果园多功能动力底盘设计与试验

为解决果园作业机械适应性差、配套动力小、地隙高、转弯半径大、通过性差等问题,结合果园栽培模式和农艺等要求,设计了一种果园多功能动力底盘。对果园多功能动力底盘的整机结构和工作原理进行了阐述,设计了行走动力系统和后动力输出系统以及3路双作用液压快速挂接系统;对整机的转向性能、稳定性能、越埂性能进行了理论分析。对机架进行了有限元仿真分析,结果表明,在满载四轮着地状态下,车架最大变形发生在中间横梁部位,总变形量为5.08mm,最大等效弹性应变为0.0035,最大等效应力发生在前桥和车架铰接处,为390.52MPa;在满载三轮着地状态下,车架最大变形发生在侧梁部位,总变形量为20.74mm,最大等效弹性应变为0.0058,最大等效应力发生在前桥和车架铰接处,为805.46MPa。整机果园田间试验结果表明,果园多功能动力底盘行驶速度为0~35km/h,田间作业速度为1~6km/h,最小转弯半径为2m,最大爬坡角为24°,最大越埂高度为235mm,可挂接多种农具,能够满足果园的田间生产管理作业要求。     

基于有限元分析的木薯削皮机夹持机构设计

为填补国内木薯剥皮机械领域的空白,用机器代替手工工作,解决手工劳动强度高、效率低等问题。设计一种"夹紧式"木薯去皮机,它不仅保证木薯去皮过程的稳定性,而且防止木薯在削皮时被设备损坏。设计夹持辊旋转轴的长度为300 mm,夹持辊的长度为120 mm,最大工作载荷56 N。选定的轴材料是45号钢,通过计算轴的弯扭强度要求为10.4 MPa,该材料满足强度要求。利用ANSYS对夹紧机构进行静力分析和模态分析,得出夹紧辊的最大总变形为2.3×10~(-3) mm,最大应力、应变为0.95 MPa、4.72×10~(-6),最大处能量变化为5.6×10~(-4) MJ。验证此结构设计合理安全。     

基于多维感知的玉米大田巡检平台设计与试验

为了提高对大田种植玉米生长动态、干旱胁迫和病虫害等方面的智能巡检监测能力，设计了一种基于多维感知的移动巡检平台。首先，对底盘总成的转向系统、驱动系统和控制系统进行设计，并基于Arduino UNO控制器实现了巡检平台的转向及行驶功能。其次，搭建了包括GNSS/INS(Global navigation satellite system/inertial navigation system)组合导航系统、激光雷达(Light detection and ranging, LiDAR)和工业相机的多维感知系统，对感知系统时间同步方案、数据通信结构和信息采集软件进行设计，实现了巡检平台对环境的感知和数据可视化。最后，在玉米大田对巡检平台进行了底盘行驶性能试验和感知系统环境感知试验。试验结果表明：巡检平台左转平均最小转弯半径为2 922 mm,右转平均最小转弯半径为2 736 mm,最大爬坡度大于26.7%,位置PID控制下直线行驶平均速度为0.523 m/s,与期望速度0.5 m/s的误差为4.6%,行驶15 m平均偏移量为0.636 m,平均偏移率为4.24 cm/m,满足田间行驶性能要求...     

可翻转运输避障割草机避障杆的设计与有限元分析

为解决新疆主干型果园株间杂草无法清除的问题，设计了适用于新疆主干型果园种植模式的避障割草机。文中介绍了避障割草机的整体结构及工作原理，并用ANSYSWorkbench对关键部件避障杆在割草作业过程中的总变形及应力和应变进行有限元分析。结果表明：避障杆最大等效应力为179.92MPa，最大应变为9.25×10-4，最大变形量为34.418mm，均在要求范围内，结构参数符合实际工作需求。     

钉齿滚筒式残膜回收装置捡膜部件的设计与有限元分析

对钉齿滚筒式残膜回收装置的钉齿捡膜部件进行设计,并对钉齿运动轨迹进行分析,获得捡膜部件能够连续作业的条件。运用三维建模软件SolidWorks建立钉齿的三维模型,并采用有限元分析软件ANSYS对其进行模态分析和瞬间动力学分析。模态分析结果显示:钉齿的最小固有频率为206.57Hz,并得到钉齿的前6阶模态振型图,为避开共振区及结构优化设计提供理论依据。瞬间动力学分析结果显示:钉齿的总变形量为0.027 61mm,最大等效应力为17.354MPa,钉齿的最大弹性模量为8.31×10~(-5)mm,并得到钉齿作业时易发生应力集中的部位,为钉齿的改进提供了理论参考。     

