2012, 43(5):1-10. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2012.05.001
摘要:电控单体泵的循环喷油量波动影响喷油系统工作的稳定性和一致性。利用AMESim软件建立单体泵数值模型,应用实验设计思想,制定了相关性分析的仿真方法。通过仿真和相关性分析,揭示了全工况平面内关键影响参数分别在有无交互作用下与循环喷油量的相关性变化规律,表现出复杂的非线性。得出无参数交互作用下全工况平面内与循环喷油量有显著相关性的特性参数为低压供油压力、凸轮型线速率、控制阀杆升程、喷油器开启压力、喷油器针阀升程和喷油器流量系数;交互作用下参数自身交互作用的二次因子与循环喷油量的相关性最显著。
2012, 43(5):11-15. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2012.05.002
摘要:共轨柴油机电控喷油器电磁阀的驱动电路一般采用Peak & Hold驱动方式,在不同的阶段对电流变化的快慢要求不同。为满足喷油过程中对电流的变化要求,从理论上分析电路的状态响应特性,优化电磁阀驱动电路,以提高电磁阀的响应速度,设计了基于自举电路的喷油器驱动电路。试验结果表明,在相同的驱动参数下,优化后的驱动电路在喷油过程中保持阶段电流的波动幅值减小50%,而喷油器关闭过程的响应时间只需20μs,实现了精确控制喷油量和喷油定时的目的。
2012, 43(5):16-21,83. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2012.05.003
摘要:在设计某型号国Ⅳ柴油机选择性催化还原系统SCR时,为了快速标定SCR控制器,采用空间填充试验设计得到130个优化工况点,使试验规模减小了2/3。基于排放特性试验数据库和催化器特性试验数据库,利用神经网络开发了目标柴油机排放模型和催化器模型。基于催化器模型,通过多目标优化计算得到尿素计量脉谱,ESC循环试验证明所标定的脉谱精度满足控制要求。
汪硕峰 , 纪常伟 , 焦磊 , 张旻玥 , 张擘 , 黄霄楠
2012, 43(5):22-26. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2012.05.004
摘要:在一台加装了电控氢气喷射系统的四缸汽油机上,试验研究了混氢对发动机低怠速性能的影响。在怠速转速不变、维持进气混合气处于当量比的条件下,在0~6%的范围内逐渐增加氢气在总进气中的体积分数,测试了发动机转速分别为800、700、600r/min时的低怠速性能。试验结果表明,纯汽油机怠速为800r/min时,发动机稳定运行的燃料能量流量Ef为30.8MJ/h,而当混氢分数增加至6.0%、怠速转速降至600r/min时,Ef降低至18.6MJ/h;随进气混氢体积分数的提高,发动机低怠速时的燃烧持续期缩短,HC、CO及NOx排放量降低,循环变动也减小。可见,进气掺氢可有效改善发动机的低怠速性能。
2012, 43(5):27-31. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2012.05.005
摘要:针对发动机排气余热的特点,设计了有机朗肯循环(ORC)排气余热回收系统,采用单螺杆膨胀机作为动力输出装置,采用R245fa作为工质,提出了发动机排气余热利用率的概念和计算方法。结合发动机的试验数据,分析了ORC工质蒸发压力和发动机转速对ORC系统性能的影响,确定了适用于ORC系统的工质蒸发压力的最佳值。研究结果表明,当工质蒸发压力为3.0MPa时,ORC系统能够在发动机全转速范围内正常工作,并且ORC系统的净输出功率最高可达12.1kW,热力学第一定律效率最高可达11.27%,热力学第二定律效率最高可达25.8%,发动机排气余热利用率最高可达8.9%,发动机排气余热回收效果明显。
2012, 43(5):32-36. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2012.05.006
