DreamBlooms/HansPub-15000-to-45000 huggingface dataset:
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user: 2. 材料与方法 2.1. 试验地概况及供试材料 本试验于2018~2019年在信丰县西牛镇坳上村烟草试验基地(东经113.56度，北纬25.93度，海拔143 m)进行，信丰县位于江西南部，属典型的亚热带丘陵山区湿润季风气候，3~7月即烟草大田生长期间，总日照平均数为667~750 h，年平均气温18.1℃~19.6℃，总体气候条件比较适宜烟草的大田生长。试验田块前茬作物为水稻，地势平坦，灌溉方便；基本土壤理化性质为：pH值6.49，有机质39.21 g/kg，全氮1.85 g/kg，全磷1.98 g/kg，全钾5.38 g/kg；土壤类型为水田沙壤土。 参试新品种(系)的选择以信丰的生态特征和对应工业品牌的原料需求为依据，以K326作为对照(CK)。参试烟草品种(系)为1525、YY-1、NC196、CC27、F31-2、YK1304、1319、YK1085、K326(CK)。 2.2. 试验设计 随机区组设计，按品种共设9个处理，3次重复，共27个小区。行株距1.2米 × 0.50米。区组周围设保护行，种植对照品种。每小区种植烟株100株。 2.3. 试验实施及大田管理 试验施肥方案见表1。施肥量以小区为单位计算，各小区均匀一致。试验过程中，各项农事操作按种植K326生产技术标准进行，烟叶烘烤按气流下降式密集烤房烘烤工艺进行。 Table 1 The fertilization program of varieties comparative experimen 亩施氮量(kg/亩) 基肥(kg/亩) 穴肥(kg/亩) 定根肥(kg/亩) 提苗肥(kg/亩) 追肥(kg/亩) 贝斯特 专用肥 钙镁磷肥 贝斯特 硝酸钾 专用肥 硝酸钾 硫酸钾 9 90 6 12.5 10 2.5 10.4 15 11.25 表1. 品种比较试验施肥方案 2.4. 测定项目与方法 观察并记载各品种田间的植物学性状，按照YC/T142-2010烟草农艺性状调查测量方法 [ 4 ] 调查各品种田间农艺性状。记载各品种各生育期时间、病害发生率。烤后烟叶按照GB2635-92国家烤烟分级标准 [ 5 ] 进行分级，参照信丰2019年烟叶收购价格统计各级别烟叶价格，统计各品种产量、均价、产值、等级烟比例。采用镜红外检测方法对各品种化学成分，如尼古丁(Nicotine)、总糖(Total sugar)、还原糖(Reductive sugar)、总磷(total phosphorus)、总氮(Total Nitrogen)、总氯(Cl)和淀粉(Starch content)等化学成分含量进行检测分析。 2.5. 数据分析 采用Microsoft Excel和SPSS Statistics 21数据处理软件进行数据处理分析。
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user: 4. 讨论与结论 烤烟质量涉及多个方面，如烟叶外观、内在化学成分及经济性状等 [ 6 ] 。而对于这些参考指标，现有的管控质量研究大多都是从田间施肥灌溉方式、前茬作物选择、育苗方式及种植区域的气候因子等的研究 [ 7 ] ；其都是基于环境因素对烤烟质量的研究 [ 8 ] 。然而植物的表型都是由植物的基因型和环境因素的共同作用而表现出来的，因此对某一地区的烤烟质量管控，都应选育出最适于当地的品种再确定其它的田间管理措施 [ 9 ] 。因此本研究根据江西烟区现有的烤烟品种筛选的不足，探讨了不同烤烟品种在当地种植后的产量和品质之间的差异，以获得更适于江西烟区的种植品种。 本研究以烟草品种1525、YY-1、NC196、CC27、F31-2、YK1304、1319、YK1085、K326 (对照)为研究对象，试验结果发现9种品种在生育期方面就表现出较大差异。旺长期–现蕾期是干物质积累的最佳时段，而品种YY-1现蕾期的天数为69天，是各品种间时间最长的，并且品种YY-1生长势较强，可以更好地积累干物质量。而对于田间性状，全部品种普遍发生赤星病害和气候斑点病害；品种YY-1和YK1304都没有其他三种病害，其他品种均表现出不同的感病率；YY-1株型为橄榄型，F31-2株型为筒型，其它品种株型全部为塔型；在生长势方面，K326大田前期长势较弱，后期长势中等，YY-1和YK1304长势较强。对农艺性状的观察，发现所有参试品种均显著高于对照K326，其中YY-1平均株高最高，达到127.93 cm；在茎围、节距、腰叶长宽方面，各品种与K326都存在显著性差异，其中综合农艺性状对比，品种1319和NC196较对照略差或相当。从经济性状进行比较，YY-1平均亩产198.40 kg，显著高于其他品种的亩产量，且极显著高于对照K326；并且YY-1在均价、上等烟、上中等烟和桔黄烟比例上均比其它品种高。经济性状方面，大部分品种均优于对照K326，而YY-1表现最突出。在各品种烤烟烟叶的化学成分方面，YK1085、YY-1和K326品种烤后的B2F、C3F烟叶大部分指标在较适宜的范围。 本研究发现，不同品种在江西烟区的田间生长发育有明显的差异，同时各品种之间的烤烟产量和质量也有显著差异。各个品种之间相互比较，通过对所有品种植物学性状、主要农艺性状、感病情况和经济性状等多方面进行调查分析，发现大部分参试品种在多个重要性状方面相当或优于对照K326品种，比如在有效叶数方面，除1319，所有参试品种都多于K326。1319虽然有效叶数少，但是腰叶单叶重较重，因此亩产量依然较高；在经济性状方面，除YK1085外，其它参试品种在各项指标上都基本优于对照K326品种。而对于品种YY-1，病害发病率低，田间农艺性状、经济性状以及化学成分都优于其他品种，因此建议在日后研究或推广中重点关注。
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user: 摘 要 随着我国社会经济的发展和城市化，城市固体废弃物种类和数量不断增加，许多城市已经面临“垃圾围城”的窘况。城市固体废弃物不仅严重污染土壤、水体和空气，危害人体健康，而且影响城市景观，损害城市形象。本文对我国城市固体废弃物的现状及分类进行综述，阐述了填埋、焚烧、堆肥、热解等固体废弃物处理技术，并与当前国外一些发达国家的技术相比较，评价其优缺点，为探寻固体废弃物处理技术提供新思路、新方法。 关键词 :固体废弃物，处理技术，无废城市 Copyright © 2019 by author(s) and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 全球每年产生约70~100亿吨固体废弃物，约30亿吨固体废弃物缺乏有效处置。早在1996年，我国城市固体废弃物年产量就已达到1亿吨；2017年，我国城市固体废弃物年产量达到了14亿吨，并且还以每年7%~9%的速度递增。固体废弃物含有多种有毒有害物质，不经处理直接堆放或处理不当，会污染土壤、地表–地下水、大气，进一步危害人体健康，影响城市景观，损害城市形象。 发达国家对固体废弃物处理与处置的研究较早，已制定了较为严格的法律法规及管理体系。我国垃圾处理起步较晚，技术方面和法律法规方面尚不完善。2019年1月，国务院办公厅印发了《“无废城市”建设试点工作方案》，“无废城市”即以创新、协调、绿色、开放、共享的新发展理念为引领，探寻城市固体废弃物处理的新思路，通过推动形成绿色发展方式和生活方式，持续推进固体废物源头减量和资源化利用，最大程度上减少固体废弃物填埋量，将固体废弃物对环境的影响及危害降至最低。
