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[硕士论文] 马晓波
森林工程 东北林业大学 2018(学位年度)
摘要:森林采伐剩余物主要是指森林经采伐后遗弃在伐区的枝丫、梢头木、风折木、树皮、伐根与树根、枯立木和灌木等剩余物。据分析,森林采伐剩余物利用的潜力是巨大的,目前我国森林采伐剩余物利用率还较低,而且相关林业企业缺乏森林采伐剩余物科学利用的观念。对采伐迹地上的剩余物进行清理利用,不但可以获得经济效益,还可以改善林地环境卫生,防止森林病虫害、火灾的发生,有利于森林更新获得生态效益。因此,应采取有效措施科学利用采伐剩余物,缓解我国木材供应紧缺的状况,促进林区经济发展壮大。
  对于小规模剩余物收集运输,应保证良好的通过性和灵活性。结合我国林业运输装备现状及需求,设计简易履带式采伐剩余物翻转运输车。采伐剩余物翻转运输车主要由驾驶室、履带式底盘系统、翻转装置、后行走机构总成及液压控制系统组成。履带行走机构和翻转装置是剩余物运输车的技术核心,它的运动合理与否,直接影响到整车性能和工作效率。
  本文研究的主要目的是根据实际需要,完成机械的三维设计与虚拟装配并对翻转装置部分进行动力学仿真分析。了解分析国内外集材运输机的发展现状和发展趋势,并对其进行归纳总结,使得对运输车结构组成有总体的研究把握。对采伐剩余物运输车的工作要求和工作环境分析,综合考虑若干理论上通过的备用方案,确定机械的总体方案,完成整车各总成的总布置研究。充分考虑采伐剩余物专用运输车作业的特殊性,采用平面四杆机构作为翻转机构的设计理念,根据四杆机构设计基本原则,进行翻转装置总成的合理设计。
  在建立虚拟样机过程中,利用UG NX10.0软件强大的三维实体建模功能和机构运动仿真与分析功能,对剩余物运输车各零部件总成进行建模,然后再将建好的各零部件模型进行装配,建立运输车整体虚拟样机,并进行运动仿真,完成关键翻转机构虚拟模型的修改与优化。
  最后,运用ANSYS Workbench15.0软件对运输车翻转装置的主要承载件翻转支撑梁进行有限元分析,得到在静态载荷下,翻转支撑梁沿X、Y、Z轴方向的应力和位移云图,以及等效应力、总位移和等效应变云图,校核翻转支撑梁在强度和刚度方面是否符合要求。
[硕士论文] 包洪军
农业机械化 浙江农林大学 2018(学位年度)
摘要:本文在分析前人关于竹树根挖掘设备研究的基础上,提出粉碎、锯切、旋切三种主要挖除方式,通过试验再进行优选一种适合浙江省丘陵山地的竹根挖除设备,本文主要研究成果如下:
  首先,设计调查问卷,搜集了社会和林农对竹根挖除设备的需求,包含动力源、便携性、挖除形式、设计成本、最低效率、整备质量等技术参数,从而确定了本文的技术目标。充分参考市场上成熟的树根挖掘设备,初选“钻头粉碎式、链锯切割式和圆筒旋切式”三种方式为竹根挖除备选方案。从设计学的角度,介绍了动力源、执行机构等机器主要机构的设计方案;
  然后,通过试验分析三种方式的优缺点,进而找出最优的竹根挖除方案。在钻头粉碎式竹根试验试验中,发现钻头粉碎式竹根挖除机在一定程度上可以将竹根完全或部分粉碎,但其作业稳定性、安全性及作业可持续强度不好,很难满足挖除作业的需要。在锯切式竹根挖掘机试验中,对锯切式竹根挖掘机的作业效率、作业成功率、作业强度以及作业持续性做一个较为全面分析。试验发现锯切式竹根挖掘机在挖掘竹根作业时有很高的成功率,但设备工作部位的磨损较快,设备的损坏率极高。在旋切式挖除试验中,旋切圆筒内径需比残留竹根大约20mm,以确保旋切圆筒能顺利的切割根须,避免旋切圆筒于竹根摩擦事产生较大阻力。在挖掘残留部位较长的竹根时,为确保挖掘的成功率需用辅助设备将上部竹根去除,然后进行挖掘,摈除因旋切圆筒高度不够而导致挖掘失败的事情发生。在旋切试验中,3次对样机进行优化改进,最终样机的作业成功率达到100%,平均挖除效率47s/根,整备重量为13kg,满足最初的设计目标。
  最后,进一步对比了三种挖掘机构在成功率、整备质量和作业效率上的差异。综合认为圆筒旋切式挖掘竹根方式明显优于其他两种方式,因此将该方式作为课题组未来主要的研究方式。另外,还设计了一种安全防护的操作机架,使操作的安全性和效率得到进一步的提升。经过此次改进,此种圆筒旋切式样机已基本定型,满足中试和示范推广的基本条件。从本研究对于减轻竹农劳动强度、提高竹林的生态效益、经济效益具有重要意义。
[硕士论文] 施佩荣
森林经理学 中国林业科学研究院 2018(学位年度)
摘要:本研究利用面向对象多尺度分类方法进行研究,并将多尺度分类法与面向对象中的阈值分类和最近邻分类相结合,并将这两种分类方法的分类结果精度进行对比,选出较好的分类方法。其中最优分割尺度的确定方法还面临很多问题,比如不具有普适性且易受主观性影响等。此外,研究发现,分割参数的设置对分割结果影响很大,而通过阅读已有文献,大多根据经验设置参数,理论依据不明确,且易受主观因素影响,因此本文利用分割评价函数对多尺度分割参数进行研究。
  利用分割评价函数法选择最优分割参数。分割评价函数是检验分割效果的重要标准,利用分割尺度、形状指数和紧致度三个参数在不同水平下的组合得到的分割评价函数值来评价分割效果的好坏。本文在已有的分割评价函数的基础上进行改进,并对加入面积权重因子是否对参数选择产生影响进行研究。基于统计分析的方法,利用方差分析和相关性分析法研究四种分割评价函数与分割参数的关系。随机选取Landsat和高分一号(GF-1)影像数据各10景作为实验样本,探讨三个参数对分割结果的影响,实验结果表明:
  (1)分割尺度对分割结果的影响最大,形状指数次之,紧致度最小;
  (2)形状指数取值趋向于0.1,紧致度指数趋向于0.9时,分割效果较好;
  (3)加入面积权重因子可以提高分割评价函数的稳定性;
  (4)改进的方法操作步骤简单,且与现有的方法相关性显著,因此适宜作为评价的标准;
