2017, 45(5):1-4. DOI: 10.3969/jissn1001-3881201705001
摘要:为了保障电力安全输送,污秽绝缘子的清扫以及零值绝缘子的检测是高压输电线路维护的日常工作。针对目前以人工登塔为主的作业方式,提出了一种高压输电线路绝缘子清扫与检测机器人,它携带清扫机构和检测装置,能够在沿绝缘子串自动攀爬时实现对绝缘子的带电清扫与检测工作。介绍了机器人的主要机械结构,阐述了其工作原理。通过理论计算和Adams仿真,确定了主要机构的驱动力,并选择了适当的电机。该机器人结构简单,操作方便,为今后的实体样机奠定了基础。
2017, 45(5):5-9. DOI: 10.3969/jissn1001-3881201705002
摘要:螺旋理论以其几何概念清楚,物理意义明确,表达形式简单等优势,常被用于分析机构的自由度。按照传统的GK(GrublerKutzbach)公式,能较容易地计算出串联机构的自由度,而对于一些特殊机构,尤其是含有闭环子链的复杂并联机构,往往无法便捷、正确地求解其自由度。为解决以上问题,以一种拓扑结构为〖BF〗[3R(4S)&1RUPU]+R〖BFQ〗型的Delta并联机器人为研究对象,对其4S闭环子链进行了等效运动副螺旋系的求解,并判别了机构的局部自由度以及公共约束;利用修正的GK公式,分别对原机构和等效后的机构进行了自由度的验证。结果表明:两种情形下的自由度数均为4,且自由度的性质为3平移1旋转,与实际设计相符。
2017, 45(5):10-13. DOI: 10.3969/jissn1001-3881201705003
摘要:以工业平板电脑+可编程多轴控制器(PMAC)构成开放式控制器硬件系统,采用面向对象的C++程序设计语言进行上位机控制系统软件开发。根据技术要求进行系统功能需求分析,采用模块化的思想,设计系统软件总体结构;介绍了导航模块纠偏算法的实现。最后以双驱动双向AGV为机械本体进行停车定位测试。结果表明:该AGV的平均定位精度为5144 mm,最大的定位精度为9232 mm,其精度满足要求,该控制系统软件较好地完成了导航定位任务。
2017, 45(5):14-16. DOI: 10.3969/jissn1001-3881201705004
摘要:设计了一种采用基于变胞机构的真空吸引器式自动苹果采摘执行器,其工作原理是:当真空吸引器吸住苹果,苹果压下吸引器底部机械触头时,机械触头将引起设在吸引器外底部的变胞机构发生动作,使该变胞机构切割头自动将被吸住苹果的根部切断,从而实现了苹果的自动采摘。该采摘机构降低了执行器的故障率,减小了被采摘苹果的破损率。
2017, 45(5):17-20. DOI: 10.3969/jissn1001-3881201705005
摘要:针对机器人单目视觉标定圆心靶标特征点求取问题,利用射影变化公切线不变性,建立圆心靶标的特征点几何求解模型,并进行了精确求解,该模型理论上不存在模型误差;为了检验几何求解模型的精确性和稳定性,分别对机器人单目视觉坐标系下的圆心靶标圆心点和棋盘格靶标角点进行了三维测量。实验结果表明:测量长度在300 mm内的最大相对误差小于15%,测量结果较精确;各点的距离平均绝对偏差均在02 mm左右,且无阶跃,该方法稳定。
2017, 45(5):21-26. DOI: 10.3969/jissn1001-3881201705006
摘要:提出了基于WIFI和NRF24L01无线控制的机械臂小车,其上加装的是6自由度机械臂。该系统的主控芯片采用高性能32位微控制器HT32F1765单片机,具有控制方式简单、多样化,并适合不同的人群使用。在控制算法上采用用PID算法对电机舵机进行控制,利用DH坐标建模对机械臂运动轨迹进行规划处理,在上位机终端集成了视频监控、实时控制、3D模型仿真、语音控制等功能,从而达到良好的控制效果。
