宽适应高效环保清淤清浮疏浚机器装置设计

针对国内清淤机器自平衡结构缺失带来的行进平稳性差、清淤清浮无法实现一体化、清淤过程造成二次污染扩散、清淤深度不精确等问题,设计了一种宽适应高效环保清淤清浮疏浚机器装置,研究环保清淤疏浚机器人机身驱动结构、清除机构、输送机构等关键部件的工作特性,突破关键核心技术、提高关键零部件性能。     

喷口形状对喷水推进器性能的影响

为探究不同喷口形状的喷水推进器推进性能,以一台轴流式喷水推进器为研究对象,应用计算流体力学的方法针对3种不同形状(平面形、凸面形和凹面形)喷口的喷水推进器进行定常数值模拟,对比分析额定转速与高转速时其不同形状喷口内部流动特征和喷水推进器推力性能,从而寻找最优推力性能的喷口形状.计算结果表明:叶轮转速在不断变化时,平面形喷口的推力性能始终大于另外2种形状喷口的喷水推进器性能;在高于额定转速时,空化发生会影响叶轮做功能力,从而降低喷水推进器推力性能;在额定转速时,平面形和凹面形喷口推力性能较好,但平面形喷口最高轴向速度分布较多;高转速时,平面形喷口受空化影响最小,能够持续提供稳定的动力.研究结果揭示了不同喷口形状对不同转速下喷水推进器的适用性以及喷水推进效能,可为喷水推进器性能优化及设计提供一定的理论依据.     

水面矢量推进器仿生设计与试验

以蛇怪蜥蜴为仿生对象,基于蛇怪蜥蜴股骨旋转带动两脚踏水的高速运动行为,设计了水面仿生矢量推进器,增加了驱动力输出维数,实现了可控的托举力、推进力和转矩输出。结合RNG k-ε湍流方程和PISO算法,构建推进器的流体动力学模型,获得了叶片径向和轴向的最优设计形状,推导了驱动力与叶片长度和宽度的数学函数。最后,搭建矢量推进器试验系统,验证了数值计算模型的正确性;进行两栖车辆样机试验,矢量推进器驱动车体实现了10.6°仰角状态的滑水航行,为水面装置减阻提速提供了一种新思路。     

喷水推进器全流道空化流动数值模拟

为了研究对旋轴流式喷水推进器内部空化特性,基于ANSYS-CFX软件,利用SST k-ω湍流模型和Zwart空化模型,对不同转速以及设计航速条件下喷水推进器进行全流域空化数值计算,得到了喷水推进器两级叶轮叶片以及叶轮流道内空泡体积分数分布情况.结果表明:在喷水推进器首级叶轮吸力面轮缘处最先发生空化,随着转速的增加,空泡不断地向叶轮轮毂处蔓延,并且体积分数逐渐增加;由于非均匀进流的影响,次级叶轮吸力面进口至出口中部低压区开始出现空泡;且受流动传递性的影响,次级叶轮处在靠近水平面下半叶轮通道内的叶片空化更为严重;在不同的NPSHr下,由于首级叶轮的预压,次级叶轮压力面一直没有空泡附着,表明对旋轴流式喷水推进器具有良好的抗空化性能.     

不同航速下喷水推进器压力脉动分析

为了了解喷水推进器内部压力脉动特性,以对旋轴流式喷水推进器为研究对象,基于计算流体动力学CFD方法,采用雷诺时均法并引入SST k-ω 湍流模型使方程封闭,对喷水推进器进行设计工况下的非定常数值模拟.经网格无关性检验后,计算得到的推进器功率与扬程的设计值基本一致.在喷水推进器进水流道与首级叶轮之间、两级叶轮间隙之间、次级叶轮与导叶间设置监测点,监测不同位置的压力脉动数据,得到各监测点的时域图和频域图,并对各监测点的压力脉动特性进行对比分析.以设计工况下的喷水推进器相同位置处压力脉动作为参照,对比分析了不同航速下推进器各监测点处脉动分布情况.结果表明:推进器首级叶轮对其进口处压力脉动作用较大,次级叶轮对两级叶轮间隙处脉动影响较大;在低航速下,导叶对次级叶轮出口处脉动影响较大;沿轴线方向,喷水推进器两级叶轮间隙处脉动的幅值最大,在高航速下,次级叶轮出口处脉动幅值增大且变化剧烈.     

