基于工程创新竞赛的机械基础类课程教学实践研究

为了提高机械基础类课程教学实效,提升学生创新水平和解决问题的能力,将工程创新竞赛引入课程实践教学过程,基于设计、仿真、创新等工程竞赛的主要任务,结合课程内容和企业工程案例自主选择参赛对象和内容,通过竞赛训练独立完成工程机械装备关键结构的原理、设计和优化等过程,完善机械专业学生基础类课程教学与培养方案。经参赛实践验证,该方案可有效深化学生机械基础类课程学习与应用,显著提升学生创新实践能力,强化产教融合实施效果,为“新工科”背景下机械基础类课程的创新教学提供范例。

仿真软件在车辆工程专业实验教学中的应用

车辆轨道相关实验存在设备成本高,场地和时间受限以及运行工况无法再现等问题.利用HyperMesh和Simpack软件进行车辆工程专业的仿真教学,构建轮轨接触有限元模型和车辆轨道系统动力学模型,在仿真模型中添加传感器模块获得对应位置的车辆和轨道的相关数据,实现复杂结构可视化、装配关系动态化的实验教学效果.将仿真软件计算得到的数据与现场试验结果进行对比分析,验证仿真模型的正确性和仿真实验教学方法的可行性,体现仿真实验教学的实际应用价值.

煤矿掘进机自定位截割控制方法及试验研究

开展了掘进机自定位截割控制方法及试验研究,提出了掘进机自定位截割控制策略,使用基于单目视觉与深度学习的掘进机机体六自由度位姿检测方法,以及具有规定性能的双层模糊自适应反步控制方法实现了掘进机自定位截割,并将其用于机体任意位姿下的截割头循迹跟踪控制。在掘进机两种不同的机体位姿下进行了截割头循迹跟踪控制试验,试验结果显示最大轮廓误差分别在48 mm和52 mm(约2.14%与2.32%)以内,验证了提出的掘进机自定位截割控制方法的有效性。

钛合金切削温度-振动相关性及加工优化研究

钛合金作为“21世纪战略金属”在航空领域应用广泛,其加工质量至关重要。因此,对钛合金进行切削加工优化具有重要的研究意义。本文搭建切削温度和切削振动同步测量系统。通过红外热像仪和三向加速度传感器采集车刀尖端附近的温度和振动信号。建立基于切削温度和切削振动多特征融合优化模型,并运用粒子群优化灰狼算法对多特征融合优化模型进行求解,获得最优的切削参数。研究表明:在试验设计的切削参数范围内,切削参数的最优解为:切削速度753.98 m/s,进给速度30 mm/min,切削深度0.4 mm,所做研究为优化钛合金加工质量提供理论指导。

下肢康复机器人机构研究现状及临床应用初探

人体下肢康复机器人作为一种恢复下肢运动能力的辅助设备,在康复领域和临床应用上的作用日益显著。随着科技的进步,国内外在该领域均有较大的发展,本研究对下肢康复机器人的发展脉络进行了较为细致地梳理,对临床应用的现状进行了综述,以机构研究为重点,从自由度,工作空间,奇异性,步态模拟,运动学仿真及人机交互等角度对其进行分析辨识,结果表明,国内对下肢康复机器人的研究重点在机构构型的设计与优化,国外的研究重点则是基于人机交互的控制系统与训练模式的提升与创新。最后结合研究现状对未来的发展趋势进行了展望。

大型液压挖掘机双通道势能回收及负载平衡方法研究

为了解决气液平衡势能回收系统中蓄能器体积过大及“过平衡”和“欠平衡”等主机操控性问题,本文以大型液压挖掘机为研究对象,提出了一种由三腔室平衡缸、双蓄能器及风扇马达为主要构成的直/间接双通道动臂势能回收系统。该系统将原先的单蓄能器回收通道(单通道系统)变为双蓄能器回收通道(双通道系统),即,三腔平衡缸和蓄能器1构成直接回收通道,风扇马达和蓄能器2构成间接回收通道。一方面,通过间接调节变量风扇马达的压力可以避免蓄能器液压力和负载力之间的不平衡问题从而改善操控性;另一方面,利用双通道系统特性可以使蓄能器的工作压力设计具有灵活性并可大幅减小蓄能器体积。本文通过数学建模明确了风扇马达的控制规律,从而使双蓄能器提供的驱动力和负载力基本平衡。此外,通过参数分析获得了蓄能器参数配置规律从而使双蓄能器体积小于单通道回收系统中单个蓄能器的体积。为了验证以上理论分析结果,以70 t大型液压挖掘机为对象搭建了包含主泵、能量回收模块及机械结构在内的仿真模型,并将仿真结果和单通道系统的试验结果进行对比。结果表明,所提出的双通道系统可实现液压力和负载力的匹配并将蓄能器总体积减小50%以上。因此,所提出的系统可以在保留单通道系统优点的同时改善其对操控性的影响并节省装机空间,具有良好的推广应用前景。

