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木薯收获机土薯抖动分离装置性能仿真及试验

农业工程学报 2017年第16期33卷 18-25页

作者：杨望张栩梓杨坚郑贤廖丽广西大学机械工程学院南宁530004 广西农业职业技术学院机电工程系南宁530007

为了考察木薯收获机块根拔起时弹簧式土薯抖动分离装置的土薯分离机理和因素对分离性能的影响规律,优化性能影响因素,进行弹簧式土薯抖动分离装置动力学仿真试验。采用光滑粒子流体动力学和有限元的耦合方法及二次回归通用旋转设计方法... 详细信息

为了考察木薯收获机块根拔起时弹簧式土薯抖动分离装置的土薯分离机理和因素对分离性能的影响规律,优化性能影响因素,进行弹簧式土薯抖动分离装置动力学仿真试验。采用光滑粒子流体动力学和有限元的耦合方法及二次回归通用旋转设计方法,构建土壤-木薯-抖动分离装置系统的动力学仿真模型和影响土薯分离性能的回归数学模型,研究了木薯块根拔起时土薯抖动的分离机理及各影响因素对土薯分离性能的影响规律,同时,采用MATLAB优化工具箱中的fmincon函数,对性能影响因素进行了优化。结果表明,因素的优组合为:长孔长度2.68 cm、弹簧刚度20.04 kN/cm、弹簧预紧力335.2 N,相应的干净度为0.778,碰撞力为320 N,试验验证的干净度为0.698,与理论结果的相对误差较小,约为10%,理论结果与验证结果较一致,表明建立的回归数学模型及优化结果合理。研究结果可为土薯分离质量高的挖拔式木薯收获机弹簧式土薯抖动分离装置的设计提供参考。

关键词：机械化模型优化木薯收获机土薯抖动分离装置仿真试验

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振动链式木薯收获机挖深控制系统设计与研究

振动链式木薯收获机挖深控制系统设计与研究

作者：熊成成江南大学

学位级别：硕士

木薯是全球产量超亿吨的七大作物之一,是全球10亿人口的主要粮食作物。然而木薯种植相关的机械却并不普及,再加上木薯的耐旱和经济性较差的特点,我国木薯主要种植在崎岖的山地,这也给木薯农业机械的普及带来了巨大的困难。本研究针对现... 详细信息

木薯是全球产量超亿吨的七大作物之一,是全球10亿人口的主要粮食作物。然而木薯种植相关的机械却并不普及,再加上木薯的耐旱和经济性较差的特点,我国木薯主要种植在崎岖的山地,这也给木薯农业机械的普及带来了巨大的困难。本研究针对现有的振动链式木薯收获机在收获中出现挖掘深度不方便调整,性能不稳定,从而造成木薯损伤率较高、机器损耗较大的问题,提出一种木薯挖掘深度自动控制的方法。主要研究内容如下:首先,了解木薯的机械化种植模式、生长特点,并研究4UML-130型振动链式木薯收获的工作原理和作业环境。由此提出设计要求,并提出总体设计方案,包括执行机构,仿形机构和控制器。其次,设计并分析仿形机构,并阐述检测原理。由于挖掘铲的挖掘深度较大,在挖掘铲前方的垄面上会产生较大长度的隆起,给挖深检测带来了困难。为此,本文设计了一种多传感器联合间接检测挖深的方法。设计了仿形机构,并通过力学分析和仿真得出其能够安全行走的最大坡度角。为了避免共振,对仿形机构安装板进行了模态分析,得出其前四阶固有频率,通过避开这些频率可降低振幅,减小检测误差。最后对传感器进行选型。然后,进行液压系统的总体设计,建立其数学模型,分析其稳定性。根据拖拉机的性能和木薯收获机的受力情况,选定液压系统的工作压力为10MPa。根据拖拉机的流量大小,选择合适的液压缸、油管、电磁比例方向阀和分流集流阀。创建液压缸和电磁比例方向阀的数学模型,从而得到系统的开环传递函数,并由此绘制系统的Bode图,用以分析其稳定性。之后,进行控制系统的元件选型和控制算法的仿真,以及积分分离式模糊PID控制算法在PLC中的编程。针对传统意义上的控制算法很难得到满意的效果,提出一种积分分离式模糊PID控制算法。通过Simulink仿真,结果表明积分分离式模糊PID控制算法的效果较好。并将该算法的原理应用于西门子1200PLC中,编写了基于查表法的积分分离式模糊PID控制算法。最后,进行室内试验和田间试验。在室内实验中,为了较好的表现出控制的效果,制作了一套模拟垄面机构。分别进行阶跃响应和正弦响应试验,检验控制系统的控制效果。田间试验以实际挖掘深度为指标,检验控制系统的实际控制效果。

关键词：木薯收获机挖掘深度仿形机构积分分离式模糊PID

基于灵敏度分析的木薯收获机机架结构优化设计

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农业机械学报 2013年第12期44卷 56-61,51页

