苹果跌落冲击力学特性研究

果品跌落冲击力学特性的研究是表征其流变性能、跌落损伤机理以及设计作业件的基础。构建果实自由跌落冲击力学参数测试系统,对“富士”苹果进行不同高度的单次自由跌落、同一部位的多次跌落试验。在测试获得冲击力－时间数据的基础上,基于运动学原理进行理论分析计算,得到加速度－时间、冲击力－变形量、应力－应变以及跌落冲击弹性恢复系数等动态关系。研究结果表明随着跌落高度、跌落次数的增加,苹果冲击力、加速度峰值、冲击最大变形、冲击结束后的残余变形逐渐增大。苹果跌落弹性恢复系数随着跌落高度而逐渐降低,随着跌落次数增加而逐渐增大。跌落次数对跌落变形量增加的影响不显著,随着跌落次数的增加残余变形变化很小。     

虚拟样机技术在小型农用装载机设计中的应用

文章分析了虚拟样机技术的主要特点及其对小型装载机设计的重要性，阐述了小型农用装载机的设计原理，详细介绍了利用SolidWorks设计装载机虚拟样机的过程，其中包括虚拟样机的三维建模、虚拟装配、图形渲染、运动仿真、干涉检测、二维工程图的转换等，并展示了根据虚拟样机技术制造的物理样机图像。结果表明，应用虚拟样机技术可以提高小型装载机的设计效率及质量。     

苹果－瓦楞纸板缓冲跌落动力学模型

基于瓦楞纸板受冲击压缩变形的特征,提出-表征其非线性冲击力-变形模型,结合其跌落冲击试验结果表征模型参数.在此基础上,建立"富士"苹果-瓦楞纸板缓冲跌落动力学模型方程,进行不同高度下的苹果缓冲跌落冲击响应的理论分析,并与试验结果进行比较.结果表明,试验结果与理论模型结果吻合性好,所提出苹果-瓦楞纸板缓冲跌落冲击模型能合理地表征苹果缓冲跌落冲击动力学特征,瓦楞纸板能显著降低苹果跌落的冲击加速度.研究结果为果品缓冲包装设计提供了理论基础.     

冰雹冲击下塑料薄膜的损伤分析

塑料薄膜的力学性能分析是薄膜结构设计的主要方向。该研究采用试验和数值模拟结合的方式分析了冰雹冲击下塑料薄膜的破坏形式和损伤规律,并通过试验结果验证了数值模拟方法的有效性。通过数值模拟对冰雹在不同尺寸、不同冲击角度下单次和二次冲击塑料薄膜进行了分析,此外对薄膜厚度和两层薄膜之间的间距的影响进行了分析。结果表明：1）0.12 mm厚度的塑料薄膜可抵挡直径10 mm以下的冰雹冲击。但冰雹尺寸在30 mm以上时,塑料薄膜因拉伸应力波的作用导致薄膜发生破坏。2）冰球二次冲击塑料薄膜时会造成应力波的叠加,导致薄膜的加速破坏。3）在0°、30°、60°这3种冲击角度下,冰球冲击角度为60°时造成薄膜的破坏面积最大。4）双层薄膜的破坏面积随薄膜之间的间距增大而增大,当双层薄膜的间距控制在5 mm内可实现双层薄膜抗冰雹冲击效果优于厚度相同的单层薄膜。分析结果表明：改进薄膜结构的抗拉强度是提高薄膜抗冰雹冲击能力的主要方向。该研究可为薄膜结构设计和薄膜损伤分析提供参考。     

玉米种子的跌落式冲击试验

为降低玉米种子脱粒过程中的机械损伤,掌握玉米籽粒冲击破碎机理,在跌落式冲击试验台上,对不同品种的玉米籽粒进行了冲击破碎试验,分析了在不同籽粒含水率、不同冲击位置下玉米种子籽粒的力学性质。试验结果表明：籽粒破碎的最大冲击力随籽粒含水率的增加而降低;玉米籽粒在不同冲击面下所能承受的最大冲击力有显著差异,在同一籽粒含水率下,腹面承受的最大冲击力最大,侧面次之,顶面最小;在同一冲击面下,不同品种玉米籽粒抵抗冲击破裂的能力不同,其原因与籽粒的内部结构、形状等因素有关。研究成果对进一步研究玉米种子的力学性质、损伤机理、开发有序脱粒工艺具有重要的意义。     