2017, 45(5):27-30. DOI: 10.3969/jissn1001-3881201705007
摘要:为了填补民用浅海领域水下机器人产品的空白,提出并设计一种基于气控技术的水下探测机器人。该机器人装备了水下摄像头,可以使用于近海养殖行业对水下环境和鱼类生长情况进行实时监控。水下机器人运动时要求具备稳定的动态性能,而水下工作环境多变,会使机器人运动精度受到影响。针对该机器人潜浮过程设计一个闭环控制系统,通过动态反馈来纠正速度偏差。介绍了该闭环控制系统的组成和工作原理,在此基础上推导了系统各部分的传递函数和总传递函数,并采用PID校正调节系统参数,从而确保了系统的可行性和稳定性。
2017, 45(5):31-34. DOI: 10.3969/jissn1001-3881201705008
摘要:目前六自由度工业机器人普遍具重复定位精度较高,但绝对定位精度较低的特性,所以为了提高离线编程的精度,需要通过运动学建模、实际测量、参数辨识、误差补偿四步进行机器人本体标定。文中在概括总结现有的工业机器人本体标定技术的基础上,运用MATLAB进行运动学仿真建模, Leica AT960绝对激光跟踪仪系统进行实际测量,SA软件实现参数辨识,外部控制器进行关节补偿,完成本体标定实验。并在此基础上,按照GB/T126422013进行标定前后机器人位姿特性检测,通过Robot Check软件处理检测数据,对比前后结果,验证了本体标定实验。
2017, 45(5):35-39. DOI: 10.3969/jissn1001-3881201705009
摘要:对一种五自由度码垛机械手建模,采用改进版DH法建立起机械手的7个连杆坐标系,通过坐标变换推导出机械手末端工具坐标系相对基座的位姿,由关节变量分离法求得逆运动学问题中5个关节角的解析式,最后使用Robotics Toolbox提供的函数在MATLAB环境下建立起机械手运动学仿真模型并进行实例仿真,指出常规的逆解验证过程存在的不足进而提出采用相应的补充验证手段的观点,验证了正、逆运动学求解的正确性,为后续分析、控制与优化提供运动学参考。
2017, 45(5):40-43. DOI: 10.3969/jissn1001-3881201705010
摘要:根据约束螺旋理论分析3RPRR空间并联机构各分支的运动螺旋和约束螺旋,确定了该机构只有3个纯移动自由度,并对其输入原件选取的合理性进行了判断。通过DH法建立各分支连杆坐标系,建立机构的位置方程。最后,利用同伦算法,对该并联机构位置方程进行正解的数值求解。
2017, 45(5):44-46. DOI: 10.3969/jissn1001-3881201705011
摘要:为了提高当今军事化无人作战科技含量,设计了一种军用通信车内的四自由度车载机械手控制系统。对该控制系统的方案设计、硬件设计、软件设计和通讯设计进行研究,实现了原点自动搜索、手动点击操作、连续点击操作和一键多点操作等功能。实践证明,该系统操作简便、运行稳定、定位精确,具有较高的应用价值。
2017, 45(5):47-50. DOI: 10.3969/jissn1001-3881201705012
摘要:以QY7t型重箱转载机械臂为研究对象,绘制了其三维结构图,阐释了各关节的运动特点,基于标准的DH参数建模法确定了各关节坐标系及参数表,推导了机械臂的正、逆运动学方程,列示了逆解唯一性的程序求解原理图,并结合所建立的运动学方程,验证了机械臂末端位置能够满足其作业要求。
2017, 45(5):51-57. DOI: 10.3969/jissn1001-3881201705013
摘要:针对类磁栅液压缸集成位移传感器无法直接进行高精度位移测量的现状,研究了传感器信号处理的相关技术。通过对传感器响应信号的数学模型分析,设计了专用的直流分量滤除、脉冲干扰滤除与高次谐波分析等预处理方法。在此基础上,为进一步提高细分精度,引入了支持向量机对测量精度进行提升,并最终实现了信号的350细分。测量结果可满足传感器高精度测量的要求,达到了预期效果。