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user: 4. 固体废弃物处理可行政策 4.1. 建立健全垃圾分类制度 对垃圾进行分类不仅有利于对不同类垃圾进行针对性的预处理，而且可提高垃圾处理的效率。2019年1月31日，上海市十五届人大二次会议表决通过《上海市生活垃圾管理条例》，并将于7月1日正式开始在上海实施，并将逐渐在全国推广。垃圾分类的实施不是一蹴而就的，需要逐步建立公众的环保意识，并在实际应用中不断调整相关政策 [ 15 ] 。 4.2. 用源头治理代替末端治理 在上个世纪至二十一世纪初，我国的垃圾处理主要是被动地产生多少就处理多少，主要采取末端处理的方法，即“先污染，后治理”的策略。随着国民生活水平的提高，一方面，垃圾产生量逐渐增大，超过了垃圾处理厂的负荷量，另一方面，人们的环保意识逐渐增强，意识到末端处理会产生严重的二次污染问题。在探索垃圾处理新途径时，“源头治理”概念被提出，比起末端治理来说，源头治理能更有效控制工业固废的排放。而源头治理最有效的的手段就是企业实施清洁生产。清洁生产相对于末端治理优势明显，主要体现在投资少，运行费用低，环境效益好。 4.3. 创新科技技术寻求再生利用新思路 垃圾是放错位置的宝，我们要积极改进传统的固体废弃物处理方法，解决其效率低下和造成的二次污染问题，同时引进先进的处理技术和设备，并根据当前我国不同城市的固体废弃物的产生量与其成分进行改进。不仅如此，我们还应加大科研投资，致力于探寻城市固体废弃物处理的新思路、新方法。提高固体废弃物的利用效率，利用固体废弃物生产清洁的环保产品，促进再生产业的发展。
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user: 5. 结语 现阶段，我国正处于城镇化建设的关键阶段，城镇居民的人口数量大量增长，产生了数量庞大、成分复杂的城市固体废弃物。随着政府和公众对于城市固体废弃物危害认识的加深，对固体废弃物处理技术的改进与多元化探索也在进一步进行。要解决我们当前面临的固体废弃物所引发的环境问题，需遵循减量化、资源化、无害化的处理原则积极探寻新的处理技术，同时需社会各界的共同努力。
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user: 摘 要 于2018年4月以四川省雅安市二郎山公路创面土壤作为研究对象，分析人工恢复与自然恢复下土壤中4种重金属(Zn， Cr， Pb， Cu)的含量特征及其与土壤化学指标之间的相关性，以四川省土壤背景值和全国土壤重金属Ⅱ级背景值为评价标准，对两种恢复方式下的土壤重金属污染和潜在生态风险进行分析评价。结果显示：无论何种恢复方式下Zn的平均含量值最大，Cr的最低，在这两种恢复方式下4种重金属的平均含量由低到高的排序有所不同，人工恢复方式下为：Zn > Cu > Pb > Cr，自然恢复方式下为Zn > Cu > Cr > Pb。人工恢复方式下4种重金属的变异系数在22.80%~60.95%之间，自然恢复下在28.37%~69.67%之间，表明在两种恢复方式下土壤中重金属含量分布比较均匀，存在一定的相似性。除Pb最大值和Cu最大值比四川省背景值高外，其他重金属含量均未超过我国土壤环境质量标准的II级标准值。人工恢复和自然恢复方式下土壤中Cr、Pb、Zn、Cu含量之间呈极显著正相关，Zn、Cr、Pb三种元素可能来源相同。Cu元素与IP (无机磷)为负相关，其余三种金属元素为正相关；四种金属元素与 NO 3 − -N 、TP、IP的相关性不显著。对比单因子指数法和内梅罗综合污染指数法与Hakanson潜在生态危害指数法得出的分析结果是基本一致，两种恢复方式下的综合污染指数都在2以下，为轻污染；人工恢复下的潜在生态危害系数及潜在生态危害指数均大于自然恢复状态下的值，可推测出人工干预的土壤恢复存在的重金属潜在生态危害较自然恢复下的高。 关键词 :公路创面，土壤重金属，人工恢复，自然恢复，污染评价，潜在生态风险 Copyright © 2019 by author(s) and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 土壤作为水圈、岩石圈、生物圈及大气圈的核心，具有为其提供交换物质的介质，还起到重要的净化污染物作用 [ 1 ] [ 2 ] 。但近几年来随着经济的快速发展，极大地刺激了资源能源的开发、交通体系的完善，在其施工过程中严重破坏土壤环境，如果恢复不当将引起后续一系列的生态环境问题 [ 3 ] 。对施工后产生的裸露土地进行恢复时需考虑在其恢复过程中存在的隐蔽危害，例如是否对其土壤带来污染。在自然条件下，一般土壤中的重金属主要来源于成土母岩和植被的凋落物及大气降落的颗粒物 [ 4 ] 。在人为作用下也可将重金属带入土壤，因此在选择对裸露土地进行恢复时应考虑到是否对其进行二次破坏。 土壤中的重金属具有隐蔽性、长期性、不可逆性和高生物毒性等特点，一旦重金属进入土壤中很难分离出来，改变原有土壤特性，对植物生长造成危害，并通过食物链威胁人类身体健康 [ 5 ] [ 6 ] 。传统上，土壤重金属的污染问题主要集中在农业用地方面，而城市土壤重金属污染在近几年内才成为国际学术界关注的热点问题 [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ] 。道路边坡作为距离交通污染源最近的区域，边坡土壤承受着来自交通污染物的直接影响，该区域的土壤重金属污染往往有着与路域其他范围的不同特征和规律 [ 10 ] 。以往的国内外的研究多集中在城市或农田及其边缘地区的土壤重金属，就其来源 [ 11 ] [ 12 ] [ 13 ] 、分布特征 [ 14 ] [ 15 ] [ 16 ] 、污染评价及修护 [ 17 ] [ 18 ] [ 19 ] [ 20 ] 问题等方面进行研究，而对于道路边坡裸露土地采用不同修复方式时带来的后续土壤重金属污染问题目前鲜有报道。 中国西南部地区属多山地形，该地区的道路建设基本是盘山公路，边坡创面大，不易修复，这些都严重破坏了边坡土壤环境 [ 21 ] ，容易诱发次生灾害。对于边坡土壤修复，不同的破坏类型所采取的修复方法也有所不同，要在综合考虑环境因素、现场实施难度、经济成本等的基础上确定 [ 22 ] 。而本研究着重对不同恢复方式下进行边坡土壤修复后带来的土壤重金属含量增加及污染评价和潜在危险进行分析，以四川二郎山高速公路修建后形成的创面修复为例，为边坡土壤修护时需注意的土壤重金属污染问题提供参考价值。
