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空间站机械臂末端执行器用导轨设计与验证

北京理工大学学报 2024年第2期44卷 182-188页

作者：张文明杨旭王储胡成威北京空间飞行器总体设计部空间智能机器人系统技术与应用北京市重点实验室北京100094

针对滚珠直线导轨用于空间机构时的空间环境适应性问题,提出了空间机构用导轨设计方案,经导轨地面试验和产品在轨试验验证,该设计方案可以满足在轨使用要求,实现了导轨在真空、高低温等空间复杂环境下的长寿命应用.以空间站机械臂末端... 详细信息

针对滚珠直线导轨用于空间机构时的空间环境适应性问题,提出了空间机构用导轨设计方案,经导轨地面试验和产品在轨试验验证,该设计方案可以满足在轨使用要求,实现了导轨在真空、高低温等空间复杂环境下的长寿命应用.以空间站机械臂末端执行器用滚珠直线导轨研制为例,开展了导轨设计,并进行了导轨试验验证,确定了导轨采用滚珠溅射沉积MoS_(2)复合薄膜的固体润滑方案,间隙为0.04~0.05 mm,满足末端执行器在轨工作2000次以上的使用寿命要求.通过末端导轨试验可知,固体润滑的导轨载荷能力和使用寿命均显著下降,在空间机构用导轨研制过程中,须进行专项寿命试验,以验证导轨能否满足在轨使用要求.

关键词：机械臂末端执行器导轨设计验证

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基于三维重构的乌鳢整皮剥离系统设计与试验

农业工程学报 2024年第1期40卷 100-111页

作者：翟晓东赵明岩蒋昕余林敏王炜智黄章炜中国计量大学机电工程学院杭州310018

针对乌鳢脂肪层薄、皮肉分离难度大、手工剥取效率低且存在安全隐患等问题,该研究设计了基于三维重构的乌鳢整皮自动剥离系统。针对其头部、鱼身、鱼尾截面变化剧烈,表皮黏滑难以固定、臀鳍坚硬严重干扰剥皮作业等特点,采集并分析其形... 详细信息

针对乌鳢脂肪层薄、皮肉分离难度大、手工剥取效率低且存在安全隐患等问题,该研究设计了基于三维重构的乌鳢整皮自动剥离系统。针对其头部、鱼身、鱼尾截面变化剧烈,表皮黏滑难以固定、臀鳍坚硬严重干扰剥皮作业等特点,采集并分析其形态特征参数,设计了装夹机构、切割机构、皮肉分离机构及剥皮终端。开发了视觉系统,对待剥皮对象进行三维重建,根据重建结果,通过算法控制、规划各执行机构路径,实现了乌鳢整皮快速、准确剥取。以单台乌鳢整皮剥离机的单尾鱼皮剥离时长、鱼皮剥取率、皮肉分离指数及鱼皮破损率为指标,对样机性能进行分析。试验结果表明:单尾鱼平均剥离时长为183 s,鱼皮剥取率均值为94.60%,皮肉分离指数均值为9.93,鱼皮破损率均值为6.25%,符合整皮剥离工艺要求。该研究结果可为鱼类整皮剥取自动化系统的研发与设计提供参考。

关键词：设计试验鱼皮剥离机乌鳢三维重构

基质块苗移栽机挡销式自动送苗分苗装置设计与试验

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农业工程学报 2023年第13期39卷 68-79页

作者：崔志超管春松徐陶李吉成陈亚勇宋井玲郑书河福建农林大学机电工程学院福州350100 农业农村部南京农业机械化研究所南京210014 江苏省农业科学院农业设施与装备研究所南京210014 山东理工大学农业工程与食品科学学院淄博255000

针对叶类蔬菜自动移栽送-分苗成功率低和伤苗率高的问题,该研究以甘蓝基质块苗为对象,设计了一种输送带+挡销组合式送-分苗装置,结合甘蓝基质块苗力学特性,开展送-分苗过程理论分析,确定装置稳定送-分苗条件和关键机构工作参数。搭建试... 详细信息