装载机工作过程联合仿真与试验

为了分析装载机工作过程中的能量消耗情况,首先使用Pro/E软件建立了装载机工作装置的三维模型,将其导入Simulation X仿真软件中建立了装载机的动力学模型,同时使用该仿真软件建立了装载机工作装置液压系统模型,进一步建立了装载机联合仿真模型。然后针对正载和偏载2种典型工况中各个工作部件能量消耗情况进行了仿真和试验研究,通过比较仿真与试验结果,验证了所建立装载机工作装置机液联合仿真模型的准确性,获得了驱动工作装置液压系统在典型工况中的能量损失。结果表明:在正载工况下,多路阀的能量损失占49%;偏载工况下,多路阀的能量损失占52%。多路阀在一个工作循环中消耗能量最大,主要是中位卸荷损失。该研究为装载机液压控制系统节能设计提供了参考。     

柔性防护技术在泥石流防护中的应用及研究进展

在简要介绍柔性防护技术防治小型泥石流的原理、特点的基础上，着重介绍了国内外在柔性防护技术防治泥石流方面开展的试验和研究，包括泥石流在发生、发展过程中对柔性网的冲击特性、柔性网在受冲击过程中的变形特征、泥石流所产生的冲击破坏能量计算、数值模拟研究等研究情况。     

安全驾驶室翻车保护结构的有限元分析

车辆驾驶室在翻车时受到巨大的冲击载荷,其翻车保护结构应具有足够的侧向刚度来阻止其变形,同时又要能够吸收一定的能量.以某矿用自卸车翻车保护结构为例,采用弹塑性理论和有限元非线性分析方法,建立了翻车保护结构的非线性有限元模型,对模型进行侧向、竖向和纵向载荷的逐次加载分析,结果表明:翻车保护结构上横梁的端点已进入塑性变形状态,能量吸收达到国际标准规定的要求,翻车保护结构的构件未侵入变形限制量(DLV).     

电液流量匹配装载机转向系统特性分析

为降低小型装载机负荷传感液压转向系统在流量方面的能量损失,提出用伺服电机独立驱动定量泵的电液流量匹配转向控制方法。该文首先在Simulation X中建立了装载机整机联合仿真模型,对采用负荷传感转向系统的装载机在原地转向工况下进行仿真。构建了装载机试验测试系统,通过对比仿真与试验结果,验证了仿真模型的准确性。进一步将电液流量匹配转向方法应运于此仿真模型。维持与负荷传感系统相同转向特性的条件下,该系统在低速空载工况下使液压泵能量消耗相对负荷传感系统降低36%,高速空载为37%,中速正载为39%,中速偏载为28%,电液流量系统平均降低了转向过程中泵输出能耗约30%。该文提出的研究方法对装载机转向节能研究提供了参考。     

水稻籽粒流对承载板冲击过程离散元分析

为了提高谷物流量测量精度,基于软球模型的离散元法,采用Hertz-Mindlin(无滑移)接触力学模型模拟水稻籽粒流与承载板冲击过程,在升运器线速度分别为0.5、1.0、1.5m/s时分析水稻质量与平均法向冲击力变化规律。结果表明:水稻籽粒流对承载板冲击过程的离散元模型参数选用合理,具有工程应用价值;去除水稻籽粒在承载板上的滑落阶段,3种线速度下水稻质量与平均法向力的线性相关系数由0.8062,0.9082,0.9891分别增大到0.9144,0.9630,0.9944。在设计冲量式谷物质量流量测量装置时应考虑如何减少谷物在测量装置上的滑落阶段,从而提高测量精度。为谷物流量测量装置的开发提供技术支持。     

装载机新型铰接系统铰销计算研究

给出了装载机铰接系统的四种典型计算工况,推导了各工况下铰点力的计算公式,建立了铰销的力学计算模型,提出了铰销有限元计算的外力处理方法。以ZL60E装载机为例进行了有限元分析及实车试验验证,为装载机新型铰接系统铰销的设计提供了理论依据。     

