充液压电液阻俘能器理论分析与实验

为了提高微小智能元件的隔振、减振和发电能力,设计了一种充液压电液阻俘能器,其利用薄板变形的叠加理论建立了集中载荷作用下圆形压电振子位移曲线及发电能力的计算模型。研究结果表明,俘能器的输出电压与激振电压成正比,另外在频率固定的情况下,俘能器的输出电压随系统背压的增加,发电电压先增加后减小,存在最佳背压使电压达到最大,而且最佳背压还受频率影响。建立了机电等效模型,通过改变电路阻抗进行等效分析,得到的结果与理论仿真结果一致,说明所建立的电路模型能够真实反映理论模型的特性。     

涡致振动型风力压电俘能器流场数值模拟与试验

基于涡致振动原理设计了一种风力型压电俘能器,通过串列配置的双绕流圆柱增加进气道内流场的压强波动,以Helmholtz共振腔作为尾流区域的风压谐振放大装置,利用PVDF压电薄膜直接将湍流引起的持续性压强波动转换为电能。采用计算流体力学数值方法,分析了在不同风速下压电俘能器内部流场的流体动力学行为。数值分析及试验结果表明:在相同风速下,当耦合因子L/D=2.2时,双绕流圆柱引起的压强波动最大,可达到单绕流圆柱的2倍;Helmholtz共振腔内气体在振荡流的作用下产生谐振后,腔内气体压强的幅值随风速的增加而增大,但振动频率均相同且为共振腔的固有频率。     

非线性双端固支梯形梁压电俘能器结构设计与特性分析

设计了一种非线性双端固支梯形梁压电俘能器,用于收集环境中的振动能量,并将振动能转换为电能,为微小型电子元器件供能。自然环境中振动源的振动频率大多在100 Hz以下,该俘能器采用引入非接触磁力的方法,降低其谐振频率、拓宽俘能频带并提高输出性能。在理论分析的基础上,建立了Matlab/Simulink仿真模型并进行试验测试,对比分析了线性及非线性双端固支梯形梁压电俘能器的谐振频率、带宽及输出性能,同时研究了输出性能在3个参数(固定磁铁与质量块磁铁间距d、外接负载电阻R、外界激励加速度a)变化时的响应。仿真与试验结果表明,引入的非接触磁力使压电俘能器谐振频率降低了9 Hz,俘能带宽拓宽了20%,输出功率提高了7. 5%。     

定质量分数交变气体载荷激励下压电阵列发电机实验

提出一种定质量分数交变气体载荷激励的盘型压电阵列发电机,设计了盘型压电阵列发电机的样机结构并对压电阵列的工作原理进行了分析,理论分析结果表明盘型压电片具有良好的承载能力,适合对具有较高压力的气体能量进行收集,压电发电量是由气体压缩过程中的体积压缩量、压缩速度、供气压力、周期及流量等多种要素共同决定的。对盘型压电片进行了有限元仿真分析,分析结果表明盘型压电片适合对高压气体载荷进行能量收集与转换,压电材料的微小变形就可输出较大的电压。采用外径为12 mm、厚度为0.2 mm的压电单晶片及缸径为63 mm、行程为150 mm的气缸设计了实验样机,利用气动组件来模拟气体环境搭建测试系统。分别调节压力、周期、流量等参数进行了实验测试。实验结果表明,当压力固定时,随着流量的增加峰值电压逐渐升高,盘型压电片并联式具有较好的效果,当5片压电片并联时最佳匹配电阻为3 MΩ且最大的瞬时功率为6.53μW,输出功率可满足低功耗传感器的能量需求。     

气吹式排种器气流辅助充种装置的设计及实验

为解决播种机核心部件——气吹式排种器在充种过程中存在的充填速度慢、充填效果不佳等问题，进而达到提高充种效率的目的，设计了气吹式排种器气流辅助充种装置。通过对已掌握资料和实物样机的比较，分析了工作过程原理，在此基础上进行了结构优化。试验分析结果表明，具有气流辅助充种装置的气吹式排种器的排种效果好于一般气吹式排种器，采用气流辅助充种装置充种，间断气流有助于提高充填合格率、充填性能和充种效率。      

玉米扰动辅助充种高速气吸式排种器设计与试验

针对现有玉米气吸式排种器高速作业引起的种子漏吸,导致作业效果不佳的问题,通过增大充种区域,增加排种盘的充种时间,加强种群离散度,减小吸附压力,并基于此设计一种双重扰动辅助充种高速气吸式排种器。分析不同高度种层种子的受力平衡方程,计算扩容板位置和结构参数。分析扰种台柱和型孔作用下种子运动力学模型,并确定了带扰种台柱的中字型吸种孔排种盘的关键结构参数。以颗粒瞬态法向力为评价指标,运用EDEM软件仿真分析3种排种盘的扰动性能,结合台架试验检测3种排种盘充种性能,得到所设计的排种盘能够有效加强对种群的离散,强化排种盘的吸种性能。台架试验结果显示,当扰动辅助充种高速气吸式玉米排种器作业速度为8~10km/h、吸附负压为3.0~4.0kPa时,漏播指数不高于5.1%,重播指数不大于4.2%,粒距合格指数不小于94.6%,合格粒距变异系数不大于15.33%;当作业速度为12~14km/h、吸附负压为3.5~4.0kPa时,漏播指数不高于7.9%,重播指数不大于1.3%,粒距合格指数不小于92.1%,合格粒距变异系数不大于17.67%,高速条件下作业性能较好,各项指标均优于国家标准。     