针对叶类蔬菜自动移栽送-分苗成功率低和伤苗率高的问题,该研究以甘蓝基质块苗为对象,设计了一种输送带+挡销组合式送-分苗装置,结合甘蓝基质块苗力学特性,开展送-分苗过程理论分析,确定装置稳定送-分苗条件和关键机构工作参数。搭建试验台进行单因素试验,确定关键因素参数范围,选取前输送带电机转速、后输送带电机转速和挡销频率为主要试验因素,以分苗成功率和基质块破损率为评价指标进行Box-Behnken中心组合试验,建立二阶回归模型,分析各影响因素对指标的影响关系并进行综合优化。试验结果表明:前输送带电机转速104 r/min、后输送带电机转速75 r/min、挡销频率1.85 s/次时送分苗效果较优,台架验证试验分苗成功率92.73%、基质块破损率4.09%,田间验证试验分苗成功率91.81%、基质块破损率4.62%,两指标的两次验证试验与优化结果相比误差值均小于2%,表明该装置具有较高的稳定性。该研究可为蔬菜自动移栽装备的设计提供参考。

关键词：农业机械设计试验基质块苗移栽机自动送-分装置

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一种早产儿保暖固定装置的设计与应用

中华危重病急救医学 2024年第2期36卷 205-207页

作者：李会仙首都医科大学附属北京儿童医院保定医院NICU 河北保定071000

目的自制早产儿保暖固定装置,并探讨其临床应用效果。方法设计早产儿保暖固定装置,并用于临床。选取首都医科大学附属北京儿童医院保定医院新生儿科病房于2022年1月至6月收治的60例早产儿作为对照组,2022年7月至12月收治的60例早产儿作... 详细信息

目的自制早产儿保暖固定装置,并探讨其临床应用效果。方法设计早产儿保暖固定装置,并用于临床。选取首都医科大学附属北京儿童医院保定医院新生儿科病房于2022年1月至6月收治的60例早产儿作为对照组,2022年7月至12月收治的60例早产儿作为试验组。对照组早产儿使用阿童木暖箱辐射保暖、约束带或人为约束的方式进行脐静脉置管或中心静脉置管。试验组早产儿使用自行设计的早产儿保暖固定装置于阿童木暖箱中辐射保暖进行置管。记录两组早产儿置管时间、肢体脱出次数、置管参与人数、置管20 min至置管结束时的体温,并计算发生低体温(设计有长方形覆盖布料,掀开便于对早产儿行脐静脉穿刺。长方形软垫上有3组约束带,可分别固定保暖睡袋手臂部、胸腹部、下肢部。置管操作时,用魔术贴将保暖睡袋固定在软垫表面,根据穿刺部位选择暴露皮肤的范围。②试验组与对照组早产儿性别、体质量、孕周对比差异均无统计学意义〔男性:48.3%比46.7%,体质量(kg):1.86±0.06比1.82±0.06,孕周(周):31.33±0.31比32.25±0.34,均P>0.05〕。与对照组比较,试验组置管时间明显缩短(min:21.30±0.43比30.02±0.64,P<0.01),肢体脱出次数明显减少(0次:70.0%比33.3%,1次:26.7%比50.0%,P<0.01),置管参与人数明显减少(人:1.77±0.06比2.37±0.06,P<0.01)。试验组早产儿低体温发生率明显低于对照组〔6.12%(6/98)比26.50%(31/117),χ^(2)=15.536,P<0.01〕。结论早产儿保暖固定装置使用方便,可有效缩短置管时间,节约人力资源,减少早产儿低体温发生。

关键词：中心静脉置管早产儿保暖设计应用

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甘薯横向水平复式移栽机栽苗装置设计及试验

农业工程学报 2023年第24期39卷 1-10页

作者：穆桂脂王千翼郑德慧李登山张婷婷张国超张万枝山东农业大学机械与电子工程学院泰安271018 山东省园艺机械与装备重点实验室泰安271018 泰山职业技术学院机电技术工程系泰安271018

针对目前市场上缺少甘薯横向水平移栽机的问题,该研究根据横向水平栽插法移栽甘薯苗的农艺要求,设计了甘薯横向水平复式移栽机的栽苗装置。首先,通过理论分析栽苗装置栽插运动,确定影响甘薯苗移栽质量的主要因素为机器前进速度、链条速... 详细信息

针对目前市场上缺少甘薯横向水平移栽机的问题,该研究根据横向水平栽插法移栽甘薯苗的农艺要求,设计了甘薯横向水平复式移栽机的栽苗装置。首先,通过理论分析栽苗装置栽插运动,确定影响甘薯苗移栽质量的主要因素为机器前进速度、链条速度、入土深度及栽苗爪高度等。再基于EDEM-RecurDyn耦合仿真建立栽苗装置-柔性甘薯苗-薯垄耦合作用模型,模拟栽苗作业过程,确定栽苗爪运动轨迹为长摆线,栽苗爪高度为50 mm,确定甘薯苗最终位姿和甘薯垄形态符合甘薯水平栽植农艺要求。最后采用Box-Behnken试验设计方法,以机器前进速度、链条前进速度和入土深度为试验因素,以栽植深度合格率、栽植株距合格率、移栽效率为评价指标,进行了响应面试验,构建优化模型。试验确定移栽机最优工作参数组合为:机器前进速度0.4 m/s,链条前进速度0.2 m/s,入土深度46 mm。该参数组合下栽植深度合格率为92%,栽植株距合格率为92%,移栽效率为263株/min。研究结果可为甘薯横向水平移栽机设计及优化提供参考。

