果蔬采摘机械臂结构设计与性能测试

针对作业空间较小的大棚果蔬采摘环境,研制了串联式4自由度关节型果蔬采摘机械臂。采用SolidWorks建立了机械臂的3维模型,在拉格朗日法建立动力学分析模型的基础上,利用ANSYS和ADAMS分析软件,对机械臂进行静态结构分析和运动学、动力学仿真分析。静力学仿真结果表明,机械臂的最大应力为8.181 8 MPa,最大形变为0.000 329 11 m,结构设计合理,强度符合要求;运动学仿真结果表明,机械臂可以精确到达目标位置,运动过程平稳;动力学仿真结果表明,各关节的最大力矩均在安全合理的范围。为进一步验证设计的合理性,对研制的果蔬采摘机械臂进行了性能测试,结果表明机械臂定位精度最大误差±2.5 mm,平均误差±1.1 mm,带载能力3 kg,机械臂运动平稳,可以满足果蔬采摘作业要求。      

草浆黑液半焦直接苛化水蒸气气化特性研究

采用管式炉在750~900℃内进行了草浆黑液半焦水蒸气气化实验,考察了温度、苛化剂TiO2对气体产物及固体产物的影响;采用热重分析仪在850℃下进行了半焦的水蒸气气化实验,探究了TiO2对半焦热失重特性的影响。结果表明:在750~900℃内,TiO2的添加使得气体产物中CO2增加约5%、H2减少约5%,碳转化率上升约10%,产气热值下降约7%;TiO2可避免气化过程中熔融物的生成;随着温度的升高,固体产物中无机盐的种类未发生变化;TiO2与半焦中的Na2CO3反应生成Na2O·nTiO2,与Na2SiO3结合生成Na2TiSiO5,改变了元素Na与Si的存在形态。     

滴灌加工番茄叶面积、干物质生产与积累模拟模型

以生理发育时间为时间尺度,建立了基于生理发育时间(PDT)的加工番茄叶面积指数(LAI)、比叶面积(SLA)模拟模型,并将叶面积指数模型与基于生理生态过程的光合作用和干物质生产模型相结合,构建了滴灌加工番茄干物质生产与积累的模拟模型。结果表明:PDT法对加工番茄叶面积指数(LAI)与1∶1直线间的决定系数R2、根均方差(RMSE)和模型效率指数(ME)分别为0.926 5、12.87%、0.972 4;SLA法模拟叶面积指数的预测结果与1∶1直线间的R2、RMSE和ME分别为0.675 8、42.24%、0.712 4。本模型对加工番茄地上部干物质量的预测结果与1∶1直线间的R2、RMSE和ME分别为0.990 3、11.91%、0.990 1;而SLA法对加工番茄地上部干物质量的预测结果与1∶1直线间的R2、RMSE和ME分别为0.895 6、31.29%、0.750 4。与SLA法相比,PDT法在改善加工番茄叶面积指数预测精度的同时亦提高了干物质量的预测精度。     

基于产品族的核心模块演进分析与评价方法

针对产品族设计中核心模块演进问题,研究了产品族核心模块演进规律与演进过程评价,提出了一种模块演进规律分析与评价方法。该方法研究了客户需求与产品核心模块设计之间的关系,并在现有产品核心模块基础上,进一步对模块部件的标准化、继承性等指标进行了分析;在需求分析过程中,建立了一种基于贝叶斯网络的核心模块演进分析模型,利用历史数据对该模型进行了训练,将客户需求作为证据对该模型进行推理,进而得出核心模块在设计与工艺方面的改变规律;在演进规律分析基础上,对现有核心模块部件设计参数、标准部件重用度进行了分析,获得了核心模块演进过程综合评价值。最后,用小型轮式装载机后车架模块的演进过程验证了该方法的可行性和正确性。     

