人工模拟降雨系统是在进行水土流失规律试验研究和土壤侵蚀试验研究,及编制开发建设项目水土保持方案时必备的试验设备,其各项性能指标直接影响着试验研究的可信度。本文对目前制约槽式人工模拟降雨系统运行品质的“卡死”、“打滑”的摆频故障机理,以及传动系统的核心部件——可控式超越离合器的运动学与动力学机理进行了深入的分析与研究,并设计了旨在对降雨系统进行全面测试与研究的综合试验与虚拟仿真平台,将理论研究、实测手段及仿真方法三者有机结合,相互补充,为进一步深入地研究和改善降雨系统运行品质打下了良好的基础。本文的主要内容如下:1、综述了人工模拟降雨系统的国内外的研究现状及发展趋势,介绍了槽式人工模拟降雨系统的发展历程、工作原理及亟待解决的一些问题。2、以摆频控制装置的受力分析为基础,详细阐述了发生“打滑”、“卡死”故障的原因及影响因素,并建立了摆频控制装置的仿真模型,分析和提炼出引起故障的关键因素,并据此对摆频控制装置进行优化设计。3、设计了旨在对传动系统进行综合性能测试、故障诊断以及仿真分析验证的硬件平台,此平台主要包括扭矩测试装置、拨爪力测试装置以及摆频故障监测装置。4、采用联合仿真方法,分别在ADAMS、AMESim及MATLAB/Simulink环境下,建立和整合了人工模拟降雨系统的传动系统和液压系统模型,并利用各仿真工具之间的交互接口实现了降雨系统控制、机械及液压的联合仿真,形成了降雨系统的虚拟仿真模型。所建立的模型具有很好的可拓展性,综合考虑了仿真精度与仿真效率之间的关系,既发挥各仿真工具的专业优势,提高了仿真的准确性与精度,同时也最大限度地缩短仿真时间。5、分别对可控超越离合器在接合过程、接合状态、楔合过程及楔合状态下的运动学与动力学机理进行了分析,并着重阐述了在脱离状态下超越离合器形成脉动载荷的机理,并建立了超越离合器的仿真模型,对滚柱与外圈及拨爪间的相互作用扭矩及法向力进行了仿真,并且分析了滚柱个数对脉动载荷的影响,为改进超越离合器性能提供了依据。