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user: 2. 研究区概况 研究区二郎山位于四川省雅安市天全县境内，中心点位于县城之西50公里处，海拔为3437米，距成都172公里，是青衣江、大渡河的分水岭，为自然地理的分界线。由于东西海拔悬殊，气温差异大，具有垂直变化的山地气候特征，其大气环流，受季风控制，形成天全气候类型是以亚热带季风气候为基带的山地气候。东坡年降雨日约280天，年降雨量约为1900 mm，多集中于8~10月，终日云雾缭绕，晴天日照仅4~5 h。西坡年降雨仅900~1000 mm，多风少雨及冰雪霜冻。土壤复杂多样，自然土壤主要为水稻土、潮土、紫色土、黄壤、高山寒漠土。由于气候条件优越，二郎山生物种群复杂，物种丰富，据不完全统计，共有维管束植物68科380属1500余种，属国家重点保护珍稀树种有珙桐(Davidia involucrata)、水青树(Tetracentron sinense)、连香树(Cercidiphyllum japonicum)、楠木(Phoebe zhennan)等18种。山脚多是亚热带植被，如山茶树(Camellia japonica)、毛竹(Phyllostachys heterocycla cv. Pubescens)、山橘树(Glycosmis cochinchinensis)、棕榈(Trachycarpus fortunei)；随着海拔上升，有暖温带和寒温带的植被如云杉(Picea asperata)和冷杉(Abies fabri)暗针叶林，海拔继续升高，有高山灌丛草甸。
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user: 3. 研究方法 3.1. 样品采集 于2018年4月中旬，采用典型抽样方法对四川二郎山东西坡面进行样地的布点，选取高速路面边坡植被遭到破坏后人工恢复(即做人工防护措施的区域，在坡面上做有水泥栅格固定并在栅格内种植垂穗披碱草(Elymus nutans)和黑麦草(Lolium perenne)等植物(见图1)，人工10年以上，20年以上和自然恢复10年以上、20年以上的样地，以及东西坡面土壤背景值，共10个采样点(图2)，样地的基本情况见表1。同时采用蛇形布点法对选取的10个样点布设1 m × 1 m的固定样地进行土样采集，其中每个样地分别采集0~10 cm和10~20 cm土壤各一份，每份2 kg，共计60份样品，各样品带回实验室后，则需注意样品避免阳光直射，自然风干，去除石子、树枝等，充分混匀后采用四分法收集土壤，一份存留、一份将其研磨后过分别过2 mm、0.25 mm、0.149 mm，再将过筛后的土壤用于土壤重金属的测定分析。 图1. 人工恢复措施图 图2. 采样点布设图 Table 1 Basic survey of sample foundatio 坡向 恢复方式 恢复年限长短 经纬度 坡向 海拔 东坡(天全县) 自然恢复 24年(A) 北纬29.864444˚ 东经102.313889˚ 40 2140 m 自然恢复 16年(B) 北纬29.877075˚ 东经102.329876˚ 35 1900 m 人工恢复 21年(A) 北纬29.863333˚ 东经102.316111˚ 40 2100 m 人工恢复 12年(B) 北纬29.873889˚ 东经102.324444˚ 35 1970 m 柳杉林 本底值 未破坏 北纬29.911389˚ 东经102.376944˚ 25 1520 m 西坡(泸定县) 自然恢复 24年(A) 北纬29.832048˚ 东经102.222627˚ 80 1580 m 自然恢复 16年(B) 北纬29.845172˚ 东经102.254595˚ 35 2300 m 人工恢复 24年(A) 北纬29.828725˚ 东经102.24642˚ 45 2215 m 人工恢复 15年(B) 北纬29.839864˚ 东经102.21993˚ 40 1590 m 高山松林 本底值 未破坏 北纬29.81742˚ 东经102.23983˚ 30 2100 m 表1. 样地基本概况 3.2. 测定项目与方法 本研究主要针对土壤中的Zn、Cu、Cr、Pb、Cd、Hg (Cd、Hg两类重金属在实验过程中未检出)几类重金属，分别准确称取0.5 g干燥磨细后的土样6份于6个消解杯中，分别为三个空白，其余三个各加入1.00 mL金属标准混合溶液，然后加入大约8 mL王水(硝酸、盐酸体积比1:3)将样品淹没并摇匀后放入微波消解仪中。消解结束后进行赶酸。赶酸至无白烟，赶酸完成以后等待冷却至室温，用漏斗过滤转移至50 mL容量瓶中，用0.2%硝酸溶液定容，随之用等离子发射光谱仪测定溶解性重金属含量。 3.3. 评价方法 3.3.1. 土壤重金属污染评价 评价方法采用单因子污染指数法和综合污染指数法 [ 2 ] 。 单因子污染指数的计算： P i = C i S i (1) 式中：P i 为i污染物的污染指数，C i 为i污染物的实测含量(mg/kg)；S i 为i污染物的背景值(mg/kg)。 内罗梅综合污染指数法： P 综 = { [ ( C i S i ) max 2 + ( C i S i ) a v e 2 ] / 2 } 1 / 2 (2) 式中：(C i /S i ) max 为土壤重金属元素中污染指数最大值；(C i /S i ) ave 为土壤各污染指数的平均值。 为了准确评价研究区公路创面在不同修复方式下土壤重金属的污染状况，本研究选用四川省土壤重金属背景值 [ 23 ] 作为评价标准。 由于目前国内还没有统一的林地重金属污染分级评价标准，因此本研究参照宁晓波 [ 2 ] 和中华人民共和国土壤环境质量标准 [ 24 ] 。利用单因子污染指数法和多项综合污染指数法的分级标准，如表2所示。 Table 2 Standard for classification of heavy metal pollution in soil 分级 单因子污染指数分级标准 综合污染指数分级标准 污染指数 污染等级 污染指数 污染等级 1级 P i < 1 清洁 P i ≤ 0.7 安全 2级 1 ≤ P i < 2 轻污染 0.7 < P i ≤ 1 警戒 3级 2 ≤ P i < 3 中污染 1 < P i ≤ 2 轻污染 4级 P i ≥ 3 重污染 2 < P i ≤ 3 中污染 5级 P i > 3 重污染 表2. 土壤重金属污染等级评价划分标准 3.3.2. 潜在生态风险评价 为确定研究区土壤重金属是否存在生态危害的现象及反映该区域的特殊性，本研究选用Hakanson提出的潜在生态危害指数法 [ 25 ] ，以四川省重金属土壤重金属背景值作为参比值，来评价研究区土壤重金属是否存在潜在生态风险。 