行间耕播机弹性可覆土镇压轮性能有限元仿真分析及试验

为提高播种机的播种及镇压性能,解决播种作业中覆土后即时镇压的难题,结合橡胶类材料的变形理论与轮胎力学的研究基础,建立基于种沟沟型的理论模型,并设计出一种具有覆土功能的弹性镇压轮,镇压轮横截面由顶端连通的两个腔室组成,通过镇压轮侧缘与种沟接触产生的挤压力以同时实现覆土和镇压作业。利用ABAQUS软件对镇压轮进行有限元仿真分析,考察其覆土及镇压性能,通过有限元仿真分析证实该模型可行有效。通过与双圆盘覆土器和传统橡胶镇压轮的田间对比试验测得,该文所设计的弹性可覆土镇压轮作业后种子平均覆土深度为34 mm,变异系数为15.68%,镇压后种子上方距离地表5 cm的土壤紧实度为33.5 k Pa,变异系数为13.97%,应用双圆盘覆土器和传统橡胶镇压轮作业后种子平均覆土深度为35.3 mm,变异系数为17.51%,镇压后种子上方距离地表5 cm的土壤紧实度为26.5 k Pa,变异系数为15.32%,田间对比试验证实弹性可覆土镇压轮和双圆盘覆土器均可满足玉米播种作业对覆土深度的要求,但弹性可覆土镇压轮对土壤的镇压强度大于传统橡胶镇压轮,同时由覆土深度变异系数和镇压强度变异系数可以看出,弹性可覆土镇压轮在作业过程中的覆土深度稳定性和镇压强度稳定性均优于双圆盘覆土器和传统橡胶镇压轮。     

虾夷扇贝捕捞网具的改进及应用效果

该文针对目前扇贝捕捞网具捕捞效率低及耗能大等问题,通过对獐子岛集团股份有限公司3 a龄虾夷扇贝(Patinopecten yessoensis)底播养殖海域海底状况与网具捕捞效果的调研,提出了虾夷扇贝捕捞网具的改进措施,并在辽长渔养15021号扇贝采捕船上进行了2个阶段海上生产对比试验,得出以下结论：第一阶段在原生产网具的基础上,安装扭簧式弹性拨贝齿及增大网目等措施,在拖网航速为4kn时,改造后网具单网平均捕捞量较生产网具提高了36.5%,扇贝破损量降低了49.4%,泥沙量降低了21.9%,单位捕捞耗油量降低了27.8%。第二阶段改造网具在第一阶段的基础上,增大网口扫海面积,并且将网身改为"宽口窄尾"结构,添加一道网口链及辅网衣,并加装主网拐雪橇板、拐前拨贝齿及网底托架小车,在拖网航速为4kn时,单网捕捞量较第一阶段改造网具提高了102%,扇贝碎贝量降低了161%,泥沙量降低了209%,单位捕捞耗油量降低了24.6%;而较原生产网具单网平均捕捞量提高了200%,扇贝破损量降低了236%,泥沙量降低了296%,单位捕捞耗油量降低了45.6%。由此说明新型虾夷扇贝捕捞网具具有高效、节能和低生态等特点,推广应用前景广阔。     

基于本构模型的颗粒饲料成型特性研究

为研究饲料原料挤压成型特性,构建了非线性黏弹塑性颗粒饲料成型本构模型,针对主要饲料原料小麦,通过分析成型试验因素对其本构模型系数及其表征的流变学特性的影响,研究物料特性、加工参数等对小麦原料成型特性的影响规律,并分析了模型系数与颗粒成型质量的相关性关系。黏弹塑性本构模型由牛顿黏滞体(Newton viscous dashpot element)、应变硬化弹簧元件(strain hardening spring element)和库伦摩擦元件(Coulomb friction element)构成,基于小麦原料的实际成型试验完成模型构建;模型验证结果显示:数值结果中各应力区间模型决定系数R2在0.99以上,模型值与试验值较为吻合,相对误差总平均值为3.378%,并通过χ2检验进一步证明模型有效性;应用本构模型对小麦原料成型特性的分析结果显示,表征其流变学特性的模型系数表现出明显的应力函数规律,黏性系数绝对值随着挤压过程的进行逐渐减小,弹性模量值逐渐增大,集成塑性系数值则表现为先增后降,而各成型试验因素对模型系数产生了显著规律性影响,与宏观试验现象比较吻合;通过Pearson相关性分析可知颗粒成型密度、颗粒成型率、颗粒成型硬度等成型质量指标分别与黏性系数、塑性模量与弹性模量间达到了最高的相关系数,数值皆在0.80以上且为极显著相关性水平(P0.001),为基于本构模型对颗粒成型质量进行分析和控制提供依据。研究结果为颗粒饲料挤压成型特性研究提供了一种新方法和新角度,也为颗粒饲料的高效低耗生产和产品质量的改善提供基础数据和理论参考。     

