强制对流下翅片管蒸发器表面结霜实验

翅片管蒸发器表面结霜是阻碍制冷系统高效运行的主要不利因素之一。利用恒温恒湿箱搭建强制对流下蒸发器翅片管表面结霜可视化实验平台,在环境温度0~8℃、相对湿度55%~75%及迎面风速0.8~2.4 m/s时,实时记录霜层动态生长过程,研究了环境温度、相对湿度和迎面风速对霜层生长特性及蒸发器换热性能的影响规律。结果表明:环境温度和迎面风速是影响蒸发器结霜的主要因素,结霜50 min,环境温度为0℃的霜层厚度比环境温度为8℃的提高了12.78%,迎面风速为2.4 m/s的霜层厚度比迎面风速为0.8 m/s的提高了14.66%,结霜量与换热量提高趋势相同。在结霜初期,相对湿度越大,换热量越大;结霜后期,相对湿度越小,换热量越大,并得到了换热量关于环境参数与时间的相关关系。

对称悬架混联轮腿机器人结构设计与参数优化

为了实现机器人在地下空间低能耗的灵活运动,文中设计了一种对称悬架混联轮腿机器人,并针对其腿部参数优化问题,提出了一种基于沙猫群算法的性能均衡优化方法(简称均衡优化方法)。结合对称四边形机构与悬架系统,设计了一种对称悬架混联式轮腿结构,并建立其运动学和动力学模型,分析了腿部杆长对单轮腿运动空间和灵活性指标的影响,预优化确定了腿部初始杆长均为0.3 m。在满足轮腿越障规划空间及高灵活性的基础上,为了实现低能耗,建立了轮腿性能均衡优化评价指标,采用均衡优化方法对腿部杆长进行了优化研究。数值计算结果表明:大腿和小腿杆长最优值分别为0.23 m和0.3 m,该轮腿运动能耗为23.18 J,运动空间为0.1322 m2,灵活性指标变化范围为(0.2,1)。优化后灵活性保持不变,运动空间减小了24.54%,能耗降低了22.60%,验证了该方法合理有效,为轮腿机器人的设计与优化提供了一种新的思路。

基于滤膜称重法的自动化粉尘质量浓度检测装置的研究

传统滤膜称重法操作过程繁琐、检测周期长,且自动化程度低,虽精度高但无法满足粉尘质量浓度实时检测需求。设计了粉尘质量浓度自动检测装置,通过建立温湿度补偿模型,替代手工称重法中采样后滤膜烘干的步骤,进一步缩减粉尘质量浓度检测时间以及粉尘质量浓度检测装置体积。搭建试验样机并调试实验,结果表明,煤矿井下常用的CCZ-20A型粉尘采样器与本装置检测得到的粉尘质量折算浓度经过计算其标准偏差在5%以内,一元线性回归拟合分析下的实验数据拟合相关性较好。为进一步提升装置的检测精度,研究基于傅里叶级数、线性拟合以及周期拟合相结合的误差补偿方法,设计出装置浓度计算流程并代入原始数据中,将该装置检测浓度误差由原始的(-7.20%,-1.26%)集中至(-3.64%,3.65%)。引入装置浓度计算流程后进行多次对比实验,实验结果显示装置浓度检测误差均在此区间内,验证了装置浓度计算流程的可靠性。该装置缩短了粉尘质量浓度检测所需时间,同时检测误差控制在合理的范围内,进而为滤膜称重法在粉尘质量浓度在线监测方面的研究提供一定的参考。

自驱动关节臂坐标测量机可视化监控平台设计与仿真

针对传统坐标测量机人工测量模式误差大、运动仿真平台三维可视化效果差的缺陷,以六自由度自驱动关节臂坐标测量机为研究对象,基于Unity 3D软件设计了一款自驱动关节臂坐标测量机三维可视化监控平台。利用SolidWorks软件建立测量机三维模型,联合3ds Max软件完成了三维模型的优化处理与导入,采用Unity 3D自带的UI组件搭建了可视化界面框架,编写C#脚本绑定模型零件,实现虚拟坐标测量机自驱动控制。研究内容包括三维建模与轻量化处理、模型加载、可视化监控平台界面设计、测量机运动仿真以及UDP通信实现数据实时传输。通过对自驱动关节臂坐标测量机虚拟可视化仿真平台的研究,实现测量机自驱动控制与动态测量实时监测,研究成果对三维可视化监控在测量机领域的应用具有重要意义。