单种重金属潜在生态危害系数(E i )的计算公式为： E i = T r i × ( C i / C 0 i ) (3) 式中，C i 、C 0i 、 T r i 分别为第i种重金属的实测含量(mg/kg)、参比值(mg/kg)即土壤背景值和毒性系数。毒性系数根据徐争启等 [ 25 ] 计算的重金属毒性系数( T r i )：Zn = 1、Cr = 2、Cu = Ni = Pb = 5、As = 10、Cd = 30、Hg = 40。 多种重金属潜在生态危害指数(RI)的计算公式为： R I = ∑ E i (4) 根据E i 和RI值，参照沉积物(土壤)中重金属潜在生态危害系数、生态危害指数和污染程度的关系 [ 25 ] ，采用丁振华等 [ 26 ] 给出7种重金属的潜在生态危害指数RI划分的潜在生态危害分级标准(表3)。 Table 3 Hakanson evaluation index of potential ecological hazar 生态危害Ecological risk 轻微Slight 中等Medium 强Strong 很强Very strong 极强Greatly strong E i <40 40~80 80~160 160~320 >320 RI <150 150~300 300~600 >600 >720 表3. Hakanson潜在生态危害评价指标 3.4. 数据处理 采用Excell和SPSS19.0统计软件进行数据处理及分析。
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user: 5. 结论 无论何种恢复方式下Zn的平均含量值最大，Cr的最低，在这两种恢复方式下4种重金属的平均含量由低到高的排序有所不同，人工恢复方式下为：Zn > Cu > Pb > Cr，自然恢复方式下为Zn > Cu > Cr > Pb。人工恢复方式下4种重金属的变异系数在22.80%~60.95%之间，自然恢复下在28.37%~69.67%之间，表明在两种恢复方式下土壤中重金属含量分布比较均匀，存在一定的相似性。 除Pb最大值和Cu最大值比四川省背景值高外，其他重金属含量均未超过我国土壤环境质量标准的II级标准值。表明该研究区可用于林业用地，但在选择树种时应该注意种植对Cu富集性强或者抗逆性强的乔木或者灌木植物。 人工恢复和自然恢复方式下土壤中Cr、Pb、Zn、Cu含量之间呈极显著正相关，Zn元素与Cr和Pb两种元素相关性在0.01水平上显著相关，可推测出这三种元素可能来源相同。Cu元素与IP (无机磷)为负相关，其余三种金属元素为正相关；四种元素与 NO 3 − -N 、TP、IP的相关性不显著。总体来说不同的化学指标与各种重金属之间的相关性系数各不相同，对各种重金属含量的影响也不相同。 对比单因子指数法和内梅罗综合污染指数法与Hakanson潜在生态危害指数法得出的分析结果是基本一致。以四川省土壤背景值和全国II级土壤环境质量标准值作为评价标准，两种恢复方式下的综合污染指数都在2以下，为轻污染；从单因子污染指数(Pi)来看，以四川省土壤背景值为评价标准时，人工恢复方式下Cr处于清洁状态，Pb、Cu、Zn处于轻污染程度，自然恢复方式下除Pb为轻污染，其他重金属元素属于清洁未污染状态。以全国II级土壤环境质量标准值为评价标准时，人工恢复和自然恢复方式下Cr、Pb、Zn、Cu为清洁健康状态，人工恢复方式下的各金属元素的污染指数均高于自然恢复。 采用潜在生态风险评价得出研究区土壤属于轻微生态危害水平。在同一种参比背景值下，相比两种恢复方式，人工恢复下的潜在生态危害系数及潜在生态危害指数均大于自然恢复状态下的值，可推测出人工干预的土壤恢复存在的重金属潜在生态危害较自然恢复下的高，如果只关注修复过程中研究区土壤重金属存在的潜在生态风险大小，建议选择自然恢复效果更佳。
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user: 摘 要 本实验采用静水封闭呼吸室法，研究了pH (5、6、7、8、9、10)、盐度(0、2、4、6、8、10)对禾花鲤耗氧率、窒息点的影响，并且建立了pH、盐度与耗氧率、窒息点的回归方程模型。实验结果表明：pH、盐度(S)对禾花鲤幼鱼耗氧率和窒息点有显著影响(P < 0.05)。当pH、盐度分别为7.3、1.55时，窒息点(D AP )最低，回归方程为D AP = 0.0248pH 2 − 0.3558pH + 1.6129 (R 2 = 0.929)、D AP = −0.0012S 3 + 0.025S 2 − 0.0668S + 0.4644 (R 2 = 0.9958)；当pH、盐度分别为6.0、2.0时，耗氧率(R o )最低，回归方程为：R o = −0.003pH 3 + 0.0723pH 2 − 0.548pH + 1.6602 (R 2 = 0.9602)、R O = −0.0001S 3 + 0.002S 2 − 0.0022S + 0.3037 (R 2 = 0.965)。当溶氧不充足时，pH、盐度分别为7.3、1.55的环境条件下，有助于提高禾花鲤耐低氧能力。 关键词 :禾花鲤，pH，盐度，耗氧率，窒息点 Copyright © 2019 by author(s) and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 禾花鲤(Procypris merus)又称禾花乌鲤﹑禾花鱼，禾花鲤，原产地为广西桂林、全州、灌阳等地，是中国的土著鱼类，在禾花鲤的原产地因其以稻田的禾花为食，而被称为禾花鱼 [ 1 ] 。禾花鲤为鲤科温水、小型鱼类，生长速度快，繁殖能力强(水温在18℃以上就能产卵孵化，培育苗种) [ 2 ] ，生长水温是22~29℃ [ 3 ] 。禾花鲤背部呈青黑或青灰色，腹部偏紫 [ 4 ] 。 耗氧率和窒息点是衡量鱼类不同发育阶段对水体中溶氧量需求及对低氧耐受能力的重要参数，也是鱼类有机体内代谢活动的重要反应指标，所以它们在鱼类生理和阶段性方面有着重要参考作用，也在养殖学方面具备一定的理论和应用价值。有关于鱼类的耗氧率和窒息点等方面，我国许多学者都进行过大量的研究，如陈宁生等 [ 5 ] 对草鱼、白鲍和花鲍的耗氧率进行了初步研究、张中英等 [ 6 ] 对尼罗罗非鱼耗氧率的初步研究、刘飞等 [ 7 ] 对湘云鲫耗氧率和溶氧临界窒息点的研究、陈琴等 [ 8 ] 对黄颡鱼耗氧率与窒息点的初步研究，朱华平等 [ 9 ] 对翘嘴红鮊鱼苗耗氧率和窒息点的初步研究、徐绍刚等 [ 10 ] 研究了温度对溪红点鲑耗氧率、排氨率和窒息点的影响。对耗氧率和窒息点的有关研究，主要是pH、盐度等外界因子对鱼类耗氧率和窒息点的影响。 pH对鱼类耗氧率与临界窒息点的影响。表现为pH对鱼类的呼吸有一定影响，当氢离子浓度超过鱼类生长的适宜范围时(偏高或偏低)，鱼类对溶解氧有更高要求。