重型机械装备传动联结件研究现状与展望

传动联结件作为重型机械装备传动系统的重要基础零部件,其运行性能和服役寿命直接决定着设备的工作效率,具有较强的产业影响力和辐射能力。本文总结了传动联结件的发展现状,简要概述了典型传动联结件的基本原理及技术研究方向,给出了重型机械装备传动联结件的发展趋势,为其未来发展方向提供了建议。

含间隙关节的双推杆机械臂运动特性研究

建立了间隙关节的数学模型和含间隙关节的双推杆机械臂运动学模型;利用仿真模拟分析了单间隙关节A、单间隙关节B、双间隙关节A和B三种不同间隙关节位置和数量对机械臂末端轨迹、速度和加速度的影响,并采用绝对误差作为评价指标对影响程度进行了定量分析;搭建实验台对仿真结果进行了实验验证。结果表明,间隙关节导致机械臂末端运动轨迹在X轴和Y轴方向产生误差,且双间隙关节A和B造成的轨迹误差近似为两个单间隙关节的轨迹误差之和;机械臂末端速度和加速度曲线因间隙的存在而产生脉冲波动,其中单间隙关节A和单间隙关节B对曲线的影响程度相当,双间隙关节A和B在耦合作用下对曲线的影响程度远大于单间隙关节的影响程度。

基于Romax的新能源汽车减速器齿轮修形研究

以某增程式新能源汽车减速器系统为研究对象,Romax为研究平台。结合齿轮的微观修形理论,以传递误差、面载、齿根应力和接触应力作为优化目标,结合第二代遗传算法提出了一种以齿向鼓形量、齿向斜度、渐开线鼓形量、渐开线斜度综合修形的全新修形方法。通过对优化前后各目标参数的分析对比,得出修形后减小了传递误差、齿根应力等、改善了面载、应力偏载等问题,同时齿轮的传动性能得到了明显提升,其研究方法可更好地指导企业生产实践。

碟簧支承高速圆瓦推力轴承性能分析及标高误差影响研究

针对立式干气密封氦气压缩机轴系用高速圆瓦推力轴承承载性能问题,建立碟形弹簧支承推力轴承的润滑性能计算模型和搅拌功耗计算公式,分析圆形瓦推力轴承随转速、载荷的性能变化规律及标高误差对轴承润滑性能和支承碟形弹簧性能的影响。研究表明:轴承搅拌功耗与摩擦功耗的比值随转速和载荷的增大分别增大和减小,最高转速下搅拌功耗是摩擦功耗的两倍以上;弹性自适应调节技术可以有效改善瓦块标高误差对轴承承载平面度的影响,但各瓦标高误差越大,各瓦润滑性能及碟形弹簧积累的变形能差异也越大。因此,对于高速立式转子系统,推力轴承设计必须考虑搅拌功耗对轴承温升的影响,同时需要进一步研究标高误差对转子高速稳定性的影响。

倾覆力耦合的大兆瓦风机主轴-齿轮箱法兰结构疲劳寿命研究

大兆瓦风机主轴-齿轮箱法兰连接受倾覆力及其他交变载荷的作用,极易产生疲劳破坏。文中建立了考虑倾覆力耦合作用的法兰连接有限元数值模型,分析了特定工况下法兰连接各部件应力场分布规律;通过GH-Bladed获得主轴实际转矩变化数据,根据雨流计数法计算得到了主轴和螺栓多种工况下载荷-时间历程曲线,基于Brown-Miller准则并结合材料的S-N曲线,使用FE-SAFE给出了不同预紧力条件下主轴和螺栓的疲劳寿命,疲劳分析结果表明:随着预紧力的减小,主轴的疲劳寿命大于螺栓的,螺栓在风机运行过程中更容易发生疲劳破坏。基于VDI2230规范,结合法兰界面涂层增摩工艺,得到了法兰界面摩擦因数、螺栓预紧力与法兰结构疲劳寿命的理论模型。该研究对于大兆瓦风机主轴-齿轮箱法兰连接结构设计和疲劳寿命提升具有一定的指导意义。

某点燃式大功率甲醇发动机样机台架试验研究

为开发13LM100甲醇新型发动机,使用新能源动力综合试验平台对甲醇发动机样机进行台架试验,对试验过程中先后出现的发动机起动困难、异常熄火以及扭矩不稳等故障现象进行排查分析并提出改进解决方案。结果表明:燃料温度为21.5℃、环境温度低于10℃且冷却液进液温度低于50℃时,发动机起动困难,通过发动机冷却液恒温系统将进液温度控制在50℃以上,可确保发动机顺利起动;冷却液回液温度高于91.5±1℃时,发动机异常熄火,通过发动机冷却液恒温系统将回液温度控制在90.5℃以下,可避免发动机异常熄火的情况;在排除燃油供给系统、点火系统、进气系统等因素后,发动机仍扭矩不稳,通过扫点调整废气再循环系统(EGR)流量系数并选取最佳试验结果对应的EGR率,可确保发动机运转平稳,扭矩稳定。