  (5)经过对比分析发现,本研究选取的两种分辨率不同的影像数据源未对参数的选择产生显著影响。
  分类方法的选择是根据最优分割尺度函数模型法选择最优分割尺度,利用多尺度分类法分别与最近邻分类和阂值分类法相结合,确定最优的分类方法。本研究以西藏米林县典型区的Landsat-8 OLI影像为数据源,首先确定最优分割尺度,并且提出基于多尺度分类精度kappa系数的最优分割尺度函数模型法,利用该方法选择多尺度分类水平,利用多尺度分类分别与最近邻分类和阈值分类法相结合,对研究区影像进行分类研究。结果表明:在分割尺度为190水平下,提取的信息类型为河流、湖泊、永久性冰雪覆盖区、桦木、灌木林地;在分割尺度为150水平下,提取的信息类型为栎类;在分割尺度为100水平下,提取的信息类型为未利用土地;在分割尺度为60水平下,提取的信息类型为建筑、耕地、云杉、冷杉;多尺度分类法比单一尺度分类精度高;最近邻多尺度分类法比阈值多尺度分类精度高,其总精度分别为0.86和0.72,kappa系数分别为0.72和0.69。最优分割尺度函数模型在具有普适性的基础上更具有科学理论性,多尺度分类与最邻近分类结合的方法比与阈值分类结合的方法分类效果好,为后续植被动态变化监测提供了依据。
  最后,对研究区西藏米林县近25年的植被动态变化进行研究,通过计算NDVI分析米林县的植被覆盖状况,利用已经研究的面向对象方法对各个时期的遥感影像进行信息提取,并对相邻时期的影像进行空间叠加分析,计算出空间转移矩阵,分析每个时期各种地物类别的转移情况。
[硕士论文] 董墨
地图学与地理信息系统 中国林业科学研究院 2018(学位年度)
摘要:近年来,随着我国遥感卫星事业的快速发展,遥感影像数据被广泛应用于地表覆盖测量、监测与制图中。森林是地表覆盖类型的重要组成部分,一直以来,森林与其他地表覆盖类型的互相转变关系是森林资源监测中获取森林覆盖变化信息以及地表覆盖类型信息的重要研究内容。近些年,地表覆盖数据相关产品的生产方法逐渐丰富,产品在空间分辨率和分类精度方面都有了很大的提升。但由于地表覆盖类型受人类活动和自然因素影响具有复杂性和动态性,地表覆盖产品生产依然面临很多挑战:一方面,地表覆盖类型信息的获取要求有稳定的遥感数据源提供充足的数据;另一方面,还需在保证数据产品的精度前提下尽量缩小数据更新的周期和成本。相比于其他地表覆盖类型信息更新方法,基于变化信息的地表覆盖更新可以减少工作量,同时最大程度上保持更新数据与历史数据的一致性,因此成为目前地表覆盖类型图更新工作的重要方法。
  根据以上背景,本文选取内蒙古自治区扎兰屯市为研究区,以探索基于变化检测的地表覆盖类型图更新方法为目标,主要开展了以下研究:
  (1)优化了变化检测差异特征的计算方法,采用基于典型相关分析的多元变化检测(Multivariate alteration detection,MAD)方法,通过分析不同地表覆盖变化类型对应的MAD各分量的特点,确定其所包含的地表覆盖变化信息分布的无序性,可利用此特性消除“耕地”类型中由于作物种类或所处生长期不同而导致的“伪变化”,从而构造了更为精确的MADsyn差异影像。
  (2)通过对MADsyn差异影像进行马尔科夫随机场(Markov Random Field,MRF)二值化分割,实现了地表覆盖变化区域的较高精度提取。通过比较最大类间方差(Otsu)法与MRF二值分类法,研究了在变化阈值确定过程中考虑邻域信息的作用和效果。结果表明,Otsu与MRF模型法获得的变化检测结果正确率分别为70.21%和76.69%,虚警率分别为30.12%和23.57%,漏警率分别为8%和6%。研究验证了本研究所采用的MRF二值分割法的有效性,获得了较高的变化区域分布检测精度。
  (3)发展了一种利用分类特征建立分类规则集,从而有效识别变化区域在后期的地表覆盖类型的方法。实验结果表明,NDVI与纹理差值特征的组合可以对植被覆盖增加、植被覆盖减少、水体增加以及建设用地增加等变化方向进行很好的区分。研究得到的地表覆盖类型更新精度达到了81.25%。
  (4)对研究区地表覆盖类型空间变化图结果的统计分析结果表明,2013-2017年,研究区林地净增长面积为426.94km2,增长率为2.54%,主要变化地类以草地向林地转变为主,转化面积为450.5km2,其他地类间亦均有小范围的互相转化。变化的主要驱动因子为林业政策的落实与林业工程的实施。
  总之,本文发展了一种基于变化检测的地表覆盖类型图遥感更新方法,具有较的地表覆盖类型图更新效率和精度,有利于应用部门及时、全面掌握大区域森林资源动态变化信息。
[硕士论文] 房秀凤
地图学与地理信息系统 中国林业科学研究院 2018(学位年度)
摘要:高光谱遥感是继常规遥感技术之后出现的新型遥感技术。它突破了传统遥感光谱分辨率低、波段数少、难以表达地物详细光谱特性等缺陷,具有高的光谱分辨率、信息量大、光谱曲线连续等突出优势,因此,高光谱遥感在农业、林业、大气、地质等诸多领域应用广泛。
  由于高光谱影像波段较多,信息量大,为地物的精细识别提供优势的同时,也带来了数据量多,波段间相关性大,处理精度和效率下降的问题,而且在遥感分类中并不是使用的通道越多波段越窄越好,而寻求适宜遥感分类的波段宽可以有效的提高分类精度。因此有必要探讨高光谱波段选择方案,进行图像降维,在光谱分辨率与地物识别能力之间寻求最佳的平衡点。基于此,本研究结合多光谱数据,改变高光谱数据波段宽,将若干窄波段合并成宽波段,对研究区影像进行森林类型分类识别研究,寻求适宜类型识别的光谱范围。论文的主要研究成果及结论如下:
  1.高斯函数模拟高光谱数据的光谱响应函数方法是有效可行的,通过与Landsat8数据原始光谱响应函数对比分析,趋势走向基本吻合,可在很大程度上近似地模拟真实的光谱。
