基于ADAMS的油茶果采摘机械臂试验设计及优化

针对目前我国油茶采摘主要以人工为主,劳动强度大、采摘效率低等问题,设计了一种适合园艺化栽培的履带式油茶果采摘机,并在Adams软件中对机械臂进行试验设计和优化仿真。试验数据表明:油茶果采摘机工作区间与各机械臂的长度和液压缸安装距离呈线性相关,最佳组合处的机械臂长度总和减小25.67%,可为油茶果采摘机的机械臂设计提供参考。     

摇枝式油茶果采摘机设计与试验

针对油茶果机械化采摘漏采率高、损伤率大的问题,设计了一款摇枝式油茶果采摘机。根据摇枝式采摘工作原理,完成了关键部件的结构设计,计算分析了采摘头夹持油茶枝的夹持力,对油茶枝和油茶果振动过程进行力学分析,建立力学方程并求解。结果表明,夹持油茶枝时最大压力为2826N,振动对树枝产生的径向力约为57.5N、法向力约为78.2N,夹持和振动都不会对枝条造成损伤。为保证采摘机安全性,对横梁架进行了静力学分析,经计算其弯曲变形为0.0005mm,远小于最大许用弯曲挠度。设计了四因素三水平正交试验,结果表明,最佳作业参数组合为：采摘装置的采摘时间10s、电机输出频率35Hz、采摘头的振幅5cm及采摘爪的夹持位置（夹持油茶枝的夹持中心到油茶树冠层距离）10~20cm,此时油茶果采净率为95.2%,花苞损伤率为17.2%。对摇枝式油茶果采摘机进行了田间试验,对枝条的损伤基本符合采摘要求。     

油茶果生物力学特性便携式测试系统

为了能方便准确地测定油茶果的横向扭断力、纵向拉断力等生物力学特性,设计了一种野外便携式测试系统。该系统由伸缩杆、传感器、齿形末端装置、数字变送器及电源等组成,能够完成油茶果生物力学数据采集存储功能。测试系统设计成模块化,各部件能够快速拆装,以便于野外携带。试验表明:该系统性能稳定、测量准确,可满足油茶果生物力学特性检测的要求,为进一步研究油茶果的生物力学特性提供了方便。     

油茶果与油茶花苞生物力学特性试验研究

为探究油茶果与花苞的机械物理特性,降低花苞在采摘时的机械损伤,以种植面积最广的普通油茶为研究对象,进行油茶果与花苞的生物力学特性试验。测得油茶果和花苞的横向扭断力均值分别为11.082、6.941 N;纵向拉断力均值分别为7.979、5.706 N。分析结果表明:油茶果横向扭断力和纵向拉断力的均值分别大于花苞的均值;油茶果和花苞横向扭断力的均值大于其纵向拉断力的均值。试验结果可为寻求花苞低损伤采摘技术提供数据参考。     

基于挤压揉搓方法的油茶果破壳性能的试验研究

为了找到一种有效的油茶果破壳方法,在研究油茶果的生物特性基础上设计了基于挤压揉搓方法的油茶果破壳装置,对不同大小等级、不同含水率的油茶果在不同滚筒转速下进行了破壳性能的试验研究。试验确定了在滚筒转速80~100r/min范围时,该装置可以对含水率59%左右的新鲜油茶果进行有效的破壳处理,破壳率可达到97%以上,且破籽率控制在4%以下。     

基于CFD-DEM的稻谷通风阻力数值模拟与试验

为探究稻谷通风中谷层阻力的变化规律,基于离散元理论,构建了2个品种稻谷颗粒的数值模型,采用CFD-DEM耦合模拟了垂直圆管约束中的稻谷颗粒群在不同风速及谷层深度下通风阻力的变化规律。结果表明:在表观风速一定时,谷层阻力随谷层深度的增加而非线性增加(R20.99);当谷层深度一定时,谷层阻力随表观风速的变化关系可表达为二次多项式形式(R20.98);不同品种的稻谷在相同条件下谷层阻力变化趋势相同,数值不同,长粒型较短粒型谷粒通风阻力小。通过搭建试验装置,对模拟结果进行了试验验证,成对t检验(α=0.01)结果表明差异不显著,数值模拟与试验结果吻合,证明应用CFD-DEM方法数值模拟稻谷通风阻力是可行的,获得的拟合方程可用于谷仓通风阻力计算,指导就仓干燥系统管网设计及风机的选配。     