基于多物理场耦合的Q345钢应力腐蚀行为研究

海上风力机组的支撑结构和相应的变压器平台极易受到腐蚀,腐蚀缺陷会导致应力集中,从而严重影响风机设备的使用寿命。以Q345钢为研究对象,采用COMSOL多物理场仿真软件建立一种Q345钢表面腐蚀缺陷生长预测的有限元模型,模拟研究海洋环境中Q345钢的应力腐蚀行为。通过电化学腐蚀试验得出Q345钢的Tafel关系,应用多物理场耦合计算应力对腐蚀缺陷处电化学腐蚀的影响,结合Faraday定律开展腐蚀缺陷的生长预测。结果表明:随着拉伸应变和缺陷深度的增加,缺陷处的应力也随着增加,加速了缺陷处的失效;当应力在缺陷处引起塑性变形时,局部腐蚀活性显著增强;在缺陷处的力学和电化学效应改变了缺陷中心的应力分布,增强了缺陷中心腐蚀速率。

稀土La对42CrMo钢碳化物析出特征及摩擦学性能增强机理研究

使用真空熔炼技术制备了稀土42CrMo钢,采用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪(EDS)对材料微观组织、拉伸断口、磨损表面和亚表层进行了表征,研究了La对42CrMo钢碳化物析出特征及摩擦学性能增强机理.结果表明:La减小了晶界张力和界面能,降低了碳化物沉淀所需成核势垒,提供了形核点,使42CrMo钢具有更小的原奥氏体晶粒和碳化物,原奥氏体和碳化物尺寸减少约46.5%和19.4%.添加La后,42CrMo钢具有更优良的力学和摩擦磨损性能,屈服强度、抗拉强度和断后伸长率比普通钢提升了9.29%、9.48%和25.01%,磨损率降低了36.71%.稀土钢强塑性的提高得益于La对晶粒和碳化物的细化以及碳化物和基体界面柔韧性的提高.摩擦磨损性能的提升是由于碳化物和基体的柔性界面在摩擦磨损过程中起到协调变形作用,减少了微裂纹的形成和碳化物的剥离,使摩擦表面形成的自润滑膜更加致密、完整,不易破坏.此外,La减少了钢中夹杂物,也提高了稀土钢的塑性和摩擦磨损性能.

大兆瓦风机主轴法兰螺栓疲劳寿命评估方法研究

大兆瓦风电机组主轴法兰螺栓连接受到复杂交变载荷的作用,极易产生疲劳破坏。针对此问题,构建法兰螺栓连接有限元数值模型,以法兰界面涂层增摩工艺为背景,分析不同预紧力工况下法兰连接各部件危险部位应力变化规律。通过GH-Bladed结合雨流计数法给出螺栓实际载荷数据,根据Eurcode3规范修正材料S-N曲线,使用FE-SAFE得到了不同预紧力下螺栓连接疲劳寿命,明确了法兰界面涂层增摩、预紧力变化对螺栓连接疲劳寿命的影响,提出了基于法兰结构的螺栓疲劳寿命评估方法。结果表明:增大法兰界面的摩擦因数,在850~1100 kN内降低螺栓预紧力有益于改善螺栓连接的疲劳寿命。

弹性支点可倾瓦轴承油膜间隙动态挤压的影响研究

针对高速转子-弹性支点可倾瓦轴承在内外激励下导致的轴瓦振动与油膜间隙动态变化问题,建立了转子-油膜-轴瓦-弹性支点系统的等效模型,通过分析转子与轴瓦的振动响应,研究了转子和弹性支点轴瓦之间的动态追随与油膜间隙动态挤压过程,揭示了自激励下转子质量与动平衡等级、轴瓦质量、弹性支点刚度和转速以及外激励下扰动参数与弹性支点刚度对弹支瓦动态油膜间隙动态挤压效应的影响规律。结果表明:转子动平衡等级和弹性支点刚度对轴瓦动态油膜间隙的影响较大,提升转子动平衡等级、合理设计较大参数的弹性支点刚度,可以显著减小不同激励下弹支瓦块的动态油膜间隙的振动幅值,缩短扰动激励后系统恢复稳定的时间;弹支瓦系统在全转速范围内运行时,动态最小油膜间隙随着转速的上升呈现先减小后增大再稳定的变化趋势,增大支点刚度可以显著提高动态最小油膜间隙的极小值及其出现的转速位置。本研究对于高速轴承转子系统中可倾瓦块的弹性支点设计具有一定的理论指导意义。

