用于气动发动机设计的非支配排序遗传算法的改进

非支配排序遗传算法用于气动发动机设计不能获得完整的功率与比功关系曲线,为此对程序中的等级排列子程序和分散性估计方法进行了改进.将两目标优化问题中的性能指标分别定义为空间性能指标和跟随性能指标.通过一个区间分布参数将空间性能指标分成多段,位于同一区段内的个体根据其跟随性能指标的大小进行等级排列.个体间的分散性只根据空间性能指标进行计算.通过对预先设计的以正弦函数为目标的优化问题进行求解,验证了改进后的程序能够获得准确、分布均匀的解.与NSGA-II算法相比,改进后的程序用于气动发动机设计可以得到更加完整的设计信息.     

基于数字孪生的模块粒度优化分析方法

基于数字孪生的实时产品模块化设计与模块粒度优化能增强企业快速响应市场需求的能力。基于数字孪生的实时数据获取与管理能力提出了基于数字孪生的模块粒度优化分析模型。设立了4类关联关系度量标准,并以此构建直接关联关系矩阵。通过Floyd算法计算间接关联度,扩展得到全关联关系矩阵。提出零部件关联强度、关联密度和模块内聚度、耦合度两大类模块粒度分析指标,建立了基于孪生数据库的模块划分分析流程,并设计了保留精英的自适应交叉变异遗传算法对全关联关系矩阵进行优化排序,为模块粒度的划分与优化提供了指导依据。通过某农机制造企业微耕机的变速箱的实例应用,证明了所提方法的可行性,为后续模块化主结构的演化研究奠定了基础。     

并联型气动燃油混合动力汽车控制策略

针对气动燃油混合动力汽车2种动力源的协调控制问题,在阐述了该类型车的控制策略的开发原则的基础上,提出了用于切换工作模式的门限值的控制策略,应用非支配遗传多目标优化算法获取了混合工作模式下的转矩分配比的脉谱（MAP）图,实现了混合工作模式的转矩实时优化分配.通过在ADVISOR软件基础上开发的气动燃油混合动力整车模型进行的仿真分析验证了所提出的控制策略.结果表明,控制策略能够在满足气动燃油混合动力车驱动性能的前提下,实现混合动力各种工作模式的正确切换,完成气动发动机耗气量和内燃机油耗、排放的优化控制.     

基于冷却水能量回收的气动/柴油混合动力试验研究

利用并联式气动/柴油混合动力试验台架,采用柴油机循环冷却水加热气动发动机进气的混合动力形式,研究了混合动力中气动发动机性能的变化以及柴油机冷却系统的变化.试验结果表明:与气动发动机单独工作时相比,采用混合动力形式后其动力性和经济性得到了提高,尤其高转速下的性能改善更加明显;试验用柴油机冷却系统无需散热器、风扇等装置,也达到了冷却要求,从而简化了结构,减少了发动机的功率消耗.不同试验方案的研究结果表明:柴油机工况点固定,气动发动机进气压力保持恒定,更适合于该形式混合动力.混合动力中回收的能量约占燃料燃烧总能量的5 %,节能效果明显.     

基于Pareto Frontier方法的气动发动机设计

为建立气动发动机的设计方法,提出将功率和比功作为优化气动发动机工作性能的两个目标,将多目标优化理论中的Pareto解作为气动发动机的设计曲线.采用基于进化算法的多目标优化程序NSGA II求解得到了最大比功 功率曲线,以及发动机行程、径程比等发动机结构参数和进气压力、发动机转速、进排气门启闭相位等发动机运行参数随功率的变化规律曲线.通过分析这些规律曲线得出,气动发动机各参数调节的结果是使进气门关闭前的缸内压力尽可能高;不同功率下,比功最大的发动机行程均取该变量变化范围的上限;径程比的取值范围为0.4~0.6,设计功率不同,其取值也不相同,可根据设计目标进行选取.总结出基于多目标优化算法气动发动机设计的一般流程,验证了基于Pareto Frontier设计方法的有效性,为科学规范地设计气动发动机打下良好基础     

气动-柴油混合动力空气管理策略研究

根据不同经济性指标,对并联式气动-柴油混合动力发动机提出了相应的空气管理方案,并进行了数值仿真研究.计算结果表明:以气动缸最高效率为目标的优化方案适合在常规工况下使用;以最低气耗率为目标的优化方案可作为短时间、高负荷工况时的补充,而以两缸流量相等的方案不宜在该混合动力发动机中使用.此外还对柴油缸采用增压技术、改变两缸转速比等方案进行了探讨.     