基于不同曳力模型的鼓泡流化床CFD-DEM数值模拟与试验研究

为了准确选择稠密气固两相流中的曳力模型以提高数值模拟结果的准确性,基于CFD-DEM双向耦合方法,采用现阶段气固流化床数值模拟中常用的Ergun,Wen&Yu,Syamal-O'Brien,Gidaspow,Di Felice以及Huilin&Gidaspow共6种曳力模型开展数值模拟,将其与高速摄影试验测得的床层高度...     

基于正交试验的三角环流流道灌水器数值模拟

针对目前灌水器结构形式单一的现状,构造出一种新型的三角环流灌水器.利用Pro/E软件完成灌水器造型,运用Fluent 6.3对灌水器内部流场进行了数值模拟.以三角环流灌水器流道的关键结构参数为因素,以灌水器的流态指数和流量为试验指标,对灌水器进行了正交试验设计,并应用极差与方差分析法分析了流道关键结构参数对流态指数和流量的影响度.结果表明,三角环流灌水器的流态指数的值在0.5左右,水力性能良好;流道宽度对流态指数的影响最显著,而流道深度、进口尺寸和单元高度对流态指数没有显著影响;流道深度、宽度、进口尺寸和单元高度对灌水器流量均有显著影响,且影响程度递减.通过多元线性回归分析,建立了灌水器流量和流态指数与流道结构参数之间的回归模型,可为三角环流灌水器结构设计与量化分析提供理论依据.     

油茶果和花苞脱离力试验研究

油茶果采收仍依靠人工,劳动强度大,采收效率低。为实现油茶果振动采收,设计确定合适的机械振动参数,本文利用力学仪器测量"长林"系列品种的油茶果和花苞从枝条脱离下来所受力的大小,并调查记录油茶果和花苞的基本物理特性参数。运用SPSS软件对测量数据进行分析处理,结果表明:长林3号的油茶果纵向脱离力相对其他品种较小,长林40号的油茶果横向脱离力和花苞脱离力相对其他品种较小;5个品种的油茶果的纵向脱离力均值都分别小于其横向脱离力的均值,油茶果的脱离力均大于花苞的脱离力;在采摘油茶果的过程中,油茶果的脱离位置大部分是发生在果柄与枝条之间;综合比较后提出油茶适合采用梳刷式机械采收方式。对长林40号油茶果脱离力和物理特性参数作相关性分析,结果表明油茶果直径与油茶果的重量之间存在很高的相关性,油茶果重量与油茶果的纵向脱离力在0.01水平显著相关,其相关系数为0.373,呈低度相关关系。     

扭梳式油茶果采摘末端执行器设计与试验

为了解决油茶果采摘过程中采净率低、花苞损伤率大的问题,通过研究不同品种油茶果结合力和油茶枝条特性,设计了一种扭梳式油茶果采摘末端执行器,在采摘作业时该执行器可以对油茶果产生多种作用力.阐述了该末端执行器的结构和工作原理,并对关键部件进行了设计,分析了末端执行器的作业过程和油茶果脱落的影响因素.对不同品种油茶果的结合力和...     

油茶果分层采摘机构花苞损伤有限元分析及试验

针对目前油茶果采摘机花苞损伤率高的问题，设计了一种油茶果分层采摘机构。利用Adams软件对油茶果与胶辊的接触碰撞进行仿真分析，得到油茶果的临界脱落速度为105mm/s;根据油茶花苞的生长特性，建立花苞与胶辊相互作用的有限元模型，在ANSYS Workbench软件中仿真分析了花苞与胶辊的碰撞过程。研究结果表明：在油茶果临界脱离速度条件下，花苞与胶辊发生碰撞接触后等效应力和等效应变的值随着胶辊速度和胶辊直径的增加而增加，随着胶辊间距的增加先增加后减小，且花苞均未与果柄发生分离；分层采摘机构室内试验结果与仿真结果基本吻合，研究结果可为油茶果采摘装置的设计提供参考。     