  2.采用小波分析法通过伸缩和平移可以很好的从信号中提取有用的成分。小波分解提取光谱特征时,相比于从光谱特征的整体形态出发的传统光谱特征处理,小波分解可以做到有选择的突出目标特征并抑制非相关特征的影响。小波变换具有很好的重构能力,在分解过程中不但减少了信息损失而且降低了冗余度,因此能够提取具有最大可分性的地物光谱特征。
  3.采用支持向量机(Support Vector Machine,SVM)对两种方法生成的结果影像分类识别时,均具有良好的分类效果,分类精度都高于80%。
  选用高斯函数模拟光谱响应函数时,10nm影像的分类精度为85.68%,20nm影像的分类精度为85.19%,30nm影像的分类精度为84.92%,40nm影像的分类精度为84.79%,Hyperion数据模拟Landsat8数据的分类精度为82.60%,Landsat8数据的分类精度为79.51%。选用小波分析生成两种尺度影像时,尺度2的分类精度为84.79%,尺度3的分类精度为83.94%。对于第一种方法,随着波段宽度增加,影像分类精度降低,10nm和20nm影像分类结果差异不大,Landsat8模拟数据的分类精度高于Landsat8真实数据,EO-1Hyperion数据的森林树种识别能力优于Landsat8的OLI数据。在采用SVM分类情况下,小波分析稍高于高斯函数模拟光谱响应函数的方法,说明小波分析一定程度上可以改善分类精度。
[硕士论文] 王怀警
地图学与地理信息系统 中国林业科学研究院 2018(学位年度)
摘要:森林、草原、湿地等陆地生态系统主要以大气和土壤为介质,为人类和动物提供了多种多样的生存环境及食物和衣着的主体部分,对人类的生存发展具有举足轻重的影响。在陆地生态资源调查中,树种、草种、和水体等都是调查的重点,许多生态参数都是依靠树种、草种和水体来进行定量估计的,因此,准确地识别出树种、草种和水体是获取生态系统资源信息的关键。利用遥感技术开展生态系统精细分类和目标识别研究,能为自然资源管理、环境保护与监测、生物多样性和野生动物生态状况调查等研究提供信息服务。星载高光谱遥感图像具有较高的光谱分辨率,是获取森林等陆地生态系统精细结构相关参数的主要技术手段。
  本论文综合利用星载高光谱遥感影像的光谱信息、纹理信息及地形信息,基于Hyperion星载高光谱数据探究森林生态系统精细分类方法和模型;建立相应的森林生态系统的快速、精细分类系统。其中,面向森林生态系统的精细分类方法和模型,为我国GF-5号星载高光谱遥感数据在自然资源管理、环境保护与监测、生物多样性和野生动物生态状况调查等方面,提供稳健、高效的图像精细分类和目标提取技术。
  论文的主要研究成果及结论如下:
  (1)基于特征波段优选的降维方法中,自适应波段指数法选取的特征变量,在C5.0决策树算法森林类型分类中的表现优于随机森林特征选择方法,两种方法总体分类精度分别达到84.04%和78.11%;三种基于特征提取的降维策略中,独立主成分分析精度较高,主成分分析法和核主成分分析分别次之。
  (2)应用C5.0决策树数据挖掘算法,采用分层分类策略,在综合影像的光谱特征基础上,加入相关的纹理特征及地形因子,可以有效提高森林类型精细分类精度,该方法森林类型精细分类达到优势树种(组)级别,可实现高光谱数据森林类型精细分类的半自动化。
  (3)基于自适应权值多分类器组合模型,从像元级将支持向量机和随机森林两种机器学习算法相结合,有效地提升了森林类型精细分类的精度。
[硕士论文] 方彦
车辆工程 东北林业大学 2018(学位年度)
摘要:本论文依托于林业公益性行业科研专项:乔灌木人工林机械化采收装备技术研发(201504508)和中央高校基本科研业务费专项资金:林业剩余物收集利用生产设备及关键技术研究(2572016EBC3),针对次小薪材和三剩物运输难的问题,提出了先锯断再运输的设想,根据人工灌木林的特点以及人造板原料生产工艺要求,研制出一台具有行走功能和锯断功能的小型自走式灌木枝条锯断机,能在目前中国劳动力成本高、能耗大的大环境下,实现高效收集灌木林的次小薪材和林间剩余物。
  本文结合作者在2017年中国林业机械展览会上实地考察,综述了国内外锯切、采伐技术发展现状,提出我国的木材加工、林业采收机械正朝着大型化、小型化、自动化方向发展,提出本文的设计定位是小型化采收设备。
  本文对自走式灌木枝条锯断机进行了整体设计,制定自走式灌木枝条锯断机的设计方案,画出结构原理图,确定自走式小型灌木锯断机的主要参数,并对其生产节拍、切削力、整机功率进行理论分析计算,确定整机方案。
  本文在整体方案和加工规格多元化的前提条件下,对设计的自走式锯断机做静力学分析和Solidworks三维设计,重点对切割——进给机构、压紧机构、传动机构、移动托架做结构设计,分析履带行走机构的行走、载重和转弯能力,并用Solidworks软件建立整机方案,并用ANSYS对灌木锯断机的机架进行有限元分析,得出机架的主要受力点、锯断机构安装位置的应力、应变与变形云图,校核自走式灌木枝条锯断机的强度和刚度;通过ANSYS做机架的模态分析,比对其他振动源的固有频率、振型,校核自走式灌木枝条锯断机的振动过程的稳定性。经过反复修改,最终得到可行方案;
  本文制造出自走式灌木枝条锯断机的样机并进行样机调试、整车性能匹配,并完成行走、加工实验。在行走实验中主要考察整个车辆底盘系统的操纵稳定性,在样机切割实验中主要考察生产效率。针对实验中出现的问题进一步完善设计,使整机达到使用要求。
[硕士论文] 庞博
摄影测量与遥感 山东科技大学 2018(学位年度)
摘要:林地是森林资源的载体,是植被的重要组成部分。实时、准确、快速的获取林地变化信息并确定植被覆盖度信息,对评估植被生长状况以及森林资源的监测管理具有重要的意义。伊春市作为我国最大的森林工业基地,被誉为“祖国林都”,研究其林地变化及其植被覆盖度变化对于了解伊春市生态系统变化以及东北亚气候变化具有重要的意义。然而当前针对伊春长时间序列林地变化的研究较少。本文以伊春市为研究区,基于1991-2015年6期Landsat时间序列影像,采用分类后比较法对伊春市的1991-2015年的林地进行了变化检测,对伊春市林地数量变化进行分析。基于像元二分法模型对伊春市1991-2015年的植被覆盖度进行变化检测,对伊春市林地质量变化进行分析。得出主要研究结论如下:
  (1)采用一种基于稳定像元的决策树分类后比较法检测林地变化。选取稳定像元作为训练样本,对伊春市1991-2015年的林地进行变化检测,并将结果与传统目视解译获取训练样本开展分类后比较法得到的林地变化检测结果进行了对比。结果表明使用稳定像元方法得到的林地变化检测精度提高了4%,达到90.09%。此外,稳定像元作为训练样本对阴影、薄雾、耕地等区域的分类精度也有明显改善。
  (2)采用一种基于纯植被和纯裸土像元内插的像元二分法估算伊春市植被覆盖度。根据选取的纯裸地与纯植被样点的NDVI值,基于克里金空间内插法得出研究区内每个像元所对应的NDVIV和NDVIS参数值,并将该参数值代入像元二分法模型中估算出伊春市1991-2015年的植被覆盖度,与基于统计阈值的像元二分法模型相比,单期植被覆盖度的RMSE相对降低了10.4%,MAE相对降低了10%。
  (3)1991-2015年,伊春市林地面积和植被覆盖度均呈现出先减少后增加的趋势,林地数量和质量均有所提升。2015年伊春市范围内林地面积和植被覆盖度分别达29899.89平方公里和0.96。伊春市林地与植被覆盖空间分布呈现出越靠近城区林地面积与植被覆盖度越低、变异系数越大。1991-2015年,伊春市植被覆盖度保持稳定的面积占比最大,为50.92%;植被覆盖度改善区域面积的占比远高于退化区域面积的占比。伊春市林地面积和植被覆盖度与年均气温和降水成正相关关系,且与年降水的相关性更强。除降水与气温等自然因素影响外,人类活动与国家宏观政策对林地的影响扮演着越来越重要的角色。
[硕士论文] 初金星
车辆工程 东北林业大学 2018(学位年度)
摘要:本文通过对国内外林业采伐机械装备发展现状的分析和研究,结合现有的林业机械底盘的结构特点与设计经验,设计了一种适合我国灌木采伐生产的履带自走式灌木采伐机底盘。从采伐机底盘的总体结构与布局的确定,到主要技术参数的设计计算,以及关键零部件的设计与强度校核等做了详细说明,最终确定了设计方案。该方案简化了传统履带式底盘“四轮一带”的结构,行走机构只有驱动轮与支撑轮,使整机结构更加简单,体积小巧,活动灵活,维修方便,稳定性高。
  本文对履带自走式灌木采伐机底盘的行驶原理和转向原理进行了理论分析与研究。从理论的角度分析了履带式底盘的直线行驶性能、转向性能和爬坡稳定性;进而对实际行驶和转向中的速度,转向半径,功率损失,受力情况等进行了研究与分析;为实际中的设计研究提供了一定的理论基础。
  运用SolidWorks软件对履带自走式灌木采伐机底盘的零件进行三维建模,并将全部零件进行虚拟装配,检查整机的装配通畅性以及是否存在干涉等设计缺陷,为有限元分析及虚拟样机仿真分析做好建模基础。借助ANSYS有限元分析软件对关键零部件进行静态分析,得出应力、应变云图和变形云图,以检验关键零部件的强度、刚度能否满足设计的基本要求。通过对关键零部件的模态分析,分析其振动特性,避免共振现象的发生,保证关键零部件在工作过程中的稳定性和可靠性。
  应用虚拟样机技术,运用ADAMS软件对履带自走式灌木采伐机底盘在不同路面行驶的运动性能进行动态仿真分析。在制造物理样机前确定整机的运动性能能否达到预期效果,从而缩短设计周期,降低成本。在仿真分析完成并确定该履带式底盘具有良好的运动性能后,制造出样机。对已经制造完成的物理样机进行整体性能的试验研究,试验结果表明整机性能良好,同时验证了仿真分析结果的正确性,也可以从试验中寻找设计中的不足,对设计不断进行完善。
  本文设计的履带自走式灌木采伐机底盘简化了大型履带式底盘结构,整机结构更加简单。能够在灌木丛中高效灵活的行驶,提高采伐效率,减少劳动强度和危险性,提高灌木作为生物质能源的利用率,改善我国在小型林间采伐设备种类较少的现状。同时作为通用的行走底盘,配合不同的机构,可以在不同林间环境行驶实现不同的功能,具有广泛用途。
[硕士论文] 王东
机械设计及理论 哈尔滨理工大学 2018(学位年度)
摘要:随着国家经济持续走好,民众对高品质食用油需求量也越来越多,间接地促进了中国油茶种植量越来越大。当前,中国在油茶抚育作业中,主要以人工为主机械作业为辅的作业现状仍未改变。而目前这部分机械化作业具有机械设备种类繁多、一机一用、通用兼容性差等特点,进而导致油茶抚育效率低,作业质量不高。油茶动力底盘是一台可更换工作模块的多功能作业设备,解决了油茶抚育作业过程中作业工序多,所需作业设备多的难题,用最少的作业设备种类和最优的通用模块组配,发挥抚育机械作业最大效率,从而实现油茶抚育最优作业,促进油茶机械化抚育持续发展壮大。作业臂作为油茶动力底盘的核心部件,其强度、刚度将直接影响油茶动力底盘作业效率,研究其特性十分有必要。
  本文首先介绍了油茶动力底盘及其作业臂研究现状与发展趋势,而后简单介绍了油茶动力底盘整机系统。文章利用SolidWorks建模软件建立了动力底盘作业臂虚拟样机。而后对作业臂的基本结构、作业工况进行了简单介绍。末尾,对作业臂分别在正载前进、正载掘起、偏载前进和偏载掘起下作业臂所受最大前进阻力和最大举起阻力作了计算,为后续分析提供了理论基础,随后对正载及偏载工况下升降臂所受等效应力进行了计算。
  其次分别建立了作业臂在正载和偏载工况下的ADAMS仿真模型,并对正载和偏载工况下的ADAMS仿真模型进行了仿真计算,得到正载及偏载工况下升降油缸和翻转油缸受力历程曲线、作业臂各关键铰点的受力历程曲线。利用有限元分析软件SolidWorks Simulation创建了作业臂在四种工况下有限元模型并对其进行分析,得到作业臂整体应力分布、位移云图和作业臂关键构件应力分布情况。依据有限元分析结果,对翻转臂提出一种结构优化方案,分析结果表明优化后翻转臂所受最大应力值明显减小,验证结构优化的合理性。