基于粒子群算法的开关磁阻电机控制系统研究

针对开关磁阻电机本身所具有的强非线性,转矩脉动大、调速性能待改进等问题,采用了一种基于粒子群优化模糊PI控制并结合柔性神经网络的控制方法,将模糊控制理论与PI控制相结合,并通过粒子群算法进行优化。进行了速度外环为无优化模糊PI控制、传统PID控制以及粒子群优化模糊PI控制三种仿真实验,三种仿真实验均采用柔性神经网络作为转矩内环。对比仿真结果发现,粒子群优化模糊PI控制在额定转速为150 r/min、800 r/min、1500 r/min三种情况下的转矩脉动最小,提高了系统的鲁棒性,对比实验表明,粒子群优化的模糊PI控制作为速度外环,柔性神经网络作用于转矩内环的控制方法性能优良,适用于开关磁阻电机的转矩脉动抑制。

基于PISO算法的汽车喷油器优化仿真研究

通过三维数值模拟软件Converge结合PISO算法,针对重型直喷柴油机,研究喷油器的不同孔径、孔深和喷油倾角对发动机燃烧和排放性能的影响,得到柴油发动机最佳热效率的喷油器参数设置方案。结果表明:相较于喷孔深度和喷孔倾角,喷孔直径的改变对发动机热效率的影响更大,且可有效改善发动机的NO_(x)和碳烟排放。当喷孔直径为0.179 mm、0.219 mm及0.259 mm时,分别能实现1.4%、3.4%、和2.8%的增幅,热效率提升较为显著。

烧结矿竖冷窑内气固换热过程的数值模拟研究

为了分析烧结矿在下落过程中与冷却风之间的换热规律,建立某型号烧结矿冷却过程中的一维稳态数学模型,讨论了烧结矿竖冷窑的工艺参数对烧结矿冷却效果的影响。通过实验和数值模拟相结合的方法,重点对不同冷却风入窑温度、速度和烧结矿入窑温度条件下,烧结矿出窑温度和热风温度进行了研究。研究结果表明:随着冷却风入窑温度的增加,冷却风对烧结矿的换热效果逐渐增加。当入窑温度小于100℃时,热风温度增幅较为迅速;而当温度超过100℃后,热风温度的增幅则显著减缓,从烧结矿冷却效率的角度,推荐竖冷窑内适宜的冷却风入窑温度为100℃;而冷却风入窑速度的增加则引起冷却风出窑温度降低,当冷却风入窑速度为10 m/s时,竖冷窑内烧结矿换热效果较好;随着烧结矿入窑温度的增加,烧结矿出窑温度和热风温度均呈上升趋势,烧结矿入窑温度为600~650℃时,竖冷窑冷却效率达到最佳。

镍栅层增强合金层界面结合性能研究

随着线材轧机等重型机械向重载、高速发展,对滑动轴承服役性能提出了更严苛的要求。在高速重载工况下,轴承易发生磨损、烧损、甚至于减磨层脱落等失效。在合金层间添加镍栅层可以有效增强合金层间结合能,降低减磨层脱落的几率,是解决上述问题的方法之一。以高速线材轧机滑动轴承为研究对象,利用扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)等方法对多层复合材料(钢背/铜铅合金/镍栅层/铅基巴氏合金)进行了显微测试,并使用分子动力学仿真软件Materials Studio构建了三层分子模型(铜铅合金/镍栅层/铅基巴氏合金)和双层分子模型(铜铅合金/铅基巴氏合金)。研究了镍栅层对铜铅合金与铅基巴氏合金结合性能的提升机理。结果表明,镍栅层的添加在宏观层面上阻挡了元素的扩散,有助于保持两侧合金的良好性能,在微观层面上有效提升了合金层间的结合性能。

液压滚切剪液压系统的研究

根据滚动剪切的剪切原理设计液压滚切剪的液压系统。在滚切方程基础上采用比例伺服阀加位移传感器控制液压缸位移的方法来实现滚动剪切的目的。通过建立液压系统3大方程的方法求解出整个液压系统的传递函数,用Simulink仿真分析液压缸的位置控制效果。通过仿真可以确定一些控制参数的范围,但在仿真过程中无法直观检测到液压系统在改变控制参数后产生的超调震荡,须在实际调试过程中做适当调整。液压系统采用的控制策略必须具有较强的鲁棒性和自适应能力,以确保对不同的情况具有比较稳定的补偿精度。现场生产样机液压缸的位置控制精度和高质量的钢板剪切断面证实了该液压系统设计的正确性。