跨式油茶果收获机履带底盘行走液压系统设计与试验

跨式油茶果收获机在丘陵山地作业时需要较大的牵引力,且要求行走平稳。本文基于机液联合仿真技术对跨式油茶果收获机底盘行走液压系统进行设计,以达到动力匹配及行走性能较优的目的。在RecurDyn软件中建立了跨式收获机履带底盘虚拟样机模型,采用谐波叠加法构建了B级路面谱,仿真分析了跨式履带底盘直线行驶和差速转向的动力学特性。通过AMESim与RecurDyn软件对收获机行走系统进行机液联合仿真,研究底盘在直线行驶与差速转向工况时行走马达液压特性。研制了全液压驱动的跨式油茶果收获机,进行了地面直线行驶与差速转向测试,结果表明：底盘直线行驶偏移率为1.7%;直线行驶时,行走马达流量稳定在23 L/min,压力稳定在1.5 MPa;差速转向时,行走马达流量稳定在22 L/min,压力在2～12 MPa范围内波动,验证了跨式履带底盘行走液压系统的稳定性。     

深井离心泵数值模拟与试验

以150QJ20型深井泵为例,利用CFD软件Fluent快速准确地预测深井离心泵的性能,分别用不同网格数、不同残差收敛精度、不同湍流模型、不同流场计算方法进行了数值模拟,分析了不同设置方法对数值模拟结果的影响;对不同级数深井离心泵模型的数值模拟结果进行了讨论。在此基础上,选择出适合深井离心泵的数值模拟设置方法。将数值模拟结果与试验结果对比,分析了两者的差异,表明了利用Fluent软件预测深井离心泵性能的可行性。     

复合叶轮离心泵数值模拟正交试验设计方法

按无过载离心泵设计要求,选择对复合叶轮离心泵性能影响比较关键的叶片出口安放角β2、叶片出口宽度b2、喉部面积Ft和短叶片进口直径Di的4个参数为变化因素按正交方案设计了9台复合叶轮离心泵模型。采用Fluent全流场数值模拟方法对设计的9台模型泵进行正交试验,得到了各几何参数对复合叶轮离心泵各性能指标影响的主次顺序,并得出模型泵的最优设计方案。对最优设计方案的样机试验表明,全流场数值模拟方法的选优结果在实现无过载的同时,保持了较高效率,达到了试验目的。研究结果验证了全流场数值模拟正交试验选优的可行性。     

基于CFD-DEM的机采鲜叶管道集叶过程数值模拟研究

为揭示乘坐式采茶机的集叶管道内部气流特性,利用计算流体力学（CFD）和离散单元法（DEM）对管道内气固两相流动进行数值模拟。通过多球面聚合法建立机采鲜叶数值计算模型,在分析鲜叶颗粒运动规律基础上,分别对其不同进口风速、鲜叶颗粒尺寸、弯管结构进行模拟分析。研究结果表明,数值模型可预测集叶管道的集叶效果以及最佳风速;在最佳进口风速范围内,鲜叶颗粒越大,管道内的剩余颗粒越多,容易产生沉积;鲜叶颗粒流在穿过竖直管道到弯管时形成一束弯管流曲线,且弯管结构对鲜叶颗粒运动有一定影响,流场平均速度呈先降低后升高的变化规律。选用一个弯管半径为0.04m圆角弯管作为集叶弯管结构,同时减少横向管道长度,选择内侧长度为0.03m竖直管,避免鲜叶颗粒由重力作用导致的沉积,保证集叶顺畅性。数学模型仿真与试验结果表明：减少横直管长度,采用圆角弯管与适合的竖直管长度的集叶管道,穿透率不小于86.8%,满足集叶要求。本文提出的鲜叶颗粒建模方法,用于集叶管道与鲜叶流相互作用的离散元仿真分析及管道结构优化。该研究可为集叶管道其他工作参数优化提供参考。     