摘要:结合电液调速器的调节特性和结构特点,对弹性连接板进行了优化设计。通过精确受力分析,采用有限元方法对连接板初始设计进行静力学分析。选取连接板中部槽口处多个尺寸为设计变量,以中部更大的变形位移为优化目标,以高可靠性和良好的响应为约束条件,建立了优化设计的数学模型。采用不同配置应用COSMOSWorks的OPTSTAR模块对连接板进行优化分析,并通过模拟连接板的实际工况对有限元计算精度进行了试验验证。分析结果表明,优化后的连接板增大了Z方向变形位移,有效地提高了连接板的调节灵敏度和在系统中的可靠性能。
2012, 43(5):37-42. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2012.05.007
摘要:应用联合多重分形理论研究了0~20cm土层土壤含水率、土壤电导率、砂粒含量、粘粒含量、粗粉粒含量、土壤粒径分布体积分形维数、土壤容重、有机质含量的空间变异性与20~40cm土层对应变量空间变异性在多尺度上的相互关系。结果表明:相对于0~20cm土层上述变量的空间变异性,20~40cm土层粗粉粒含量、有机质含量空间变异性的变化率最大,土壤电导率、粘粒含量、土壤粒径分布体积分形维数空间变异性的变化率最小,砂粒含量、土壤含水率、土壤容重空间变异性的变化率介于两者之间;多尺度上,0~20cm土层土壤含水率、土壤容重、有机质含量、粘粒含量、砂粒含量、土壤电导率、土壤粒径分布体积分形维数、粗粉粒含量与20~40cm土层对应变量空间变异性在多尺度上的相关性依次减弱。
2012, 43(5):43-48,42. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2012.05.008
摘要:利用单重分形和多重分形方法定量分析黄土丘陵区土壤粒径分布(PSD)特征,同时分析土地利用方式对PSD分形参数的影响。结果表明:研究区PSD呈现出非均匀分布,具有多重分形特征,PSD多重分形谱f(α)-α为不对称的上凸曲线。容量维数D0与土壤质地相关性不明显,信息维数D1、关联维数D2和多重分形谱宽Δα均与粘粒体积分数呈极显著正相关(P<0.01)。土地利用方式对粘粒、粉粒、砂粒体积分数和Dsilt值有显著影响(P<0.01)。多重分形分析为详细描述PSD提供了精确的方法和途径。
2012, 43(5):49-54. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2012.05.009
摘要:采用现场调查取样与室内分析相结合的方法,研究了设施栽培条件下原状土壤和扰动土壤分形维数及其与水分特征曲线的关系,结果表明:在相同质地的情况下,分形维数随土壤容重的增大而增大;设施土壤水分特性曲线原状土分形维数与扰动土分形维数具有良好的线性关系;通过原状土与扰动土分形维数的关系来预测的原状土水分特征曲线在整个含水率范围内预测结果与实测值一致性较好,表明根据土壤扰动土分形维数来预测原状土水分特征曲线是可行的。
2012, 43(5):55-63. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2012.05.010
摘要:以河南省冬小麦旱情遥感监测为例,利用MODIS/AQUA卫星产品的归一化植被指数(NDVI)、增强型植被指数(EVI)、叶面积指数(LAI)和地表温度(ST)数据,分析了NDVI—ST和EVI—ST的特征空间,发现NDVI—ST和EVI—ST的特征空间具有双抛物线型特征。将其与三角形NDVI—ST、EVI—ST及LAI—ST特征空间进行对比分析,并将得到的温度植被干旱指数(TVDI)数据与土壤湿度进行相关性分析,揭示双抛物线型NDVI—ST特征空间能更好地反映地表10cm土壤水分状况。以双抛物线型NDVI—ST特征空间得到的TVDI作为旱情遥感监测指标,评估了2011—02—26~2011—05—16河南省冬小麦旱情,并与当地气象站降雨数据对比,揭示了2011年春天河南省旱情发展的总体时空特点。
2012, 43(5):64-68. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2012.05.011
