考虑凹坑缺陷的全地面起重机伸缩臂架结构稳定性研究

在实际生产条件下,凹坑缺陷在内的各种缺陷会对臂架结构的承载力和稳定性产生十分重要的影响。因此借鉴单点扰动载荷法(SPLA)和多点扰动载荷法(MPLA)的思想,将凹坑缺陷引入全地面起重机伸缩臂架结构稳定性分析中,以分析凹坑缺陷对臂架稳定性的影响。结合ABAQUS和Python,先在臂架模型上创建不同位置的单点凹坑缺陷,再对其进行非线性屈曲分析,得到臂架稳定性受其不同位置影响的规律。多点凹坑缺陷的研究步骤相同,最后得到其不同个数和组合方式对臂架临界屈曲载荷的影响关系。

旋耕后农田模型离散元参数标定

土壤因其含水率、成分、粒径等因素不同导致接触参数存在差异,为提高新型高密度灌木幼苗移栽机开沟覆土作业过程的准确性,对北方春季耕后农田土壤进行离散元参数标定试验。通过物理试验与仿真试验相结合的方法,采用Hertz-Mindlin(no slip)接触模型以土壤—土壤堆积角和土壤—触土钢滑动摩擦角为响应值,恢复系数、静摩擦系数和滚动摩擦系数为目标值进行参数标定。首先将目标值应用Box-Behenken响应面分析法进行三因素三水平的正交旋转试验得到二阶回归模型;其次以实际堆积角和滑动摩擦角为响应值,通过Design-Expert寻优模块得到最优参数组合:土壤—土壤恢复系数0.4,土壤—土壤静摩擦系数0.8,土壤—土壤滚动摩擦系数0.39;土壤—钢恢复系数0.27,土壤—钢静摩擦系数0.53,土壤—钢滚动摩擦系数0.16;并进行物理试验与仿真试验的对比,结果表明:两者误差分别为0.68%和1.34%,在可接受范围之内,可信度良好,具有一定工程指导意义。

基于双蓄能器切换的非对称泵势能回收系统

针对挖掘机动臂在下落过程中单个蓄能器回收势能效率有限的问题,提出一种高低压双蓄能器切换的能量回收策略。基于能量回收原理,利用计算机仿真软件SimulitionX,根据工作装置的三维结构模型建立3D仿真模型和液压系统仿真模型。在此基础上研究挖掘机工作装置姿态对动臂势能回收效率的影响,对不同作业模式下蓄能器不同压力时的动臂伸缩过程进行模拟分析。最后调查统计了某工地挖掘机某段时间内的作业情况,并进行了计算分析。结果表明:挖掘机在该作业情况下,使用3 MPa和5 MPa的高低压双蓄能器回收能量比使用3 MPa的低压蓄能器效率提升29.23%,比使用5 MPa的高压蓄能器效率提升9.06%。

基于线性自抗扰防卡压力流量回转系统研究

针对煤巷锚杆支护时岩石强度复杂多变而出现的卡钻现象,提出一种线性自抗扰控制(LADRC)算法,通过控制比例先导压力阀和变转速伺服电动机,合理匹配钻进时的压力和流量。为验证上述方法的合理性,设定负载端为突变和渐变两种围岩硬度变化工况,在AMESim与Matlab/Simulink中进行模型搭建和联合仿真实验,并与滑模控制(SMC)和PID控制进行比较。结果表明:根据负载变化,采用比例先导压力阀实现回转马达变扭矩输出,可以解决钻进过程卡钻问题;采用转速环和电流环双闭环控制的伺服电动机,可以根据负载变化调节系统流量。提出的LADRC控制电动机和压力阀相较于滑模控制和PID控制,超调量更小,具有更好的响应性和鲁棒性。