履带式联合收获机底盘机架多目标优化设计

联合收获机底盘机架是整机的主体支撑结构，其质量直接影响收获机的作业性能。为此，以某履带式联合收获机底盘机架作为研究对象，在保证其刚度、强度的前提下对其进行轻量化研究。通过采用有限元分析软件Ansys Workbench建立底盘机架的有限元模型，对其进行模态分析和4种不同工况下的有限元分析；然后，以底盘机架梁的厚度为设计变量，结合空间填充设计(Optimal Space-filling Design)设计方法以及Kriging近似模型模拟计得出设计变量之间的响应关系；最后，综合考虑机架质量、最大应力、最大位移等性能指标，利用遗传算法对底盘机架进行了多目标优化。结果表明：联合收获机底盘机架质量减少24.98kg,且机架的强度、最大应力、最大形变均满足设计要求，获得较好的优化效果，为联合收获机底盘机架的结构优化与设计提供参考。     

一种三角履带式果园动力底盘的设计与研究

针对南方丘陵地区在水果生产中存在劳动强度较大、现有机械设备较少及人工作业效率较低等现象,以及已有机械在丘陵地区果园作业时存在通过性不强、稳定性不好等问题,设计并制造了一种三角履带式果园动力底盘,该底盘外形尺寸小、制造成本低、行走操作简单、稳定性好,能够适应南方丘陵地区果园作业环境。对底盘进行了模拟实际工作环境条件下的平地性能、爬坡性能、转弯半径、跨越壕沟、跨越垂直障碍物测试试验,各项指标均满足设计要求。结果表明:底盘的行驶速度为0.22~0.36m/s,最大爬坡角度为15°,转弯半径为750~1 340 mm,最大跨越壕沟宽度为5 0 0 mm,最高跨越垂直障碍物高度为5 2 8 mm,满足实际工作要求。     

一种丘陵山地农田自适应机械底盘结构设计与试验

【目的】适应丘陵山地地形复杂、土地破碎、土质松软且黏性大的农田行驶场景,克服这种地形行驶的底盘稳定性以及行驶通过性较差等问题,设计一种适用于山地丘陵地形的机械自适应调节减震底盘样机。【方法】研究小组通过采用自适应连杆机构原理,设计了一种适用于山地丘陵地形的机械自适应调节减震底盘样机,包括自适应连杆机构、悬挂减震结构等。对底盘的连杆执行机构和悬挂减震结构参数进行了理论分析计算,通过对样机模拟的飞坡测试、颠簸缓震测试及抗摔刚度测试,验证了自适应底盘的各结构理论分析和计算结果。【结果】1）飞坡测试：当整车在空中最高点时底盘与地面夹角为8°～10°,落地时底盘与地面的夹角为20°～27°时,此时飞坡姿态最好。2）颠簸减震测试：减速带密集程度在0.08 m～0.2 m、高度差在0.03 m,整车具有很好的减震效果,且能够正常作业。3）抗摔刚度测试：整车在承受上百次自由落体后未有明显的形变,仍有较好的刚度及疲劳强度。【结论】自适应调节悬挂可以在不约束车轮自由度的同时,使得每个车轮间可以根据其他车轮的抬升或下降而做出相应改变,实现机械上的自适应效果,大大提高了底盘的行驶通过性以及对接触面的抓力,对丘...     

小型蔬菜移栽机械手的设计与试验

为避免蔬菜人工移栽存在的株距、行距和深浅度不均等问题,根据国家标准GB/T 5262-2008及蔬菜移栽农艺要求,设计了一种能够与吊篮-鸭嘴式移栽机结合的移栽机械手。根据现有的蔬菜育苗钵盘外形尺寸及茄科蔬菜的育苗农艺要求,并结合吊篮-鸭嘴式移栽机的结构,确定了移栽机械手的设计方案,设计了移栽机械手的整体结构及尺寸,并对移栽机械手关键部件进行有限元分析。结果表明:机械手指最大变形量为0.106mm,所受最大应力为6 5.5 MPa;大臂最大变形量为4.7 1 4×1 0^-6mm,所受最大应力为0.0 2 1 MPa;小臂最大变形量为9.476×10^-6mm,所受最大应力为0.0 2 2 6 MPa。试验结果表明:所设计的小型蔬菜移栽机械手能够在一定程度上解放劳动力,降低温室大棚内蔬菜移栽工作的劳动强度,可为以后全自动蔬菜移栽机的发展提供数据与理论参考。     

基于变形能的机械采收钙果果实碰撞损伤评估

为了评估机械采收钙果与设备碰撞导致果实内部损伤严重程度。通过建立果实变形量与变形能关系方程，以变形能大小评价果实损伤程度。钙果果实准静态压缩试验表明，变形能＜28.56×10-3 J时，果实轻度损伤。变形能为（28.56～195.57）×10-3 J时，果实产生不同程度的中度损伤、重度损伤和破裂损伤；钙果动态下落碰撞试验表明，随着钙果质量的增大，反弹高度按二次曲线规律下降（r2=0.880 7）。随着下落高度的增大，反弹高度按三次曲线规律增大（r2=0.825 5）。变形能均线性增大（r2≥0.994 2），最大为43.9×10-3 J，重度损伤等效下落临界高度为2.97 m。该研究可为钙果采收机械结构、作业参数的选择提供参考。      