摘要:为研究斜流泵出现的鞍形曲线机理,利用数值模拟的方法对斜流泵进行了研究。通过定常数值模拟得到了鞍形曲线组成部分——扬程骤降段和随后扬程小幅上升段两部分机理。小流量下叶轮轮缘处存在流动分离,并且形成漩涡,导致叶轮出口有效外径的减小,是扬程骤降主要原因。流量继续下降,在叶轮出口靠近轮毂处出现一个大尺度的涡,由于漩涡阻塞作用,导致液流由轮毂向轮缘处偏移,使叶轮内部流态由斜流式转变为离心式,是扬程小幅上升的原因。为研究叶轮出口出现回流的原因,利用非定常数值模拟对导叶进行研究,发现导叶进口处存在失速是斜流式叶轮内部流态转变为离心式的主要原因。同时发现在小流量下导叶进口压力不均匀性是失速核沿圆周方向传播的主要原因。
2012, 43(5):69-73. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2012.05.012
摘要:基于APDL参数化设计语言开发了多级离心泵泵轴强度计算程序,通过调入自编模型程序的脚本文件,执行SOLVE命令进行计算,实现了零流量工况和设计点工况下泵轴的参数化自动建模、载荷施加与求解以及计算结果的三维参数化显示,清晰描述了泵轴在不同工况下不同截面上的应力分布情况及危险点位置,完成泵轴强度的精确计算。应用实例表明,设计的应用程序计算准确、操作简单,计算结果直观形象,大大提高了泵轴强度计算效率,减少了分析成本。
2012, 43(5):74-78. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2012.05.013
摘要:通过增加叶轮叶片的厚度来控制过流断面面积,从而实现低比转数排污泵的无过载特性。从样机的外特性实验结果可以看出:当过流断面面积趋于平缓变化时,流量达到1.5倍设计流量,泵的轴功率曲线即出现极值点,机组表现出明显的无过载性能。通过PIV内部流场测试技术与CFD数值计算手段,对垂直于轴线方向并通过叶轮出口宽度中间位置的截面进行了实验与预测,结果表明:设计工况下,数值计算结果不仅在外特性上与实验结果相符合,其内流场的计算也与PIV实验结果相一致;同时叶轮流道内部由于科氏力的作用导致压力面的相对速度小于吸力面, 叶轮流道内整体流场分布均匀,无明显脱流和漩涡;由于叶轮与蜗壳之间存在动静干涉问题,导致各个叶轮流道之间的流动并不呈绝对的轴对称分布。
2012, 43(5):79-83. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2012.05.014
摘要:为研究超低比转数离心泵叶轮直径切割量与泵性能变化的关系,选取IS 50—32—250型离心泵为研究对象,利用商业软件Fluent对不同叶轮外径下泵的三维流场进行数值模拟,计算出不同叶轮切割量下的叶轮和泵体流场中压力场和速度场的分布。通过对不同叶轮切割量的计算结果分析比较,得出超低比转数离心泵叶轮切割量对泵的效率产生很大影响:叶轮切割量为0.03时,泵的效率突然升高;切割量为0.09时,效率稍有下降;切割量为0.15时,效率突然产生大幅度下降。实际切割中切割量不能大于0.15,否则性能严重下降。
2012, 43(5):84-90. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2012.05.015
摘要:为解决鸡场沼气工程沼液后续处理问题,以某养鸡场沼气工程全混式发酵池出水沼液处理为例,研究鸡粪厌氧发酵沼液的达标处理工艺。从鸡粪厌氧发酵沼液的特点出发,采用生化法与物化法相结合工艺处理沼液,并考查了3种不同组合的工艺处理效果。先以小试试验确定工艺最佳运行参数,再中试运行考查工艺的处理效果。结果表明:采用鸟粪石—SBR—混凝工艺处理鸡粪厌氧发酵沼液,沼液CODCr由9200mg/L降至280mg/L,NH+4N由3200mg/L降至36mg/L,TP由270mg/L降至3.3mg/L,达到畜禽养殖业污染物排放标准(GB 18596—2001);对于鸡粪厌氧发酵沼液中NH+4N的去除,直接采用SBR处理,微生物会受到游离氨抑制,NH+4N去除率不足30%,生化处理前必须采用预处理降低NH+4N负荷;鸡粪厌氧发酵沼液生化性良好,但仍含有一定量难降解CODCr,采用生化处理结合物化工艺进行深度处理可以以较低成本实现达标排放。