杨春等 [ 11 ] 认为，如果鱼类生活在适宜的pH值水体中耗氧率就较低，这是因为鱼类体内蛋白质的代谢水平低和脂肪和碳水化合物分解代谢比例大的缘故；在不适合的pH值环境下时，鱼体则表现出不适应的状态，为了适应外界环境而消耗体内较多的能量用来改变代谢状况，主要表现是耗能增大、耗氧率升高从而增大蛋白质的代谢比例。 盐度是影响生物生长、发育及渗透调节的一个环境因子。盐度转变对鱼类耗氧有较大的影响，有研究表明，盐度的转变对鱼的耗氧率、窒息点有较大的影响。当鱼类被置于不同可耐受的盐度范围中时，会表现出的是一种暂时性代谢反应，这时鱼类的耗氧会突然下降，当然不是每一种鱼类都跟以上结果一致，因为鱼类在不同环境、不同发育阶段对低氧的耐受能力有很大差异。例如，海水鱼海鲷的适宜范围为15‰~40‰，其最适盐度为25 [ 12 ] ；硬头鳟仔鱼盐度为8时代谢率较低，而盐度为12时代谢率较高 [ 13 ] ；淡水鱼如草鱼可以在盐度为2时能很好地提高其生长率和对食物的转化率 [ 14 ] 。窒息点反映了鱼类体内代谢活动对外界环境的适应能力 [ 15 ] 。
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user: 2. 材料与方法 2.1. 实验材料 实验于2017年4月至2017年5月在广西大学水产实验室开展。实验鱼为桂林良种场无病无伤，且行动迅速，生命力强的禾花鲤幼鱼。实验前在广西大学水产养殖基地(水温20.0 ± 0.5℃、pH 8.6 ± 0.2)中暂养7 d。在暂养期间使用连续曝气的自来水，每天早(8:00)和傍晚(17:00)各投喂饲料1次。 2.2. 试验用水 实验中用水为曝气24小时后的自来水，水温为(20℃~23℃)，盐度为0，pH为8.4 ± 0.2，溶氧量大于7.0 mg/L。 2.3. 实验仪器与设备 玻璃呼吸瓶(2000 ml)、10L塑料桶、冰袋(块)、温度计、盐度计(上海人和三信EC-500)、pH计(上海雷磁Phs-3c)、恒温计、增氧机、保鲜膜，健康活力好的禾花鲤幼鱼，高端电子溶氧仪(美国YSI)，电子秤，尺子。 2.4. 实验方法 2.4.1. pH对禾花鲤耗氧率、窒息点的影响 实验中，温度22.3℃、盐度0、溶解氧5.8 mg∙L −1 以上。实验用鱼的体质量为1.80 ± 0.18 g。实验中pH梯度设置为5、6、7、8、9、10，实验前2星期在10 L的塑料桶中进行pH实验驯化。每个pH随机放入100尾禾花鲤作为驯化用鱼。pH测定使用上海雷磁Phs-3cpH计。实验用均匀过度法调节pH值，每日pH值变化不超过0.5，驯化至相应的实验pH值后，停止喂食，饲养2天后再进行试验。本实验在2000 mL的玻璃呼吸瓶中进行，每个呼吸瓶放置鱼15尾，每组3个重复，将禾花鲤放入后立即用豆油封闭液面(1~2 cm)。在呼吸瓶口处密封一层封口膜。以半数死亡时的溶解氧量作为窒息点，实验鱼死亡标准为鳃盖停止运动，用解剖针轻扎无反应。水中的溶解氧用高端电子溶氧仪测定。 2.4.2. 盐度对禾花鲤耗氧率、窒息点的影响 实验中，温度21.9℃、pH 8.2、溶解氧5.8 mg∙L −1 以上、实验用鱼的体质量为1.79 ± 0.31 g。实验中盐度梯度设置为0、2、4、6、8、10实验前2星期在10 L的塑料桶中进行盐度实验驯化。每个盐度随机放入100尾禾花鲤作为驯化用鱼。盐度测定使用上海人和三信EC-500盐度计。实验用均匀过度法调节盐度，每日盐度变化不超过1/00-2，驯化至相应的实验盐度后，饲养2天后再进行试验。 实验结果数据用平均值±标准差(Mean ± SD)表示，利用Excel和 SPSS23.0软件进行数据统计分析，利用方差分析来检验各种环境因子对窒息点影响显著性，显著水平为P < 0.05，极显著水平为P < 0.01。 静水呼吸室耗氧率： OCR = ( B 1 − B 2 ) × V / ( W × T ) (1) (OCR)耗氧率、(W)试验鱼体总重量(g)、(B1)试验前溶解氧(mg/L)、(B2)试验后溶解氧(mg/L)、(V)呼吸室水体积(L)、(T)试验前后时间差值(h)。
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user: 3. 结果与分析 3.1. 禾花鲤耗氧率与pH值的关系 从图1可以看出，在pH值为5~10的范围内，耗氧率呈现先下降再升高趋势，在pH值为6时耗氧率最低，在pH值为10最高，且从5到6时耗氧率下降幅度非常大。在单因素方差分析中得出，pH在5和10、5和9之间无显著差异外(P > 0.05)，pH在6、7、8时，对禾花鲤幼鱼耗氧率的影响存在着显著性差异(P < 0.05)，分析结果显示pH值对禾花鲤耗氧率的影响极显著(P < 0.01)。pH与耗氧率的线性方程表示为：R o = −0.003pH 3 + 0.0723pH 2 − 0.548pH + 1.660 (R 2 = 0.9602)。 图1. 禾花鲤耗氧率与pH值的关系 3.2. 禾花鲤窒息点与pH的关系 如图2所示，pH在5~10范围内，随着水体pH值的升高，禾花鲤幼鱼窒息点呈先下降再上升的变化趋势，pH对禾花鲤幼鱼的窒息点有极显著的影响(P < 0.01)。pH为7时，幼鱼的窒息点最低，为0.33 mg∙L −1 ；pH为10时窒息点最高，为0.52 mg∙L −1 。pH与窒息点(D AP )间的回归方程可表示为：D AP = 0.0248pH 2 − 0.3558pH + 1.6129 (R 2 = 0.929， P < 0.05)。由方程可以推算出pH值为7.3时，禾花鲤的最低窒息点为0.32 mg∙L −1 。 3.3. 禾花鲤耗氧率与盐度的关系 盐度对禾花鲤幼鱼耗氧率的关系如图3所示，盐度为2~10时，随着盐度的升高，禾花鲤耗氧率呈上升趋势。在盐度为10时有最大值0.3841 mg∙g −1 ∙h −1 。盐度从2到4的耗氧率变化幅度较大，差异性表现为极显著(P < 0.01)。盐度与耗氧率的线性方程表示为：R O = −0.0001S 3 + 0.002S 2 − 0.0022S + 0.3037 (R 2 = 0.965)。 3.4. 禾花鲤窒息点与盐度的关系 如图4所示，盐度在0~10时，随着盐度的升高，禾花鲤幼鱼窒息点呈先下降再上升的趋势。盐度对禾花鲤幼鱼的窒息点有极显著的影响(P < 0.01)。盐度为10时，窒息点最高为1.10 mg∙L −1 ，与其他各组差异极显著(P < 0.01)。盐度(S)与窒息点(D AP )间的回归方程可表示为：D AP = −0.0012S 3 + 0.025S 2 − 0.0668S + 0.4644 (R 2 = 0.9958， P < 0.05)。由方程可以推算出盐度为1.55时，禾花鲤的最低窒息点为0.39 mg∙L −1 。 图2. 禾花鲤幼鱼窒息点与pH的关系 图3. 禾花鲤幼鱼耗氧率与盐度的关系 图4. 禾花鲤幼鱼窒息点与盐度的关系