  最后对底盘作业臂进行实验。实验数据表明:测试结果相对误差均在10%以内,是在实际工艺水平和机械加工误差允许范围内,针对作业臂应力测试实验结果与有限元分析结果相符,验证了本论文设计计算的合理性。
[硕士论文] 张呈彬
机械工程 宁夏大学 2018(学位年度)
摘要:作为宁夏地区主要的造林作物,柠条具备良好的经济及社会效益。但因其种植环境复杂、收获装备功能单一、自动化程度较低,制约着产业链的发展。为了提高收获效率,设计一款能够适应坡地种植环境,集切割、理料、捡拾及输送功能于一体的柠条收获机械具有十分重要的意义。
  首先,对柠条收获机进行了功能分解,根据TRIZ理论及模块化设计理论对收获机的关键部件进行方案设计,得到了收获机结构设计方案。利用建模软件对柠条收获机的主要零部件进行了结构设计及关键参数确定,并借助CAE分析软件对其进行了力学分析,验证各部分设计的合理性。
  其次,对柠条收获机控制流程及包含自动导航算法和割台控制算法在内的关键技术算法进行研究,并应用Matlab软件对收获机控制算法进行了仿真分析,仿真结果表明:路径跟踪算法降低了收获作业轨迹控制误差,从而保证了收获机轨迹控制的可靠性,能够较好地满足柠条收获机轨迹控制的要求;割台控制算法逻辑清晰简单,保证了割台高度控制的快速性及准确性。
  最后,应用Adams对收获机整机结构进行了动力学仿真,仿真结果表明:收获机各运动副及零部件受力波动在合理范围内,符合设计预期要求。
[硕士论文] 冯啸霖
车辆工程 东北林业大学 2018(学位年度)
摘要:我国林区存在着大量的林间剩余物,造成了资源的浪费以及极大的火灾隐患,严重影响了林区的正常工作及安全。而这些林间剩余物即可充当燃料燃烧,亦可充当饲料的添加成分,但这些林间剩余物都需要进行粉碎才能进行进一步的处理和开发利用。现实情况是,大多数的树木原材料分布在山地,地形复杂,树木分布密集,较大型的粉碎设备难以到达相关作业地点,较低的堆积密度和运输效率也是造成林业生物质资源不易收集和处理的原因。对林间剩余物利用过程中采用可在山地林区灵活行走的粉碎机能够有效地解决林间剩余物的问题,使得该资源能够被高效利用,从而提高此类生物质资源的使用情况。
  本文基于我国林业资源现状,结合林间剩余物特性,将粉碎机构与履带式自走底盘相结合,提出了一种能自由行走在林间的履带式粉碎机设计方案,并对粉碎机的整体结构和关键零部件进行详细设计。对该机器的粉碎部分进行重点分析,确定履带式林间粉碎机粉碎部分的粉碎形式,并对其粉碎部分进行整体设计及关键零部件设计。在Solidworks环境下建立三维模型,用ANSYS Workbench软件对整机机架进行静态分析和模态分析,验证其刚度、强度,避免机器在工作过程中发生共振现象。对该机器的核心部件进行运动模拟,对核心零件进行优化设计,保证履带式林间粉碎机工作的稳定性和安全性,为该型粉碎机后续产品的研制及发展提供基础和方向。对履带行走机构及整机进行试验,得到履带底盘的行驶性能以及试验结果,并对结果进行分析比较。
  本文为履带式林间粉碎机的设计与研究。履带式林间粉碎机可以轻松到达工作地点,将堆积的林间剩余物就地粉碎成木屑,再通过相关运料车便可方便运出材地,有效地提高生物质资源利用率。履带式林间粉碎机的设计研发为林木业粉碎设备的设计与发展提供了经验。
[硕士论文] 王欣
测绘工程 山东科技大学 2018(学位年度)
摘要:随着机载激光雷达(light detection and ranging,LiDAR)技术在林业中的广泛应用,高密度的LiDAR点云数据不仅可以获取大范围森林参数信息,还能提取单木的的相关参数,而森林冠层高度模型(canopy height model,CHM)作为其数据产品更直接影响着森林参数的反演,然而CHM中存在的局部凹坑现象阻碍了各类森林参数信息的提取.为了优化CHM,需要去除局部凹坑.因此,本文以利用LiDAR数据提取树高信息为目的,提出了基于稳健局部加权回归平滑点云数据的方法去除局部凹坑,优化森林冠层高度模型.
  本文主要针对该目的进行了以下几个方面的工作:
  (1)优化冠层高度模型(CHM),去除普遍存在的局部凹坑数据,达到优化的目的,获得高质量的森林参数.本文提出利用局部稳健加权回归的方法进行点云数据平滑处理,去除凹坑,再利用一定插值方法插值生成冠层表面模型(digital surface model,DSM),减去地面高程以获得归一化高度点云,在去除凹坑后形成CHM.
  (2)将本文的优化方法与高斯滤波法、中值滤波法和分层高度最大值法进行比较,通过对研究区30个样方的点云数据的处理和提取树高的信息结果,对比分析本文提出的去除凹坑方法的优势.
  (3)基于本文提出的CHM优化算法,森林冠层高度模型以不同的插值方法生成,对研究区30个样方的点云数据进行处理,对比克里金插值法、最近邻点插值法、样条函数插值法及反距离权重插值法生成的无凹坑CHM提取树高信息的结果.
  通过对祁连山天涝池流域试验区的30个样地数据进行试验的结果表明,基于稳健加权回归的点云数据平滑方法能够有效地恢复真实的冠层表面,优化CHM可以去除CHM上的大部分凹坑数据,同时保留了原冠层顶部形态及原始数据特征;与高斯滤波法、中值滤波法和分层高度最大值法的优化结果相比,不论是在CHM凹坑去除效果还是树高信息的提取上都存在明显优势,另外通过对比克里金插值法、最近邻点插值法、样条函数插值法及反距离权重插值法四种不同的插值方法生成的无凹坑CHM,反距离权重插值法(IDW)具有明显的优势.
  总之,利用本文方法对机载LiDAR点云数据进行冠层高度模型(CHM)去除凹坑的优化及采用反距离权重插值法生成CHM,树高信息可以以更高质量获得,优化后的CHM为后续各种森林参数的估计奠定了基础.因此,本文的研究工作在森林资源调查中具有一定的实用价值.