2012, 43(5):91-96. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2012.05.016
摘要:首先采用多维数值模拟方法解析了下吸式固定床反应器生物质气化反应的发展过程,并通过主动配气下吸式固定床的气化试验结果验证了该数值解析方法的可行性。在此基础上,解析了气化过程中炉内温度场和组分场的分布特性。结果表明,空气当量比RER是影响下吸式固定床气化过程气化特性的重要因素,并且对于炉内温度场分布和气化产气组分场的最优取值范围为0.24~0.28。
2012, 43(5):97-102. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2012.05.017
摘要:基于松木块气化试验数据,建立了燃气焦油炉内、炉外联合脱除过程最小二乘支持向量机模型(LS—SVM)。在燃气焦油炉内脱除工况优化基础上,针对催化剂活性进一步拟合了燃气焦油炉外催化裂解脱除过程多目标优化模型,优化计算得到气化燃气焦油联合脱除工况的Pareto最优解集。寻优结果表明,气化炉出口燃气焦油质量浓度低于2g/m3,满足焦油催化裂解器对入口燃气焦油含量要求;焦油催化裂解器出口燃气焦油质量浓度降低至0.126~0.340g/m3之间,同时满足燃气热值大于4MJ/m3的工程要求,燃气总体品质明显优于试验结果。
王云阳 , 张丽 , 王绍金 , Tang Juming , 李元瑞
2012, 43(5):103-107. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2012.05.018
摘要:采用非线性回归方法,分析评价了6种模型与试验得到的澳洲坚果果壳在25℃下的解吸等温线与吸附等温线的拟合程度,以确定最佳拟合模型及其参数。结果表明,根据国际理论和应用化学联合会(IUPAC)的分类,解吸等温线与吸附等温线都属于第Ⅰ种类型。解吸吸附滞后现象属于H3型。GAB 模型是最佳的解吸等温线和吸附等温线拟合方程。GAB模型拟合解吸等温线的参数A、B、C分别为9.693、0.605、8.378,拟合吸附等温线的参数分别为9.695、0.635、3.268。
2012, 43(5):108-113. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2012.05.019
摘要:研究了1-MCP处理结合冰温贮藏对柿果贮藏品质和衰老褐变指标的影响。结果表明:1-MCP结合冰温贮藏有效延缓果实硬度的下降,维持较高的维生素C、可溶性固形物、可滴定酸和可溶性单宁含量,较好地保留果实原有的营养成分;抑制了贮藏后期丙二醛和膜相对电导率的增加、总酚含量的降低和PPO活性的上升,延缓了果实的衰老进程和褐变的发生,贮藏期可延长60d。因此,1-MCP结合冰温贮藏是有效延长贮藏期的保鲜集成技术。
2012, 43(5):114-121. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2012.05.020
摘要:探讨了不同浓度1-MCP处理对采后油木奈果实保鲜效应的影响。采后油木奈果实分别用0、0.3、0.6、0.9和1.2μL/L的1-MCP处理12h后,在(25±1)℃下贮藏。贮藏期间测定果实呼吸强度、细胞膜相对渗透率、果实表面色调角h°和果皮叶绿素含量、果实硬度、可溶性固形物和可滴定酸含量、果实好果率、失重率及感官品质等指标的变化。结果表明:与对照果实相比,1-MCP处理都可降低油木奈果实呼吸强度和呼吸峰值,延缓果实细胞膜相对渗透率升高,抑制果实表面色调角h°下降,保持较高的果实硬度、可滴定酸和果皮叶绿素含量,延迟果实外观颜色转变,减少果实失重和腐烂;其中1.2μL/L 1-MCP处理12h的保鲜效果最佳,在(25±1)℃下贮藏20d时,果实好果率达87%,果实仍保持鲜绿色、果肉质地脆硬、果实酸甜适口、香气浓郁。
2012, 43(5):122-129. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2012.05.021