关键词：农业机械设计试验甘薯苗移栽机优化

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甜菜联合收获机分离输送装置设计与试验

农业机械学报 2023年第S1期54卷 191-200页

作者：杨善东邱田元马闯李学强王琳琳刘洋山东理工大学农业工程与食品科学学院淄博255000 山东思代尔农业装备有限公司德州253600

为解决甜菜联合收获机分离输送过程中甜菜块根含杂率高、损伤率高的问题,设计了一种六行甜菜联合收获机的三级分离输送装置,阐述了该装置的主要结构及工作原理,并确定关键参数。通过对分离输送过程中土壤、甜菜的运动学分析及甜菜在碰... 详细信息

为解决甜菜联合收获机分离输送过程中甜菜块根含杂率高、损伤率高的问题,设计了一种六行甜菜联合收获机的三级分离输送装置,阐述了该装置的主要结构及工作原理,并确定关键参数。通过对分离输送过程中土壤、甜菜的运动学分析及甜菜在碰撞过程中的能量分析,确定了影响甜菜含杂和损伤效果的主要因素及各因素的试验取值范围。以拨送板转速、杆条式链筛输送速度和橡胶尾筛倾角为试验因素,以含杂率和损伤率为试验指标,进行二次回归正交旋转组合试验,利用Design-Expert 8.0.6软件对试验结果进行分析,得到试验因素与各指标的回归方程。通过响应面分析各因素对评价指标的影响规律,得出优化参数组合为:拨送板转速100.0 r/min、杆条式链筛输送速度1.4 m/s和橡胶尾筛倾角39.0°。验证试验结果表明,经过三级分离输送后甜菜含杂率为3.4%,损伤率为2.6%,各项指标均符合国家行业标准要求。

关键词：甜菜联合收获机分离输送装置设计

甘薯联合收获机高度自适应集薯装置设计与优化

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农业工程学报 2023年第2期39卷 24-33页

作者：鲍国丞王公仆胡良龙杨薇申海洋徐效伟吴稳陈文明殷梓城农业农村部南京农业机械化研究所南京210014 中国农业机械化科学研究院集团有限公司北京271599 南京工程学院机械工程学院南京211167

甘薯收获是甘薯生产中用工量最多、劳动强度最大的环节。为了解决甘薯联合收获机集薯环节存在伤薯率高、自动化程度低等问题,该研究开展了高度自适应集薯装置的机械结构设计与控制系统搭建。系统及结构设计充分考虑物料物理性状及作业... 详细信息

甘薯收获是甘薯生产中用工量最多、劳动强度最大的环节。为了解决甘薯联合收获机集薯环节存在伤薯率高、自动化程度低等问题,该研究开展了高度自适应集薯装置的机械结构设计与控制系统搭建。系统及结构设计充分考虑物料物理性状及作业过程中的运动学与力学特性,通过新的集薯方式以满足落薯高度自适应、集薯装筐和自动卸料换筐等作业要求。通过落薯高度自适应功能减小并控制薯块下落的高度达到有效减少甘薯伤薯率与破皮率的目的。在单因素试验分析结论的基础上,以清选平台转速、落薯机构转速和落薯设定高度为试验因素,开展三因素三水平Box-Benhnken试验,以伤薯率、破皮率、微破率和损伤率为试验指标建立多元回归方程并进行响应面分析。回归模型进行多目标优化后获得装置最优工作参数组合为:清选平台转速108.07 r/min、落薯机构转速74.75 r/min、落薯设定高度18.15 cm。对优化结果进行验证试验,试验结果为:伤薯率0.39%、破皮率0.54%、微破率22.93%和漏薯率0.54%,各评价指标与模型预测值相近。研究结果可为甘薯联合收获机高度自适应集薯装置进一步设计与优化提供参考。