2017, 45(5):66-69. DOI: 10.3969/jissn1001-3881201705016
摘要:减振器是汽车悬架的重要组成部分,在汽车行驶过程中主要起衰减振动的作用。汽车减振器中应用最广泛的为液力减振器,为了研究液力减振器的阻尼特性,针对某汽车液力减振器,分析了其结构和工作原理,建立了其液力系统图,利用流体力学知识分别建立了减振器活塞阀系、底阀、储油腔压力的数学模型,进而推导出减振器伸张行程和压缩行程阻尼特性的数学模型,并利用MATLAB/SIMULINK进行了仿真。利用减振器性能综合试验台对该减振器进行了试验,得出示功图,与仿真结果进行对比,图形形状基本一致,验证了数学模型的有效性。通过试验分析了频率变化对减振器阻尼特性的影响,为减振器的设计和使用提供了参考。
2017, 45(5):70-73. DOI: 10.3969/jissn1001-3881201705017
摘要:新能源汽车的普及和发展急需解决电池系统的碰撞安全问题。文中选取动力电池系统的典型碰撞失效工况,设计了高压线束剪切和穿刺试验装置,使用万能试验机进行不同速度的加载和失效载荷测量,使用数字图像相关法(DIC, Digital Image Correlation)测量线束变形及失效位移,获得了高压线束在不同载荷工况下的力学特性和失效行为。研究结果表明:电池高压线束的失效特性与载荷工况、加载速度及加载接触面积高度相关。剪切试验中随着加载速度的增大,失效载荷也不断增大;穿刺试验失效载荷随着冲头直径增大而显著增加。
2017, 45(5):74-76. DOI: 10.3969/jissn1001-3881201705018
摘要:陶瓷液压压砖机充液系统在工作过程中混入空气,油液性能下降。采用比重法对主缸含气量进行测量,获得主缸含气量和气泡尺寸的变化规律。分析表明:可以通过测定油箱上方压力的平衡速度,来表征系统对含气量平衡稳定的响应速度。
2017, 45(5):77-80. DOI: 10.3969/jissn1001-3881201705019
摘要:针对椭圆齿轮泵大排量大脉动的流量特点,提出基于变速驱动的脉动平抑方法。在分析椭圆齿轮泵流量脉动规律的基础上,给出非圆齿轮变速器驱动椭圆齿轮泵的方案原理及相应的瞬时流量公式,讨论了椭圆齿轮转子的偏心率、阶数对平抑效果的影响。最后通过与其他平抑方式对比,证明了非圆齿轮驱动的椭圆齿轮泵不仅结构简单,而且脉动平抑效果更加优良。
2017, 45(5):81-85. DOI: 10.3969/jissn1001-3881201705020
摘要:传统上面齿轮的加工都是基于小齿轮与其啮合的模拟,导致刀具没有通用性,加工过程复杂,针对这一问题,借助数控技术,提出了采用平面刀具加工面齿轮的方法。首先论述了平面刀具的设计、平面刀具展成加工面齿轮的原理,并结合格林森的技术,提出了平面刀具加工面齿轮所需运动配置。其次通过数学推导,建立了平面刀具加工面齿轮的数学模型,并进行了数控转换。最后对平面刀具加工面齿轮的理论方法及其数控方法进行了仿真模拟,模拟表明:采用平面刀具加工面齿轮可获得理论齿面,其数控加工方法的齿面误差可小达256 μm。
2017, 45(5):86-90. DOI: 10.3969/jissn1001-3881201705021
摘要:电液比例系统的位置控制是控制领域的一个重要组成部分,传统控制方法以PLC为控制主体,但PLC内存和计算能力有限。为此,基于虚拟仪器开发了集采集、控制为一体的电液比例位置控制系统。该系统以LabVIEW为软件开发平台,结合位移传感器、USB6008数据采集卡、比例放大器、电液比例流量阀、三位四通电磁换向阀构成液压系统,进而驱动液压缸以实现对电液比例系统的位置控制。该系统硬件仅作为输入输出且通用性好,同时,可以利用计算机强大的储存能力和计算能力对数据进行存储和分析。实验结果表明:该方法切实可行,能够准确完成系统的位置控制。