液压挖掘机液能回收再利用节能装置测控系统

液压挖掘机动臂下降重力势能和回转制动动能均以节流和溢流的形式转化为了油液的热能,严重影响整机能效,亟需提高液压挖掘机液压系统的效率。针对这一问题,提出了基于三腔蓄能器的挖掘机液能回收再利用的节能装置方案,可以回收挖掘机动臂势能和回转制动动能,用于驱动动臂举升。首先,介绍了节能装置的工作原理。其次,设计并开发了节能装置的测控系统,采用CoDeSys编写了下位机控制器程序,直接控制节能装置的动作实现能量回收和再利用;运用C#语言开发了上位机程序进行节能装置电控系统和液压系统的模拟调试和数据监控,并实现了节能装置的远程无线通讯功能。试验结果表明:该测控系统实现了对插装阀开闭和比例节流阀开度的快速、精准控制;达到了对节能装置远程控制和数据实时采集的目标;节能装置的动臂势能回收效率为84.9%,动臂节能效率为52.8%,回转制动工况下的动能回收效率为41.1%。

刚柔耦合链啮合传动系统的动力学建模与振动失效分析

刮板输送机链啮合传动系统具有刚柔耦合的结构特征,运行过程除传递驱动力还需承担物料的牵引负载,在链传动多边形冲击与时变负载的耦合影响下容易发生掉链故障。针对此问题,构建了链环-链轮-轴承刚柔耦合非线性动力学模型,分析了链轮齿数、负载等对传动系统振动冲击特性的影响规律,研究了振动冲击导致的掉链故障机理,确定了啮合传动系统的振动失效阈值,通过开展传动试验验证了模型的有效性。研究结果表明:链轮转速达到接近840 r/min时系统发生共振;啮合传动系统在4个位置可能出现掉链故障,分析发现啮入的振动失效阈值低于2 mm,最容易发生掉链故障;选用齿数较多的链轮,可有效降低链啮合传动系统振动冲击,提高传动系统的运行稳定性。

电场驱动下卵磷脂颗粒在织构表面的聚集与润滑

目的研究利用电场在钛合金(Ti6Al4V)与超高分子量聚乙烯(UHMWPE)摩擦界面聚集的卵磷脂颗粒的润滑性能。方法制备卵磷脂分散纳米溶液,探究不同分散剂对颗粒分散度的影响。对Ti6Al4V盘表面进行织构化处理,利用电场操纵卵磷脂纳米颗粒聚集,通过扫描电子显微镜(SEM)表征颗粒聚集效果,并评价在织构化和卵磷脂润滑颗粒聚集协同处理下Ti6Al4V金属盘表面的摩擦学性能。结果将十二烷基苯磺酸钠(SDBS)作为分散剂,使用超声制备的纳米乳液的粒径为200~500 nm。使用激光共聚焦显微镜(CLSM)观测到在卵磷脂溶液通电后的织构表面的深度比同参数未通电织构表面的深度减小了9.9μm,证实通电后织构内部存在卵磷脂微颗粒的聚集。采用SEM观测不同电流密度下的织构盘表面发现,在大电流密度下织构盘表面整体被卵磷脂层覆盖,出现轻微氧化,表面氧化物的主要成分为金红石型TiO2,加剧了UHMWPE的磨损。在小电流密度下,卵磷脂颗粒被填充在织构内部,织构盘表面的润滑性能更佳。聚集了纳米颗粒的Ti6Al4V织构盘的润滑性能良好,其摩擦因数最低可达0.075。结论利用电场驱动卵磷脂颗粒在摩擦界面聚集,实现了预期的减摩抗磨效果。当电流密度较小时,所聚集的卵磷脂层的润滑效果更佳。

采煤机截割部齿轮传动系统可靠性研究

针对采煤机截割负载易引起齿轮传动系统失效的问题,首先,充分考虑煤层中矸石参数的不确定性,建立末端负载不确定性模型,模拟截割负载;其次,基于集中质量法,构建负载影响下永磁电机驱动的采煤机截割部齿轮传动系统动力学模型,探究其在服役过程中的动态行为;最后,基于应力-强度干涉理论,建立系统模型,确定齿轮服役周期。研究结果表明:齿轮传动系统中主动齿轮可靠服役时间更短,相同条件下,按失效相关原则分析的可靠性则更加合理,该研究可以为采煤机截割部的进一步优化设计提供参考。