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user: 4. 讨论 4.1. 低氧状态下禾花鲤的行为影响 呼吸是鱼类维持一系列生命活动(摄食、生长、繁殖等)的基础，是鱼类从外界吸取氧气，用来氧化和分解从外界摄取并贮存在机体组织内的营养物质所释放出来的 [ 16 ] 。本试验中观察鱼的呼吸活动情况，随时间的加长，呼吸瓶中溶氧也急速下降，幼鱼先表现出呼吸频率加快，这时实验鱼上下窜动。并不时从瓶底上窜水面，之后呼吸频率逐渐下降，失去了正常平游能力，侧卧或者腹面朝上，休克前作垂死挣扎数次，最后昏迷，侧卧水底部或呼吸室顶部，鳃盖停止运动。在实验中发现规格较大的禾花鲤幼鱼更具运动活力。这与浅色黄姑鱼 [ 17 ] (Nibea coibor)以及胭脂鱼 [ 18 ] (Myxocyprinus asiaticus)等在窒息点时的运动行为相似。 4.2. 不同pH值对禾花鲤耗氧率的影响 鱼类对水环境pH值有一定的适应范围，当pH值大于或小于这个范围时，鱼类的活动、摄食、代谢及其生长会受到抑制 [ 19 ] ，朱爱意等 [ 20 ] 认为鱼类在合适的pH值条件下，其耗氧率会较低。本实验研究结果显示，禾花鲤幼鱼在pH为10时的耗氧率最高，说明试验鱼在pH为10时用于维持体内的稳态需要消耗最多的能量，pH在6时该鱼的耗氧率最低，说明禾花鲤幼鱼更加适宜在中性或偏酸的养殖水环境中生长。这与吴常文等 [ 21 ] 研究杂交鲟耗氧率的结果吻合。在实验中发现，pH为6~8的范围内其幼鱼生活状态良好，在pH值为5和10时幼鱼有轻微的皮肤发白和鳃出血现象，可能是因为在这两种pH值条件下鱼体皮肤和鳃丝已经被腐蚀。由此可见，禾花鲤幼鱼适合在pH为6~8的水体中生长。 4.3. 不同pH值对禾花鲤窒息点的影响 在鱼类生活的水域中，pH过高或过低均能刺激鱼类鳃、皮肤的感觉神经，影响呼吸运动，使鱼类从水中摄氧的能力降低 [ 22 ] 。水生动物如果长期生存在强酸环境中，会引起机体离子调节的紊乱、血液酸碱平衡破坏 [ 23 ] 、抑制细胞液中Na + -K + -ATPase活力 [ 24 ] 。王辉等 [ 25 ] 研究发现pH为8.06时，尼罗罗非鱼幼鱼的窒息点最低，增加或降低pH会相应提高窒息点。本实验中禾花鲤在pH为7时，窒息点最低为0.33 mg∙L −1 。因此建议在禾花鲤幼鱼养殖过程中，尽量降低池塘底质积累和水中有机物浓度，保持水质清新，尽量维持pH在7左右，这样禾花鲤的窒息点最低，成活率较高。 4.4. 不同盐度对禾花鲤耗氧率的影响 盐度是日常养殖中重要的环境因子之一，盐度的高低对鱼类的生理代谢具有显著的影响 [ 26 ] 。本研究结果得出，盐度为0~10的范围内，随盐度的升高禾花鲤的耗氧率呈上升趋势。这与李加儿等 [ 17 ] 研究表明，浅色黄姑鱼(Nibea coibor)在早期生长阶段，在低盐度环境下的耗氧率较低，随着水体盐度的逐渐增加，其排氨率和耗氧率不断提高。与本研究结果相符。Wang JQ等 [ 27 ] 认为如果按照渗透压调节原理，在等渗点时鱼类的渗透压最小，此时代谢率最低，而生长率最高，这是因为维持体内稳态的渗透压的调节耗能最少，当远离等渗点时则要消耗大量的能量用于其渗透压调节。本实验中的禾花鲤属于狭盐性鱼类，对盐度有比较苛刻的要求，在盐度为0~10时符合渗透压原理。本实验中禾花鲤在盐度为2时，耗氧率出现最低点为0.2994，根据渗透压原理推断，禾花鲤的等渗点在盐度为2左右。 4.5. 不同盐度对禾花鲤窒息点的影响 盐度是鱼在水体中重要的环境因子，盐度对水生动物的新陈代谢有显著的影响 [ 28 ] 。按照渗透调节原理，鱼类在等渗点时渗透压力最小，代谢率最低，生长率最高，因为此时维持内稳态的渗透压调节耗能最少，而远离等渗点时需要消耗更多的能量用于渗透压调节，本实验中禾花鲤的等渗透压出现在盐度为1.55时，窒息点为0.39 mg∙L −1 ，并且呈现出先下降后上升的趋势，这与王辉等 [ 25 ] 研究盐度对尼罗罗非鱼幼鱼窒息点、李加儿 [ 28 ] 盐度对鲻幼鱼窒息点的影响中盐度5~10的结果一致。有些学者认为，水生动物的标准代谢由两部分组成，一是组织的修复和更新所需要的能量；二是维持机体内环境稳定所消耗的能量，本实验中随着盐度的升高，禾花鲤为了维持机体内环境稳定所消耗的能量也增加，导致窒息点随盐度的升高而增大，与实验中所得数据相吻合。 随着禾花鲤养殖区域的不断扩大，禾花鲤幼鱼在孵化、运输过程中成活率较低的现象，根据本次实验的研究结果将盐度和pH分别保持在1.55和7.3左右，有助于提高禾花鲤幼鱼在运输过程中的成活率，减少死亡率，达到最大化效益。
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user: 摘 要 为了研究采煤机牵引部两级行星齿轮传动系统的动态啮合特性以及行星架的受力情况，以刚柔耦合多体动力学理论为基础，运用ANSYS和ADAMS软件建立了两级行星齿轮系统的刚柔耦合动力学模型。根据Hertz接触理论对刚柔耦合模型进行动力学仿真分析。仿真结果表明：行星齿轮啮合力在时域上存在周期性冲击且振动幅值存在明显的调制现象；啮合力的响应频率成分由齿轮啮合频率、齿轮转频和啮合频率倍频两侧以其转频为间隔对称的调制频率带组成；两级行星架都在行星轮轴孔处以及行星架输出轴的根部处存在应力集中，此处为行星架的薄弱位置。仿真结果得到了两级行星齿轮系统各级齿轮啮合特性而且为二级行星架损坏机理及疲劳性能研究提供了依据。 关键词 :行星齿轮，刚柔耦合，啮合力，动力学仿真 Copyright © 2019 by author(s) and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 引言 采煤机牵引部在工作过程中主要负责采煤机的行走和牵引。两级行星齿轮机构作为牵引传动机构的重要组成部件，由于其传动比大、结构复杂，轮齿在啮合过程中存在内部激励，易产生较大的振动 [ 1 ] 。行星架作为行星齿轮传动的输出部分，在工作过程中易受到冲击、交变载荷的作用容易发生损坏，甚至断裂 [ 2 ] 。行星齿轮一旦出现故障，整个采煤机牵引部传动系统则会瘫痪，采煤机无法工作，煤矿将面临停产的威胁，给矿山企业带来巨大的经济损失。所以研究采煤机牵引部两级行星齿轮在工作过程中的各齿轮之间的啮合特性以及两级行星架在工作过程中的受载情况很有意义，目前的研究多是基于多刚体理论对行星减速机构进行动力学仿真分析，然后通过有限元方法分析行星架的静态受力情况 [ 3 ] [ 4 ] 。为了得到两级行星架在工作过程中的动载荷对其强度的影响，本文考虑两级行星架在仿真过程中的柔性变形，建立了采煤机牵引部两级行星齿轮系统的刚柔耦合动力学模型并进行仿真分析，得到两级行星齿轮传动系统在额定工况下两级级行星架的受力情况以及两级行星齿轮传动啮合的动态特性。