[博士论文] 胡鸿
森林经理学 中国林业科学研究院 2018(学位年度)
摘要:天然林是陆地生态系统结构最复杂、生物量最大、功能最完善的自然资源,是森林资源的主体,对抵御旱涝灾害、遏制土地沙化、保护物种多样性、维持生态平衡起着决定性作用。我国自1998启动重点国有林区天然林保护工程以来,经过近二十年的努力,工程区天然林资源得到切实保护,森林植被得到有效恢复。但是,当前我国的天然林资源依然遭受到比较严重的自然灾害和人为破坏。森林管护是天然林保护的主要手段,也是天保工程的主要任务。天保工程二期的森林管护面积约为1.13亿ha,人员约为31万人,资金投入每年近60亿,但管护范围、能力和监测评价手段相对有限。森林管护技术手段落后,主要靠人海战术、上山巡护,投入人力物力较大大、效率不高;监督管理手段粗放,工作量大,数据准确性、时效性、一致性较差;监测评价手段传统,主要通过抽取很小比例的面积进行现地检查,尚未建立一套针对县(局)级实施单位有效的森林管护成效评价方法。
  因此,通过研究应用卫星定位导航、卫星遥感信等技术手段,实现森林精细化管护,建立一套针对天保工程县(局)级实施单位的森林管护成效评价方法,提高森林管护水平、有效地监管森林管护工作、全面监测评价森林管护的实绩和成效,具有重要的意义。本研究开展的主要工作如下:
  (1)森林精细化管护技术研究
  以目前的森林管护模式、管护流程、管护手段、管护考核为研究对象,分析现有模式下管护流程、管护手段、管护考核中存在的问题,利用北斗卫星导航系统和高分一号的特点,将卫星导航定位、遥感等技术深入应用到管护业务中,优化再造管护流程,强化管护手段,细化管护考核,从而提高森林管护工作质量。基于高分一号数据,提取乌奴耳林业局的森林道路信息并构建林区路网模型,结合关键点、责任区区划实现管护线路规划;基于建立好的路网模型,采用最短路径Dijkstra算法,实现森林管护导航;基于北斗卫星导航系统的定位和短报文功能,实现管护人员和问题区域的精确定位和准确测量,实现管护人员与管理人员之间实时信息交互,实现责任区内乱砍滥伐、盗伐等问题的及时上报。
  (2)森林管护成效评价方法研究
  根据天保工程“加强对林地和森林变化的监测评价”的要求,以乌奴耳林业局地表覆盖类型、植被覆盖度、森林地上生物量为研究对象,建立森林管护成效评价方法。天保工程二期阶段利用高分一号数据,天保工程一期阶段利用TM数据作为补充,提取两期乌奴耳林业局地表覆盖类型、植被覆盖度、森林地上生物量等信息,同时结合工程作业设计情况,通过分析这些信息的两期变化以及变化驱动因素,评价乌奴耳林业局森林管护成效。
  针对研究区采用分类后比较法能够监测地表覆盖类型变化,经验证检测精度能够达到80%以上。针对研究区采用NDVI结合像元二分模型监测植被覆盖度变化,经野外实测数据验证精度可达到83%。针对研究区采用KNN-FIFS方法监测森林地上生物量变化,能进行像元级、林分、小班的森林参数估测,为区域森林参数估测提供了一种有效的业务化方法。
  (3)森林管护系统的设计与实现研究
  基于森林精细化管护和森林管护成效评价方法的研究对象和结果,设计实现森林管护系统。森林管护系统分为森林管护桌面系统、森林巡护App和森林管护平台三部分。森林管护桌面系统主要实现管护责任区区划和管护路线规划;森林管护App实现巡护导航定位,并将位置数据和管护事件数据实时上报;森林管护平台对各类数据进行汇总、统计分析和地图展示。
  本研究利用北斗卫星导航系统和高分一号,基于林区道路网络模型、管护路线规划、管护导航等研究,实现森林精细化管护,基于地表覆盖类型、植被覆盖度、森林地上生物量等指标的变化研究,建立一套有效的森林管护评价方法,为天然林保护工程的实施提供决策依据和参考。
[博士论文] 李威
信息与通信工程 哈尔滨工程大学 2018(学位年度)
摘要:随着遥感技术的快速发展,用于处理和分析多源遥感数据的技术和手段也在逐渐增加。高光谱图像(Hyperspectral imagery,HSI)、激光检测与测量仪器数据(Light detection and ranging,LIDAR)及无人机采集的高分辨率多光谱数据(Unmanned aerial systems derived multi-spectral imagery,UAS_MSI)构成的多源数据体系为获取森林相关信息提供了途径。详细讲,高光谱图像包含丰富的光谱信息,可用于森林的分类问题。激光检测与测量仪器数据用于提供森林的结构信息(如树高等)。基于无人机采集的高分辨率多光谱数据为分析森林中植被的相对覆盖面积提供了可能。但是,森林中地物的分布复杂,并且可用于分析森林的监督信息较难获得。为了检测森林的范围,绘制森林中植物的相对覆盖面积,本文提出了引入两种先进的机器学习算法(多任务学习算法(Multi-task learning,MTL)及深度学习算法(Deep learning,DL))对森林进行定量分析。本文的研究内容如下:
  首先,稀疏表示算法(Sparse representation,SR)利用l0,l1范数对任务进行处理,这种算法没有考虑各个任务之间特定的域信息(domain information)。为了在监督样本较少的情况下,充分利用监督信息包含的特定的域信息,提高算法的检测效果,本文提出了一种基于空-谱支持流形式的多任务学习目标检测算法(ICRTD_MTL)。ICRTD_MTL算法包含两个部分:(1)多特征学习(Multi-feature learning,MFL),即提取来自于高光谱图像不同特征构成的张量(如,光谱值特征(SVF)、光谱梯度特征(SGF)及光谱纹理特征(TF)等)。(2)多任务学习(MTL),即假设高光谱图像各个特征对后续任务处理具有特定贡献的条件下,利用同时优化权重的目标函数求解联合表示向量。然后利用联合表示向量中权重向量的位置检测中期森林像元。最终利用像元的空间-光谱相关性,提升检测器的检测效果。ICRTD_MTL的优点在于:(1)保证了未知像元不同特征的稀疏(Sparsity)的稳定性;(2)在一个小领域的像元能够共享共同的低秩(Low rank)子空间。通过AVIRIS及HyMap高光谱图像的实验结果证明算法的性能,并利用ICRTD_MTL实现了对中期森林范围的检测。
  其次,基于流形式的多任务学习目标检测算法(CRTD_MTL)通过l2,1正则项寻找不同任务之间的关联,并利用关联信息的共享机制实现多任务学习。这种基于流共享方式的缺点在于:(1)l2,1正则项的参数选择过程较为复杂。(2)没有利用过完备字典所提供的先验知识对求解联合表示系数矩阵的稀疏及低秩过程进行优化。针对上述问题,文中提出了一种基于概率图的多任务学习目标检测算法(MTL_NFF),即在多任务学习(MTL)框架内,根据贝叶斯法则,利用最大后验概率(Maximum A-posterior,MAP)及奇异值分解(Singular value decomposition,SVD)构成的概率图优化多任务学习中各个节点的联合表示系数的求解过程。MTL_NFF通过概率图建立了输入数据与输出任务之间的联系,提高了检测器的效果。然后,使用MTL NFF处理高光谱图像的第一短波红外波段(SWIR1)检测森林的生物量变化图,并利用生物量变化图与LIDAR提供的树高信息定量分析森林的变化。最终,将MTL_NFF与深度神经网络算法结果进行对比,证明MTL_NFF算法性能。