下肢康复机器人研究现状及临床应用

随着交通出行设施增多,脑卒中和各种事故所导致的患者数量随之上涨,术后康复训练是患者恢复生活质量的重要保障之一。康复机器人作为一种利用机器人技术辅助康复医师进行患者相关训练的设备正在逐步得到广泛应用。未来下肢外骨骼康复机器人的发展主要应从改进人机协作、改进控制算法、优化康复效果评估、设备轻量化、便携化与可重构化、提升经济性等方面考虑。本文系统检索了近十年国内外在下肢康复机器人方面所进行的研究及临床应用成果,梳理和分析了关于下肢康复机器人的关键技术,系统归纳了下肢康复机器人所取得的进展及成果,并对下肢康复机器人的技术发展趋势进行了可行性分析。

车辆工程专业嵌入式人才培养模式及教学体系研究

嵌入式人才培养的内涵是紧密实施校企合作,校企共同制定培养方案,共同培养人才。我们根据已有的分类分型专业人才培养方案,通过校企联合构建该专业嵌入式理论与实践教学体系,在专业课程、岗位见习、岗位实习、毕业设计等方面设计嵌入式培养方案。

基于ARCS的ASD儿童绘本角色设计研究

目的为提升ASD儿童情绪学习动机,探究不同角色形象在基本情绪学习中的激发作用,以绘本角色造型为切入点,为绘本角色设计和干预训练提供参考。提出一种基于ARCS动机模型的角色设计研究方法。方法首先,结合ARCS动机维度,建立了一套适用于绘本角色研究的指标体系。在文献研究的基础上,筛选出7项代表性眼动指标和1项情绪匹配数据,并利用眼动仪收集这些指标的实验数据;其次,采用熵权法计算眼动实验客观指标的权重,并使用逼近理想解法(TOPSIS)确定三大角色样本类型的综合排序。结果研究发现,与其他类型的角色相比,在ASD儿童中,器物角色的动机反馈效果更佳,并且这几类角色对ASD儿童的眼动指标都有不同程度的影响,因此每个角色的干预效果也不尽相同。结论将ARCS动机理论模型引入绘本角色设计中,结合眼动实验解析动机策略与角色特征元素之间的关联性,能更有效地改善干预训练中缺乏学习动机的情况;建立评价体系有助于为后续相关设计提供研究思路。

基于情绪体验的ASD儿童干预机器人造型研究

目的为提升ASD儿童干预机器人的训练效果,为教辅人员、设计师等提供参考,提出以ASD儿童情绪体验特点为基础的干预机器人拟人化造型特征评价方法。方法对市场上的机器人造型样本进行拟人度评分,并从中选取代表性样本;从20余项HRV指标中筛选出8项代表性指标,通过HRV实验收集数据;使用改进的PAD情绪量表获取ASD儿童情绪体验主观得分;通过逐步回归法筛选出对情绪体验得分影响较大的HRV指标;以HRV指标为自变量、情绪体验得分为因变量,建立回归关系,为ASD儿童干预机器人造型的设计和方案评价提供理论依据。结果研究表明,几何型机器人往往带来“放松的”情绪体验,类人型机器人会带来“高兴的”情绪体验,而真人型机器人则可能带来“焦虑的”情绪体验。同时,ASD儿童的愉悦度、唤醒度、优势度与HRV指标之间存在一定的相关性。结论将改进的PAD情绪量表应用于ASD儿童干预机器人的造型评价中,建立情绪体验和HRV指标之间的回归模型,为设计和评估适合ASD儿童的机器人提供了理论依据,更好地促进了ASD儿童干预机器人的发展。

陶瓷钎焊用钎料的国内外研究进展

陶瓷材料具有良好的抗高温、耐腐蚀等性能,对航空航天、化工、核能等领域的发展具有极大的影响。然而,陶瓷与异种材料的互连存在热膨胀系数不匹配等固有缺陷,其导致的残余应力过大、材料难以润湿等是当前相关行业急需解决的问题。钎焊是连接陶瓷材料的主要方法之一,所使用的钎料在很大程度上决定了钎焊接头的综合性能。目前,针对陶瓷材料的连接已开发出多种钎料,如Ag-Cu体系钎料、Ni基钎料、玻璃钎料、高熵合金钎料等,但实现以上钎料与陶瓷材料可靠连接的手段还尚未完善,使用不同体系钎料钎焊的接头性能存在差异。因此,本文综述了陶瓷材料与异种材料钎焊过程中存在的差异与问题,以期为后续陶瓷/异种材料连接的发展提供参考。

