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链式货运单索横向振动控制研究

链式货运单索横向振动控制研究

作者：薛坤鹏华南农业大学

学位级别：硕士

链式单索货运索道在复杂地形条件下铺设灵活,能够满足山地丘陵果园货物运输的需求。牵引链索在工作过程中处于非稳态,会不可避免地产生横向周期性激振,风荷载、链索的多边形效应以及时变索力等不确定因素的影响会使激振运动更趋复杂。... 详细信息

链式单索货运索道在复杂地形条件下铺设灵活,能够满足山地丘陵果园货物运输的需求。牵引链索在工作过程中处于非稳态,会不可避免地产生横向周期性激振,风荷载、链索的多边形效应以及时变索力等不确定因素的影响会使激振运动更趋复杂。链索横向振动如不加以抑制,将对索道系统的运行安全性和可靠性带来不利的影响,甚至可能造成灾难性后果。本文以山地果园链式货运单索的横向振动控制为研究对象,利用Hamilton原理构建了单跨度内行进链索与右边界振动控制器耦合的数学微分方程。采用Crank-Nicolson半显示数值离散方法和四阶龙哥库塔法进行方程数值求解,MATLAB数值仿真的结果表明该数值离散方法对复杂链索振动微分方程的求解切实有效。为研究风荷载对行进链索横向振动特性的影响,仿真分析了行进链索在不同风速的定常风和不同类型的时变风作用下横向振动特性,利用设计的风荷载试验平台和链索横向振动图像采集装置试验对比研究了不同风荷载条件下链索的横向振动特性。研究结果表明,低速的定常风起到气动阻尼的作用,横向振动幅值减小并呈收敛趋势。脉冲形和正弦形时变风的周期性激励均对振动的幅值变化有一定影响。考虑到链索通过托索装置时产生的多边形效应对其横向振动的影响,对模型方程进行了修正,基于Lyapunov稳定性原理分别设计了恒定索力状态下边界干扰情况未知和已知条件下的控制规律。数值计算结果表明,设计的控制规律可以有效的抑制行进链索的横向振动,若多边形效应引起的边界干扰作用不确定,链索的横向振动最终稳定在较小的安全振动幅度内,若边界干扰明确,链索的横向振动会快速收敛到零。根据链索货运试验系统的特点及控制规律的需求,设计了右边界作动器并对控制规律进行了试验验证,试验结果表明,所设计的控制规律可以有效抑制链索的横向振动。因货运系统索力、当量线密度与作动器的阻尼系数存在不确定性,本文设计了索力PID自动调节装置,利用右边界自适应控制器与索力模糊控制对链索横向振动进行耦合抑制,通过数值仿真验证了控制规律的有效性。本文为行进链索的振动控制与稳定性分析提供了依据,在悬索类结构研究领域具有一定的理论意义和应用价值。

关键词：行进链索山地果园货运系统振动控制

果园链索系统横向运动共振条件及频率分析(英文)

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农业工程学报 2014年第9期30卷 50-57页

作者：李君李雪平杨洲洪添胜薛坤鹏李伟华南农业大学工程学院广州510642 华南农业大学南方农业机械与装备关键技术教育部重点实验室广州510642

为抑制果园链索货运系统的横向振动,需要预测振动频率特性的影响因素及其关联性。基于弦线理论和链传动特性,建立了拉普拉斯域内的横向振动微分方程,得到了系统运行的临界速度。对托索轮与链环之间的多边形效应进行了研究,确定了共振响... 详细信息

为抑制果园链索货运系统的横向振动,需要预测振动频率特性的影响因素及其关联性。基于弦线理论和链传动特性,建立了拉普拉斯域内的横向振动微分方程,得到了系统运行的临界速度。对托索轮与链环之间的多边形效应进行了研究,确定了共振响应的行进速度条件。通过偏微分方程的数值求解,分析了链索初始张力、行进速度和载重质量对链索横向振动频率的影响关系,并进行了试验验证。试验条件下,行进速度、载重质量和张紧力的实际频率值与数值求解值的相对误差范围分别为1.4%~27.6%,6.1%~14.2%和14.7%~24.3%。结果表明系统一阶固有振动频率与张紧力正相关,与行进速度、载重质量负相关,所提出的模型能预测链索系统的运行参数对横向振动频率的影响。该研究为系统运行参数的优化提供了设计参考,并为链索货运系统受风雨激励影响和稳定性控制的研究提供了理论基础。

关键词：农业机械运输振动行进链索果园横向振动频率

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果园钢索牵引货运系统负载纵向稳定性控制

农业工程学报 2015年第1期31卷 64-70页

作者：杨洲李伟李君李雪平薛坤鹏华南农业大学工程学院广州510642 华南农业大学南方农业机械与装备关键技术教育部重点实验室广州510642

为有效抑制果园钢索牵引悬挂式货运系统吊重的纵向偏摆,该文采用根轨迹校正法设计了系统纵向运行稳定性控制器。在忽略侧向运动影响的前提下,利用拉格朗日方程建立了线性化的纵向动力学模型。通过在左半复平面添加2个零点,对系统的根轨... 详细信息