  最后,由无人机采集的多光谱图像(Unmanned aerial systems derived multi-spectral imagery,UAS_MSI)具有极高的空间分辨率(通常为0.07m2)。基于l0,l1范数的单层稀疏表示算法(SR)无法有效利用UAS_MSI衍生的特征对目标进行分类。为了在监督样本数量有限的情况下,充分利用UAS_MSI衍生特征所组成的张量提升分类精度,本文提出了一种基于空-谱稀疏张量的深度神经网络分类算法(SDFS_DNN)。SDFS_DNN包含多特征学习(MFL)、稀疏自动编码器(Autoencoders,AEs)和逻辑回归分类器。MFL用于提供互补的、不相关的UAS_MSI衍生谱特征张量(DFS)。根据图像中空间邻域光谱的相似性,利用像元空间邻域平滑DFS中的信息,得到空间-光谱张量堆栈(SDFS)。之后,利用稀疏约束的AEs多层稀疏SDFS为逻辑回归分类器提供用于分类的特征。SDFS_DNN的优点在于:(1)充分利用SDFS建立的基于光谱-空间的联合结构(矩阵-张量)所提供的互补的、多态的稀疏特征张量。(2)利用AEs逐层稀疏SDFS,去除SDFS中的信息冗余,提取SDFS中的光谱、几何及纹理特征。通过SDFS_DNN绘制了研究区内包含的死树、藤本植物及活树的相对覆盖面积。最终,通过与SVM结果进行对比,证明了SDFS_DNN的算法性能。
[硕士论文] 张时雨
农业机械化工程 东北林业大学 2018(学位年度)
摘要:在经济大力发展的今天,能源消耗呈现较快增长之势,能源危机已经制约着我国经济的发展。如何充分将剩余物资源转变为可再生能源就显得十分重要。而我国每年都会有很多森林采伐以及枝桠落叶等剩余物,有效合理地运用这些剩余物不仅可以一定程度上减轻能源危机带来的影响,还可以有效地预防森林火灾的发生。如何利用这些林间剩余物就显得格外重要。
  针对林间剩余物收集装置在工作时的收集效果不佳、功耗较大和粉碎装置粉碎不彻底等问题,结合市场现有机构拟设计一款适用于林间剩余物的收集、粉碎于一体的装置,并着重对收集机构和粉碎机构进行理论分析和静力学分析以及对现有关键零部件进行改进等,对改进后的收集机构和粉碎机构进行仿真试验,得出改进后的收集机构和粉碎机构具有更好的效果。
  首先进行相关理论分析。根据收集机构在收集过程中的运动情况,建立其运动学及动力学模型,确定收集机构上的收集齿任一端点的运动规律;在粉碎机构里,对粉碎机构的侧入口切刀进行滑切理论分析、对粉碎机构内甩刀进行冲击粉碎原理分析。基于以上理论分析对关键机构进行三维建模和静力学分析。
  然后对收集及粉碎机构三维建模和关键零部件静力学分析、优化。由Solidworks对收集机构和粉碎机构里的关键零部件进行三维建模以及装配。为了了解关键零部件的受力及运动情况,将收集机构的主轴和粉碎机构的甩刀的三维模型导入到ANSYS内,对主轴和甩刀进行静力学分析,观察其等效应力和形变量的大小,确定其满足正常工作要求;后对收集机构进行6阶模态分析,避免工作中出现不必要的频率。着重对粉碎机构的甩刀进行多目标驱动优化,通过ANSYS和Solidworks共同识别的语言,将甩刀的结构参数定为设计变量,以甩刀最小安全系数和质量为多目标驱动优化,得到优化后的甩刀结构参数,孔直径减少至10.862mm,厚度增加至11.032mm,其他参数保持不变,生成优化后的三维模型,通过观察优化后甩刀的等效应力和形变量的大小确定优化后甩刀满足工作要求。
  最后借助软件进行仿真试验。借助于ADAMS验证收集机构可以完成收集任务;借助于EDEM离散元分析软件创建林间剩余物粘结破碎模型,将优化前后的甩刀三维模型导入EDEM做正交仿真试验,通过观察模型粘结键的断裂个数,得出优化之后的甩刀具有更强的粉碎效果。
[硕士论文] 张珊珊
森林工程 东北林业大学 2018(学位年度)
摘要:随着计算机技术的不断发展和激光技术研究的日益深入,三维可视化虚拟技术逐渐成熟,在林业测绘中的应用也不断的发展和进步。三维激光扫描能够在不损伤林木前提下,准确、高效、快速的获取树木的三维点云数据,使精准林业研究中的树木结构参数提取以及树木三维模型构建等问题得到了很好的解决。利用地面三维激光扫描仪提取单木参数已经成为林业测量领域研究的热点,具有广泛的应用前景。本研究的结果为实现快速、准确、高效地获取树木参数基本信息,及时检测森林资源的动态变化打下一定的基础,从而加大林业调查数字化和自动化程度,减少测量周期,使我国数字化林业理论和应用水平提高到一个新的层次。
  本研究的主要工作包括:
  (1)三维激光扫描仪器的检校与评定
  以地面三维激光扫描仪Focus3D X130为研究对象,通过设计室外实验,验证地面三维激光扫描仪测量距离和水平角的精度,得到评估结果。由精度检校实验得出Focus3D X130的测距精度为5mm,测角精度为0.0101°。
  (2)单木结构参数提取
  选取12块不同类型和形状的样地,通过三维激光扫描仪进行点云数据的采集,对点云数据进行拼接、去噪、精简得到单木的点云数据。在MATLAB中编程实现遍历数组算法提取树高,最小二乘拟合圆算法和快速凸包算法提取胸径,并将提取的参数值与实际测量的数据进行比较。结果表明:采用遍历数组算法提取单木树高,采用最小二乘拟合圆算法和快速凸包算法提取单木胸径都能达到理想的效果,将提取值与实测数据进行对比检验,得出相关性系数分别为0.9232、0.8952、0.9145,均方根误差分别为1.344m、3.179cm、2.869cm。通过对不同样地间单木参数提取的对比分析,人工林提取的树高和胸径值均优于天然林。同时得出,胸径的提取结果与样地类型和通视条件密切相关。
  (3)立木削度方程模型的构建和材积的求解
  基于建立的白桦标准样地,选取合适的削度方程作为备选模型,分别使用样地TLS点云数据和解析木数据进行模型的回归和参数估计,完成东方红林场白桦样地削度方程模型的构建。研究得出该地区白桦的最优削度方程模型。同时本研究依据TLS点云数据得到的削度方程,建立削度-材积方程。
[硕士论文] 向彬彬
控制科学与工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:中国拥有较大林区面积,林区火灾的监测一直是中国环境问题中亟待解决的问题。如此大的林区,如果有火灾发生,带来的损失,将不可估计。为防止火情扩大,造成更大损失,因而对林区火灾的实时监测,显得十分必要。
  首先,分析了林区火灾监测研究中的关键技术,如物联网技术,无线传感网络技术,多感信息融合和LoRa技术,并介绍了林区火灾预测中的几种常用算法。
