基于Solidworks软件设计了一种可以实现树苗储运、移苗、挖坑、覆土、浇水等功能的全流程一体化植树工程车。其中,该工程车的储苗装置一次可储备99棵树苗,可实现大批量植树;通过限制移苗装置的左右旋转极限位置进行定位实现了移苗与栽苗工作,从而使树苗定位更为准确。采用螺旋锥状钻头,进行螺旋式挖掘,利用Simulation模块对螺旋刀片强度进行仿真分析,满足实际使用要求。该植树工程车的研制将有助于提高植树工作效率,节省了人力物力,提升树苗成熟率。

为了提高磨料水射流的加工性能,设计了超声辅助微细磨料水射流加工系统,磨料供给采用前混合方式。超声喷嘴装置是该系统的关键,并研究了其加工机理,利用超声振动产生具有空化效应的脉冲水射流,通过脉冲射流的高强度动压力作用和空化作用以提高磨料水射流的加工能力。变幅杆是超声装置的核心部件,通过有限元分析验证变幅杆的性能,确保变幅杆能够有效且准确地工作。冲蚀实验证明:超声振动作用可以提高冲击力及材料去除率。然而,随着振幅的增加,表面质量下降。

为了增强磨料水射流的加工效果,设计了超声辅助微细磨料水射流加工系统。通过喷嘴内变幅杆的超声振动,将声能与射流压力能叠加,增强磨料水射流的脉动行为,形成脉冲射流。通过数值计算的方法研究了流场轴线上的声压分布及磨粒在流场中的运动特性,探究了脉冲射流的加工机制及硬脆材料去除机制。通过切槽实验分析了系统压力、振幅及靶距对冲蚀深度的影响规律,实验结果证明,施加超声振动可有效降低系统压力,最佳靶距为8~10 mm。基于实验结果,利用MATLAB建立了硬脆材料的去除深度预测模型。

利用气压输送原理结合外加磁场辅助作用．设计了用于微细磨料水射流抛光加工用的供料装置，以实现微细磁性磨料供给的稳定性和可控性。磁场辅助微细磨料水射流脉冲式供料装置主要由料仓、气源、调压阀、截止阀、脉冲发射器、电磁控制器、供气管和供料管组成。其中该装置的调压阀与气源连接，控制输送气体的工作压力，工作气体通过管道由下而上进入料仓，将磨料在料仓内呈雾状并通过料仓出口流出，经由管路，流动到节流阀，通过脉冲发射装置控制节流阀动作频率和开合度，以便控制管道内的磨料流量，实现间歇性供料。输送的磨料受到喷嘴附近的磁场作用，磨料的速度和运动方向进一步调整至最佳，从而提高射流与磨料的混合质量。

借助LS-DYNA软件数值模拟微细磨料小角度冲蚀氧化铝陶瓷材料过程,分析微细磨料对陶瓷材料去除机理。采用LS-DNYA显式算法、ESTS侵蚀接触算法和JH-2陶瓷材料本构关系模型,分别建立球形和八面体磨料模型,比较分析磨料形状、速度,冲蚀角度对于陶瓷材料去除的影响规律。结果表明磨料速度越大,则陶瓷变形量越大,应力和应变范围也越大;冲蚀角度越大,则磨料的法向冲击力越大,变形和应力也越大。八面体磨料的各侧面锋刃与工件相互作用,对工件材料产生犁耕作用,冲蚀的表面较规则。

为了解决磨料水射流加工过程中射流分散以及磨料分布随机的问题,采用在聚焦管处加入辅助磁场的方法。利用COMSOL Multiphysics软件数值模拟磁场辅助磨料水射流喷嘴内外在多物理场作用下流场分布规律,采用湍流、粒子追踪、磁场三模块分析磁性磨料在磁场、重力场、流场等多物理场作用下的运动状况,仿真结果表明:施加辅助磁场后,射流的发散性减弱,准直性增强,在磁场、重力场和流场的耦合作用下,微细磨料被约束在射流轴线附近,实现了磨料的聚集效应。模拟结果表明,辅助磁场有助于提高磨料水射流加工效率和加工表面质量。