2017, 45(12):1-6. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2017.12.001
摘要:对于管内固液两相流数值模拟,一般的做法是将固体颗粒相视为拟流体,采用多相流的CFD方法计算,这难以体现固体颗粒形状大小、碰撞、凝聚和分离等特性。选取常规的两段管径为0.7 m水平排泥管道和一个连接法兰段作为研究对象,运用CFD软件ANSYS-FLUENT模块与离散元软件EDEM耦合求解排泥管内及法兰连接处固液两相流。计算的来流速度为5.0 m/s,固体颗粒密度为1 300 ~2 300 kg/m3,固体颗粒入口体积率为10%~30%,粒径在20~60 mm范围内随机变化。因加工和安装的问题导致在管道法兰连接处存在凸出或凹进不平顺的情况。计算得到了在不同的法兰连接状况下的固液两相流场、固体颗粒轨迹和固相体积率分布等结果。
2017, 45(12):15-19. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2017.12.003
摘要:研究了大型空腔定子叶片逆向造型的若干关键技术:数字化测量方法、数据处理和三维模型重构。定子叶片的型面非常复杂,具有空间大曲率翼型结构,其造型设计对于对流体的流动特性影响很大。并且叶片具有空腔结构,常规的数字化测量方法很难简便地测得完整的点云数据。针对该空腔叶片的特殊结构,设计了一种合理的测量方案和数据精简方案,并进行了模型重构,最终得到了叶片的三维模型。大型空腔叶片的逆向三维造型研究可以缩短定子叶片的改进和创新设计周期,为叶片的铸模设计及后续加工提供依据。
2017, 45(12):20-25. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2017.12.004
摘要:针对心肺复苏助力用途,设计了一种新型的上肢外骨骼助力机器人。以D-H矩阵为基础建立了上肢外骨骼助力机器人的运动学方程,得到机器人末端点的位姿矩阵并验证,利用代数解法求得逆运动学。通过Matlab编程求解出上肢外骨骼助力机器人的可达工作空间。运用ADAMS对机器人进行了运动学和动力学仿真,证明了结构的合理性以及运动学的正确性,同时动力学仿真得到的各关节最大力矩为电机选型和后续的运动控制提供依据。
2017, 45(12):26-30. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2017.12.005
摘要:基于有色金属材料在工业CT环境下同时进行拉伸和断层扫描的特殊试验要求,首次采用非金属材料聚碳酸酯作为试验机机架,设计了一种微型材料拉伸试验机。采用伺服电机作为加载动力源,为解决伺服电机及传动机构的非线性影响加载精度问题,设计了模糊PID控制算法,以满足加载实时控制的精度要求。仿真和实验证明了新型微型试验机方案的有效性。
2017, 45(12):31-38. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2017.12.006
摘要:并联轴向柱塞泵具有结构简单、能效高的特点,但柱塞泵内部结构配流盘排油单边腰型槽拥有双配流窗口,柱塞在经过配流窗口进行吸排油转换时,柱塞腔内闭死容积及通流面积的变化会产生较大的压力冲击和噪声,影响并联轴向柱塞泵的使用寿命和系统的稳定性。针对该问题,理论分析了柱塞泵运动学关系、配流盘配流面积等,利用多学科软件AMESIM建立了单柱塞模型,在此基础上构建整泵仿真模型。通过对单柱塞模型偏转角度和阻尼槽深度角进行分析,优化过渡区域几何关系,得到偏转角为7°,阻尼槽深为6°,该配流结构最为合理。进一步搭建试验台,对整泵的压力脉动进行试验验证,验证了模型的准确性,并得到随着负载压力的增大,输出压力脉动变大。
2017, 45(12):39-44. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2017.12.007
摘要:基于超声波在棒状固体介质中传播速度与温度的关系,运用高速高分辨率的硬件电路和软件细分插补算法,精确地测量超声波的回波时间,从而精确地测量超声波的传播时间并计算出对应的温度值。根据在固体介质中传播时间和温度的关系建立数学模型,通过已测得的传播时间求出对应的温度值。设计的温度计结构简单,能够实时地测量液体温度的变化,并且能在各种高温环境中广泛应用。