气力辅助充种式花生精量排种器设计与试验

针对花生播种向精准、高速方向发展过程中高速作业状态下花生种子充种效果差的问题,设计了一种气力辅助充种式花生精量排种器,重点设计了排种器排种盘结构和气力辅助充种结构。针对颗粒尺寸大、质量大的花生种子,通过对花生种子在排种器中堆积现象与充种时间进行分析,得出花生高速排种充种过程需增强充种性能,从而提高充种效率。通过对花生种子进行充种原理分析,阐明花生种子充种过程中种子与排种器的运动关系与受力关系,分析充种过程影响因素。通过设计带有导种槽的排种盘和带有辅助吹种型孔的辅助充种结构,分析计算排种盘吸种孔、导种槽的关键结构参数以及辅助吹种型孔参数与排列方式。以充种合格率和充种漏充率为指标,进行三因素三水平组合试验,对试验结果进行多元回归分析,以最优目标进行优化,确定排种盘最佳参数组合为排种器吸种负压5.156 kPa、花生高速播种机前进速度8.007 km/h、扰动吹种正压1.149 kPa,此时,花生充种合格率为95.84%、漏充率为4.06%,能够实现花生种子有效充种。     

基于压电作动器驱动的微操作机构设计与运动控制

设计了一种由压电作动器驱动的微操作机构。基于柔顺机构原理设计了桥式位移放大机构,以改善压电作动器的输出位移。利用伪刚体法和Euler-Bernoulli柔性梁理论建立微操作机构的静力学模型,并通过Lagrange方法推导出其动力学方程,进而获得机构的自然频率。借助于差分进化算法进行柔性铰链几何尺寸优化,并与计算机有限元仿真分析进行交叉验证。最后,实验验证了所提出微操作机构能够获得位移放大倍数为9.8和行程为180μm;在基于观测器PID控制下,机构位移均方根误差和最大位移误差分别为0.071、0.128μm。本文提出的微操作机构具有精度高、鲁棒性强的运动效果。     

打结器咬绳机构线接触凸轮设计与载荷分析

针对打结器咬绳机构钩钳受载大、滚子磨损严重的问题,通过对咬绳机构的运动学分析建立了圆柱凸轮轮廓曲面的计算模型,使滚子与凸轮保持线接触的同时钩钳以正弦加速度规律张合。对咬绳机构进行力学分析并结合压簧压缩量和捆绳拉力测试,解析求解钩钳在咬合位置的静力学模型,得出钩钳咬合力的最佳变化范围为300.64~329.89 N。解析求解钳咬机构的动力学模型得出,当钩钳咬合力处于最佳变化范围时,圆柱凸轮的接触力介于240~330 N之间,其峰值可以用于检验滚子的接触疲劳强度,指导钩钳和滚子的材料选择。打结器样机捆扎5 000捆稻麦秸秆的田间试验发现,按预设的压簧压缩量7.5 mm和捆绳初始拉力35 N,钩钳尾部的滚子没有明显磨损,表明钩钳的咬合力控制合适,线接触凸轮改善了滚子的接触受载情况,达到了抗冲击和耐磨的设计要求。     

一器多行环槽推送式排种器设计与试验

设计了一种适用于稻麦等小粒农作物条播的一器多行环槽推送式排种器,分析了排种器的工作原理和种子在出种口的受力情况,确定了排种盘的理论最大转速。以烟农19号小麦为试验对象,研究了单行种子排量、单行排量均匀性变异系数、各行排量一致性变异系数、总排量稳定性变异系数和破损率与排种盘转速的关系。试验表明,单行种子排量随排种盘转速的增大几乎呈线性增加关系。单行排量均匀性变异系数、各行排量一致性变异系数和总排量稳定性变异系数都随排种盘转速的增加呈现先减后增的趋势,并在转速为2.5 r/min时最小,分别为28.5%、1.33%和0.51%。种子的破损率随着转速的增加而增加,在转速高于2.5 r/min时,破损率增加较为明显。     

小区谷物联合收获机气吹式割台设计与试验

为解决现有小区谷物联合收获机割台中有残留、不易清机等问题,设计了一种采用正面气流将禾吹弯再切割的气吹式割台。根据力学原理建立了均匀气流吹禾模型,以小麦顺利进入割台而不掉落为要求,计算得气流支管出口风速为47.35 m/s。以能产生均匀气流为目标,通过理论计算得到气流管道的主要结构参数为:气流总管锥度1∶14.29,气流支管排列间距100 mm。对影响割台残留量和损失率的3个关键工作参数:气流支管出口与割刀的垂直和水平距离、气流支管出口与水平夹角进行了单因素试验和正交试验。单因素试验表明:气流支管出口与割刀的垂直和水平距离在15~27 cm内对割台损失率的影响呈现先降后升的趋势,气流支管与水平夹角对割台损失率和残留量的影响先缓慢减小,后增加较快。正交试验表明:最优组合为气流支管出口与割刀的水平距离21 cm、气流支管出口与割刀的垂直距离21 cm、气流支管出口与水平的夹角10°,此时总损失率为0.88%,割台残留量为1.21 g。气吹式割台残留量少,总损失率低,达到了小区小麦种子收获技术要求。     