无轴式喷水推进泵的水动力特性

为提高现有SDPM-450型喷水推进泵的水动力特性,提出了无轴式喷水推进泵的理念.采用齿轮轮缘驱动结构代替原有的皮带轮--驱动轴传动结构,避免了驱动轴对泵进流场的扰动作用.应用商业CFD软件分别对无轴式喷水推进泵和原模型进行三维建模和数值计算,围绕理论、内部流动和推进性能3个方面进行水动力特性研究.对比分析表明:驱动轴的摒弃降低了进水流道的损失系数和伴流系数,减小了不均匀进流对喷水推进泵速度场的扰动,进而加强了喷水推进泵的过流能力和做功能力;无轴式结构增强了喷水推进器的推进性能,在高航速区间内尤为明显,推力增大了20%,推进效率提高了15%;高效区间向高航速方向延伸,船舶的航行范围得以拓宽,平均增幅为3~5节.因此,无轴式喷水推进器结构上具有可行性,水动力特性上具有优越性,该研究为喷水推进装置的未来发展提供了一个方向.     

南疆地区防渗渠清淤机器人的设计

通过采样南疆地区防渗渠的淤泥样本,搭建清淤装置试验平台,寻找清淤装置的最优结构和最佳动力学参数,结合实际工况,建立了基于南疆地区防渗清淤机器人整机设计方案与动力学模型,对该机器人进行了机械臂的轨迹规划和优化.该清淤机器人设有滚筒刷,可以实现对防渗渠底部以及侧边的清淤功能,在滚筒刷顶部设置有传感器系统,传感器检测清淤装置...     

船用喷水推进器内部流动特性分析

为了解航速对船用喷水推进器内部流动特性的影响,以轴流式喷水推进器为研究对象,基于ANSYS-CFX软件,采用N-S基本方程和标准k-ε湍流模型,对以额定转速5500 r/min以及不同航速条件下的喷水推进器进行全流域定常数值模拟,得到了不同航速下喷水推进器叶轮叶片在不同切面上的压力载荷情况,各个过流部件上的湍动能变化规...     

河道清淤方量测、算方法应用分析

疏浚河道,是生态环境治理、防洪排涝有效手段。清淤方量测、算数据是工程招投标、施工预决算的重要依据。河道清淤测、算方法多样,各具技术特点,作业效率和成本投入迥异。以杭州市某年河道清淤工程为例,列举不同的外业数据采集模式和内业数据处理方法,对比测、算结果,进行适用性和差异性分析。结果表明,根据河道周边环境和历史数据,选择适用的清淤方量测、算方法,能够及时提供可靠测绘成果,满足清淤工程规划设计和施工需要,助力城市河道综合整治。对河道清淤方量测、算方法进行分析研究,具有工程应用意义。     

轴流式脱粒-清选装置试验台的设计

针对全喂入联合收获机田间试验费时、费工,诸多参数无法调整,数据获取困难、精度不高,可重复性较差等问题,设计了轴流式脱粒-清选室内试验台。机械系统采用可组合的模块化结构,工作部件更换和运动参数调整方便,设计了分析脱出物、清选后籽粒的空间分布的接粮箱。以PLC作为硬件控制系统的核心,采用虚拟仪器技术构建的测控软件系统,可方便实现对工作部件的转速、振幅、频率、扭矩、功率等参数进行实时采集、显示、处理与分析,为轴流式脱粒-清选装置的设计提供试验依据。     