基于TRIZ的全断面铺锚支机器人结构创新设计

为解决煤矿巷道掘进过程中支护、铺网、钻孔及锚固等工序自动化水平低、难以高效协同等技术难题,基于TRIZ理论,开展全断面铺锚支机器人的结构创新设计。通过九屏分析法、功能模型图与因果轴分析得出现有铺锚支机器人效率不足的根本原因,并综合运用技术矛盾法、物理矛盾法以及76种标准解等方法,设计出新型全断面铺锚支机器人结构,进而通过ADAMS-AMESim联合仿真,开展其关键迈步式自移支架的机液耦合分析。结果表明:全断面铺锚支机器人具备迈步行走、铺网、支护、锚固、钻孔的平行作业;迈步式自移支架工作时推移缸的最大推架力为10940 N,最大拉架力为18510 N,实际位移与理想位移误差满足设计要求。

煤矿井下无人驾驶轨道电机车障碍物识别

针对现有煤矿井下无人驾驶轨道电机车因巷道环境恶劣导致障碍物识别精度低的问题,提出用于无人驾驶电机车障碍物精准实时检测的PDM-YOLO模型.基于YOLOv5,将模型C3模块中的传统卷积替换为部分卷积,构建C3_P特征提取模块,有效减少模型的浮点运算量(FLOPs)与计算延迟.采用改进后的解耦头,对传统YOLOv5的预测头进行解耦,提高模型的收敛速度及对障碍物的识别精度.优化Mosaic数据增强方法,丰富训练图像的特征信息,提高模型的普适性和鲁棒性.实验结果表明,PDM-YOLO模型在自制数据集上的平均检测精度(mAP)达到96.3%,平均检测速度达到109.2帧/s,PDM-YOLO模型在PASCAL VOC公共数据集上的检测精度高于现有主流的YOLO系列模型.

振动作用下平直翅片管结霜初期微液滴运动过程数值模拟

平直翅片管换热器在低温高湿环境中工作极易发生结霜现象,造成能耗增加、故障率升高,而对结霜初期的微液滴施加振动作用可以加速微液滴的滑落过程从而达到抑制结霜的效果。对结霜前期微液滴的生长过程进行数值模拟分析,并通过文献值验证了数值模拟的可靠性,然后利用不同时刻的微液滴数据,通过数值模拟的方式,研究不同振动频率作用下微液滴的运动特性,最后搭建试验平台进行验证。研究结果发现,不同体积的微液滴对应的最优振动频率有所不同,当微液滴体积较小时,较高的振动频率使微液滴在基管壁面来回振荡,不易滑落,当微液滴体积较大时,较高的振动频率有利于微液滴克服壁面摩擦力,有利于液滴滑落。

爬杆机器人动力学仿真及其驱动转矩控制研究

为改善爬杆机器人驱动性能,结合机器人虚拟样机与动力学仿真,提出一种前馈补偿与PID调节优化驱动转矩波动的复合控制方法。在ADAMS中建立机器人多体动力学模型,进行了攀爬运动仿真;在Simulink中搭建了PID控制系统,调节夹块位移量;依据夹持传动的“力矩-位移”数学模型,建立了含有前馈补偿的复合控制系统。由联合仿真可知,采用单一PID控制的机器人,提高夹块位移控制精度会引起驱动转矩波动的增加;复合控制减少了驱动转矩的波动,且驱动转矩的调整幅值比PID控制降低了约24.7%,提高了机器人在攀爬运动中驱动系统的输出效能。

永磁涡流调速器传动性能分析与正交实验优化

以一台双盘式永磁涡流调速器为研究对象,理解了永磁涡流驱动机理,建立了三维瞬态磁场有限元模型。仿真结果表明:导体盘上三维磁密集中区域形状与永磁盘中永磁体形状几乎相同,磁密集中区域数目与永磁体极数相同;轭铁区域内的三维磁场分布为辐射带形状,磁密值高低区域相邻布局,导体盘上产生了与永磁体数目相等的涡流回路,相邻涡流区域涡流方向相反,中间部分涡流密度较低,相邻涡流回路交界处即正对应于永磁体处的涡流密度最高,平均转矩与转差呈现递增规律,两者之间线性数学关系非常显著。运用正交实验方法研究表明:在实验约束条件下因素主次顺序依次为磁极数、永磁体宽、永磁体长、永磁体厚,确定了永磁涡流调速器关于永磁体的最佳参数方案。结果表明:较原结构平均转矩提高了14.2%,转矩密度提高了18.0%,永磁体材料减少了3.2%。