下辽河平原典型地域耕地系统弹性时空分异特征

科学准确地刻画耕地系统弹性时空分异格局是制定耕地保护差别化管理制度的基本前提。为此,该研究以下辽河平原典型地域沈阳市为研究区,基于社会生态系统弹性思维的抵抗力-适应力-转型力视角,重构耕地系统弹性的科学内涵,探讨2009—2018年研究区耕地系统弹性时空分异特征及影响因素。结果表明:1)耕地系统弹性是由耕地系统的抵抗力、适应力和转型力共同作用的结果,分别发挥维持现状、治理弹性和优化弹性的作用;2)2013年为研究区耕地生产力发生突变的时间节点,突变后期研究区整体和各区县的耕地系统弹性均显著减弱,耕地系统适应力减弱是耕地系统弹性减弱的主要因素,其次为转型力和抵抗力;3)突变前后研究区耕地系统弹性整体均呈现出中部高,西北部低的空间分布格局,高高型集聚的耕地向西部和北部迁移,低低型集聚的耕地集中于南部;4)耕地系统弹性变化同时受人类活动和自然禀赋综合影响,农业建设活动和自然条件分别是研究区中南部和西北部的耕地系统弹性空间分异的主要原因。研究表明阐明耕地系统抵抗力、适应力和转型力之间的作用关系可为刻画耕地系统弹性的时空分异格局提供有效途径,据此构建差别化的耕地保护制度体系,为实现下辽河平原农业...     

油菜籽粒点面接触碰撞中恢复系数的测定及分析

为建立油菜籽粒与播种、收获等机具相关重要工作部件间发生碰撞时的碰撞模型,该文基于运动学方程构造了油菜籽粒恢复系数的测定装置,并针对油菜籽粒的弹性特性进行了试验测定和分析。针对华双4号油菜品种,采用L8(41×24)混合正交试验方案研究了碰撞材料、碰撞材料厚度、自由下落高度和含水率等因素对油菜籽粒恢复系数的影响,然后针对碰撞材料、下落高度和碰撞材料厚度等重要因素进行了单因素试验,并进一步获得下落高度和碰撞材料厚度2个因素对恢复系数的影响规律及回归方程。试验结果表明,影响油菜籽粒恢复系数的因素主次顺序为:碰撞材料、自由下落高度、碰撞材料厚度和含水率。油菜籽粒与Q235、铝合金、有机玻璃、橡胶等碰撞材料之间恢复系数依次减小,并且随着下落高度的增加而减小,随着碰撞材料厚度的增加而增大。在碰撞材料为厚1 mm的Q235和籽粒含水率8.06%条件下,恢复系数随下落高度变化的回归方程决定系数R2=0.9979;在碰撞材料为Q235、籽粒含水率8.06%和下落高度420 mm条件下,恢复系数随材料厚度变化的回归方程决定系数R2=0.9872。该文结果可为油菜精密播种及高性能收获机具中相关工作部件的设计提供依据。     

甘蔗叶鞘剥离过程弹性齿运动分析与试验

通过对弹性齿运动状态的分析阐述了弹性齿在叶鞘撕裂和剥离过程中的作用机理,采用ADAMS软件对弹性齿与甘蔗茎秆的接触过程进行仿真分析,确定剥叶滚筒中心距及弹性齿与甘蔗茎秆之间的相对速度变化对叶鞘撕裂和剥离产生的影响。利用物理样机进行剥叶滚筒中心距单因素试验和剥叶滚筒转速单因素试验对运动分析结果进行验证,并通过高速摄影对仿真的结果进行验证。结果表明,剥叶滚筒中心距为310 mm,弹性齿与甘蔗茎秆接触时刻,y轴方向的线速度差为3.91~5.87 m/s时,弹性齿可沿茎秆表面向下滑动,有利于叶鞘沿着纤维方向撕裂,x轴方向的线速度差为4.61~7.54 m/s时,弹性齿在甘蔗轴线方向可以持续滑动,有利于对叶鞘造成刮擦脱离,综合剥叶效果为含杂率低于7%、茎秆折断率低于15%。弹性齿与茎秆分离时刻,由于弹性恢复产生线速度突变,相对速度差增大4~5倍,有利于将叶鞘从茎秆上撕扯脱落。     