巴旦木脱青皮机螺旋脱皮辊的设计及有限元分析

为分析巴旦木脱青皮机中的核心关键部件螺旋脱皮辊的结构强度和力学性能,计算分析并确定了螺旋脱皮辊的结构参数,采用ANSYS有限元分析软件,建立螺旋脱皮辊的三维有限元模型并对脱皮辊进行了静力学分析和模态分析。结果表明:螺旋脱皮辊可实现物料的脱青皮和输送功能;螺旋脱皮辊的最大变形和等效应力分别为4 307.74×10-6 mm和0.787 35MPa,在空转与工作工程中最大等效应力远小于零件材料屈服强度;螺旋脱皮辊的模态分析前三阶固有频率分别为:19.599Hz、19.597Hz和44.491Hz,而机构工作频率远小于所分析零件的固有频率。该螺旋脱皮辊结构不仅满足强度和刚度要求且在正常工作条件下不会发生共振,为研制巴旦木机械化脱青皮装置提供理论数据和科学依据。     

旋耕钉齿式耕层残膜回收机起膜部件动力学分析

为了解决旋耕钉齿式耕层残膜回收机钉齿起膜部件在工作过程中的受振动影响,研究了钉齿的最小固定频率;避免共振现象的发生;探究了钉齿在土壤工作中的变形和应力分布,为钉齿的优化提供依据。采用Pro/E和ANSYS等软件利用有限元仿真分析方法 ,对钉齿进行模态分析和瞬态动力学分析,得到了钉齿的最小固定频率为278.59Hz、钉齿的总变形为0.913 31mm、最大等效应力为183.53MPa、最大弹性应变为9.21×10-4、最大安全系数为15。通过数据得出钉齿工作时不会发生共振现象,并且钉齿能够满足使用要求。     

基于流固耦合的船式拖拉机船壳的结构强度分析

为计算船式拖拉机的船壳在实际工况下的应力及应变,运用流固耦合理论和有限元方法对船壳进行结构强度分析。分别计算船壳在不同载荷下的最大等效应力及变形量,进一步研究船式拖拉机工作速度对船壳最大等效应力和总变形量的影响,并对船壳进行强度校核和刚度评价。结果表明:船壳最大等效应力和变形量受水田支反力影响较大,受流体压力影响较小;船壳的最大等效应力及变形量随着速度的增加而增大,船壳的最大等效应力增大的速率较大。强度校核结果表明:当速度超过7m/s时,船壳在工作时有可能发生破坏;船壳刚度评价都符合标准要求。     

丘陵山地果园全液压遥控式履带动力底盘设计与试验

针对目前丘陵山地果园作业农用底盘整机体积大、行驶作业操作繁琐和通过性差等问题,结合丘陵山地果园开沟、除草和修剪等农艺管理环节的实际需求,设计了一款全液压遥控式履带动力底盘。首先,对动力底盘的整机结构和工作原理进行了阐述;其次,对前置挂载机构、行走系、变幅宽底盘、液压系统、遥控系统等关键部件进行设计和相应的匹配选型;最后,对整机进行了性能试验。试验结果表明：动力底盘在最小幅宽（1220mm）和最大幅宽(1620mm)的直线行驶偏移率分别为2.24％和2.2％,均满足相应国家标准（≤6%）要求。底盘的转向机动性能良好,最小幅宽原地转弯半径为905mm,可适应丘陵山地果园相对狭窄的坡地作业环境。遥控操作上下斜坡、翻越田埂、跨越畦沟等过程平稳,满足丘陵山地果园非结构化地形行走要求。挂载链式开沟器进行开沟作业时,沟深稳定系数为88.5%,沟宽稳定系数为92.5%,满足国家标准（≥85%）要求。整机工作性能满足丘陵果园复杂坡度地形管理作业要求,可为丘陵山地果园田间管理作业的有效实施提供综合应用平台和技术支撑。     

汽车底盘故障的诊断及处理措施分析

底盘是整个汽车中所有框架构成的基础,其作用除了需要支撑汽车发动机及外部部件施加的各种负载,还要为汽车发动机提供驱动力。底盘的质量及运行状况直接决定着汽车的整体质量与性能,所以当汽车底盘发生故障时,必须及时对其进行科学合理的诊断,并且采取有效的处理措施,这样才能避免汽车在行驶过程中因底盘故障问题而造成意外事故。     