凸齿镇压器与土壤相互作用的三维动态有限元分析

为分析凸齿镇压器与土壤的相互作用、预测不同的作业参数对凸齿镇压器作业效果的影响,该文利用有限元方法,在Abaqus软件中建立了凸齿镇压器与土壤相互作用的三维动态有限元模型。该模型在分析过程中使用任意拉格朗日-欧拉方法对网格进行自适应划分,以解决土体局部变形引起单元畸变而导致分析中断的问题。根据凸齿镇压器的2种工作模式,对模型设置不同的边界条件,探讨不同载荷对凸齿镇压器沉降量和所需牵引力的影响以及不同沉降量对所需载荷及牵引力的影响。搭建了基于室内土槽的凸齿镇压器牵引试验平台,通过土槽试验对有限元分析结果的有效性进行验证。结果表明,有限元求解的牵引力与实测值相对误差为3.4%,并且有限元分析模型运行结果能准确反映土壤的形貌变化特征;任意拉格朗日-欧拉方法有效解决了单元扭曲导致分析不收敛的问题;在恒定速度下,凸齿镇压器的沉降量和所需水平牵引力随着载荷的增大而增大,同样,沉降量的增大导致了所需载荷和牵引力的增加。该三维有限元模型可用于预测凸齿镇压器工作过程中的所需牵引力和土壤表面微形貌加工的作业效果,可为探索凸齿镇压器与土壤相互作用的机理,对凸齿形状进行改良与优化、以及作业条件与参数的选择提供参考依据。     

喷雾机喷杆结构形状及截面尺寸优化与试验

针对喷雾机喷杆结构动力学特性原始设计缺陷,该文提出了一种基于遗传算法的多变量优化方法。以平面十八杆桁架单元为基础结构,在Abaqus平台中建立了单侧喷杆参数化有限元模型。基于Isight多学科多目标优化平台提取模型设计变量组及优化目标,采用多岛遗传算法(multi-island genetic algorithm,MIGA)对喷杆桁架结构形状及杆件截面尺寸进行优化,得到了一阶固有频率为10.87 Hz,质量为35.82 kg,幅宽为5 m的单侧喷杆结构模型。根据优化后模型的结构参数制造喷杆样品,通过对其进行模态试验验证了数值模型的准确性。针对优化前、后喷杆模型进行了以位移功率谱密度(power spectrum density,PSD)函数为激励的随机振动仿真,结果表明,优化后喷杆模型的质量下降并没有明显增加其在竖直方向上振动位移响应量。该文研究结果可为进一步研究喷雾机喷杆结构的动力学性能优化提供依据。     

转鼓式固体发酵罐支承结构设计及有限元分析

为实现以甜高粱为原料的先进固态发酵法(advancedsolid-statefermentation,ASSF)生产燃料乙醇工艺的大规模、自动化、连续生产而开发的大型转鼓式固体发酵罐,其支承结构的设计是影响设备安全稳定运行的决定性因素。通过分析甜高粱秆碎料在发酵罐内的运动特点,确定了加载在筒体和支承结构上的载荷状况。应用有限元分析软件ANSYS对的支承系统各部件进行了三维实体建模,考虑了各部件间的接触关系,对工作状态下的非线性接触应力做出了理论分析和数值模拟,分别得出了支承系统内摩擦环、支撑轮和轮轴的应力分布规律。根据有限元分析结果,以限制筒体变形量和避免疲劳裂纹扩散作为主要关注点,提出了在制造过程中需要控制焊接变形和减少焊接残余应力的重点部位和技术要求。通过电测应力法在工程现场对仿真结果进行验证,结果表明:有限元计算对应力峰值部位预测结果与试验值一致,得到的应力分布规律具有较高的准确性。该研究可为类似大型回转式农业机械的支承结构的设计提供参考。     