2017, 45(5):91-95. DOI: 10.3969/jissn1001-3881201705022
摘要:针对目前水压变量柱塞泵产品不成熟且成本高等缺点,突破传统斜盘式水压泵的设计理念,设计了一种新型水压柱塞变量泵。该泵由油压元件、简单的水压元件和机械机构集成,能实现变量泵高压大流量的应用要求。利用AMESim软件对整个系统进行了建模仿真,得到水压泵的流量曲线,在泵出口设置蓄能器进行水压泵的流量脉动控制。结果表明:蓄能器有效地控制了流量脉动,实现水压泵流量低脉动输出。
2017, 45(5):96-99. DOI: 10.3969/jissn1001-3881201705023
摘要:主要介绍了基于施耐德LXM32A系列的六自由度汽车悬架测试控制系统以及整体机械机构的设计。通过CANOPEN通信协议控制伺服电机的运动,从而推动平台模拟各种路面的路谱信息。系统硬件主要由六路伺服电动缸、运动平台和汽车悬架组成,并通过加载不同的路谱信息验证六自由度汽车悬架测试系统的可行性。
2017, 45(5):100-103. DOI: 10.3969/jissn1001-3881201705024
摘要:分析了恒压变量柱塞泵的工作原理和机能,利用AMESim的液压机械信号库建立该型恒压变量柱塞泵的仿真模型,根据恒压变量柱塞泵实际的结构与尺寸设置仿真模型的各个参数,对恒压变量柱塞泵静动态特性进行仿真研究, 得出了恒压变量柱塞泵工作时泵口的压力和流量特性曲线。将其与恒压变量柱塞泵的流量压力样本特性曲线对比,具有一定吻合度,说明所建立的该型恒压变量柱塞泵仿真模型是比较准确的。同时得出了恒压变量柱塞泵的超调量及恒压调整时间。
2017, 45(5):104-107. DOI: 10.3969/jissn1001-3881201705025
摘要:为了优化卸荷溢流阀的动态性能,建立卸荷溢流阀模型,分析卸荷溢流阀在受到流量冲击时安全阀阀芯位移、安全阀出口流量、安全阀进口压力以及主阀出口流量变化情况,得出合理的阻尼孔直径,并在此基础上仿真分析流量平衡时各阀口的流量曲线。结果表明:阻尼孔直径值为1 mm时,易于卸荷溢流阀的性能平衡;各阀口受到流量冲击时,流量波动006 s后均趋于稳定。
2017, 45(5):108-111. DOI: 10.3969/jissn1001-3881201705026
摘要:基于空气静压导轨气膜支撑区气体分子运动和碰撞规律,提出气膜分层理论,将气膜支撑区的气体划分为近壁层、稀薄层、连续流层,给出划分稀薄层和连续流层的依据,建立物理模型并提出相应控制方程,通过LAMMPS(Largescale Atomic/Molecular Massively Parallel Simulator)仿真气膜支撑区气体流态并计算其压力。结果表明:随着气流速度的增大,气膜有效压力减小,连续流层的厚度增大,稀薄层的厚度减小,当到达一定速度值时,气膜内压力不在分层,速度滑移现象可以忽略。从而验证分层理论的合理性。
2017, 45(5):112-114. DOI: 10.3969/jissn1001-3881201705027
摘要:以三位四通换向阀为研究对象,分析了电磁阀阀芯的运动机理,采用多物理场耦合的数学模型方法建模,建立了电磁换向阀阀芯工作过程的动态响应数学模型。在AMESim软件环境下对电磁阀建模。运用所建立模型,对影响电磁阀阀芯位移的因素进行分析,在模型中更改电磁阀弹簧刚度,得到一组阀芯位移曲线。结果表明:当弹簧老化后,同样输入下阀芯位移会增大,使液压系统产生安全隐患。最后对仿真结论进行了试验验证。
2017, 45(5):115-118. DOI: 10.3969/jissn1001-3881201705028