并联式气动-柴油混合动力可行性研究

为预测并联式气动-柴油混合动力发动机的性能,判断其可行性,建立了该混合动力发动机的工作过程理论模型并进行了数值仿真研究.结果表明,这种形式的混合动力发动机能实现其设计目的,即回收利用柴油缸排气废热以提升气动缸性能.在不对柴油缸工作造成明显负面影响的情况下,混合动力气动缸的动力性与经济性较纯气动缸均有较大幅度的改善.对整个系统而言,提高了能量利用率,减少了对矿物燃料的消耗.与纯气动缸的情况相似,混合动力发动机中气动缸在低转速、高负荷的工况下也有较好的性能,但可以避免纯气动缸在高转速工况下性能急剧恶化的现象.原理性论证实验的结果也证明了该混合动力的可行性.     

液氮发动机循环可用能及效率分析

针对液氮发动机开始朗肯循环过程可用能损失较大的问题,提出分析方法,研究液氮发动机开式朗肯循环过程中可用能损失分布;研究并设计液氮二级再热系统,分析液氮发动机开式朗肯循环与内燃机混合加热循环的联合循环.结果表明,排气是可用能损失的主要环节之一,约占系统输入可用能的20%;且初始膨胀温度受环境温度限制是导致排气可用能损失的主要原因.再热系统可以消除环境温度因素对循环效率提高的限制;采用二级再热膨胀系统,选取合理的再热温度和二级膨胀压力可以得到更高的效率.采用液氮发动机开式朗肯循环与内燃机混合加热循环的联合循环,可以将无法直接做功的内燃机常压高温排气的温度转化为液氮发动机进气可用能,等质量工质的联合循环将整个系统的平均效率提高了8.06%.     

进排气开启角对气动发动机的影响及其优化设计

 为解决气动发动机在高转速下动力性和经济性恶化的问题,对进排气阀开启角进行优化．基于热力学理论建立了气动发动机缸内过程模型,通过计算分别得到进排气阀开启角对气动发动机动力性和经济性的影响.计算结果表明,在排气阀开启角不变的情况下,适当的进气提前有利于动力性和经济性的提高,在进气阀开启角不变的情况下,适当的排气提前有利于动力性和经济性的提高,并利用试验验证了模型的正确性．最后以功率和气耗率为优化目标,利用已建立的模型,采用降维法优化计算．优化结果表明,不同的转速下,最优的进排气提前角不同．在高转速下,动力性和经济性提高显著．当转速大于2 000 r/min,功率提高20%以上,气耗率下降25%以上．     

丘陵山区低矮树型果园立式微耕机的设计与试验

针对现有微耕机在丘陵山区低矮树型果园作业时,存在的机型过高、耕深不稳定以及无法同时施肥的问题,设计了一种由螺旋刀、减速器、耕深控制机构、施肥机构等组成的新型立式微耕机。通过对微耕机减速传动装置的结构优化使机器能适应低矮果树要求;设计了伸缩轴式耕深调节机构使三套立式耕刀在垂直方向相互独立,根据刀具的入土阻力,优选弹簧刚度以解决山区作业耕深不稳定的问题;研制了一套简易施肥机构,工作中施肥滚子角速度与行走轮行进速度同步,实现了均匀施肥。田间试验表明,所研制的新型立式微耕机具有400mm的机型高度、平均耕深为106mm、测定面积内平均施肥量为24g,能够较好适应丘陵山区低矮树型果园的作业需求。