2017, 45(12):45-50. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2017.12.008
摘要:针对工件-夹具系统的误差分离问题,基于径向基神经网络算法建立了夹具误差的分离和识别算法。根据工件位姿变化对测试点位移数据的函数关系,对测试数据进行处理,并使用径向基神经网络方法分别建立夹紧力-测试数据和测试数据-夹紧力的拟合模型,实现了定位误差与夹紧误差的分离,计算出工件的位姿变化量和夹紧力的大小,从而能够为误差补偿或者故障诊断提供数据支持。使用该算法对实验数据进行分离与识别,夹紧力和位姿变化量的预测误差分别控制在10%和13%以内。
2017, 45(12):51-56. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2017.12.009
摘要:基于压电效应,设计了一种包含悬臂梁、压电片、磁铁和驱动马达的新型压电系统,通过对其发电性能的优化分析,将该系统应用于自行车警示灯装置中,并作为自主供电系统。首先利用ANSYS对压电悬臂梁进行结构应力和动力学分析,探讨尺寸变化对发电性能的影响,进一步利用圆盘的转动和磁力的作用使压电悬臂梁弯曲变形并增加其振幅,研究了磁铁不同间距、马达转速对输出电压的影响,并进行了电路分析实验。结果表明:将该压电系统装配在自行车上,车轮转速240 r/min,磁铁间距为15 mm时,可输出4.42 V电压,LED灯能保持稳定点亮状态,作为自行车夜间警示灯使用具有较好的效果。
2017, 45(12):57-64. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2017.12.010
摘要:碳浓度偏高是导致航站楼内空气质量不佳的主要原因之一,且航站楼内随旅客数量变化碳浓度呈现的非平稳性给其控制带了挑战。为了营造航站楼内良好的空气质量,本文设计基于数据驱动的碳浓度控制系统,该系统根据航站楼内碳浓度、新风量等环境数据组成的信息向量在基础数据库中选取邻元素,通过参数调节器对邻元素的PID参数进行有向学习修正,实现系统PID参数在线优化。利用MATLAB/Simulink平台根据航站楼实际环境建立碳浓度控制系统进行应用仿真,结果表明:该系统通过参数在线优化实现了非平稳碳浓度的良好控制,可保证航站楼内碳浓度低于800ppm,系统稳态误差小于1%,与定风量系统相比节约风量约30%。该系统在为旅客提供良好的空气质量的同时可为航站楼节能设计提供参考。
2017, 45(12):65-69. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2017.12.011
摘要:磁脉冲焊接具有有效克服铝合金等材料成形性能差、焊接困难的特点,能精确、高效控制成形过程。以铝管与钢管为连接对象,建立了瞬态电磁场分析模型,分析了磁场相关参数;通过顺序耦合的方式,将电磁力加载至变形场,并结合能量曲线分析了作用过程的结果参数。通过对磁脉冲连接的数值模拟分析,可为磁脉冲连接工艺进一步研究提供借鉴。
2017, 45(12):70-75. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2017.12.012
摘要:Al-Zn-Mg-Cu系铝合金属于时效强化合金,主要靠析出硬化来提高强度。以Al-Zn-Mg-Cu系中的7039铝合金为实验材料,进行析出硬化热处理研究。采用T4、T6、T73、T76等4种不同的热处理工艺条件与4种不同的淬火方式(冷水、沸水、热油、鼓风)分别进行实验,并对每组工艺参数处理下的试片进行硬度测量,找出最佳的热处理工艺参数。研究结果表明:采用T73的时效处理可得到较高的硬度值,淬火方式对铝合金的硬度影响较小,但鼓风淬火明显低于其它三种方式。由于固溶处理后合金表面处在压应力状态内部处在拉应力状态,因此应采用较为缓和的淬火方式,如沸水淬火和热油淬火,以减小工件的内应力。
2017, 45(12):76-81. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2017.12.013
摘要:针对安全遮拦存在重量大,不易搬运等问题,设计了一款专门用于收放安全遮拦的新型机械臂。机械臂采用三个通用线性模组和一个旋转平台进行搭建,根据运动学模型,对机械臂进行轨迹规划,以PLC为控制核心,采用PTO模式控制步进电机,实现了机械臂的轨迹控制。实验结果表明:机械臂能准确将安全遮拦放置在指定位置,可实现多个安全遮拦的连续自动收放。