摘要:以意大利青霉、指状青霉、柑橘链格孢为供试菌种,采用生长速率法对30种中药的乙醇提取物进行离体抑菌试验,并将抑菌效果最好的黄连醇提物用于奥林达夏橙的活体防效和贮藏保鲜试验,结果表明:30种中药醇提取物对3种病原菌菌丝生长产生不同的作用效果,其中黄连抑菌效果最好,达到100%,与咪鲜胺相比无显著差异(P>0.05),其最小抑菌质量浓度为0.025g/mL;防效试验第10天时,黄连醇提液对3种真菌孢子混合液的防治效果仍高达90.87%,与咪鲜胺处理无显著差异(P>0.05);保鲜试验进一步表明黄连醇提液能有效降低夏橙果实腐烂和霉变的发生,提高好果率,减少果实中可滴定酸和维生素C损失,与咪鲜胺处理相比,无显著差异(P>0.05)。
何新益 , 程莉莉 , 刘金福 , 黄宗海 , 杜先锋 , 汪姣
2012, 43(5):130-135. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2012.05.022
摘要:探讨了膨化初始含水率和抽真空干燥温度对苹果片变温压差膨化干燥特性的影响,建立了苹果片变温压差膨化干燥动力学模型。结果表明:苹果片变温压差膨化干燥过程分为加速干燥、恒速干燥和减速干燥3个阶段,干燥过程大部分处于减速干燥;不同干燥条件下的苹果片变温压差膨化干燥满足Page方程;苹果片有效扩散系数在1.52×10-9~8.87×10-9m2/s范围内。所建模型可以预测干燥条件下的苹果片变温压差膨化干燥过程中含水率的变化,特定系数k、n与膨化初始含水率和抽真空干燥温度呈线性关系,相关系数r2分别为0.845、0.997。
2012, 43(5):136-141. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2012.05.023
摘要:以湿毛巾为研究对象,在自行研制的远红外辅助热泵干燥装置上进行了干燥系统的性能测试。比较了热泵(HP)干燥和加热功率为500、1000和2000W的远红外(FIR)辅助热泵干燥条件下,干燥室进、出口空气温度和相对湿度,以及干燥对象不同部位的温度在干燥过程中的变化情况。与单一热泵干燥相比,不同功率远红外辅助热泵干燥的除湿能力提高8.1%~22.2%。结果表明远红外辅助热泵干燥可以有效缩短干燥时间,提高干燥效率。
2012, 43(5):142-146. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2012.05.024
摘要:北虫草经过热风干燥、真空干燥和真空冷冻干燥后,利用图像处理技术分析干燥方法对表面积收缩率的影响,并结合干燥后北虫草的剪切和压碎力学特性,确定适宜粉碎的干燥方式;以通过200目标准检验筛的粉体质量分数为评价指标,通过分析干燥后北虫草的剪切粉碎和球磨粉碎工艺,确定北虫草的最优粉碎工艺参数。结果表明,真空冷冻干燥后的北虫草面积收缩率、剪切力和压碎力均最小,真空冷冻干燥为北虫草粉碎最适宜的干燥方法;剪切粉碎最优工艺参数为:粉碎时间3min,物料填充率25%,物料含水率3%,此时粉碎效率为68.5g/h,耗电量为0.46kW·h/kg;球磨粉碎最优工艺参数为:粉碎转速266r/min,粉碎时间60min,介质填充率23%,物料填充率15%,此时粉碎效率为36.5g/h,耗电量为2kW·h/kg。
2012, 43(5):147-151. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2012.05.025
摘要:采集135个牛胴体眼肌样本,参照中国牛肉质量标准的大理石图版,由3人评定小组评定出每一个样本的大理石花纹等级,再用数码相机采集每一个样本的数字图像。用图像处理技术对每一幅图像进行降噪、分割等处理,提取出牛肉大理石花纹,并计算出牛肉大理石花纹的面积比率、总脂肪颗粒数和大小脂肪颗粒数;然后用变尺度的方法,测定出每个牛肉大理石花纹样本图像的计盒维数和信息维数;以这些参数为基础,分别建立牛肉大理石花纹等级判定的多元线性模型和多元多项式模型。实验结果表明,利用多元线性模型和多元多项式模型判定牛肉大理石花纹等级,预测正确率分别为75%和87.5%。