  接着,对整个林区火灾监测系统做了硬件设计,包括传感器设计,无线通信模块设计,主控制器设计,4G模块设计。综合分析整个林区火灾系统的能耗,采用太阳能锂电池供电,结果表明可以保障整个系统的长时间运行。基于LoRa低功耗广域物联网技术,建立了林区火灾以LoRa为主的无线传感器网络。由于林区环境大,设计了一种多中继的无线网络传输方式与协议,网关节点以轮询方式与中继节点信息交互,中继节点又通过轮询方式与感知节点信息交互。这样保证了整个网络的数据收发有序性,保证网络的稳定运行。主控制器将网关节点数据发送给4G入网,从而建立林区火灾监测平台和林区火灾监测数据库,可以实时检测和调取林区的火灾环境的数据。
  最后,建立了林区火灾参数辨识模型,对数据库中的火灾参数进行决策级信息融合。由于传统的林区火灾预测学习算法缺点较大如BP神经网络,缺点有算法复杂训练速度慢、精度差等,此外,该算法需要多次修正参数,如权值和阈值使整个系统很难达到全局最优。极限学习机是典型的单隐含层前馈神经网络,学习速度快,但其在训练过程中会产生不同的输入权重和偏置阂值,因此本文提出一种粒子群优化的极限学习林区火灾辨识模型。利用该模型对林区的火灾环境数据进行决策级信息融合,优化输入权值和阈值,得到了很好的林区火灾预测效果。优化后的极限学习机相比于传统的方法,其网络训练速度提高了数千倍,预测精度更高。
[硕士论文] 陶红连
机械工程 浙江理工大学 2017(学位年度)
摘要:随着我国城市空气污染的加剧,增加城市绿化树的拥有量将有助于改善城市生态环境,提高人民的生活质量。目前城市绿化工作多采用人工移植树木的方式,其劳动强度大、效率低、成活率也不高。同时就目前而言,中国的劳动力市场也不容乐观,农民工从体力劳动到技术劳动的转型,导致纯体力劳动成本迅速增加和短缺,为此,机械化城市绿化成为今后的发展趋势,实现林业工程的自动化势在必行。
  植树机是一种非常重要的林业机械,因其作业效率高、适应性好而被广泛的应用于植树造林中。但是,由于植树机液压系统复杂,机构自由度多,在作业过程中很多方面都存在着系统功率利用率低的问题。目前国内市场上的植树机依然采用传统液压系统,而植树机各执行机构负载变化频繁,导致液压泵的负载功率波动,致使发动机经常工作在高油耗区,整个动力系统功率损失严重。
  随着机电液一体化技术的发展,使得液压技术和机械技术、电子技术相互融合,从而为植树机的发展带来了新的技术突破。因此,本文以植树机为研究对象,对其工作装置的液压系统功率匹配方法及试验进行了研究,主要研究内容如下:
  1)在查阅国内外有关植树机液压系统功率匹配及节能控制技术文献的基础上,对当前国内外在植树机上广泛使用的液压系统功率匹配及节能控制技术进行分析,分类介绍植树机动作和液压系统的基本要求,同时结合植树机的工作特点及作业环境,分析、总结了植树机能量损失的主要原因。
  2)在对植树机工作装置液压系统的工作原理进行分析的基础上,对植树机的每个液压子系统设计分析,将各个液压子系统相互连接起来,则形成完整的植树机工作装置液压系统。同时对液压缸、液压泵等液压元件进行分析选型,也对柴油发动机的特性进行分析。
  3)在对柴油发动机特性和植树机功率匹配基本原理分析的基础上,首先对植树机采用分工况控制;然后通过采用转速感应控制实现发动机—液压泵环节之间的功率匹配;同时通过采用阀控液压系统实现液压泵—负载环节之间的功率匹配;最后通过综合以上三方面,提出了功率匹配的控制方案,从而提高植树机柴油发动机的动力性,降低燃油消耗。
  4)运用AMESim仿真软件,对发动机的分工况控制以及电控比例变量泵进行建模仿真,验证其相关特性,然后对L(1600±50rpm)、M(1800±50rpm)和H(2000±50rpm)三种工况模式下的功率匹配控制系统进行整体建模仿真,通过仿真结果的分析,验证提出的控制方案的有效性。
  5)通过搭建试验平台对植树机工作装置液压系统功率匹配进行试验,通过对各种工况模式下的试验结果的分析,验证本研究所提出的功率匹配方案的有效性,同时又通过新旧液压系统在L(1600±50rpm)、M(1800±50rpm)以及H(2000±50rpm)三种工况模式下柴油发动机耗油量的对比,验证了本研究所提出的功率匹配方案平均节能效果能达9.40%以上,节能效果明显,最后将该液压系统功率匹配控制方案应用到植树机样机上。
[硕士论文] 高巧玲
机械工程 浙江理工大学 2017(学位年度)
摘要:随着我国经济水平的提高,即将进入全面的小康社会,对花卉苗木的消费需求也会增加。苗木移栽劳动强度大,国内苗木移栽只是在挖穴环节有适用的机器,挖树环节则主要依赖人工,购买国外植树机价格昂贵,成本较高,致使植树机在国内难以普及;目前国内有少数企业在研制植树机,但由于技术条件的限制,这些植树机普遍工作效率较低,功耗较大,我国的植树机技术有待进一步提高。
  基于以上情况,本文以减小现有植树机整机功耗,增强适用性和灵活性为目标,重点研究了植树机铲片切削土壤过程中的受力情况,仿照土壤动物步甲大颚体表形状设计了新型仿生非光滑铲片;分析了植树机动臂机构工作时受力情况,以此为基础对动臂机构进行了多目标参数优化设计,得出动臂机构的最优尺寸。
  本文主要的研究内容如下:
  1)建立植树机铲片和土壤有限元模型,运用ANSYS/LS-DYNA软件仿真铲片切削土壤的动态过程,分析铲片的受力情况,在铲片的入土角为60°~85°时,分别计算铲片切削土壤时所受阻力大小,对计算结果进行对比分析,确定铲片的最佳入土角为83°。
  2)仿照土壤动物步甲大颚体表形状设计新型仿生非光滑铲片,即在普通铲片表面设计球冠形凸起,建立仿生铲片和土壤有限元模型,通过ANSYS/LS-DYNA软件虚拟仿真计算,在入土角不变的情况下,研究凸起高度、大小和凸起间距对铲片受力的影响,确定最佳的凸起高度为4mm,直径为14mm,间距为28mm,且仿生铲片与普通铲片相比有效减小阻力13.88%。
  3)研究植树机动臂机构的传动原理,通过分析动臂机构工作时的受力情况,分别建立植树机动臂机构的运动学模型和动力学模型,求解动臂机构各铰链点的瞬时受力大小,并列出液压缸在工作过程中的做功计算模型。
  4)以移树过程中液压缸的做功最小和动臂末端沿着前进方向轨迹摆动量最小为目标,以动臂的结构空间和工作空间、运动时不发生干涉以及构件间传动角要求等为约束条件,以动臂机构中若干构件和各铰链点间距离为设计变量,建立植树机动臂机构参数优化模型。运用MATLAB软件编写优化程序,计算得出动臂机构各杆件的优化尺寸。
  5)根据优化设计结果研制仿生铲片和动臂机构,并安装在植树机样机上进行园间挖土试验,对比分析试验结果,仿生铲片与普通铲片相比有效减小阻力11.11%,与仿真结果基本吻合,证明了本文研究的有效性和可靠性。
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