基于机器视觉与激光融合的刚性罐道故障定位技术

提出了一种基于机器视觉与激光融合的多方向矿井刚性罐道变形诊断及其定位方法。使用CCD相机、激光发射器、荧光屏、LabVIEW软件和PC组成变形诊断及其定位系统实时采集荧光屏上的光斑图像,对采集的光斑图像进行图像增强、阈值分割、图像匹配跟踪和像素质心计算等处理;在PC监控界面显示罐道情况及位置。本方法对台阶凸起高度的识别度达到88.43%,台阶凸起的长度识别度高达99.15%,深度识别率高达99.52%。试验证明该技术能实时准确地诊断矿井刚性罐道变形并快速地进行定位。

新型家用智能植物浇水装置的结构设计与仿真

本文针对目前现有家用植物养护装置的研究现状,设计了一种基于Mecanum轮全方位移动平台的新型家用智能植物浇水装置。该装置结构简单,定位精度高,机动性强,采用全向驱动技术,不仅能够在任意方向实现平移和原地旋转,而且可以在狭小的工作空间内灵活地沿任意路径到达目标位置,能够很好地完成项目要求,节约了使用空间,增强了美观性,在复杂环境中具有良好的动态响应特性。本装置通过采用传感器检测技术,视觉识别装置和机器人技术实现装置的浇水功能,并且对本养护装置的主要部件进行了仿真分析。

脉动流发生装置诱导弹性管束振动的实验研究

为了实现对换热器内弹性管束振动的有效激发和控制,提出了一种新型脉动流发生装置,搭建了脉动流诱导弹性管束振动测试实验台,测试了换热器内各排弹性管束在不同工况下的振动响应。结果表明:在脉动流发生装置诱导下,弹性管束主要有两个振动频率,一个频率基本不受入口流速的影响,另一个频率随入口流速的增加而增加;提出的脉动流发生装置,一方面使弹性管束的振动强度明显增加,另一方面在一定程度上解决了各排弹性管束振动不均的问题。

住宅小区智能化系统设计

智能化社区系统是房地产业与现代计算机技术相结合的产物,本智能化社区系统涉及小区内综合布线、信息发布系统。是以信息传输通道为物理平台,连接各个智能化子系统,通过物业管理中心的管理,旨在向小区居民提供智能化服务和优良居住环境。

电化学对微小孔毛刺去除的仿真及试验

钻削微小通孔产生的孔口毛刺严重影响了其表面质量,且微小孔因直径小导致其入口和出口毛刺去除困难,为此提出基于电化学的微小通孔双面毛刺的同步去除方法。以0.35 mm厚的304不锈钢板的钻孔毛刺为研究对象,建立电化学毛刺去除仿真模型,分析电流密度与微小孔不同区域材料去除速率间的对应关系,研究电极位置及工艺参数对毛刺去除效果的影响,并开展相关试验研究。结果表明,孔口表面电流密度大小表征了材料去除能力的强弱,毛刺尖端电流密度大,孔内壁电流密度小且分布均匀;电极位置对出口毛刺去除速率影响大,伸出型电极毛刺去除效果最好;随加工电压、电解质浓度及电极直径增大,毛刺去除效率增高,但扩孔率增大,且电极直径越大入口倒角越明显;试验基于伸出型电极位置,采用4 V加工电压、12%NaNO_(3)电解质、0.2 mm电极半径,实现了孔口毛刺的精准去除,加工后的倒角宽度为38μm,扩孔率仅1.99%,验证了仿真的准确性。研究结果可为微小通孔双面毛刺的高效、精准去除奠定研究基础。

基于改进YOLOv4-Tiny的矿井电机车多目标实时检测

为解决煤矿巷道环境恶劣及人工疲劳驾驶电机车导致煤矿井下有轨电机车事故频发的问题,提出一种基于改进YOLOv4-Tiny算法的YOLOv4-Tiny-4S矿井电机车多目标实时检测方法。首先,为了提高网络模型对于小目标的检测能力,将传统YOLOv4-Tiny的两尺度预测增加至4尺度预测,并且在网络模型的颈部引入空间金字塔池化(spatial pyramid pooling,SPP)模块,以丰富特征融合信息,增大网络模型的感受野。其次,以煤矿巷道中的行人、电机车、信号灯及碎石作为检测目标,创建矿井电机车多目标检测数据集,并分别采用K-means和K-means++聚类分析算法对数据集重新聚类;对比分析结果表明,K-means++算法具有更好的聚类效果。最后,通过对传统YOLOv4-Tiny算法的消融实验,进一步展示了不同改进措施对网络模型检测性能的影响;并在电机车运行的煤矿巷道场景中,对比分析了YOLOv4-Tiny-4S算法与其他几种算法的检测性能。实验结果表明:YOLOv4-Tiny-4S算法能够准确检测并识别出图像中的各类目标,其平均精度均值(mean average precision,mAP)为95.35%,对小目标“碎石”的平均精度(average precision,AP)为86.69%,相比传统YOLOv4-Tiny算法分别提高了12.38%和41.66%;改进后算法的平均检测速度达58.7帧/s(frames per second,FPS),模型内存仅为26.3 Mb,YOLOv4-Tiny-4S算法的检测性能优于其他算法。本文提出的基于YOLOv4-Tiny-4S矿井电机车多目标实时检测方法可为实现矿井电机车的无人驾驶提供技术支撑。