拖拉机自动导航摩擦轮式转向驱动系统设计与试验

针对农机导航系统中使用传统拖拉机前轮转向驱动子系统机构复杂、装卸不便等问题,设计了一种摩擦轮式转向驱动系统。摩擦轮式转向驱动系统主要由驱动装置和相匹配的自适应模糊转向控制器组成。驱动装置采用平行四连杆机构以实现工作模式的快速切换,使用夹持固定方式实现便捷装卸。搭建了试验台架以获取摩擦轮驱动装置的滑移特性数据。同时设计适用于该驱动装置的自适应模糊转向控制器,基于液压系统离散传递函数和滑移特性数据建立了驱动系统递推仿真模型,采用该仿真模型构建遗传算法参数优化器对控制器参数进行在线优化。进行了仿真模型验证试验、遗传算法参数优化器性能对比试验和驱动系统性能试验,结果表明:仿真模型与实际系统基本一致;经过遗传算法参数优化后控制器阶跃响应上升时间减少15%,稳态误差达到3%标准所需调节时间减少29%,消除了振荡现象;所设计驱动系统的20°阶跃响应平均绝对稳态误差为0.197°,平均上升时间为2.0 s,稳态误差达到3%标准的平均调节时间为2.4 s,拖拉机前轮控制效果良好。应用试验表明驱动系统能基本满足拖拉机配套2BFQ-6型油菜精量联合直播机机组自动导航作业要求。     

简析小型河道清淤机具的选型

本文分析了平原水网地区农村河道的特点及淤积规律,提出了研究开发小型清淤机具的选型原则。通过上海郊区近几年发展疏浚机械实例的论证,指出了目前国内可供选择的主要机型及尚需改进的意见,可供研究、生产、引用小型清淤机具时参考。     

浅谈9JFN-1.6型牛粪捡拾机动力选择

通过对9JFN-1.6型牛粪捡拾机研究设计和生产试验,发现螺旋推进器机构和输送带机构与机车前进同时启动动力消耗过大,如果动力计算不准确,极易造成螺旋推推进器驱动轴破损、螺旋挤压叶片变形或者机车无法正常工作,严重影响整机生产效率。     

水射流强化疏浚用气力泵提升性能的试验研究

为有效消除底泥对水库的淤积影响，避免底泥对水体的二次污染，创新一种螺旋气力泵新型结构，提出脉冲水射流与气力泵一体化清淤新思路，以提高清淤气力泵提升性能。研究不同喷嘴数量、分布方式对气力泵疏浚特性的影响，并将研制的样机用于工程实践。结果表明：水射流喷嘴的引入对气力泵系统扬水量JL影响较小，却可极大的提高扬固量JS；喷嘴可起到解除底部压持效应之功效，使得底部流场脉动，固体表观流速得到大幅提升，使得颗粒易于启动；喷嘴需采用非均匀分布方式，但不能过分“偏心”，不然易引起动压持效应，致使气力提升性能降低；浸入率γ对气力泵疏浚性能影响较大，随着浸入率γ的增大，扬水量JL和扬固量JS均有较大提升，尤其是扬固量峰值相比无喷嘴工况提高了10倍之多。实验室和工程现场试验均验证了气力泵浸入率越大，疏浚效率越高，特别适用于深水疏浚的结论，与理论一致。     

基于CAD的驱动圆盘犁尾轮装置的设计

在常规驱动圆盘犁设备的基础上,对其进行改装设计,以适应不同环境下的耕作要求。以驱动圆盘犁尾轮装置为研究对象,利用CAD软件,首先分析了圆盘犁尾轮受力情况,然后对尾轮上下调节装置、连接架、左右二级可调及尾轮轴体等零部件进行改进设计。试验结果表明:驱动圆盘犁尾轮装置稳定性和牢固性较强,符合设计标准,可为驱动圆盘犁的设计提供参考。     