2012, 43(5):152-156. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2012.05.026
摘要:利用高光谱图像技术和高效液相色谱法(HPLC)快速检测了新鲜黄瓜叶中叶绿素a、叶绿素b、β-胡萝卜素和叶黄素4种色素含量。采集了120片黄瓜叶的近红外高光谱图像数据以及用HPLC精确测定黄瓜叶中色素含量;提取高光谱图像中50×50像素感兴趣区域(ROI)的平均光谱与4种色素含量分别建立偏最小二乘(PLS)预测模型;为了提高模型的稳定性和预测精度,分别采用区间偏最小二乘(iPLS)、向后区间偏最小二乘(BiPLS)和联合区间偏最小二乘(SiPLS)对各种色素对应的特征波段进行优选,同时对光谱划分数进行了优化。结果表明BiPLS和SiPLS对应模型的预测效果较好,对叶绿素a、叶绿素b、β-胡萝卜素和叶黄素4种色素的预测集相关系数RP分别为0.8257、0.8134、0.8116、0.8262。
2012, 43(5):157-161. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2012.05.027
摘要:针对植物病斑图像背景复杂且分割难问题,提出一种基于水平集和加权颜色信息的C—V模型。借助水平集方法对病斑图像的R、G、B分量图像颜色信息取加权值,以差分图像能量作为能量函数最终值,以适应不同的病害种类。试验结果表明,经过R、G、B加权的黄瓜红粉病病斑图像使用4R—G图像模型、苹果锈病病斑图像使用3R—G—B图像模型自动分割的效果较好,比传统C—V模型分割性能好,抗噪性好,可扩展性好。
关海鸥 , 衣淑娟 , 焦峰 , 许少华 , 左豫虎 , 金宝石
2012, 43(5):162-167,156. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2012.05.028
摘要:针对农作物冠层图像颜色特征与缺素症状之间的模糊性和不确定性,利用模糊逻辑能够完整地表达领域推理规则和神经网络的自适应性,提出一种正则化的自适应模糊神经网络作为作物营养诊断分类决策模型。该模型能充分利用专家先验知识给出的“if-then”规则,完善网络的推理结构,并给出了网络规则层节点的自适应选取方法和相应的反向传播学习算法。通过对大豆缺素症状诊断试验表明,该模型速度快且稳定,精度接近100%,具有良好的适应性和实用性。
杨福增 , 刘珊 , 陈丽萍 , 宋怀波 , 王元杰 , 兰玉彬
2012, 43(5):168-172,202. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2012.05.029
摘要:从摄像机标定、图像获取、双目校正、立体匹配、深度计算等方面研究多种农田障碍物检测方法,分别用Bouguet算法进行立体校正、用区域匹配方法获取视差图、用三角测量方法计算障碍物的深度,获取了不同环境下的5种障碍物及其位置信息,并使用计算机视觉函数库OpenCV,提高了算法的实时性。试验表明:障碍物与摄像机的距离小于2000mm时,准确识别率在96%以上,深度的绝对误差在±30mm内(即相对误差在1.5%以下),且完成一次障碍物检测的时间小于100ms。
吕继东 , 赵德安 , 姬伟 , 陈玉 , 沈惠良 , 张颖
2012, 43(5):173-178,196. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2012.05.030
摘要:提出一种采摘机器人在果实振荡状况下的动态识别方法,解决由于果实振荡影响采摘机器人识别定位时间,进而影响采摘速度和效率的问题。首先对所采集的振荡果实图像进行图像分割,将其分为果实和背景两部分;其次引入帧间差分法、水平最小外接矩形法等对分割图像进行振荡果实动态区域的区域标识,然后对其振荡果实进行识别,当图像中有多个振荡果实时,以距离图像中心最近原则确定采摘振荡目标果实。试验结果表明对实际采摘环境下遇到的多数情况,所提算法都能很好地识别出振荡果实,识别时间少于0.5s。