矿用电机械盘式制动器的结构优化与动力学分析

针对矿井提升机制动力控制问题,设计了一种能够快速响应、精确控制制动力的电机械盘式制动器。基于结构优化设计,令制动器在满足使用需求的前提下具有更轻的质量。在多柔体理论的基础上,建立了电机械制动器虚拟样机模型并进行动力学仿真。分析了制动正压力、制动间隙和制动盘转速变化。最后开展了一系列试验验证电机械制动器的工作性能,试验结果表明,电机械制动器能够精确调节制动正压力,满足制动工况的使用要求。

基于双目视觉的齿轮三维点云精确重构方法研究

基于双目视觉测量系统开展面向齿轮的三维轮廓点云精确重构测量方法研究。针对齿轮的初始三维点云存在的噪点问题,利用直通滤波和体素栅格滤波去除离群点和冗余点;采用移动最小二乘法平滑加贪婪三角化重构算法进行了齿轮重构。搭建了双目视觉齿轮测量系统实验平台,通过测量实验对比分析了齿轮的三维重构效果及尺寸测量精度。结果表明:采用移动最小二乘法平滑加贪婪三角化重构后的齿轮三维模型比直接重构的齿轮表面光滑,边缘清晰,齿顶圆直径尺寸的测量误差由0.833 mm降至0.544 mm,孔径加键槽尺寸的测量误差由0.133 mm降至0.106 mm,孔径尺寸的测量误差由0.171 mm降至0.148 mm。

基于ISSA-PID试验箱温度控制算法的研究

为了提高试验箱温度控制系统的精准度,缩短系统调节时间,提出了一种基于改进的麻雀搜索算法优化PID控制参数的方法(ISSA-PID)。利用PWLCM混沌映射初始化麻雀种群,丰富麻雀种群的多样性,采用Levy飞行策略改进了SSA算法种群中发现者和警戒者的位置更新方程,避免算法陷入局部最优,建立了试验箱加热温度控制系统的数学模型,利用改进的麻雀搜索算法(ISSA)优化了其模型PID控制参数。分别采用试凑法、麻雀搜索算法和ISSA算法对试验箱加热温度控制系统的PID控制参数进行了优化并对其仿真分析。仿真结果表明,ISSA算法使得控制系统超调量减少了18.9%,系统调节时间减少了704s,并利用PLC、触摸屏和试验箱搭建的实验装置开展实际实验测试。通过仿真和实验表明,ISSA算法对PID控制参数的优化效果更佳,且验证了ISSA算法优化PID控制参数在试验箱中应用的可行性。

基于深层水域的伸缩柔性臂式机器人特性分析

设计一款水下伸缩柔性臂式机器人,可以实现在深层水域环境下多自由度捕捉目标物。通过D-H参数法搭建伸缩臂运动模型,运用MATLAB基于模拟环境检验伸缩臂在一定空间运动避障的关节特性,进一步验证设计的高效性。通过多组ANSYS仿真试验验证伸缩臂力学特性,基于伸缩臂的六阶固态效应和形变量变化综合分析出伸缩臂水下耐压性能好,抗噪性强的特点,结合运动特性运用ADAMS对伸缩臂进行水下作业模拟,验证驱动参数对其影响,仿真结果表明伸缩臂水下搜寻目标物避障效果明显,波动小,速度快的运动优良特性。

自驱动关节臂坐标测量机模型可视化

自驱动关节臂坐标测量机是一种高精度在线自动测量设备,为了解决自驱动关节臂坐标虚拟样机的定位与测量结果显示对比问题,采用MFC与可编程管线OpenGL搭建了测量机上位机软件。利用Assimp库读取零件三维模型并显示在测量软件窗口,实现了待测零件模型导入功能。采用数学方法解决了模型无法纹理贴图及添加光照问题。通过多重采样技术消除模型显示的锯齿感,提高了特征点提取的简易性。采用射线拾取算法开展了测量软件窗口与SolidWorks模型相同点三维坐标值对比实验,结果表明模型空间位姿在导入前后未发生改变,为后续进行空间坐标测量机系统开发运动控制和路径规划奠定基础。完成搭建的编译环境能够实现三维模型的基础导入和快速导入,并完成三维模型显示目的。