电子封装用纳米级无铅钎料的研究进展

随着电子工业的不断发展,封装技术呈现出多功能化、高密度、高集成的发展趋势。焊点作为连接芯片和基板的重要一环,其强度和可靠性面临着巨大的挑战。近年来,随着纳米科技的兴起,许多研究者尝试将钎焊材料的尺寸缩小至纳米级,纳米级钎料的热稳定性、导电性、润湿性等一些方面的性能与常规钎料相比有着不同程度的提高。本工作总结了近年来研究较多的几种纳米钎料的制备方法,重点分析了以化学还原法为主导的纳米级钎料的制备工艺;通过分析纳米SnAgCu、SnAg、SnBi、烧结Ag钎料显微组织的演化,总结了钎料纳米化后的改性机理;最后还讨论了现阶段钎料纳米化难以突破的问题以及不足之处,为纳米无铅钎料的进一步研究提供理论支撑。

常规喷丸和微粒喷丸工艺对42CrMo钢表面性能的影响

为了研究常规喷丸和微粒喷丸2种工艺对42CrMo钢表面性能的影响,利用ABAQUS软件通过正交试验确定了这2种工艺对材料表面粗糙度和残余压应力层深的主次影响因素。根据正交试验的分析结果,开展了一定的实际试验验证。考虑微粒喷丸和常规喷丸的特点,针对喷丸覆盖率单因素研究了2种工艺对42CrMo钢残余应力、表面粗糙度和等效塑性应变的影响。结果表明:微粒喷丸在相同覆盖率条件下能够获得更大的残余压应力、更低的表面粗糙度和更高的等效塑性应变,但强化层深度稍浅。残余压应力的提高有助于提高材料的耐磨损和抗疲劳性能,而较低的表面粗糙度有助于降低裂纹的萌生,更高的等效塑性应变可以进一步细化晶粒,同时有利于产生残余压应力,说明微粒喷丸在机械零部件的表面强化上具有广阔的应用前景。

基于QFD与GRA的老年人APP界面设计

为了提升老年用户对APP使用的满意度,研究提出一种基于质量功能展开(QFD)与灰色关联分析(GRA)的老年人APP界面设计研究方法。首先,通过访谈与问卷的形式获取用户需求,利用QFD中的质量屋将用户需求转化为设计要求,计算设计要求重要度并排序;其次,依据用户需求与设计要求进行界面方案与试验方案的设计;最后,将试验结果整合进GRA中获取灰色关联度,通过比较灰色关联度的大小,确定最优方案。采用重要度排名靠前的设计要求所设计出的方案最令老年用户满意。通过QFD与GRA相结合的研究方法,可以有效提升老年用户对APP的使用体验及满意度,准确把握老年用户的核心需求。

基于FAST和QFD的养老陪伴机器人用户体验设计研究

为提升养老陪伴机器人的使用体验,提出基于FAST和QFD的养老陪伴机器人体验设计方法。首先,将老年用户作为研究对象,通过对其需求的分析和抽取,将其划分为不同的类别,对用户需求进行属性归类。其次,利用FAST对养老陪伴机器人的功能进行分解,获得养老陪伴机器人功能树。然后,引入养老陪伴机器人的功能架构导入到QFD中,建立质量屋模型,并以此为基础,构造用户需求与设计特征之间的关系矩阵。确定了老年用户需求中各设计特征的重要度。最后,通过设计特征转化成养老陪伴机器人功能定位,指导产出养老陪伴机器人用户体验设计方案。研究结果表明,方法可以有效地挖掘用户需求,并将用户需求充分合理地转化成设计要素用于设计实践,优化了养老陪伴机器人用户体验设计流程,用于提高产品设计的质量。

车辆工程专业分类分型人才培养模式研究

为适应我国铁路快速发展及徐州都市圈建设对高铁与城市轨道车辆人才的需求,我校适时成功申报车辆工程专业.依据学校的办学定位,经过广泛调研,分析了国内车辆工程专业人才培养模式的研究现状,制定了车辆工程专业的"361"分类分型人才培养方案,培养30%的拔尖创新型人才、60%的复合应用型人才、10%的国际化人才.设置了详细的专业教学计划、人格素养培养计划、实践教学计划及科研创新训练计划.依据学校"361"分类分型培养目标,设置公有专业选修模块及3个不同的选修课模块实现分类分型培养.