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反转旋耕刀作业功耗仿真分析及试验验证

农机化研究 2024年第4期46卷 15-21,82页

作者：朱浩王东伟何晓宁尚书旗赵壮谭营王海清青岛农业大学机电工程学院山东青岛266109

针对油莎豆收获过程中功率消耗过高的问题,设计了一种反转旋耕挖掘装置,确定了主要工作部件旋耕刀的结构参数,并明确了旋耕装置的作业功率消耗主要组成。建立沙壤土土壤颗粒模型和油莎豆植株颗粒模型,最终建立土壤-植株-旋耕刀相互作用... 详细信息

针对油莎豆收获过程中功率消耗过高的问题,设计了一种反转旋耕挖掘装置,确定了主要工作部件旋耕刀的结构参数,并明确了旋耕装置的作业功率消耗主要组成。建立沙壤土土壤颗粒模型和油莎豆植株颗粒模型,最终建立土壤-植株-旋耕刀相互作用离散元仿真模型,并进行反转旋耕刀功耗仿真试验。采用正交试验设计,以刀辊转速、前进速度、作业深度为试验因素,以功率消耗为试验指标,通过Design-Expert 10.0.1进行数据分析,得出旋耕刀最佳工作参数,确定最优作业参数为刀轴转速233r/min、前进速度0.65m/s、工作深度138mm,此时功率消耗为30.49kW。经田间试验验证,理论值与试验值相对误差平均值为4.22%,表明功率消耗数学模型具有较高的适用性。研究中旋耕刀功率消耗仿真分析结果和最优作业参数可为旋耕挖掘、减阻降耗提供参考。

关键词：油莎豆旋耕挖掘功率消耗离散元

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考虑点蚀情况的双渐开线齿轮动态特性研究

机电工程 2024年第3期41卷 382-391页

作者：沈成姜宇姜春雷潘毅樊智敏青岛科技大学机电工程学院山东青岛266061

齿轮是机械传动系统的核心部件,点蚀与磨损是其主要失效的形式。为解决齿轮发生点蚀失效时双渐开线齿轮的时变啮合刚度与动态特性不明这一问题,采用接触线百分比法求解了发生点蚀时双渐开线齿轮的啮合刚度,并利用有限元法验证了算法的... 详细信息

齿轮是机械传动系统的核心部件,点蚀与磨损是其主要失效的形式。为解决齿轮发生点蚀失效时双渐开线齿轮的时变啮合刚度与动态特性不明这一问题,采用接触线百分比法求解了发生点蚀时双渐开线齿轮的啮合刚度,并利用有限元法验证了算法的正确性。首先,对不同点蚀情况进行了分类,分析了不同点蚀数量对双渐开线齿轮接触线长度的影响;然后,基于接触线百分比法,利用轮齿载荷与轮齿变形的比值关系求解了不同点蚀情况下齿轮的啮合刚度,采用有限元法验证了算法的正确性,并对比分析了点蚀对双渐开线与普通渐开线齿轮啮合刚度的影响;最后,建立了两种齿轮的柔性多体动力学模型,基于冲激函数法分析了两种齿轮在不同点蚀情况下的动力学特性。研究结果表明:相同工况条件下,随着点蚀程度的加深,两种类型齿轮啮合刚度均不断减小,动态啮合力及振动角加速度幅值增加,其中双渐开线齿轮啮合力最大值为1.24×10^(5)N,角加速度最大值为2.66×10^(6)°/s^(2);相比于普通渐开线齿轮,双渐开线齿轮在点蚀影响下的啮合刚度变化更稳定,加速度幅值波动更平缓,具有更好的抵抗冲击能力和动力传递稳定性。

关键词：机械传动系统齿轮传动点蚀与磨损接触线长度啮合刚度动力学特性

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花生小区播种施肥机设计与试验研究

农机化研究 2024年第4期46卷 99-105,113页

作者：张春晓王东伟刘艳芬何晓宁李永超张远东李云康李冬杰左百强青岛农业大学机电工程学院山东青岛266109

我国花生育种小区机械化程度低,播种收获等关键环节仍以人工作业为主,劳动强度大,效率低,且易出现混种问题。为此,结合我国花生育种小区种植的农艺要求,设计了多功能花生小区播种施肥机,适宜垄作覆膜的种植模式。其在传统窝眼轮式排种... 详细信息

我国花生育种小区机械化程度低,播种收获等关键环节仍以人工作业为主,劳动强度大,效率低,且易出现混种问题。为此,结合我国花生育种小区种植的农艺要求,设计了多功能花生小区播种施肥机,适宜垄作覆膜的种植模式。其在传统窝眼轮式排种器上加设净种装置,能够清除窝眼轮内剩余的种子,保证了育种小区试验的科学性;创新设计了起垄装置与覆膜装置,能够一次性完成开沟、施肥、起垄、播种及覆膜等多项作业,提高了播种机的效率。试验结果表明:机具作业后花生双粒率为99.16%,漏播率为0.6%,穴距偏差率为12.03%,重播率为0.91%,种子覆土深度合格率为90.32%,排种器清种率为100%,种子出苗率为80.90%,作业质量符合我国花生小区种植的农艺要求。该播种机的使用,提高了花生育种小区种植作业效率,为小区后续作业实施机械化提供了便利,可为育种小区机械的研发提供参考。