2017, 45(12):82-86. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2017.12.014
摘要:汽车外环境因素对于汽车室内的温度分布具有重要的影响。基于FLUENT软件,采用数值仿真法分析了环境温度、日照强度、车外风速等热负荷对车内温度分布的影响,并考虑紊流流动和车外壳与座椅的耦合传热,对车内的流动状态和温度场分布进行了暂态分析。计算结果表明:车体表面为动态变化的非均匀温度场,车体不同位置处的表面温度梯度差别较大,最高温度部位位于车顶部,车体两侧从上到下温度逐渐递减,且车外风速越大,车体的温度越低。空调开启瞬间,车内流场为复杂的紊流流动,后排座椅周围的空气温度较前排的温度率先降低.本研究可为汽车内热舒适性优化设计提供理论依据。
2017, 45(12):87-93. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2017.12.015
摘要:针对机务人员检查飞机油箱难度大的问题,设计了一种连续型机器人。根据蛇类脊椎骨结构特征和运动机理,采用球笼式万向节和圆柱螺旋弹簧作为连续型结构的关节段主体,以提高机器人的负载能力。基于对球笼式万向节等速运动特性获得了连续型结构的运动学模型。本文根据设计原则设计了硬件系统和控制流程图,其中硬件系统包括上位机模块、连续型机构控制模块、连续型机构。最后进行了样机实验,结果表明设计的连续型飞机油箱检查机器人具有较强负载能力,这种连续型结构设计具有合理性和实用性。
2017, 45(12):94-99. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2017.12.016
摘要:总结国内外差速泵的实现形式,对现有研究情况进行综述。介绍现有差速泵差速机构的设计类型,研究其存在的缺陷,分析产生问题的原因,研究改进差速机构的方法,主要对非圆齿轮传动进行研究,提出较为合理的傅里叶非圆齿轮驱动的差速泵,给出初步设计方法。
2017, 45(12):100-106. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2017.12.017
摘要:建立了基于Dugoff轮胎模型的七自由度整车模型及线性二自由度参考模型。利用轮胎负荷率与侧向加速度对车辆状态进行识别,设计了基于前轮主动转向与直接横摆力矩控制的底盘稳定性协调控制系统。引入附加横摆力矩分配系数对各子系统的工作状态进行决策并实现其介入程度的实时分配。以单移线工况对协调控制系统在高低附着两种路面情况下进行了仿真分析。结果表明:该控制系统在两种路面情况下控制效果良好。
2017, 45(12):107-111. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2017.12.018
摘要:工件内部缺陷是难于检验的,借助图像识别技术可以精确地确定工件内部是否存在缺陷以及界定工件内部缺陷的区域范围等,因此,断层扫描图像分割技术已广泛应用于工件内部的缺陷识别检测。为了克服采用传统分水岭算法分割图象导致的过分割现象,提出了一种图像边缘提取的智能融合算法。首先借助基于模糊形态学的开闭算法对图像做了平滑处理,其次,基于数学形态学计算了梯度算子,最后对梯度图像进行分割获得了期望的图像。仿真对比实验研究验证了该算法可较好地消除过分割现象,在工件内部缺陷图像识别中有更好的实时性与可用性。研究结果表明:提出的智能融合算法对提高图像处理质量有重要参考意义。
2017, 45(12):112-117. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2017.12.019
摘要:3-UPU并联机构对运动副间隙较为敏感,容易形成奇异,当前方法对其奇异特性进行消除,存在并非正常的转动问题,也就是伴随运动,形成干扰。提出一种伴随运动消除方法,通过添加冗余驱动支链方法,消除3-UPU并联机构采矿中的干扰。对3-UPU并联机构存在的非期望转动问题进行强度评估,根据评估结果限制螺旋和伴随转动间的互易积非零,限制螺旋对伴随转动进行做功。得到伴随转动自由度运动的范数描述,依据范数检测误差限制对非期望转动的干扰幅度,通过添加冗余驱动支链的方法,消除并联机构采矿中的伴随运动。实验结果表明:采用所提伴随运动消除方法时的并联机构工作空间满足采矿升沉幅值以及位移的要求。