作者：廖宇兰刘世豪孙佑攀马庆芬林茂海南大学机电工程学院海口570228 中国长安汽车集团股份有限公司四川建安车桥分公司雅安625700

为了提高木薯收获机的工作性能,对其机架结构进行了多目标优化设计。在CAD/CAE协同设计平台下,对木薯收获机的机架进行静力学有限元分析和灵敏度分析,建立了多目标优化设计模型,求解后得到了6组非劣解。在所得6组优化设计方案和原方案中... 详细信息

为了提高木薯收获机的工作性能,对其机架结构进行了多目标优化设计。在CAD/CAE协同设计平台下,对木薯收获机的机架进行静力学有限元分析和灵敏度分析,建立了多目标优化设计模型,求解后得到了6组非劣解。在所得6组优化设计方案和原方案中,采用模糊物元法和熵权法进行优选,获得了最佳机架结构设计方案。优化设计前、后的对比分析表明,机架质量减小4.29%情况下,最大变形减小27.04%,从而证明所提出的基于灵敏度分析的机架结构多目标优化设计方法是合理可行的。

关键词：木薯收获机机架轻量化灵敏度分析优化设计

基于改进蜘蛛群集算法的木薯收获机块根拔起速度优化

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农业工程学报 2018年第4期34卷 29-36页

作者：杨望李杨郑贤陈科余杨坚莫建霖隋明君广西大学机械工程学院南宁530004 广西大学工程实践与训练中心南宁530004 广西农业机械研究院南宁530007

针对挖拔式木薯收获机由于较难获得块根拔起速度控制系统最优化控制参数,造成块根拔起速度控制精度较低,木薯块根收获拔断损失率较大的问题,开展拔起机构块根拔起速度控制系统控制参数优化的算法研究。该文以模糊PI作为块根拔起速度控... 详细信息

针对挖拔式木薯收获机由于较难获得块根拔起速度控制系统最优化控制参数,造成块根拔起速度控制精度较低,木薯块根收获拔断损失率较大的问题,开展拔起机构块根拔起速度控制系统控制参数优化的算法研究。该文以模糊PI作为块根拔起速度控制算法,采用多领域的动力学仿真技术,构建木薯收获机块根拔起机构控制系统的联合仿真模型,以较优块根拔起速度模型为控制目标,块根拔起阻力为条件,开展结合局部搜索算子的蜘蛛群集算法的模糊PI控制参数的优化研究,且进行了田间木薯块根拔起试验。结果表明,结合局部搜索的蜘蛛群集算法比蜘蛛群集算法具有较快的收敛速度和较高的搜索精度,模糊PI控制参数的优化结果,控制参数K_p为0.841,K_i为0.203 9,在优化的控制参数条件下,块根拔起速度能较好跟随较优块根拔起速度,木薯块根的垂直拔起速度与块根拔起较优速度的平均相对误差为4.5%,滑块位移与理论值的平均相对误差为3.7%。

关键词：机械化控制算法木薯收获机拔起机构联合仿真局部搜索算子

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木薯收获机夹持输送机构设计与力学分析

农机化研究 2015年第8期37卷 74-80页

作者：余瑞明廖宇兰刘世豪王涛袁成宇海南大学机电工程学院海口570228

针对现有挖拔式木薯收获机夹持输送机构出现夹持掉带掉薯、夹持对中困难及木薯茎秆难以进入夹持输送机构等问题,研究设计了夹持输送机构。该机构采用拉簧安装在移动杆凹槽内,移动杆与机架间为移动副连接的方式夹紧木薯茎秆,并将其与摇... 详细信息

针对现有挖拔式木薯收获机夹持输送机构出现夹持掉带掉薯、夹持对中困难及木薯茎秆难以进入夹持输送机构等问题,研究设计了夹持输送机构。该机构采用拉簧安装在移动杆凹槽内,移动杆与机架间为移动副连接的方式夹紧木薯茎秆,并将其与摇杆与机架间为转动副连接的方式进行了对比分析。结果表明:移动副连接使拉簧的拉力全部提供为夹持力,无拉力损失,夹持力最大;同时,自动调节带间距,夹持牢固。根据土薯生物环境特性,设计了夹持轮、带轮、夹持带、张紧装置和导向装置等主要结构,并对各结构进行了分析,确定了主要结构参数。根据木薯块根拔起时的速度分解图,建立了块根拔起时的力学模型,且通过分析推导得到了夹持输送机构对块根的拔起力和对茎秆的夹持力计算公式。该研究对于快速拔出、输送薯块、减少薯块损失、降低伤薯率、提高挖拔式木薯收获机整机性能具有重要意义。