关键词：花生育种小区播种施肥起垄覆膜

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可调式分土装置的设计及试验

农机化研究 2024年第9期46卷 180-185页

作者：邱祝川潘永菲王方艳青岛农业大学机电工程学院山东青岛266109

针对垄作大葱收获分土阻力大问题,确定了可调式分土装置的结构,降低了分土作业时消耗的功率。装置由分土圆盘、支架、调节座等组成,可将葱垄两侧的土壤进行切割、抛送。借助Design-Expert8.0.6软件,以分土盘的距离、偏角、转速为试验因... 详细信息

针对垄作大葱收获分土阻力大问题,确定了可调式分土装置的结构,降低了分土作业时消耗的功率。装置由分土圆盘、支架、调节座等组成,可将葱垄两侧的土壤进行切割、抛送。借助Design-Expert8.0.6软件,以分土盘的距离、偏角、转速为试验因素,功率为指标设计正交旋转组合试验,确定距离、偏角、转速对分土盘功率的影响顺序为偏角>转速>距离。利用响应曲面对试验结果进行优化,得到分土盘低功耗的最佳参数组合,即距离为100mm、偏角为20°、转速为30r/min。通过田间试验验证了最佳参数组合分土盘的分土效果较好,分土功率均值为145.8W。

关键词：分土装置调节装置功耗田间试验大葱

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仿生扇贝花生挖掘铲的设计与试验

农机化研究 2024年第3期46卷 114-119页

作者：夏超尚书旗王东伟刘玉高何晓宁赵壮郭鹏左百强青岛农业大学机电工程学院山东青岛266109

农机挖掘部件作为重要的耐磨部件,其耐磨性能的好坏关系到收获机械的使用寿命及能耗的高低。在挖掘部件的结构优化设计中,仿生学在提高农机挖掘部件性能上提供了新的设计思路。为此,通过扇贝壳轮廓曲线拟合,研制出一种仿生扇贝挖掘铲。... 详细信息

农机挖掘部件作为重要的耐磨部件,其耐磨性能的好坏关系到收获机械的使用寿命及能耗的高低。在挖掘部件的结构优化设计中,仿生学在提高农机挖掘部件性能上提供了新的设计思路。为此,通过扇贝壳轮廓曲线拟合,研制出一种仿生扇贝挖掘铲。基于EDEM仿真软件,对仿生挖掘铲和普通挖掘铲进行运动仿真分析,结果表明:在0.4、0.6、0.8m/s 3种不同运动速度下,仿生挖掘铲受力明显小于普通挖掘铲,其减阻性能较普通挖掘铲可提高5%~7%;对比两种挖掘铲造成的土壤颗粒运动变化,仿生挖掘铲对土壤颗粒的速度变化影响较小,分布更为均匀。

关键词：挖掘部件耐磨性能仿生运动仿真

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花椒采收机设计与试验

农机化研究 2024年第10期46卷 145-152页

作者：李成鹏尚书旗王东伟何晓宁常学良杨紫奥刘知鑫王如正青岛农业大学机电工程学院山东青岛266109

为解决花椒收获过程中的摘净率低、损伤率高的问题,在现有结构基础上,基于梳刷摘果原理对采摘装置、传动装置等零部件进行设计和分析,确定了影响花椒采收机采摘效果的因素。利用ADAMS软件,以采摘装置梳刷滚筒转速、梳刷滚筒与喂入口间... 详细信息

为解决花椒收获过程中的摘净率低、损伤率高的问题,在现有结构基础上,基于梳刷摘果原理对采摘装置、传动装置等零部件进行设计和分析,确定了影响花椒采收机采摘效果的因素。利用ADAMS软件,以采摘装置梳刷滚筒转速、梳刷滚筒与喂入口间距、两梳刷滚筒间距为影响因素,以花椒果实未损伤摘净率为检测目标,进行响应面仿真分析试验。结果表明:梳刷滚筒转速对花椒果实未损伤摘净率影响极其显著,梳刷滚筒与喂入口间距、两梳刷滚筒间距影响比较显著。最优参数下,即梳刷滚筒转速531r/min、两梳刷滚筒间距70.6mm、梳刷滚筒与喂入口间距46.7mm时,花椒果实未损伤摘净率为96.6%。研究结果可为后续花椒采收机的研究提供参考。