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user: 2. 刚柔耦合数学模型 考虑到两级行星减速器在工作过程中两级行星架所受扭矩较大，其弹性变形对行星齿轮啮合传动有一定影响，因此在仿真过程中必须同时考虑行星架的大范围运动和其本身的变形，以行星齿轮刚性构件所在的O-xyz为惯性坐标系，以二级行星齿轮架所在的O'-x'y'z'为柔性体局部坐标系。p为二级行星架上的一点 [ 5 ] ，图1为行星轮系刚柔耦合系统示意图， 图1. 行星轮系刚柔耦合系统示意图 二级行星架上任意一点p点的位置向量为： r p = r + A ( s p + u p ) (1) 式中，r p 为p点在惯性坐标中的位置向量；u p 为变形模态矩阵Ø p 与广义坐标矩阵ξ的乘积；r为惯性坐标系原点到局部坐标系原点的位置矢量；A为欧拉变换矩阵；s p 、u p 分别为p点在柔性坐标系中变形前的位置矢量及位移变化矢量。 对式(1)求导可得p点的速度为： r ˙ p = r ˙ + A ˙ ( s p + u p ) + A u ˙ p (2) 则二级行星架动能与势能的广义坐标形式为： T = 1 2 ξ ˙ T M ( ξ ) ξ ˙ ，     H = H g ( ξ ) + 1 2 ξ ˙ T K ( ξ ) ξ ˙ 其中，M和K分别为广义质量矩阵和广义刚度矩阵， H g ( ξ ) 为重力势能。将T、W以及能量损耗函数Γ代入式(3)的拉格朗日方程 { d d t ( ∂ L ∂ ξ ) − ( ∂ L ∂ ξ ) + ∂ Γ ∂ ξ + ( ∂ ψ ∂ ξ ) T λ − Q = 0 ψ = 0 (3) 中得到刚柔耦合多体系统的运动微分方程为： M ξ ¨ + M ˙ ξ ¨ − 1 2 ( ∂ M ∂ ξ ξ ˙ ) T ξ ˙ + K ξ + f g + D ξ ˙ + ( ∂ ψ ∂ ξ ) T λ = Q (4) 式中，f g 表示重力；D为模态阻尼矩阵；λ为拉格朗日乘子；ψ为约束方程；Q表为外部所施加的载荷。
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user: 3. 模型建立与动力学仿真 3.1. 刚柔耦合动力学模型建立 在三维软件UG中完成采煤机牵引部两级行星减速器中各零件的建模和装配，并将装配模型导入ADAMS软件中，建立了两级行星传动系统的多刚体仿真模型。 将两级行星架模型分别导入有限元软件ANSYS，并对行星架进行网格划分，完成两级行星架的柔性体模型后在ANSYS中分别输出两级行星架的模态中性文件(.mnf) [ 6 ] 。两级行星架的柔性体模型如图2和图3所示。 图2. 一级行星架柔性体模型 图3. 二级行星架柔性体模型 在ADAMS中导入两级行星架柔性体文件，完成两级行星减速器刚柔耦合模型的建立。两级行星齿轮传动系统的刚柔耦合模型如图4所示。 图4. 两级行星齿轮传动系统刚柔耦合模型 3.2. 约束与接触参数的施加 分别设置内齿圈相对地面为固定副、太阳轮和行星架相对内齿圈为旋转副、各级行星轮相对各级行星架为旋转副。 行星齿轮传动部分各齿轮间是通过接触传递力和运动的，分别在各齿轮之间添加接触。接触力分解成两部分：一部分是相互切入而产生的弹力，另一部分是由于相对运动产生的阻尼力 [ 7 ] ，其函数表达式为： i m p a c t ( x ， x ˙ ， x 1 ， K ， e ， c ， d ) = { max ( 0 ， K ( x 1 − x ) e − s t e p ( x ， x 1 − d ， c ， x 1 ， 0 ) x ˙ )         x < x 1 0                                                                                                                             x ≥ x 1 (5) 式中：x为两接触物体的初始距离，mm； x ˙ 为两物体的相对速度，mm/s；x 1 为两物体之间的实际距离，mm；K为接触表面的刚度，N∙m −3/2 ；e为力的指数；c为两个物体表面接触过程中的阻尼系数，N/(s∙mm)；d为接触表面的临界相互渗透量，mm。 根据赫兹接触理论可以求解两个变半径的柱体碰撞问题 [ 8 ] [ 9 ] ，齿面接触的法向力P与变形δ之间的关系为： P = K ⋅ δ 3 / 2 (6) 式中刚度K与接触体的材料和形状有关，其关系为： { K = 4 3 R 1 / 2 E 1 R = 1 R 1 ± 1 R 2 1 E = ( 1 − μ 1 2 ) E 1 + ( 1 − μ 2 2 ) E 2 (7) 式中：μ 1 、μ 2 分别为两种不同材料的泊松比；E 1 、E 2 分别为两种材料的弹性模量；R 1 、R 2 分别为接触点的半径，按分度圆的半径计算，式中“+”用于外啮合；“−”用于内啮合。通过式(7)计算得到行星齿轮机构各齿啮合刚度如表1所示。 Table 1 Meshing stiffness of gears in the planetary syste 齿轮对 模数/mm 齿数z 压力角 α/(˚) 接触刚度 K/(N∙mm −1.5 ) 阻尼 C/(N∙s/mm) 一级太阳轮 一级行星轮 9 17 20 5.6E + 5 (0.1%~1%) K 9 19 20 一级行星轮 一级外齿圈 9 17 20 10.07E + 5 9 55 20 二级太阳轮 二级行星轮 9 28 20 6.29E+5 9 19 20 二级行星轮 二级外齿圈 9 19 20 9.62E + 5 9 67 20 表1. 行星齿轮机构各齿啮合刚度 3.3. 驱动和负载的添加 采煤机牵引部牵引电机的额定功率为150 KW，电机在其额定功率下工作时，太阳轮的平均转速为1060˚/s、二级行星架输出的转矩为T 1 = 116505 N/m，为了保证施加转速与转矩时传动系统能够平稳，利用STEP阶跃函数定义作用在虚拟样机上的驱动和负载扭矩，驱动添加在一级行星轮的太阳轮上：STEP (time， 0， 0， 0.02， −1060 d)，负载添加在行星齿轮的二级行星架上：STEP (time， 0， 0， 0.02， 116505)。