关键词：木薯收获机夹持输送机构拉簧移动杆木薯茎秆力学分析

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木薯收获机挖掘铲挖深控制系统设计

农机化研究 2018年第2期40卷 100-105页

作者：吕凯英廖宇兰益爱丽陈炎杰熊佳海南大学机电工程学院海口570228

木薯挖掘过程中,带有一定入土角的挖掘铲一直有朝深度方向挖掘的趋势,导致机具动力消耗过大;挖掘铲在切土、碎土过程中,对挖掘铲的入土倾角要求也有所不同。针对上述问题,设计了一种平行四杆机构,使挖掘铲的运动满足一定的运动轨迹;为... 详细信息

木薯挖掘过程中,带有一定入土角的挖掘铲一直有朝深度方向挖掘的趋势,导致机具动力消耗过大;挖掘铲在切土、碎土过程中,对挖掘铲的入土倾角要求也有所不同。针对上述问题,设计了一种平行四杆机构,使挖掘铲的运动满足一定的运动轨迹;为了实现挖掘铲运动的精确控制,设计出地表检测机构。工作时,两种机构结合,利用传感器测出挖掘过程中的信号,经过运算处理后控制电磁换向阀换向,可以精确控制液压缸动作,从而调节木薯挖掘铲挖掘深度,实现木薯挖掘过程中挖掘深度的自动精确控制。

关键词：木薯收获机挖掘铲平行四杆机构地表检测机构液压控制系统

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木薯收获机块根拔起机构自适应控制算法研究

农机化研究 2017年第4期39卷 12-20页

作者：郑贤陈科余杨望杨坚李杨广西大学机械工程学院南宁530004

针对挖拔式木薯收获机无法根据木薯块根生长情况和土质情况的变化实现精确控制木薯块根拔起,且在木薯块根生长情况和土质情况变化大时其块根拔断损失率高的情况,采用联合仿真技术,以较优块根拔起速度模型为基础,根据拔起力变化,控制木... 详细信息

针对挖拔式木薯收获机无法根据木薯块根生长情况和土质情况的变化实现精确控制木薯块根拔起,且在木薯块根生长情况和土质情况变化大时其块根拔断损失率高的情况,采用联合仿真技术,以较优块根拔起速度模型为基础,根据拔起力变化,控制木薯收获机拔起速度使其达到减少块根拔断损失率的目标,对木薯块根拔起过程进行模糊PID自适应控制,且对模糊PID自适应控制算法进行了优化和物理试验验征。结果表明:在木薯块根拔起过程中,优化的模糊PID控制算法能使齿轮齿条摆动液压缸转速很好地跟踪给定转速曲线,且整机的自适应控制效果好,能适应不同的工作载荷。

关键词：木薯收获机拔起机构自适应控制算法优化

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木薯收获机挖掘铲仿生设计及其有限元分析

科学技术与工程 2013年第34期21卷 10122-10128页

作者：邹翔翔廖宇兰马庆芬刘世豪朱冬云海南大学机电工程学院海口570228

针对当前木薯收获机挖掘铲在收获过程中,铲太重和不容易入土和碎土的问题,模仿东方蝼蛄前足趾爪的形状,设计出了一种仿生挖掘铲。通过对东方蝼蛄前足趾爪外轮廓的提取及多项式拟合,利用Pro/E软件设计出仿生挖掘铲的三维模型,并导入到ANS... 详细信息

针对当前木薯收获机挖掘铲在收获过程中,铲太重和不容易入土和碎土的问题,模仿东方蝼蛄前足趾爪的形状,设计出了一种仿生挖掘铲。通过对东方蝼蛄前足趾爪外轮廓的提取及多项式拟合,利用Pro/E软件设计出仿生挖掘铲的三维模型,并导入到ANSYS Workbench软件中进行静强度有限元分析。通过对栅条铲及不同倾斜角的铲有限元分析结果对比,选择出倾斜角在25°～30°,铲齿为空心的仿生挖掘铲,其具有较好的质量、力学特性和寿命,从而为挖掘铲的设计制造提供理论参考。

关键词：木薯收获机挖掘铲仿生设计有限元分析

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木薯收获机二阶曲面铲的有限元静力学分析

农机化研究 2012年第10期34卷 42-45,49页

作者：关意昭张周强黄范辉徐武彬阮孝刚广西水力机械研究所广西柳州545006 广西工学院机械系广西柳州545006

针对木薯收获机中的新型挖掘铲,引入了虚拟倾角,建立二阶曲面铲的阻力模型;利用ANSYS软件对不同倾角组合下的铲面进行了有限元静力学分析,获得了二阶曲面铲应力和变形的分布云图,并进行了强度校核;最后,分析了倾角变化对应力和应变的影... 详细信息

针对木薯收获机中的新型挖掘铲,引入了虚拟倾角,建立二阶曲面铲的阻力模型;利用ANSYS软件对不同倾角组合下的铲面进行了有限元静力学分析,获得了二阶曲面铲应力和变形的分布云图,并进行了强度校核;最后,分析了倾角变化对应力和应变的影响,为二阶曲面铲的设计提供理论参考。

关键词：木薯收获机二阶曲面铲有限元分析