摘要:针对大采高综采面液压支架降柱泄压工况,提出了一种能量回收再利用回路及控制方法。建立了降柱泄压能量回收回路的AMESim仿真模型,研究了蓄能器容积、蓄能器充气压力、蓄能管路长度和液控单向阀通径对立柱缸无杆腔压力和能量回收容积的影响规律,分析了立柱缸无杆腔压力和能量回收容积的动态特性曲线。结果表明:蓄能器容积、蓄能器充气压力对降柱泄压能量回收容积影响明显,液控单向阀通径对能量回收时间影响明显,而蓄能管路长度对回路两种特性影响均可忽略。
2017, 45(5):119-123. DOI: 10.3969/jissn1001-3881201705029
摘要:液压折弯机的同步控制直接影响其加工精度,提出一种新的基于单神经元PID的交叉耦合控制方式控制策略,利用AMESim与Simulink软件对折弯机液压系统进行联合仿真,并比较了在“主从方式”和“交叉耦合控制方式”下PID控制效果。仿真结果表明:神经元PID交叉耦合控制策略控制精度高、系统响应快,其控制性能要优于PID控制。
2017, 45(5):124-128. DOI: 10.3969/jissn1001-3881201705030
摘要:为了全面研究轧机液压厚控系统动态特性,建立直观真实的虚拟轧机模型,提出基于AMESim和ADAMS联合建模的仿真方法。在ADAMS中构造轧机实体刚柔耦合动力学模型,实现了轧机的负载特性研究;在AMESim中建立液压系统物理模型,实现了液压伺服系统精确建模和分析,两者通过接口实现数据交换,保证了液压系统模拟的准确性和负载系统模拟的真实性。通过联合仿真模型得到了系统实时响应以及出口板厚实时数据,将模型仿真输出数据与实测数据进行比较,证明仿真模型能准确体现系统动态响应,并能体现机械部件在载荷下弹性变形和板厚实时输出情况。
2017, 45(5):129-132. DOI: 10.3969/jissn1001-3881201705031
摘要:提出了一种基于直驱容积控制用来模拟绞车型升沉补偿系统的实验台方案,利用AMESim软件搭建了该系统的模型,确定了系统的结构和参数,设计了一个伺服电机调速控制和变量泵调排量联合控制器和能量计算器,并对其补偿特性仿真分析和整个系统的能量值计算。结果表明:该系统具有良好的补偿特性,所提出的实验方案可行,控制器的设计能够较好地实现直驱联合控制。能量值计算表明复合控制相对单一的伺服调速控制或单一变排量控制具有明显节能效果。这一成果为实验台的搭建提供了参考。
2017, 45(5):133-138. DOI: 10.3969/jissn1001-3881201705032
摘要:应用CFD软件对偏转板射流阀进出油阻尼孔不同参数条件下的射流流场进行数值模拟,得出偏转板射流阀内部射流速度、压力的分布特征和不同阻尼孔参数D1、D2、L1、L2对射流速度、压力的影响规律。研究发现:射流速度由喷嘴处的最大值先逐渐减小,在08 mm位置处又上升到仅次于喷嘴射流速度的较大值;射流压力先增大后又在08 mm位置处减到较小值,最后在两接收口间阀体处达到射流压力最大值。参数D1对通过V型导流窗口的射流流量、射流压力和恢复压差起决定性作用;增大参数D2时射流速度曲线向上平移而射流压力曲线向下平移。参数L1对射流压力有影响而参数L2对射流场的影响可以忽略。研究结果为高性能偏转板射流伺服阀的工程设计和优化提供参考。
2017, 45(5):139-142. DOI: 10.3969/jissn1001-3881201705033
摘要:介绍一种超深浮式钻井绞车型升沉补偿系统的原理。对绞车体进行了参数计算和结构设计,采用SolidWorks建立了绞车体的三维实体模型,利用ANSYS Workbench进行了绞车体的有限元分析。结果表明:结构布局合理,结构强度符合静力学要求。研究结果将为绞车型升沉补偿系统的结构设计提供参考。
2017, 45(5):143-146. DOI: 10.3969/jissn1001-3881201705034