2012, 43(5):179-183. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2012.05.031
摘要:针对温室等设施农业环境,设计了一种具有3P3R机械臂结构的机器人,为了分析机械臂的操作性能并实现精确运动控制,对机械臂进行了运动学和动力学分析;采用Kane方法和旋量理论分析方法建立了机器人的操作臂运动学和动力学模型,利用该模型,针对原理样机的具体结构,在Mathematica环境下研究了机械臂的操作性能,得到在一定作业任务规划下,末端执行器的位姿变化规律,以及按照该规划轨迹运动时各关节的驱动力;结果表明,结合了Kane方法和旋量理论的动力学模型具有准确、简单、有效等特点,能够满足机械臂的运动学、动力学分析的要求。
2012, 43(5):184-189. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2012.05.032
摘要:为了建立集环境因子、作物生长过程和上层指标的综合温室控制系统,分析了现有温室控制研究成果,基于控制周期原则将温室控制系统分为分钟级温室环境因子控制系统(快速时变系统)、天或旬级的作物生长周期控制系统(中速时变系统)、年级的温室上层指标控制系统(慢速时变系统)。通过多时间尺度分析发现3类控制系统具有多时标特性,借助奇异摄动理论,对温室控制系统进行了分层递阶设计,进而得出该理论下的总体温室控制系统模型与控制器求解过程。通过算例演绎该设计方法的步骤,进行了仿真研究,结果表明,基于奇异摄动理论的温室控制系统设计思路清晰、计算量小、易于工程实现。
2012, 43(5):190-196. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2012.05.033
摘要:建立了嵌入式超磁致伸缩GMM构件的机、电、磁、热多场优化模型,并采用多目标遗传算法实现了GMM构件的多场耦合模型优化。由GMM构件的一般设计准则和异形孔精密加工工艺要求,确定模型优化目标包括:合理的驱动刚度和较大的抗扭转刚度;驱动线圈效率系数大;空心线圈产生的高强度磁场;减少导磁回路磁阻,使GMM内部磁场强度高;强制水冷腔的散热效率高。优化变量包括:GMM的尺寸、导磁材料的磁导率以及磁回路、线圈、水冷腔体的结构。根据设计要求选取变量范围,采用非支配排序遗传算法(NSGA)在整个参数空间内搜索,得到了GMM构件主要结构参数,并通过试验和磁场仿真验证了结构设计方法的正确性。
凌琳 , 刘明周 , 唐娟 , 赵志彪 , 葛茂根 , 蒋增强
2012, 43(5):197-202. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2012.05.034
摘要:针对制造车间生产物流瓶颈漂移现象,将瓶颈漂移因素分为能力因素、需求因素和能力—需求综合因素,并采用时间能力因子、时间需求因子和质量保证能力因子对各种瓶颈漂移因素进行数字化描述,为瓶颈漂移因素耦合机理的研究提供数据支持。利用马尔可夫链描述各种瓶颈漂移因素的状态空间和转移概率,构建贡献函数,实现瓶颈漂移因素耦合机理的定量分析。以贡献度和质量保证能力为参数,建立瓶颈指数数学模型,以度量制造单元成为瓶颈的能力,为生产过程的控制和优化提供技术支持。通过对某一制造车间内生产物流瓶颈的预测和监控,验证了瓶颈指数的有效性和实用性。
2012, 43(5):203-209. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2012.05.035
摘要:针对机器人要求驱动器结构紧凑、输出力矩大、响应快速等,提出了一种基于电液作动器技术的机器人关节微型驱动系统。该系统将电动机、泵及负载融为一体,结构简单,布置灵活,能提供较大的系统压力。在磁路分析基础上,建立了电磁式脉冲柱塞泵模型及等效电路,描述了磁场分布及活塞运动对电磁系统的影响。基于机、电、液一体化特征,建立了关节驱动系统工作过程仿真模型,探讨了负载与系统电流的变化关系。仿真及实验结果表明:该系统能够提供最大2.5MPa负载压力,能够在0~2.4MPa压力范围内稳定工作,系统压力响应达到1.2MPa/s,能够满足机器人关节的工作需要。