关键词：花椒采摘装置梳刷式仿真试验

微型无油滚动转子压缩机的动力特性与摩擦损失分析

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机电工程 2024年第8期41卷 1447-1454页

作者：孙效航杨启超史本林陈沐清青岛科技大学机电工程学院山东青岛266061

微型滚动转子压缩机的无油化带来的摩擦损耗问题不容忽视,研究其摩擦损耗分布规律及其改进措施对提高压缩机效率至关重要,为此,对微型无油滚动转子压缩机主要摩擦副进行了变工况、变结构的摩擦功耗研究。首先,建立了微型无油滚动转子压... 详细信息

微型滚动转子压缩机的无油化带来的摩擦损耗问题不容忽视,研究其摩擦损耗分布规律及其改进措施对提高压缩机效率至关重要,为此,对微型无油滚动转子压缩机主要摩擦副进行了变工况、变结构的摩擦功耗研究。首先,建立了微型无油滚动转子压缩机动力学分析的数学模型;然后,对微型无油滚动转子压缩机主要部件的受力进行了特性分析,并计算获得了主要摩擦副摩擦功耗随主轴转角的变化规律;最后,分析了排气压力、滑片厚度、偏心率和相对气缸长度对微型无油滚动转子压缩机主要摩擦副摩擦功耗及其占比的影响规律。研究结果表明:排气压力从1100 kPa提高至1800 kPa,压缩机总摩擦功耗升高了67.7%;滑片厚度从1 mm提高至3 mm,总摩擦功耗仅升高了32.8%;偏心率从0.06提高至0.2,总摩擦功耗升高了121.5%;相对气缸长度从0.25提高至0.6,总摩擦功耗升高了31.9%。根据分析结果可得出结论:微型无油滚动转子压缩机的偏心率的取值在0.14左右最为合适,优化偏心率对改善微型无油滚动转子压缩机的摩擦损失效果最明显,其次是改变滑片厚度,最后是改变相对气缸长度。

关键词：微型无油滚动转子压缩机摩擦损耗分布规律数学模型偏心率滑片厚度相对气缸长度受力分析

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基于响应面法的单辊筒机头参数优化设计

机械设计 2024年第6期41卷 25-30页

作者：吴程旺焦冬梅王同坤战梦青岛科技大学机电工程学院山东青岛266061

在生产轮胎气密层的过程中,挤出制品的均匀性是首要保证的目标,常被作为评判轮胎质量优劣的关键因素。但过度提高制品均匀性会导致挤出效率严重下降,不利于企业的实际生产。为解决上述问题,文中采用有限元法和响应面法相结合的方式对单... 详细信息

在生产轮胎气密层的过程中,挤出制品的均匀性是首要保证的目标,常被作为评判轮胎质量优劣的关键因素。但过度提高制品均匀性会导致挤出效率严重下降,不利于企业的实际生产。为解决上述问题,文中采用有限元法和响应面法相结合的方式对单辊筒机头进行优化分析,分别以出口截面中间层挤出方向的速度均值和标准差为目标函数,通过部分因子试验、爬坡试验、Box-Behnken设计及响应曲面分析构造显著因子与目标函数的回归方程来确定最佳优化组合。对回归方程及优化后的流场模型进行了试验验证。结果表明:单辊筒机头挤出均匀性和稳定性得到改善,响应面法可以用于单辊筒机头的结构和工艺参数的优化设计。

关键词：响应曲面分析单辊筒机头挤出均匀性优化

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油莎豆种子籽粒离散元仿真参数标定与试验

农机化研究 2024年第2期46卷 172-178页

作者：郑效帅何晓宁尚书旗王东伟李成鹏时延鑫赵壮卢玉伦青岛农业大学机电工程学院山东青岛266109

为了解决新型油料作物油莎豆排种器设计过程中种子物理参数不清及仿真参数与实际差异较大,造成模拟试验不准确,制约油莎豆排种器的发展的问题,测定了油莎豆种子的几何参数、弹性模量、泊松比、摩擦因数、碰撞恢复系数和休止角。以截面... 详细信息

为了解决新型油料作物油莎豆排种器设计过程中种子物理参数不清及仿真参数与实际差异较大,造成模拟试验不准确,制约油莎豆排种器的发展的问题,测定了油莎豆种子的几何参数、弹性模量、泊松比、摩擦因数、碰撞恢复系数和休止角。以截面圆跳动法测出油莎豆种子精确外形轮廓并建立仿真颗粒模型,通过离散元仿真参数标定得出油莎豆种间静摩擦系数为0.662,油莎豆种间滚动摩擦因数为0.024。通过休止角试验验证,得到误差为1.61%,较标定前降低92.9%。通过排种仿真试验、排种器试验台试验和播种田间试验验证,得到仿真重播指数相对误差为3.79%、4.64%,漏播指数相对误差为6.81%、8.64%。由此表明,油莎豆仿真参数标定值可靠,可为油莎豆单粒精播排种器设计优化提供参考。

关键词：油莎豆排种器离散元法参数标定

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