脱涡致振式压电风力发电机性能分析与试验

为满足农业遥感监测系统的供电需求,减少化学电池对水和土壤的污染,提出一种脱涡致振式压电风力发电机,并从理论和试验两方面进行了研究。建立了脱涡致振式压电风力发电机的理论模型,通过仿真分析研究迎风角、压电振子长度及风速对压电振子变形量的影响,并对发电机样机进行了测试试验。结果表明,不同风速下均存在两个最佳迎风角,使发电机输出电压较大,压电振子长度为60、78mm,风速为7.6、11.6、12.4m/s时的两个最佳迎风角分别为(35°,135°)、(45°,125°)、(50°,120°)和(35°,120°)、(40°,115°)、(45°,110°)。当迎风角为120°时,存在最佳风速,使发电机输出电压达到最大;随着压电振子长度的增加,最佳风速由12.4m/s降低到8.4m/s,其对应的最大输出电压由16.6V增加为16.8V。当外接电阻为150kΩ、迎风角为30°时,试验测得最大输出功率为1mW。研究表明,根据实际风速确定合理的迎风角及压电振子长度可提高发电机的发电能力。     

花生捡拾收获机三风系风选系统流场数值模拟与试验

受复杂作业环境影响,轴流式花生捡拾收获机的风选过程存在风选损失率高、含杂率高等问题,通过开展不同条件下的数值仿真试验,分析了4种颗粒的速度、位移及轨迹变化情况,确立了由横流风机、主离心风机、副离心风机组配的三风系风选系统的工作参数及其范围,并基于Box-Behnken的中心组合设计理论,以横流风机转速、吸秧高度、吸杂高度三因素作为影响因子,开展响应面试验研究,分析各因素对风选损失率和含杂率的影响并对影响因素进行优化。试验结果表明:风选损失率影响由大到小为吸杂高度、横流风机转速、吸秧高度;含杂率影响由大到小为横流风机转速、吸杂高度、吸秧高度,求解的最优参数组合为:横流风机转速1 508 r/min、吸秧高度181 mm、吸杂高度211 mm,对应的风选损失率为1.52%、含杂率为1.01%,比优化前分别降低了1.42、1.26个百分点。     

腔式压电气流发电机结构与性能研究

为满足农业物联网实时状态监测系统的供电需求,提出了一种腔式压电气流发电机,并从理论和试验两方面进行了研究,获得了激励参数(激励距离、气流压力)及结构参数(主副腔长度及直径)对输出电压的影响规律。研究结果表明,其他参数确定时,存在最佳距离d*f、最佳主腔长度l*c及最佳腔盖孔径d*r,使发电机输出电压最大,且d*f、l*c、d*r及其所对应的最大电压均随气流压力增加而增加。此外,气流压力较低时存在最佳副腔长度l*r,使输出电压最大,且l*r随气流压力增加而减小,所对应的最大电压随气流压力增加而增加;相反,气流压力较高时,输出电压随副腔长度减小而增加,无副腔时输出电压最大。故实际测试中可根据气流压力确定腔体尺度。试验测得发电机最大功率为2.61 m W。     

青贮饲料收获机设计与试验

青贮饲料在我国畜牧业发展中占据着重要的地位。为此,主要论述了9QS-1000型青贮饲料收获机主要参数的设计与计算及性能试验。该机可由40～48kW拖拉机悬挂,由液压控制升降,调整割茬高度进行不对行收获、切碎、抛送。通过性能与生产试验表明,各项指标均达到设计与青贮饲料收获技术要求,其参数可作为青贮饲料收获机的设计依据。     

甘蔗收获机切段装置设计与试验

针对甘蔗收获机切段装置存在的切段机理理论缺乏、切段损失大、对切段装置要求多样化等现状,对比分析了切段装置前置式、中置式、后置式3种形式的收获流程,并基于对前置切段式结构的理论分析,推导前置切段式切段长度的经验公式,设计了切段装置试验台和切段装置前置式收获机割台。进行了切段过程高速摄影试验,获知蔗段在切段过程中的运动规律、蔗叶与蔗茎的分离形式、断口糖分损失的主要形式及原因,通过田间正交试验确定了影响蔗段合格率因素主次顺序为:交错深度、行驶速度、切段辊转速,当交错深度为4 mm,行驶速度为2 km/h,切段辊转速为300 r/min时,割台蔗茎合格率达到93%。通过统计学分析计算,得出了长度系数为0.7,其长度分布近似符合正态分布规律。