2012, 43(5):210-215. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2012.05.036
摘要:基于图像采集与处理方法实验研究了液—液循环流化制冰床的流化特性,发现颗粒的聚团、分散、粘连和聚并4个典型流化特征,获得了颗粒的沿程粒径分布,基于弗劳德准则数Fr揭示了颗粒流化特征与液—液循环流化床流化状态的相关性,讨论了流化床散式流化状态的参数区域。结果表明,颗粒的流化特征和沿程粒径分布随液—液循环流化床高度、运行参数及参数组合的变化而发生改变;距液—液循环流化床底部0.50m高度内首先发生颗粒的聚团流化,受颗粒相变程度影响,进而在流化床0.50m高度以上形成颗粒的聚并、粘连和分散流化,但颗粒聚并形成更大颗粒的现象不可避免;液—液循环流化床的流化状态由弗劳德准则数判别,并与颗粒的流化特征相对应,其理想的流化状态——散式流化主要发生在分散液体流量较小、循环液体流速和温度较低的区域。
阳红 , 向胜华 , 刘立新 , 李昭平 , 殷国富 , 张珣
2012, 43(5):216-221. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2012.05.037
摘要:针对数控机床热误差建模具有小样本、数据离散的特点,提出一种综合灰色预测和最小二乘支持向量机的热误差在线组合建模方法。根据机床温度和热误差的实验数据,分别建立热误差的灰色模型和最小二乘支持向量机模型,并通过加权系数将两者进行组合。以提高热误差的实测值和组合模型预测值之间的灰色综合关联度为目标,对模型的加权系数进行优化。在一台高架桥式龙门加工中心上进行建模实验,结果表明数控机床热误差最优权系数组合建模方法精度高、泛化能力强,优于灰色预测、最小二乘支持向量机和多元线性回归3种建模方法。利用该方法构建的预测模型进行机床热误差在线补偿,可有效减小热误差对机床加工精度的影响。
2012, 43(5):222-225. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2012.05.038
摘要:结合几何形状误差的定义及球度误差的几何特征,提出了一种球度误差评定的几何算法——网格搜索算法。以最小二乘球心为初始参考点,按一定的规则布置一系列的网格点,依次以各网格点为假定理想球心计算所有测量点的半径值,通过比较、判断获得相应评定方法(最小外接球法、最大内接球法和最小区域球法)的球度误差值。阐述了球度误差网格搜索算法原理和实现过程。实例结果表明,该算法可以有效、正确地评定球度误差。
2012, 43(5):226-229,221. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2012.05.039
摘要:提出一种基于散乱点云数据的五轴数控加工刀轨生成算法,该算法根据点云数据的型面特征规划驱动刀轨,基于点云数据的动态索引获取瞬时加工区域,计算瞬时加工区域中数据点对应刀位点集,选取刀轴正向最高点作为当前刀位驱动点对应的无干涉刀位点,检测相邻刀位点间的极限加工误差并采用二分插值法控制刀轨精度,最终生成满足精度要求的五轴数控加工刀轨,实例证明该算法刀具适用范围广,可对各种复杂型面的产品点云数据生成高质量的五轴数控加工刀轨。
2012, 43(5):230-234. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2012.05.040
摘要:由于使用环境和本身功能的影响,运载机械在进行实测数字信号采集时,常常会出现干扰信号值,即数字信号奇异值。准确地剔除数字信号奇异值是实测数字信号处理中的一项关键工作。提出了基于最小航道法的数字信号奇异值剔除算法,根据数据的变化趋势进行数字信号奇异值的甄别与检测。与幅值门限检测法和梯度门限检测法进行了对比分析,结果表明基于最小航道法的奇异值剔除算法优于幅值门限检测法和梯度门限检测法,处理结果真实可靠。
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