仿形弹性镇压辊设计与试验

针对保护性耕作条件下与大豆耕播机配套的镇压辊压实土壤不均匀、相关耕播机具纵向尺寸过长的问题,设计了一种仿形弹性镇压辊,采用弹性辐条结构,通过理论分析确定了镇压辊的主要结构参数:直径D=450 mm,宽度B=210 mm,弹性辐条数量n=12。利用ADAMS软件对镇压辊进行运动仿真,同时进行土槽试验,采用L9(34)正交试验,在土壤干基含水率为20%时,考察了仿形弹性镇压辊的弹簧刚度k、载荷F、作业速度v和土壤坚实度P对其镇压力波动的影响。通过ADAMS运动仿真,找到了各因素的最佳取值范围;通过正交试验,得到了各因素的主次顺序:载荷、弹簧刚度、土壤坚实度、作业速度,最优组合为载荷800 N,弹簧刚度5 N/mm,土壤坚实度15 k Pa,作业速度0.5 m/s,模拟仿真的结果与试验结果吻合很好。通过对比试验,得到仿形弹性镇压辊在垄台表面有一定倾角的情况下能更好地保证镇压的均匀性。     

压电型宏微双驱动精密定位系统点位协调控制

设计了基于压电型微驱动器的宏微双驱动精密定位系统,宏动台由伺服电动机直接驱动,微动台由压电陶瓷驱动器和弹性铰链构成,并由压电陶瓷驱动器驱动。微动台安装在宏动台上,微动台和宏动台是串联关系。宏动台用于实现大行程微米级定位,而纳米级定位由微动台实现。利用基于运动控制卡的开放伺服功能来协调宏微工作台之间的控制,而位置反馈由两个高精度光栅完成,精度检测由激光干涉仪完成。当宏动台运动结束后,微动台根据测得的定位误差做出补偿进给。实验表明,在行程100mm的范围内每隔1mm采集一点,误差控制在±100nm以内。     

渐开线齿面串联弹性器件传动机理研究

串联弹性器件广泛应用于外骨骼机器人驱动关节,有利于重载荷情况下的电机软启动。针对旋转类串联弹性器件转动刚度变化引起的传动力矩波动,弹性传动和刚性传动两种状态转换时的传动冲击等问题,提出了一种渐开线齿面弹性器件,建立了传动力学模型,并对器件的弹性-刚性传动过程进行了动力学分析与仿真,研究轴心装配偏差对渐开线齿面啮合滑动率与接触面接合冲击的影响,通过对弹性器件安装倾角参数优化保证了传动件转动刚度变化率最小,有效控制了弹性传动过程中的转矩波动。最后对器件进行了下肢外骨骼驱动关节工程验证和传动静特性实验,结果表明,轴心装配偏差会导致接触面接合时转矩激增,当偏差在0.05 mm内时(渐开线齿面啮合滑动率最大为0.006 5),与平面矩形弹性器件相比,转矩激增值平均降低43.55%。     

弹性蛋白酶基因(PAE)的克隆及在毕赤酵母中的表达

以1株产弹性蛋白酶的铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa)基因组DNA为模板,经PCR扩增得到的铜绿假单胞菌弹性蛋白酶(P.acruginosa elastase,PAE)基因,与GenBank中的序列对比发现同源性为99%.成功地构建了重组表达载体pPIC3.5K/PAE,莺组质粒Sac Ⅰ线性化后转化毕赤酵母(Pichia pastoris)菌株KM71中,通过PCR和表型鉴定表明,PAE基因已经整合到毕赤酵母染色体上.经大量筛选获得48株含高拷贝的重组毕赤酵母转化子.在甲醇诱导下,经过毕赤酵母高密度发酵进行PAE的表达,经SDS-PAGE分析.结果表明,在培养基上清中含有一明显特异性蛋白条带,大小为34kD.活性检测结果,酶活为1 060 U/mL,是出发菌株的26倍.