S形贯流泵装置多工况过流部件水力性能分析

为深入研究S形轴伸贯流泵装置过流部件的水力性能,采用CFD技术对泵装置进行了多工况全流道的数值计算,分析了泵装置各过流部件的水力性能,重点阐述了3种特征工况(小流量工况KQ=0.368、最优工况KQ=0.490、大流量工况KQ=0.613)时转轮叶片表面的静压分布、摩擦力线、各轴向弦长位置的轴向速度分布以及导叶体内部流态和回收环量效果。结果表明:在轮缘侧的叶片压力面静压值较大,在轮毂侧的叶片吸力面的静压值较大,轮缘侧较小,且随着展向位置Span值的增大,压力面与吸力面的压差呈现出逐渐递增趋势。在最优工况时,从导叶体进口至出口,导叶体的静压值逐渐增大。随流量的减小,导叶体的回收环量比CH先减小后增大。在最优工况KQ=0.490时,回收环量比CH最小,其值仅为0.031。针对该泵装置进行了同尺寸的物理模型试验,获得了泵装置的综合特性曲线,在叶片安放角-2°时,新型S形轴伸贯流泵装置的最高效率达83.55%,此时流量系数KQ=0.443,扬程系数KH=0.828。通过物理模型试验结果对泵装置外特性预测结果进行了验证,对比分析结果表明数值模拟是可信的。     

玉米根茬根土分离装置

设计了一种玉米根茬根土分离装置,该装置主要以双辊碾压脱土机构和双组柔性连接飞锤击打脱土机构的联合作用,对玉米根土复合体施以碾压、揉搓、击打和撞击等多种方式进行脱土作业。试验结果表明,在土壤质地为中壤土,土壤含水率为15%~20%的情况下,该装置平均根土脱净率为98.12%,平均根茬损失率为0.92%,平均生产率为2.43 t/h,实现了根茬与土壤的有效分离。     

冷藏运输厢内流场和温度场协同控制

基于杨梅多孔介质特征推导热传导平衡方程,在冷藏车厢物理模型中分析了流场的流动特性,得到了车厢内各横、纵截面的流场和温度场的分布状况。采用协同控制车门右侧顶部隔热气帘风机,使其风向垂直于等温线方向间歇性定速运行,实车温度数据采集显示横截面最高温度由3.8℃降至1.67℃,在沿长度方向截面3层中温度标准差最大值为0.387。结果表明,仅调节冷风机转速无法有效改善温度均匀分布,根据等温线梯度方向和流线切线夹角开启隔热气帘风机协同调节风向,能够有效改善温度场均匀性分布程度。     

基于分数阶微积分的汽车空气悬架半主动控制

为研究分数阶微积分在汽车空气悬架半主动控制中的应用效果,建立了4自由度半主动空气悬架非线性动力学模型。采用改进的Oustaloup滤波器算法来模拟分数阶微积分,进而建立分数阶天棚阻尼半主动悬架的仿真模型,将仿真结果与被动悬架和整数阶天棚阻尼半主动悬架进行对比分析。分析结果表明:当汽车以20 m/s的速度行驶在B级路面时,与被动悬架相比,整数阶和分数阶天棚阻尼半主动悬架的车身垂向加权加速度均方根值分别减小了31.9%和43.9%,车身俯仰角加速度均方根值分别减小了23.1%和30.7%;基于分数阶微积分的天棚阻尼控制策略能更有效地抑制车身共振,改善乘坐舒适性。     

轴流泵叶片多学科设计优化

在对水力性能和结构分别进行学科分析的基础上,通过2个学科的耦合关系,建立了轴流泵叶片多学科设计优化的数学模型。采用协同优化算法,实现了同时满足叶轮效率最高和叶片质量最轻的优化目标。优化结果表明,多学科设计优化提高了轴流泵叶片的综合性能,可有效兼顾高效、轻量化的要求。水泵叶片多学科设计优化模型的协同优化算法高效、可行。     

醇类燃料发动机排气管保温降低醇醛排放研究

通过对发动机排气管隔热保温,在JL368Q3型电喷汽油机上开展了醇类燃料发动机排气管保温降低醇醛排放的研究,采用气相色谱-氦离子化检测器(PDHID)快速检测方法检测发动机的醇醛排放。结果表明:与排气管保温前相比,排气管保温后醇排放降低,低负荷工况下(Tc850 K)醛排放变化不大,中高负荷工况下(Tc≥850 K)醛排放降低,醇醛排放降幅随排气温度升高而变大。排气管保温延长了排气在高温下的反应时间,有利于未燃醇、醛的快速氧化,转速为4 000 r/min、负荷高于21 N·m时(Tc≥900 K),排气管保温后未燃醇、醛排放降低70%以上。排气温度和高温下的氧化反应时间对醇醛的氧化影响较大。