为有效抑制果园钢索牵引悬挂式货运系统吊重的纵向偏摆,该文采用根轨迹校正法设计了系统纵向运行稳定性控制器。在忽略侧向运动影响的前提下,利用拉格朗日方程建立了线性化的纵向动力学模型。通过在左半复平面添加2个零点,对系统的根轨迹进行了校正。仿真和试验结果表明:所提出的只考虑吊重在纵向平面内运动的数学模型能够表述原系统运动特性,设计的控制器可快速衰减纵向偏摆,抑制吊重纵向摆动角度在±1.5°以内,将摆角角速度幅度极值减小至10%。该研究为悬挂货运系统的纵向稳定性控制提供了参考依据。

关键词：农业机械运输模型悬挂货运系统根轨迹校正法稳定性控制山地果园

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果园货运链索风致振动非线性动力学分析

农业工程学报 2017年第5期33卷 75-81页

作者：李君薛坤鹏杨洲洪添胜张倩倩许坚聪华南农业大学工程学院广州510642 华南农业大学南方农业机械与装备关键技术教育部重点实验室广州510642

为解析风荷载持续激励对果园货运系统工作稳定性的影响,研究了行进链索在不同风荷载条件下的风致振动响应。基于Hamilton原理推导了风荷载作用下行进链索横向振动的动力学微分方程,采用Crank-Nicolson半显示数值离散方法对方程进行离散... 详细信息

为解析风荷载持续激励对果园货运系统工作稳定性的影响,研究了行进链索在不同风荷载条件下的风致振动响应。基于Hamilton原理推导了风荷载作用下行进链索横向振动的动力学微分方程,采用Crank-Nicolson半显示数值离散方法对方程进行离散求解,仿真分析了行进链索在不同平均风速作用下的横向振动特性。设计了链索货运系统的风荷载试验平台,采用Lab Windows/CVI对采集视频分帧后的图像进行处理,试验对比研究了不同平均风速风荷载激励的链索横向振动。研究结果表明,平均风速在0~10 m/s范围内变化的低速风荷载起到了一定的气动阻尼作用,行进链索的横向振动幅值减小并呈收敛趋势。该文为风荷载作用下轴向行进链索横向振动控制研究提供了理论参考。

关键词：农业机械运输模型风荷载行进链索横向振动果园数值解

PEMFC催化层疏水性对冷启动冰容量的影响

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电源技术 2024年第12期48卷 2469-2477页

作者：薛坤鹏周芬潘牧武汉理工大学材料复合新技术国家重点实验室湖北武汉430070 武汉理工大学燃料电池湖北省重点实验室湖北武汉430070 武汉理工大学安全科学与应急管理学院湖北武汉430070

质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cells,PEMFCs)冷启动问题是制约其产业发展的重要因素之一,其中冰容量是衡量冷启动的一个重要指标,冰容量越大,冷启动性能越好。普遍认为冰容量只受阴极催化层和质子交换膜的储水量影... 详细信息

质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cells,PEMFCs)冷启动问题是制约其产业发展的重要因素之一,其中冰容量是衡量冷启动的一个重要指标,冰容量越大,冷启动性能越好。普遍认为冰容量只受阴极催化层和质子交换膜的储水量影响,而忽视了催化层排水量。提出催化层排水量也会对冰容量产生较大影响,并首次将冷启动期间催化层排水量纳入冰容量计算。结合试验数据和理论计算分析发现催化层排水量对冰容量的贡献甚至可以达到50%。利用疏水碳载体催化剂提高催化层疏水性,研究催化层疏水性对排水量和冰容量的影响。结果发现在−7℃下,疏水处理后的膜电极排水量增大引起的容量增加了0.75 mg/cm^(2),提升幅度达到了38.2%。这表明提升催化层疏水性、增加排水量可以提升冰容量,并且启动温度越高提升幅度越大。最后,冻融循环(F/T)测试表明疏水性高的催化层冰容量更加稳定。

关键词：质子交换膜燃料电池催化层排水量冷启动冰容量催化层疏水性

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不同侧风和静电电压对静电喷雾飘移的影响

农业工程学报 2015年第24期31卷 39-45页

作者：杨洲牛萌萌李君徐兴孙志全薛坤鹏华南农业大学工程学院广州510642 华南农业大学南方农业机械与装备关键技术教育部重点实验室广州510642

为研究不同侧风和静电电压对静电喷雾雾滴飘移的影响规律,设计不同侧风(恒速风1、2、4 m/s及0~4 m/s变化的模拟自然风)及静电电压(0,2,4,6,8 k V),进行喷杆式静电喷雾机的雾滴飘移试验,测定不同静电电压下的雾滴粒径与荷质比,并对比分... 详细信息