关键词：农业机械设计优化甘薯联合收获高度自适应响应面分析

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滑剪组合式甘蔗根切装置的设计与试验

农业工程学报 2023年第10期39卷 37-47页

作者：钱君马少春徐杨李文志霍鹏李伟庆中国农业大学工学院北京100083 广西科学院南宁530007

针对甘蔗切割过程中存在的宿根破头率高的问题,该研究通过分析甘蔗茎秆与刀具之间的相互作用关系,设计了一种基于“滑切+剪切”相组合的甘蔗根切装置,旨在提高根切作业质量。首先,通过分析传统圆盘式根切器的无支撑切割与滑剪组合式根... 详细信息

针对甘蔗切割过程中存在的宿根破头率高的问题,该研究通过分析甘蔗茎秆与刀具之间的相互作用关系,设计了一种基于“滑切+剪切”相组合的甘蔗根切装置,旨在提高根切作业质量。首先,通过分析传统圆盘式根切器的无支撑切割与滑剪组合式根切器的有支撑切割的作用原理,表明有支撑切割可以有效降低茎秆的弯曲阻力和惯性力,因此一定程度上阻止了茎秆产生较大的变形,有效保证了茎秆的切割质量,而滑切可有效降低切割阻力。并通过建立茎秆的根切受力模型,对根切器关键零部件的参数进行确定,采用等滑切角式刀片曲线进行滑切作业,滑切角和刀片刃口角分别为40°和45°。基于ANSYS/Workbench对根切器进行了静力学分析及模态分析,得到刀具的屈服强度为450~650 MPa,大于刀具所受最大应力102 MPa,最大变形量为4.94×10^(-5)m,满足使用性能要求。切割电机和喂入电机对应的激振频率分别为0~6.667 Hz和0~11.667 Hz,模态分析结果表明两电机的激振频率远小于根切器的一阶固有频率(60.89 Hz),因此不会引起共振现象,能够保障室内试验的顺利进行。搭建了可调刀盘转速、喂入速度及切割倾角的根切试验台,台架单因素试验结果表明当切割倾角、刀盘转速和喂入速度分别在10°~15°、140~220 r/min、1.1~1.7 m/s时,综合评价值较小,切割质量较优。正交试验方差分析结果表明各因素对综合评价值y均有显著影响;正交试验极差分析表明当切割倾角为15°,刀盘转速180r/min,喂入速度为1.4m/s时为最佳试验水平。经试验验证,此时综合评价值为0.256和0.298,切割质量较优。参考DG/T 117-2021甘蔗收获机械试验方法对甘蔗破头率进行检验,剪切合格率高达90.4%,破头率降低至10%以下,滑剪组合式甘蔗根切器作业质量满足行业要求。该研究可为新型甘蔗根切器的设计与研制提供理论参考。

关键词：设计试验甘蔗切割质量根切器滑切剪切

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车载液氢气瓶设计技术的研究进展

化工进展 2023年第8期42卷 4221-4229页

作者：郭晋张耕陈国华朱鸣谭粤李蔚夏莉胡昆浙江大学工程师学院浙江杭州310029 广东省特种设备检测研究院广东广州510000 华南理工大学机械与汽车工程学院广东广州510000 中国特种设备检测研究院北京100010

在化石能源消耗和环境污染的双重压力下,新能源发电及氢能备受关注。氢能燃料电池车辆作为目前最为广泛的氢能终端应用场景,对氢燃料储用系统的重量、存储能力、安全性能提出了更高的要求。车载液氢气瓶以其高密度、轻量化被广泛认为是... 详细信息

在化石能源消耗和环境污染的双重压力下,新能源发电及氢能备受关注。氢能燃料电池车辆作为目前最为广泛的氢能终端应用场景,对氢燃料储用系统的重量、存储能力、安全性能提出了更高的要求。车载液氢气瓶以其高密度、轻量化被广泛认为是下一阶段燃料电池车辆燃料箱的重要型式,车载液氢气瓶的安全性、绝热性是目前的关键难题。鉴于氢燃料电池汽车使用环境复杂、事故危害大,车辆的本质安全和高效节能十分重要,但车载液氢气瓶的设计方法并不完善,存在材料脆断、疲劳失效、真空丧失等失效风险。本文针对车载储氢气瓶关键设计环节,从选材、选型、设计和测试环节出发,从液氢气瓶材料韧脆转变性、车载液氢气瓶静动力学分析、车载液氢气瓶疲劳寿命、车载液氢气瓶使用过程及真空丧失后的绝热性能、车载液氢气瓶增压设计和增压传热方面综述了研究的历史发展情况、相关研究进展情况,分析了目前国内外研究的情况,预测了与车载液氢气瓶相关的研究趋势,最后对车载液氢气瓶的设计关键技术做了总结与展望。

关键词：安全氢设计真空深冷