基于CFD-DEM的收获机分离室内谷物运动模拟与试验

采用计算流体力学与离散元耦合的方法对割前摘脱稻麦联合收获机惯性分离室内谷物的运动进行数值模拟。仿真结果表明:籽粒和短茎秆在气流作用下能够实现分离,分离室入口气体速度增加,有助于提高分离室初清选谷物的性能,但入口气体速度增加使得分离室后部气体湍流现象加重,且能耗也随之增加;不饱满籽粒能在分离室内实现沉降。对仿真结果进行了试验验证,结果表明利用CFD-DEM对分离室内谷物运动进行数值模拟是可行的。     

潮土盐碱阳离子等温平衡吸附的数值模拟

采用4种常见的盐碱阳离子(Na+、K+、Ca2+、Mg2+)在潮土中进行等温静态批量平衡吸附实验,利用常见的4种平衡吸附方程分别进行拟合,进而得到各盐碱离子在土壤中的最佳等温吸附平衡方程,为预测黄淮海冲积平原地区盐碱离子的行为以及防止盐碱对该地区的威胁提供理论上的依据和指导。     

雪莲果吸附等温线及热力学性质研究

采用静态称量法研究了雪莲果(包括纯雪莲果粉(YP)和按总固形物含量比例为1∶1添加麦芽糊精(MD)的雪莲果粉(YP-MD))在温度15、25、35℃时的吸附等温线;采用7种常用数学模型拟合试验数据,得到用于描述雪莲果吸附特性的最适模型;探讨了雪莲果的热力学性质(如净等量吸附热、微分熵、熵焓互补和扩张压力)及添加MD对雪莲果水分吸附特性和热力学性质的影响。结果表明,雪莲果水分吸附特性为Ⅲ型等温线,GAB模型为描述雪莲果水分吸附特性的最适模型。YP和YP-MD的平衡含水率随着水分活度a w的增加而增加。添加MD降低了雪莲果的单分子含水率M0。温度15~35℃时,YP和YP-MD的M0范围分别为15.04%~9.04%和8.80%~5.91%。雪莲果的净等量吸附热q st和微分熵S d随着含水率的增加而降低,YP和YP-MD的含水率由6.33%增加至75.29%时,其q st分别由67.44 kJ/mol和66.17 kJ/mol降低至62.23 kJ/mol和62.12 kJ/mol,YP的S d总高于YP-MD。雪莲果的扩张压力随着a w的增加而升高,随着温度的升高而降低;而在相同a w和温度下,YP的扩张压力总高于YP-MD。YP和YP-MD的水分吸附过程均为熵驱动。     

基于双摆模型的油茶果冠层振动参数优化与试验

为研究振动参数对油茶果采摘的影响,本文建立了油茶“果实-枝条”双摆动力学模型,通过求解动力学模型得出系统固有频率为0.42、7.18Hz;根据对油茶果实和花苞受力分析,得出油茶果实和花苞振动脱落所需的平均加速度分别为427.15、1.936m/s2;利用ADAMS动力学仿真软件对油茶果冠层振动采摘进行了仿真试验,利用Design-Expert 11.0.4软件对试验数据进行分析和优化并进行田间试验验证,理论优化结果为振动时间8.09s、振动频率8.15Hz、振幅50mm时,油茶果实采收率为93.41%,油茶花苞损伤率为14.10%。田间试验结果表明,针对湘林210品种油茶树,当冠层振动时间8s、振动频率8Hz、振幅50mm时,油茶果实采收率和花苞损伤率平均值分别为92.37%、14.38%,与理论优化值的差值分别为1.04、0.28个百分点。     

基于STAR-CCM的拖拉机进气系统阻力数值模拟与试验

进气系统主要功用是供给发动机足够的清洁空气,其系统阻力直接影响进气量,进而影响发动机燃烧性能。文中以某拖拉机进气系统为研究对象,利用STAR-CCM软件对其流阻特性进行数值模拟。通过进气系统台架测试各测点静压值,与仿真静压值进行对标,其最大偏差为8.4%,验证了所建立的进气系统流阻仿真方法的准确性。研究结果可助力解决进气管路最小边界设计和空滤器降阻优化等问题,降低试验成本,缩短产品开发周期。