为研究不同侧风和静电电压对静电喷雾雾滴飘移的影响规律,设计不同侧风(恒速风1、2、4 m/s及0~4 m/s变化的模拟自然风)及静电电压(0,2,4,6,8 k V),进行喷杆式静电喷雾机的雾滴飘移试验,测定不同静电电压下的雾滴粒径与荷质比,并对比分析雾滴飘移质量中心距和飘失率。结果表明:随着静电电压的增大,雾滴粒径减小,雾滴荷质比增大,0~8 k V电压下电极干燥和电极打湿对雾滴荷质比没有显著影响。在侧风风速为1 m/s时,0~8 k V静电喷雾的雾滴飘移中心距小于0.55 m,雾滴飘失率低于15%。在侧风风速2 m/s时,非静电喷雾的雾滴飘失率为11.9%,6~8 k V静电喷雾的雾滴飘失率超过20%,其中静电电压8 k V的雾滴飘失率(23.9%)比非静电喷雾增加100.8%。在侧风风速4 m/s时,4~8 k V静电喷雾的雾滴飘移中心距在0.9 m以上,雾滴飘失率在30%以上,其中静电电压8 k V下的雾滴飘移中心距为967.2 mm比非静电喷雾下增加了13.7%,雾滴飘失率为35.4%比非静电喷雾下增加了59.5%。相同静电电压下,2 m/s的恒速风和0~4 m/s变化的模拟自然风之间对雾滴飘失率无显著差异。该研究为优化喷雾技术参数和提高雾滴抗飘移的能力提供参考。

关键词：风静电喷头粒径荷质比雾滴飘移

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风送式喷雾机实时混药系统设计与试验

农业工程学报 2016年第11期32卷 62-69页

作者：李君许绩彤杨洲牛萌萌薛坤鹏莫谋斌华南农业大学工程学院广州510642 南方农业机械与装备关键技术教育部重点实验室广州510642

为提高果园风送式喷雾机的作业性能,设计了一种采用蠕动泵和静态混合器进行农药精量控制的实时混药系统。运用FLUENT软件,采用SIMPLEC算法对SK、SX和SD型3种静态混合器进行模拟计算,得出SX型静态混合器性能较优。以甘油模拟代替农药,添... 详细信息

为提高果园风送式喷雾机的作业性能,设计了一种采用蠕动泵和静态混合器进行农药精量控制的实时混药系统。运用FLUENT软件,采用SIMPLEC算法对SK、SX和SD型3种静态混合器进行模拟计算,得出SX型静态混合器性能较优。以甘油模拟代替农药,添加胭脂红染色剂进行混药试验,得出静态混合器的混合单元数与模拟结果一致,实时混药系统的药流量控制响应迅速,混药稳定性的浓度相对误差小于4.33%,混药均匀性的变异系数小于4.98%。结果表明,所设计的实时混药系统具有良好的混药性能。该文研究为果园实时混药喷雾机的机构设计和性能优化提供了参考。

关键词：农业机械设计喷雾风送式喷雾机实时混药蠕动泵静态混合器变异系数

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温室屋面清洗装备现状及前景

农村实用技术 2019年第9期 52-53页

作者：薛坤鹏广东省现代农业装备研究所

温室设施在我国现代农业发展中占有重要地位,透光率是温室的重要性能指标,随着温室使用年限的增加,温室透光率会受到严重的影响。本文对比分析了温室屋面清洗装置的必要性、目前研究现状及发展前景,以供参考。

关键词：温室透光率屋面清洗装备

国外有机设施园艺现状及对中国设施农业可持续发展的启示

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农业工程学报 2018年第15期34卷 1-9页

作者：刘霓红蒋先平程俊峰李惠玲李苇薛坤鹏侯露熊征广东省现代农业装备研究所广州510640 广东弘科农业机械研究开发有限公司广州510530

随着全球有机农业的快速发展,一种有机设施园艺在国外已经被证明可持续性生产和盈利,但中国有机设施园艺相关技术标准还是空白。该文介绍了国外有机设施园艺产生的背景、定义、起源、目标、认证面积、产量和盈利状况、有机设施园艺基本... 详细信息

随着全球有机农业的快速发展,一种有机设施园艺在国外已经被证明可持续性生产和盈利,但中国有机设施园艺相关技术标准还是空白。该文介绍了国外有机设施园艺产生的背景、定义、起源、目标、认证面积、产量和盈利状况、有机设施园艺基本形式及认证规则要点,探讨了中国发展有机设施园艺的可行性及存在的问题,提出中国应该积极发展有机设施园艺,但有机设施园艺不能简单等同于"温室+有机种植",它应该是一个以可持续发展为目标的,包含温室环境控制、种植材料选择,土壤肥力保护,水资源管理,病虫害控制,节能和可持续盈利的有机统一的整体。同时应立足国情,借鉴国外有机设施园艺规则要求,加强中国设施生物农业的基础研究和农机装备开发,制定出中国有机设施园艺的认证标准,中国设施农业产业必将迎来巨大的新市场机遇。

关键词：温室园艺设施农业有机认证可持续性发展植物工厂