全液压山地手扶式苜蓿刈割压扁机设计与试验

为适应我国山坡、丘陵地带苜蓿收获特殊需求,提高苜蓿收获机械作业操作灵活性和安全性,提出了一款山地手扶式苜蓿刈割压扁机。该机采用全液压驱动,整机液压系统由行走驱动回路、工作装置升降控制回路及工作装置驱动回路3部分组成,可实现自走、工作装置升降和刈割压扁作业;工作装置升降机构采用平行四连杆机构,以保证工作装置升降过程中割刀刀盘倾角不变。同时,进行了样机试制与田间性能试验,试验表明:整机能够有效地实现苜蓿的刈割、压扁作业,爬坡度可达30%,行驶速度可达5km/h,能够实现单边制动转向及原地转向等功能,满足山坡、丘陵地带苜蓿收获的需求。     

窄巷小院车库改造辅助移车装置设计研究

随着家用车辆的普及,城乡居民小区"停车难"问题日益突出。基于此,本装置在现有多种小区停车解决方案基础上,专门针对居民小区"窄巷小院车库改造停车难"问题而研制,属国内首创。装置改变了传统车架结构,设计为可拆装"井"字架式橫向移车平台,双直流电机驱动,履带式或双轮式运动,可托举车辆横向由巷道进出车库,并可原地掉头;装置采用继电器电气控制和AVR单片机智能控制两种方式,具备多种安全避障与语音报警功能,造价成本低,使用便捷,多种模式供用户订制,已获国家专利授权,推广应用前景广阔。     

全履带模块化无人农用动力底盘设计与仿真

针对丘陵山地等非结构化路面和复杂多样的作物生长环境,为了提高丘陵山地农业机械化率,在传统铰接式山地拖拉机传动系的设计基础上,设计了一款全履带模块化无人农用动力底盘;同时为改善农机的通过性和稳定性,设计了全履带车辆行走系统,并结合无人农用动力底盘的整体搭建,对履带行动装置基架与主动轮支撑件进行结构设计与拓扑优化分析;为提高整机使用率设计了前置农具挂载模块的快接装置和带PTO三点悬挂装置,通过更换不同机具可实现不同作业;为改善机动性,对无人农用动力底盘转向装置进行了设计,通过电机补偿动力差速转向,可实现驱动底盘的原地转向;最后对整机实现了数字化自动化改造,为将来的智能化制造奠定技术基础。     

喷水推进器最佳工况

为解决喷水推进器传统设计方法中目标求解设计参数在实际工作中与理论最佳工况点存在偏差,导致相应喷水推进器效率普遍偏低的问题,文中选取SDPM-450喷水推进器为研究对象,以最高喷水推进效率为目标,围绕喷水推进器最佳工况点展开效率分析,进而优化参数选取办法.首先,基于极值理论推导了喷水推进器最佳工况点的充要条件,即航速比数值上等于2倍的伴流系数;其次,运用数值仿真中的UDS反向追踪法验证了理论推导的正确性,偏差分析后确立了最终判别式为K=2εα;最后,基于判别式优化设计参数选取办法,提出了以喷嘴直径和伴流系数为基础变量的参数求解方程组,为喷水推进器的高效设计奠定基础.     

基于Petri网模型的收获机轴流式脱分选装置参数化设计

为实现设计的快速化和规范化,进行了基于喂入量变化的联合收获机轴流式脱分选装置的参数化设计研究。通过建立喂入量与相关设计参数的数学模型,获得可用于参数化设计的各个参数。在分析参数之间层次关系和依赖关系的基础上,利用Petri网模型、通过参数传递构建了简化设计的计算机模型并开发了设计平台。应用结果表明:当在程序界面中输入喂入量并选择相关数据后,能自动生成各种所需的结构参数(栅格式凹板包围面积、清选筛面积、脱粒滚筒齿数)以及工作参数(风量、功率);将某部件所得结构参数输入UG环境平台,可获得该部件的三维设计图样。经与现有成熟机型脱分选装置结构参数和工作参数比较可知,计算机模型生成的设计参数和工作参数规范,获得的三维图样符合设计要求。参数化设计平台不但可以进行脱分选装置的规范化设计、提高设计效率,还可以快速判别、修正现有机型脱分选装置的设计参数。