基于多目标量子粒子群算法的小麦免耕播种机抛送装置的优化分析

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秸秆粉碎后抛式小麦免耕播种机的核心部件是抛送装置,抛送装置具有结构简单、工作可靠、容易调整维修、制造成本低等优点,但同时存在抛送功耗大以及抛送效率低、容易堵塞等缺点。本文针对上述缺点对抛送装置的结构以及工作参数进行优化设计。通过对抛送装置的运动情况进行理论分析,对抛送装置进行优化。论文的主要研究内容包括:(1)对抛送装置的运动和受力进行分析,建立秸秆粉碎后抛式小麦免耕播种机抛送装置消耗功率、比功耗以及抛送效率的方程,确定要优化的结构参数,确立以比功耗和叶轮体积为目标、以结构参数为变量的优化函数。(2)运用Design-Expert软件对关于抛送装置比功耗以及抛出速度的试验数据进行方差分析,并分析抛送叶轮转速、喂入量、抛送管道截面积对比功耗和抛出速度的影响程度,使用最小二乘法分别建立抛送装置比功耗以及抛出速度关于上述工作参数之间的数学模型。(3)引入基于目标加权的量子粒子群算法,并且对权重系数进行改进,使用改进之后的算法对上述函数进行求解。得到一系列Pareto最优解,每个解对应一组变量参数的组合,从中选取一个Pareto最优解,得到的比功耗和抛出速度的结果与试验数据进行对比,证明使用算法优化秸秆粉碎后抛式小麦免耕播种机抛送装置的工作参数及结构参数的可行性。再对建立的关于秸秆粉碎后抛式小麦免耕播种机抛送装置结构参数的函数进行优化,得到能使抛送装置比功耗和叶轮体积达到最优的结构参数组合。(4)最后利用ANSYS对改进之后的叶轮进行应力应变分析,经过校核验证,改进之后的优化叶轮强度和刚度都满足要求。证明了从理论方面对抛送装置进行优化的可行性,也为大型农业机械结构以及工作参数的优化设计提供了新的思路。
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