轮式刚柔耦合减损玉米摘穗割台的设计与参数优化

为解决玉米收获机械摘穗割台籽粒损失率高的问题,该文提出利用刚柔耦合原理进行割台减损的方法。通过对摘穗过程中的果穗和籽粒进行受力分析,理论计算果穗的碰撞过程,确定改变摘穗接触部件的结构和材料,以降低籽粒损失;设计了轮式刚柔耦合减损摘穗装置,对摘穗轮进行了受力分析,依据受力分析结果及尺寸边界条件确定了摘穗轮、支架及缓冲弹簧的结构尺寸;在拉茎辊转速、摘穗轮半径、柔性体厚度三因素下,进行了三因素三水平Box-Behnken响应曲面分析法的试验设计;通过试验建立了籽粒损失率与三因素的回归数学模型,确定轮式刚柔耦合摘穗机构最优参数为:拉茎辊转速700 r/min,摘穗轮半径15 mm,柔性体厚度4 mm;在籽粒含水率为21.8%、16.7%和13.4%下,进行了轮式刚柔耦合摘穗机构和板式摘穗机构的对比试验,籽粒损失率分别降低了53.4%、48.6%和47.0%。该研究为改进玉米收获机械割台提供了理论依据和设计参考。     

基于有限元模型的喷雾机喷杆弹性变形分析与控制

以研究和抑制喷杆弹性变形为目的,基于ANSYS平台建立了喷杆的有限元模型并进行了数值模态分析,利用试验模态分析的方法对有限元模型及其模态信息进行了验证。依据所建立模型及其模态信息,在ADAMS平台中建立了机架喷杆模型,并对偏转、振荡以及翻滚3种典型运动引起的喷杆末端弹性变形量分别进行了谐响应分析,结果表明振荡是造成喷杆弹性变形的主要因素。为了抑制喷杆的弹性变形,在喷杆与机架之间添加了拉索,并分析了拉索安装在4种不同位置时,喷杆受到频率范围为0~10 Hz振荡激励后的弹性变形情况,结果表明:3/4喷杆位置处为4种安装位置中最合适处,此时喷杆各处形变量均小于10 mm,为4种中最小,相较未添加拉索时喷杆末端产生接近80 mm弹性变形来说,对弹性变形的抑制效果明显。     

基于碰撞变形能的机械采收蓝莓果实碰撞损伤评估

为解决机械采收蓝莓与接果设备碰撞导致果实内部损伤的问题,对果实变形能及其碰撞过程展开研究,以果实储存变形能大小评价其损伤程度.研究了果实下落过程的运动学和接触力学特性,果实损失的机械能转化为变形能,确定影响果实变形能因素,建立碰撞变形量方程.通过有限元仿真技术求解变形量及变形能的理论值.仿真结果表明,果实下落高度和接果板角度是影响变形能的主要因素.最后搭建物理样机进行果实下落碰撞试验,得到变形能试验值与理论值的误差为0.49×10-3 J.当蓝莓生长集中区域与蓝莓采收机接果板距离接近600 mm,接果板角度接近15°时,果实碰撞变形能小于0.68×10-3 J,果实损伤最少.该研究可以为蓝莓采收机作业参数及其他类似设备研究提供一定的理论依据.     

基于实时工况的装载机智能换挡规律

把装载机工作泵分为空载工作、满载工作、半载工作3种情况,分别计算ZL50装载机的输入特性和输出特性;完成ZL50装载机的牵引特性的计算。在此基础上,提出根据装载机油门开度、车速和油泵的压力为控制参数的3参数换挡规律。建立装载机传动系统数学模型,进行了计算机仿真。从仿真结果看,3参数换挡规律符合工程车辆的实际工作状态,能更好地满足工程车辆的动力性要求。     

基于性能评价网状图的装载机发动机与液力变矩器匹配优化

为了解决装载机发动机与液力变矩器匹配性能评定指标较多,多项评价指标权重难以确定的问题,该文提出了基于性能评价网状图的发动机与液力变矩器匹配优化方法。装载机发动机与液力变矩器匹配性能评定指标有额定工况接近度、起动能度、经济区宽容度、功率输出系数、燃油消耗率系数等5项,分别定义和计算5项匹配性能指标,根据计算值的大小构建发动机与液力变矩器匹配性能网状评价图,以网状评价图面积最小为优化目标,构建目标函数,优化液力变矩器有效直径。原液力变矩器有效直径等于0.360 m;优化后的装载机液力变矩器有效直径等于0.350 m。优化后发动机与液力变矩器匹配性能提高了5.7%。基于性能网状图的优化方法提高了发动机与液力变矩器匹配性能。