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user: 4. 仿真结果及分析 4.1. 转速特性分析 根据行星齿轮传动比为：i 1 = 4.235、i 2 = 3.393，由此计算得到一级行星架转速n 1 = 41.72 r/min，二级行星架转速n 2 = 12.3 r/min。从图5可知仿真得到的太阳轮以及一二级行星架的角速度与理论值接近 [ 10 ] 。 图5. 角速度曲线图 4.2. 行星齿轮啮合频率分析 两级行星齿轮减速器中一级太阳轮的输入转率f s 1 = 2.95 Hz。根据周转轮系传动比的计算法则，通过给整个轮系施加一个与行星架相反的转频−f c ，将周转轮系转化为假想的定轴轮系 [ 11 ] ，则有： f c = Z s Z s + Z r × f s f p = ( f s − f c ) Z s Z p − f c (8) 式中，由于齿圈固定不动，因此其转频f r = 0；f s 为太阳轮转频，Z r 、Z s 、Z p 为齿圈、太阳轮、行星轮齿数。 行星齿轮啮合频率f m 公式定义为： f m = f p ⋅ z (9) 代入数据则可以计算出第一级行星架的转频f c 1 = 2.95 Hz，二级行星架的转频f c 2 = 0.7 Hz。一级行星齿轮啮合频率为f m 1 = 38.24 Hz、二级行星齿轮啮合频率f m 2 = 13.73 Hz。 4.3. 行星齿轮啮合力分析 行星齿轮内部的运动是通过各齿轮之间的啮合来实现的ADAMS使用接触算法来实现齿轮啮合力的计算，通过后处理得到两级太阳轮啮合力曲线，如图6、图7所示。 图6. 一级太阳轮啮合力曲线。(a) 一级太阳轮啮合力曲线；(b) 一级太阳轮X向啮合力曲线；(c) 一级太阳轮Y向啮合力曲线；(d) 一级太阳轮啮合力频谱图。 图7. 二级太阳轮啮合力曲线。(a) 二级太阳轮啮合力曲线；(b) 二级太阳轮X向啮合力曲线；(c) 二级太阳轮Y向啮合力曲线；(d) 二级太阳轮啮合力频谱图 通过仿真计算得出各级，从图6、图7可以看出各级齿轮啮合力在时域上的信号存在周期性变化的冲击幅值，这是由于齿轮啮合过程中时变啮合刚度引起的，在齿轮啮合力频域图上看出啮合力的响应频率成分由齿轮啮合基频、齿轮转频及其啮合倍频两侧以其转频为间隔的对称调制频率带。 4.4. 二级行星架受力分析 在ADAMS后处理分别输出两级行星架的应力云图，如图8所示。并在ADAMS后处理中获取二级行星架危险节点处应力时间历程如见图9所示。由工程图纸查的两级行星架的材料为30CrMoNi，材料的屈服强度为785 Mpa，取安全系数为1.859，则行星架的许用应力为422.3 Mpa。 从应力云图可以看出二级行星架上的应力值明显比一级行星架大，二级行星架最大应力为279 Mpa，没有超过其许用应力值。两级行星架的最大应力都主要集中在行星轮轴孔处以及行星架输出轴与前侧板的连接处，此处易产生应力集中为行星架的薄弱环节，在加工制造时应注意此处的加工工艺减小应力集中。 图8. 两级行星架应力云图。(a) 一级行星架应力云图；(b) 二级行星架应力云图 图9. 二级行星架危险点处应力时间历程
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user: 5. 结论 本文利用ADAMS和ANSYS软件建立了两级行星齿轮传动系统的刚柔耦合动力学模型，并对各级齿轮动态啮合力以及两级行星架受力进行仿真分析。仿真结果表明： 1) 由于齿轮啮合过程中啮合刚度的改变，各级齿轮啮合力存在着周期性变化的冲击力。啮合力在频域图上的频率成分由齿轮啮合基频、齿轮转频及其啮合倍频两侧以其转频为间隔对称的调制频率带。 2) 从两级行星架应力云图可以看出，二级行星架的应力值比一级行星架大，在工作过程中更容易损坏。 3) 两级行星架都在行星轮轴孔处以及行星架输出轴与前侧板的连接处存在应力集中现象，这些部位为行星架的薄弱环节。 本文研究结果不仅验证了行星齿轮啮合传动特性而且为二级行星架损坏机理及疲劳性能研究提供了依据。
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user: 项目资助 山西省煤机重点科技攻关项目(MJ2014-05-02)。
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user: 摘 要 本文对当前市面热门的机器视觉模块以及各类机械手进行分析，通过筛选组成实现对二维码信息的自主读取，对物料颜色、形状的识别以及抓取的智能抓取系统。通过对现有市面电机进行筛选以及由正交编码器和全向轮组成的全场定位系统实现可自主对路径的规划的定位移动系统；通过以上系统的组合从而实现自主读取信息，识别、抓取、堆放物料。并使用MATLAB软件对定位速度、位置等进行计算与调节，并针对以上模块进行机器人的整体设计与三维建模，并且通过Solidworks Simulation模块完成对机器人主要零部件的静态载荷分析，并进行模拟实验。对机器人的功能集成总结后，笔者提出应用场景假设，针对此场景假设提出应用推广范围，并进行模拟实验。结果表明：机器人设计简单， 易于实现与批量生产，实用可靠，定位、抓取、识别效果良好，可在自动化领域广泛推广。 关键词 :智能机器人，结构建模，机器视觉，自主规划，有限元分析 Copyright © 2019 by author(s) and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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user: 1. 绪论 1.1. 引言 机器人问世之后，工业的发展得到了新鲜血液的注入。近年来，无论是“中国制造2025”的提出，还是“5G时代”的到来，都与智能机器人的发展有着密切相关。高端科学技术，于机器人行业的运用越来越被人们所重视，在当前国家的“科教兴国”的背景下，高端的智能机器人的发展是大势所趋。 经过多年的发展，传统制造业逐渐为人们所摒弃，智能化、系统化的生产模式逐渐映入人们的眼帘，世界的经济发展这些年不断地进步，各国也逐渐从武器的数量种类攀比走向了尖端技术的较量 [ 1 ]。各个国家对智能机器人的运用已然成为一个国家的科创能力于制造水平的标志。在此背景下，机器人的智能制造被许多人称为为“第三次工业革命”。 如图1所示，随着各个国家对机器人智能化的投入越来越大，智能机器人的曝光度越来越高，无论是GOOGLE所展示的人工智能机器人，还是京东迎战“双11”使用的快递分拣机器人，都代表着智能机器人的发展逐渐走向顶峰 [ 2 ]。 1.2. 本文主要研究的内容 本文主要研究一种智能搬运机器人的设计与实现，对于搬运机器人，我国已有了多年的技术发展，但以下几个方面仍有不足：首先，目前市面大部分工厂的搬运机器人的定位性价比普遍较低，大部分普遍采用传感器对参考位置进行对比定位，其次对于物料的识别范围较小，速度参差不齐。并且机器人的自主规划路径的能力较弱，大部分只会沿预设的路径行走，甚至于路径上需要覆盖黑线或者磁条，这使得工厂环境的更改以及人员的进出会对机器人造成巨大的影响。 图1. 工业机器人销量趋势图 所以本文通过对OPENMV机器视觉以及舵机齿轮型机械手、正交编码器，以及可调速直流电机等系统的组合运用，同时对机器人的结构外形进行合理的建模与分析，设计并实现一款可自主识别、规划路径、夹取的智能机器人 [ 3 ]。 本文主要研究内容以下几点： (1) 对于机器人各个模块的选取与分析，简单介绍各个模块的原理以及优缺点。 (2) 实现各个模块的组合，将机器人的系统模块化，便于与实际使用时模块的选取，并对定位系统的路径以及速度进行分析与计算 [ 4 ] [ 5 ]。 (3) 对机器人的整体结构进行三维建模与有限元分析，得出合理的结构与尺寸。 (4) 对应用场景进行假设，设计实验步骤，并根据实验得出推广范围以及性能指标。