动力学性能较差问题,采用解析法对不完全非圆齿轮机构的缓冲装置进行改进设计。开展缓冲装置运动学和受力分析,开发基于VB平台的缓冲装置设计与分析软件,设计出缓冲装置结构;通过理论分析研究缓冲装置改进设计后移栽机构的动力学性能,搭建移栽机构动力学试验台,对安装了改进前、后缓冲装置的移栽机构分别进行动力学试验。动力学试验结果表明:移栽机构X、Y方向支座反力的最大幅值分别由改进前的365.5 N和48.4 N减小为345.2 N和42.2 N,降低了5.55%和12.81%;同时其方差分别由改进前的4 880.3和148.7减小为4 516.1和126.1,降低了7.46%和15.20%,且与理论分析结果基本吻合,缓冲装置的改进设计是正确和有效的,移栽机构的动力学性能得到了改善。     

4道捆绳大方捆捡拾压捆机压缩机构设计及运动仿真

在4道捆绳大方捆捡拾压捆机设计过程中,以其压缩机构关键工作部件活塞为研究对象,采用SolidWorks软件建立活塞零件与装配体的3维模型,利用ADAMS软件对活塞进行运动仿真,仿真时间5 s,活塞压缩频率42 rmin,得到活塞的行程为710 mm,活塞压缩推程速度最大值为0.85 ms,回程速度最大值为0.91 ms,活塞加速度为－1.58 ms2≤a≤2.21 ms2,活塞与连杆铰接点X方向的受力最大值是2 788 kN,曲柄匀速转动驱动力矩－264.4 N·m≤T≤174.4 N·m。仿真结果为4道捆绳大方捆捡拾压捆机压缩机构的优化设计提供了理论依据,缩短了设计周期,提高了设计效率。      

无沟铺管机执行装置设计

针对应用于河套平原盐碱地生态治理工程的无沟排盐暗管铺设机的执行机构进行研究设计，结合实际作业过程中结构面临的问题，通过RecurDyn动力学分析以及ANSYS静力学分析，得到了执行机构的动力学特性、振动特性和静力学特性。通过设计结构强度与仿真分析强度的对比，验证了设计结构的合理性及可行性。通过模态分析，为后续装配样机部分结构在田间作业的振动冲击性能试验提供理论分析基础。此研究为提升整机的使用性能、降低整机试验成本提供了一定的参考与借鉴。      

日光温室塑料薄膜高效清洗装置研制与试验

针对日光温室塑料大棚清洗困难，导致薄膜透光率低，影响农作物生长的问题，设计了一种清洗装置。并基于计算机辅助设计软件Solidworks进行三维建模，对于整体结构与关键组成部分进行设计与仿真，研制了试验样机并进行了清洗试验。试验结果表明:在自来水与清洗溶液条件下大棚薄膜透光率均有较大改善，分别从51.6％提高到78.3％，提高了26.7％；从51.6％提高到80.6％，提高了29.0％。该清洗装置结构合理，清洁效果明显，可满足用户清洗日光温室大棚需求。      

玉米植株抗倒性测量装置设计与试验

针对现有玉米植株抗倒性测量装置的人工施力速度不稳定且未能垂直于植株进行测量,致使测量结果误差较大的问题,设计一种以电机驱动的玉米植株抗倒性测量装置。该装置可快速测量玉米茎秆从直立到不同倒伏角度时所能承受的最大力矩。通过对玉米倒伏时的受力进行分析,建立植株力学模型,提出评价玉米抗倒性的指标。进行装置检测角度精确性试验,结果表明：该装置检测角度与实际角度的偏差为1°,满足检测要求。进行装置加载速度稳定性试验,结果表明：所设计装置的测量角度随时间变化平稳,验证了装置加载速度的稳定性。分别以最大抗推力矩和最大抗拉力为指标,对不同玉米品种和种植密度进行了推、拉倒伏田间试验。结果表明：在密度75000株/hm2时,最大抗推力矩和最大抗拉力与倒伏率的相关系数分别为-0.971、-0.873。在密度105000株/hm2时,最大抗推力矩、最大抗拉力与倒伏率相关系数分别为-0.991、-0.927。结果表明,以最大抗推力矩作为评价抗倒伏能力指标优于最大抗拉力。在田间试验基础上,以最大抗推力矩为试验指标进一步开展装置可靠性验证试验,试验结果与现有研究结论一致。     

钙果物理参数和生物力学特性试验

为减少钙果在收获中的机械损伤，对品系为农大5号的钙果果实的3轴尺寸、密度、结实度以及采摘力进行了分析。结果表明:农大5号在采收时期的平均粒径大小呈正态分布；随着果实成熟度的增大，果实的结实度会降低；果实的抗挤压能力具有各向异性，顶部受到的抗压力最大，纵向次之，横向最小；果实成熟前期在受到横向、纵向及顶部压力时，其变异系数分别为27.0%、27.5%和23.9%；随着加载速率的提高，摘果的平均力呈下降趋势，表现为拉力在5 mmmin时最大，15 mmmin时次之，45 mmmin时最小；对农大5号钙果果实的采摘拉力进行回归模型分析，其决定系数为0.995 9。试验结果可为钙果采摘装置的结构参数和工作参数提供试验基础依据。