邓新莉 , 郭兵 , 杨小义 , 李晓辉 , 孙康明 , 李婷
2017, 45(12):118-124. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2017.12.020
摘要:污水生物处理是具有高度不确定性的复杂过程,为了克服难于对其实施数学建模的精准控制,探讨了污水曝气过程的智能融合控制策略。分析了污水污染程度的控制指标与控制参数的选取原则,讨论了曝气过程的控制论特性与针对控制论特性的过程控制策略,研究了基于智能体控制的智能融合策略,设计了对应于曝气过程的控制算法。借助实验曲线的对比研究,仿真响应验证了智能融合控制策略在控制精度、过程调节与响应时间等方面有良好的控制性能。研究结果表明:采用智能融合策略对污水曝气过程实施控制是可取和可用的。
2017, 45(12):125-129. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2017.12.021
摘要:在对显式动力学有限元方法的概念、基本理论和应用范围进行了阐述的基础上,通过ABAQUS有限元仿真软件,在Explict显式动力学模块中,对4047铝药芯焊丝轧制过程中4047铝带成型过程进行了模拟仿真。比较不同铝带速度下铝带成型质量。比较不同质量缩放因子下仿真结果稳定的4047铝合金的成型质量,择优选出成型质量最好、运算速度最快的质量缩放因子。比较不同上下轧辊轴线距离时4047铝合金成型质量,得出了当上下轧辊的距离为4047铝带厚度时其成型质量最佳。
2017, 45(12):130-136. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2017.12.022
摘要:随着齿轮泵向高压大流量低噪声方向发展,提出了一种低困油、少脉动的高阶椭圆齿轮泵,建立了相应的节曲线模型。通过3-3组合与3-3-3组合在流量和流量脉动率方面的对比,确定3-3-3组合作为高阶椭圆齿轮泵的主要结构。椭圆齿轮的传动比具有一定的变化规律,每个轮齿都有特定的啮合位置,利用坐标变换法分析了高阶椭圆齿轮的齿廓方程,为用CAD建模和仿真分析提供了理论依据。
2017, 45(12):137-142. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2017.12.023
摘要:为了深入研究偏心非圆齿轮—曲柄摇杆引纬机构的动力学特性,建立了偏心非圆齿轮—曲柄摇杆引纬机构的动力学模型,并利用动力学方程序列求解法进行了求解。利用Visual Basic 6.0编写了动力学辅助分析软件,得到了各轮齿啮合点和铰链点的受力变化规律,为机构动力学参数的设计和优化提供了理论基础,同时为机构部件进行强度分析提供了依据。
2017, 45(12):143-146. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2017.12.024
摘要:设计了一种用于喷浆机械手的电液伺服系统,在系统满足静态性能的同时进行动态性能的分析,计算出系统的数学模型。利用MATLAB软件及其工具箱sisotool对控制模型进行仿真分析与PID校正,实现了喷浆机械手与受喷面之间的最佳位置控制。结果表明:校正后的电液伺服系统有更好的快速性和稳定性,更能满足喷浆机械手的性能要求。
2017, 45(12):147-152. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2017.12.025
摘要:远距离采集图像的损伤区域形状基属性形变和噪音难以消除,三维重建难度大,传统重建方法不能有效修复损伤区域。提出基于体像素插值的图像损伤区域三维重建方法,在远距离图像采集中形变不规则的前提下,利用产生奇异点的规律进行奇异点插值补偿,提取到图像仿真投射映像属性点的非齐次矩阵后,利用体像素补偿损伤区域奇异点,并通过边缘冲突原理进一步消除奇异点,获取到更加真实的远距离采集三维重建图像。实验结果证明:所提方法增强了远距离采集图像损伤区域三维重建的信息量。
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