滚切式双边剪连杆机构的动力学仿真及实验研究

通过对新型滚切式双边剪的空间剪切机构运动机理的研究和动力学分析,以实现纯滚动剪切为目标,对滚切式双边剪结构进行简化处理,得出以连杆机构为基础的简化模型,建立了连杆机构的动力学模型,编制了相应函数的仿真模块,运用Simulink进行动力学仿真;同时以某大型钢铁有限公司双边剪为依托,通过实验测出剪切过程中承力最大的重要杆件的受力值,对比理论公式和实际值的差值,发现结果相差较小,为该剪切机的机构设计、控制原理分析和实际使用提供依据。

AZ31B镁合金板材多道次轧制路径研究

在250~400℃初轧温度条件下,对铸轧态AZ31B镁合金板材进行四道次不同轧制路径的轧制试验,采用Axio Imager A2m金相显微镜对微观组织进行观察,采用WDW-E100D电子万能试验机对试样室温拉伸性能进行检测。综合研究不同初轧温度及轧制路径对轧后镁板的宏观成形性、微观组织和力学性能的影响。研究结果表明:轧后镁板组织性能与轧制工艺存在较强相关性。随初轧温度的升高,镁板屈服强度和抗拉强度均逐渐减小,伸长率逐渐增大;不同路径的交叉轧制对镁板边裂现象有较好的改善作用,初轧温度升至400℃后边裂消失;轧后镁板RD-ND截面与TD-ND截面微观组织分布一致,晶粒尺寸均为单峰正态分布特点,不同路径交叉轧制均能有效提高晶粒尺寸分布的均匀性,改善轧后镁板的各向异性,多道次交叉轧制对镁板晶粒细化及均匀化作用最明显。

复合连杆机构复演滚动轨迹的特性研究

通过对新型多自由度复合连杆滚动剪切机构的原理分析,建立了连杆剪切机构的位置环方程组,修正了导向杆与机架铰接位置的确定方法。以某大型钢厂的全液压滚切剪机开发为依托,对新型剪切机构的滚切运动轨迹进行了模拟仿真,模拟结果为电气液压伺服控制系统实现速度及位移的控制提供了精确数据,生产现场高质量的钢板剪切断面证实了合理的机构杆件尺寸是降低刀弧水平位移量、提高剪刃重叠量均匀度、实现高精度剪切的重要手段。

单机架减径率对无缝钢管周向壁厚影响的研究

在热轧无缝钢管的微张力减径工艺中,一般不会引发"内六方"缺陷,但是厚壁管在微张力减径时容易产生周向壁厚不均的质量缺陷。通过利用ANSYS/LS-DYNA有限元软件动态模拟不同机架的应力应变状态可以发现,采用微张力减径时,钢管的周向壁厚存在差异。在总减径率不变的前提下,降低单机架减径率,可以改善热轧无缝钢管的周向壁厚不均缺陷。

含不确定性参数的锚杆钻机机械臂运动学误差分析

矿用锚杆钻机广泛用于井下顶板和侧帮的打孔和支护,极大地缓解了掘锚失调的问题。为此以机械臂为研究对象,对含有不确定性区间参数的机械臂运动学进行了误差分析。由于传统微分法对机械臂运动学误差分析存在很大的局限性,故将Chebyshev扩张函数算法应用在求解含不确定性区间参数的机械臂运动学中。具体方法是采用了扫描法(SAS)、张量积(CTP)、与配点法(CCM)3种代理模型对含有不确定性参数的机械臂运动学正解矩阵进行响应区间的包络研究,3种代理模型在CPU时间消耗上均有所减少。其中配点法(CCM)的优势较为突出,与原始计算方法相比时间消耗减少了97.65%。同时也将理论值和3种区间代理模型计算出的上、下边界响应值进行了对比。结果表明配点法(CCM)、扫描法(SAS)计算出的边界值与理论值更加接近,产生较小范围的误差。最后在样机上对所提算法进行验证,紧密的包裹效果验证了本文提出算法的精度和有效性。其中扫描法(SAS)和配点法(CCM)这两种代理模型在上下边界值的求解中拥有较小的保守估计,张量积法(CTP)代理模型则在局部求解中获得较好的估计。对含有不确定性参数的响应区间研究,成为了预测机械臂空间轨迹跟踪和定位的新方法,确保机械臂的预测误差值最小。同时也为实现机械臂的最优结构的设计和高速、高精度的控制,提供一定的理论指导。