基于H_(∞)控制器的阀控非对称缸位置伺服系统控制

以阀控非对称缸位置伺服系统为研究对象,建立其数学模型;针对负载突变及油液弹性模量变化提出了H∞鲁棒控制方法,从频域上分析了控制器对系统动态性能和稳态性能的影响。采用AMESim和MATLAB/Simulink搭建了阀控非对称缸位置伺服系统的联合仿真模型,对不同工况下控制器的跟踪精度及抗扰能力进行仿真研究。最后,通过油缸加载实验测试平台对仿真结果进行进一步验证。结果表明:所设计的H∞控制器提高了系统的快速性和鲁棒性,相比于PID控制下系统正弦响应结果,H∞控制器的最大跟踪误差在无负载工况下降低了48.8%,在负载突变工况下降低了56.25%;同时阶跃响应时间缩短了7.5%。

基于正交试验的杯形柔轮结构优化设计

文中针对柔轮结构设计中寿命与承载能力差、易失效等问题,首先对柔轮进行参数化建模,然后基于有限元分析软件对在波发生器装配下的柔轮进行静力学分析,以柔轮长度、壁厚、齿宽以及筒体圆角半径作为变量,柔轮最大等效应力作为优化目标设计正交试验,并通过极差分析对所选取的结构参数进行重新组合以达到结构优化目标。结果表明,通过正交试验得出各参数对空载状态下柔轮最大等效应力的影响程度为柔轮长度>齿宽>壁厚>筒底圆角半径,极差分析后对结构参数进行组合并进行建模仿真,使柔轮最大等效应力减小了32.43%,为柔轮的结构优化提供参考。

铸造起重机结构疲劳再制造关键技术

铸造起重机常在高工作级别中工作,由于焊接工艺的缺陷,在使用过程中经常产生焊缝开裂等情况,需要进行焊接修复,修复的质量决定了起重机安全运行的时长。针对以上问题,文中提出了一种基于强度的起重机焊缝开裂修复的设计方法,通过对铸造起重机进行实地测量和分析确定易开裂的焊缝位置,并建立对应的有限元整机模型;对产生开裂位置处局部结构进行改进,确定局部应力变化范围,划分子模型;同时以子模型作为研究对象,导入Ansys软件中进行局部应力分析,以加固结构的最大等效应力作为优化目标,对修复结构的特征几何尺寸进行多参数的耦合仿真试验分析,采用交叉试验方法最终得到强度最高的焊缝裂纹修复结构。

四配流窗口轴向柱塞泵三角阻尼槽结构优化

为优化四配流窗口轴向柱塞泵配流特性,降低配流过程中的振动与噪声,以三角阻尼槽的结构参数作为设计变量,两排油口的流量脉动率和压力脉动率作为优化目标。依据拉丁超立方抽样方法获得设计变量样本点,并通过流体仿真软件PumpLinx获取各样本的仿真结果。基于RBF神经网络构建三角阻尼槽结构参数与优化目标间的映射关系,通过NSGA-Ⅱ算法实现多目标优化。仿真结果表明:RBF神经网络模型预测值与流场仿真值基本吻合,采用该方法能够得到三角阻尼槽的最佳设计参数,柱塞泵两排油口的流量脉动率降低了11.3%和11.8%,压力脉动率降低了7.6%和10.5%。

非对称泵控系统势能回收理论研究

通过对非对称泵控差动缸系统势能回收效率进行研究,在理论分析的基础上建立势能回收过程的数学模型,分析蓄能器压力对能量回收效率的影响规律;建立势能回收系统的物理仿真模型,对势能回收过程进行仿真研究。结果表明:与普通气囊式蓄能器相比,采用恒压蓄能器进行能量回收可以避免在势能回收过程中,非对称泵从马达工况转化为泵工况而无法回收剩余能量;当负载为10 kN时,采用恒压蓄能器最大节能效率可达到29.8%。通过数值分析计算得到负载下降过程中蓄能器最优压力曲线,可为后续势能回收蓄能器的选型提供理论上的指导。