摘要:高地隙喷雾机可调式支撑腿上部连接承载着底盘机架、发动机及传动系统、药液箱及喷雾系统和驾驶室等部件,下部安装液压马达、轮胎等驱动行走系统,是实现高地隙喷雾机高度调节和轮距调节的核心关键部件。通过建立高地隙喷雾机可调式支撑腿三维数字样机模型,利用有限元方法计算了支撑腿不同调节工况位置下核心承载部件的结构强度,并根据计算结果对薄弱部位进行了加强设计。结果表明:该结构设计合理,为支撑腿结构最终定型和参数确认提供了理论依据和数据支撑,并在样机试制和作业试验中得到应用和验证。
2017, 45(5):147-150. DOI: 10.3969/jissn1001-3881201705035
摘要:六自由度平台作为飞行模拟器重要的载体,上下平台的坐标变换至关重要。研究对偶四元数在六自由度运动平台的应用,给出对偶四元数在坐标系转换的换算参数,并在MATLAB/SIMULINK中对六自由度运动平台的反解和经典洗出算法进行了仿真验证,证明对偶四元数在六自由度运动平台具有很好的准确性和可靠性,拓展了六自由度平台坐标变换矩阵的选择范围。
2017, 45(5):151-154. DOI: 10.3969/jissn1001-3881201705036
摘要:针对阀控非对称缸组成的位置伺服系统鲁棒性差的问题,提出了一种结合反馈线性化理论和滑模变结构理论的控制算法。建立阀控非对称缸的非线性模型,运用反馈线性化理论对该模型进行局部线性化,针对线性化后的模型设计滑模控制器,最后通过线性逆变换得到原非线性系统的控制算法。为了验证算法的有效性进行了仿真分析,仿真结果表明:该控制算法有效地减小了位置跟踪误差,提高了系统的鲁棒性,改善了位置跟踪的品质。
2017, 45(5):155-159. DOI: 10.3969/jissn1001-3881201705037
摘要:通过试验得到成形磨齿切向磨削力,基于有限元分析理论,采用矩形移动热源模型对成形磨齿温度场进行了瞬态分析,得到了某种工况下的温度分布图和温度梯度分布图。研究表明:成形磨齿加工过程中,齿面末端靠近齿根处温度最高,非常容易出现烧伤情况。对齿面最高温度进行了理论计算与仿真,得到了不同磨削深度下的温度曲线图,通过对比磨削温度的理论值与仿真值,证明了仿真结果的可靠性。
2017, 45(5):160-163. DOI: 10.3969/jissn1001-3881201705038
摘要:超高压处理技术目前广泛用于食品杀菌、改性与提取,针对液体食品的特殊性,提出一种新型绿色的超高压生物处理技术。该技术以绿色环保的水液压技术替代传统的液压系统,同时以液态食品本身直接作为压力传递介质。文中主要对该技术的市场前景及面临的技术挑战进行了总结与分析。
2017, 45(5):164-165. DOI: 10.3969/jissn1001-3881201705039
摘要:数控机床的精度问题一直是制约机床加工质量的重要因素之一。对数控机床的精度调试和故障诊断是数控机床在装配和使用过程中的重要组成部分。其中,机床工作台精度会直接影响机床的加工质量。以型号为12TC16090的立式数控机床工作台故障排除过程为实例,提供了其实际解决方法。为解决类似机床故障提供参考。
2017, 45(5):166-170. DOI: 10.3969/jissn1001-3881201705040
摘要:自动换刀系统是加工中心的关键功能部件,其可靠性水平直接影响加工中心整机的可靠性,因此自动换刀系统的可靠性研究具有重要的研究价值。针对国外高档加工中心的自动换刀系统,分别应用传统频次法和数理统计法,得出故障模式分析结果和平均故障次数的基础上,通过数学建模方法算出了平均首次故障时间(MTTFF)和平均故障间隔时间(MTBF)等可靠性评价指标。
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