立秆式搂膜机搂膜齿的设计与有限元分析

为了解决新疆棉花秋收作业后的残膜回收难题,设计了适用于新疆棉花种植模式的立秆式搂膜机。介绍了整机的基本结构和工作原理,运用相关理论对关键部件搂膜齿进行受力分析,并利用ANSYS对3种不同形式的搂膜齿在作业过程中的总变形和等效应力进行有限元分析。结果表明:单个搂膜齿在搂膜作业时承受水平方向的土壤阻力约为28.8~43.2N,竖直方向的土壤支持力约为47.4N;弯齿形式的搂膜齿作业过程中的最大总变形和等效应力最小,分别为34.61mm和340.29MPa;直齿与斜齿形式的搂膜齿作业过程中的最大总变形和等效应力值相接近,分别为65.67、68.28mm和462.06、472.28MPa。研究结果可为搂膜式残膜回收机的设计与改进提供参考。     

特种水闸门抗震性能分析

建立了核电站水闸门有限元模型,对水闸门整体进行了静力学分析、强度分析。结果表明:水闸门的最大等效应力发生在门的正中间梁与梁的交接形成的方形处,最大的等效应力为345.25MPa,最大位移发生在门的正中间位置,且向四周变形越来越小,最大的位移变形为2.084 5 mm;闭合状态下,地震载荷下水闸门整体结构强度满足ASME规范的要求,在地震作用事故工况下可以保持门的完整性。     

骑跨式机架的随机振动疲劳分析

为了提高矮化密植红枣收获机的工作性能,以骑跨式机架为研究对象,建立有限元模型。对机架进行模态分析,得出机架的固有频率与振型,并与各激励频率范围比较,可知机架的固有频率仍在发动机的激振频率范围之内。为避免机架产生共振,在发动机安装位置添加弹性元件,对机架采用减振方案的谐响应分析,计算得出应力、变形量变化曲线。结合机架结构材料的S-N曲线和线性累积损伤理论,对机架进行疲劳分析,验证机架的可靠性。研究结果表明:减振方案的谐响应分析使机架的最大变形量由2.977mm变到0.358mm,减小了87.974%,明显改善了机架的振动特性;在激振载荷的作用下对添加减振元件前后的机架分别计算疲劳寿命,得出添加减振元件后机架的疲劳寿命为1.84×10~8次,高于1.0×10~6次,满足机架疲劳强度设计要求。     

弧形扎膜钉齿设计与试验弧形扎膜钉齿设计与试验

为研究弧形扎膜钉齿设计合理性和作业可靠性的问题,采用理论分析的方法研究弧形扎膜钉齿在土壤中的受力情况,并基于Ansys有限元分析软件对其进行模态仿真与静力学仿真,最后根据田间试验结果验证设计与仿真试验的合理性。通过理论分析可知,弧形扎膜钉齿结构参数和机具牵引力对其在土壤中运动时的受力情况影响显著;通过对弧形扎膜钉齿的模态分析可知,其1阶固有频率为788.15 Hz,远大于外界激励频率,弧形扎膜钉齿不会发生共振;通过对弧形扎膜钉齿的静力学分析可知,弧形扎膜钉齿的最大变形为6.705 8 mm,最大应变为3.889 2×10-3 mm/mm,最大等效应力为466.27 MPa;通过田间试验结果表明残膜回收机的残膜捡拾率均值为58.53%,脱膜率均值为98.14%,弧形扎膜钉齿的设计达到预期目标,工作满足实际作业要求,强度也满足实际工作需求。本研究可为新型残膜回收机的设计提供基础。     

山地果园履带底盘坡地通过性能分析与优化设计

履带底盘作为农机通用底盘的一种优选方案,在山地果园环境中的应用仍然存在较大优化空间。为了进一步提高履带底盘在复杂行驶路况下的地形适应性,结合山地果园的地形地貌特征,开展了履带底盘的坡地通过性能分析,并基于多体动力学分析软件RecurDyn的仿真结果,进行样机优化和试验验证。首先,以果园通用履带底盘为研究对象,通过理论分析探讨影响履带底盘斜坡平地通过性、斜坡越障通过性的关键结构参数,然后搭建RecurDyn虚拟仿真样机,分析关键结构参数对坡地通过性能的影响规律,进而以提高现有底盘坡地通过性能为优化目标,根据仿真分析结果提出了一种重心调节系统,最终进行样机试制与室内土槽试验。试验结果表明,在坡度为10°的试验路面下,优化后样机在偏航45°时最大牵引力均值为1 926 N,相比调控前增加了14.03%。优化后样机最大翻越台阶高度为230 mm,相比优化前增加了27.78%。优化后样机最大跨越壕沟宽度为640 mm,相比优化前增加了28%。研究结果可为山地果园履带底盘的坡地行驶性能优化提供参考。