基于流量匹配的泵控挖掘机动臂能耗特性分析

为解决泵控非对称缸两腔所需流量不相等的问题,在轴向对称柱塞泵的基础上,提出一种能够平衡非对称缸流量差的变量非对称泵控缸闭式方案。通过控制变量非对称泵的斜盘角度实现对非对称缸的运动方向与两腔流量的控制,并将其应用于负载敏感液压挖掘机动臂回路中。为分析该方案的可行性,利用AMESim软件建立系统仿真模型。通过仿真分析,对比了变量非对称泵控系统与传统负载敏感阀控系统动臂运行特性和能耗特性。结果显示,采用变量非对称泵控系统动臂运行更加平稳,能耗降低36.9%。

可调压式液压蓄能器的节能仿真分析

针对气囊式液压蓄能器在工作中充放能不充分、能量密度低、工作参数不可调节的问题,提出一种可调压式液压蓄能器来改善上述问题。通过对可调压式液压蓄能器工作原理的分析,在AMESim软件中建立仿真模型,并将此蓄能器结合非对称泵应用于液压缸举升节能回路,同时设置采用气囊式液压蓄能器的回路为参照,开展节能仿真研究。结果显示:可调压式液压蓄能器比气囊式液压蓄能器多放能29%,电机多节能7.46%,有利于提高工程机械能量回收效率和作业性能。

利用PSO-GA算法的桥式起重机结构轻量化设计

为了实现节能减排以及减轻桥式起重机结构自重的目的,对粒子群算法与遗传算法进行结合,提出了一种对粒子群算法的改进算法——PSO-GA优化算法。算法以粒子群算法为基本框架并融合遗传算法的交叉算子,遗传算法交叉算子的引入可以对寻优过程中种群的进化进行智能调节,提高了寻优精度以及增加了算法的鲁棒性。将该算法应用于对桥式起重机的中轨箱形桥架结构轻量化设计,优化后桥架结构自重比原模型减小了13.025%。将轻量化设计后的桥架结构模型利用Solidworks软件建模,并导入Ansys Workbench软件中进行有限元分析,仿真结果验证了PSO-GA算法应用于桥式起重机桥架结构优化设计中的可行性。

HYPERSTATIC STRUCTURE MAPPING MODEL BUILDING AND OPTIMIZING DESIGN

Hyperstatic structure plane model being built by structural mechanics is studied. Space model precisely reflected in real stress of the structure is built by finite element method （FEM） analysis commerce software. Mapping model of complex structure system is set up, with convenient calculation just as in plane model and comprehensive information as in space model. Plane model and space model are calculated under the same working condition. Plane model modular construction inner force is considered as input data; Space model modular construction inner force is considered as output data. Thus specimen is built on input data and output dam. Character and affiliation are extracted through training specimen, with the employment of nonlinear mapping capability of the artificial neural network. Mapping model with interpolation and extrpolation is gained, laying the foundation for optimum design. The steel structure of high-layer parking system （SSHLPS） is calculated as an instance. A three-layer back-propagation （BP） net including one hidden layer is constructed with nine input nodes and eight output nodes for a five-layer SSHLPS. The three-layer structure optimization result through the mapping model interpolation contrasts with integrity re-analysis, and seven layers structure through the mapping model extrpulation contrasts with integrity re-analysis. Any layer SSHLPS among 1-8 can be calculated with much accuracy. Amount of calculation can also be reduced if it is appfied into the same topological structure, with reduced distortion and assured precision.

FeC合金拉伸行为的分子动力学模拟研究

为了探究温度和应变率对FeC合金微观力学性能的影响,运用分子动力学方法对FeC合金进行了拉伸性能的模拟,得到了不同温度、不同应变率工况下FeC合金的应力应变曲线,并对其进行了分析,利用MATLAB对数据进行处理,建立了关于温度和应变率的FeC合金弹性模量和屈服强度的数学预测模型。结果表明:弹性模量和屈服强度的仿真值与数学模型的预测值之间的绝对误差最大分别为2.680 GPa和0.079 GPa,相对误差最大分别为1.680%和0.737%,数学预测模型能在一定程度上对弹性模量和屈服强度进行有效的预测。