交错轴摩擦轮传动及其应用

交错轴摩擦轮传动具有回转运动与直线运动的转换、直线运动位移任意调节和远程往复输送、驱动能力自适应、过载自保护、传动效率高、磨损小、寿命长、成本低、结构和制造工艺简单等特点,100多年来得到较快的发展和应用,被广泛应用于自动化、智能化、精密定位等装备上,然而,在机械工程领域的教材和手册中并未将其明确系统地列出,在分类体系中仅对平行轴和相交轴摩擦轮传动进行归类。鉴于此,本文介绍交错轴摩擦轮传动技术原理和特点,归纳总结交错轴摩擦轮传动基本原理和两种基本运动形式及4种基本结构形式,构建完整的摩擦轮传动分类体系;同时从传动基本原理的角度,综述交错轴摩擦轮机构在不同工程领域中的应用和研究进展;指出交错轴摩擦轮传动技术目前存在的难点及问题,并对其发展趋势进行展望。

基于专创融合的摩擦轮传动教学体系的构建

文章基于专创融合的理念,在总结摩擦轮传动,特别是在交错轴摩擦轮传动100多年发展的基础上,完善了摩擦轮传动的分类体系,结合创新思维方法系统地梳理了交错轴摩擦轮传动在工程上的应用及特点,并提出了可破除领域知识壁垒的交错轴摩擦轮传动规范命名,突破了传统的摩擦轮传动教学体系,为机械设计中摩擦轮传动知识体系系统传播和教学体系的完整设计提供了参考,也为交错轴摩擦轮传动知识的普及传播奠定了基础。

三电极结构在双源激励下的介质阻挡放电特性

介质阻挡放电(DBD)在工业中得到广泛应用,但效率限制了它的进一步应用。提出了一种DBD结构和针板结构相结合的三电极结构。将正极性脉冲电源施加在DBD电极上,负极性脉冲电源施加到针板电极上。分析了不同结构下三电极DBD的放电特性、现象和光谱强度。结果表明,三电极结构更加有利于DBD放电通道的产生,其放电均匀性、发光强度均强于双电极DBD,特别是在丝网接地电极条件下,放电更加强烈。当三种电极结构正极性电压维持在11 kV,负极性电压为-5 kV时,丝网接地三电极中DBD的放电电流峰值达到1.54 A,而实心接地三电极和传统双电极中DBD的放电电流峰值为1.14 A和0.74 A。在负极性脉冲维持期间,针网间隙处于击穿状态,DBD放电出现很大的放电电流。在三电极结构中,随着施加在针板上负极性电压的升高也使三电极DBD放电更加强烈。不同结构下的DBD的放电光谱表明在丝网接地时三电极DBD激发粒子的光谱强度最强。这一趋势与DBD放电电流和功率一致。

脉冲驱动氩气真空介质阻挡放电的光谱特性研究

通过自主设计正极性Marx纳秒脉冲电源,在不同放电频率、不同电源电压幅值下,采用发射光谱在真空环境下对氩气放电时的电子激发温度和电子密度进行测量计算。通过双谱线法选取合适的Ar原子谱线,求得电子激发温度在1550~3400 K之间,在正极性脉冲电源做电压源,且电源电压一定时,电子激发温度随着电源频率的升高而呈现上升趋势,在电源频率一定时,电子激发温度也随着电源电压的增加而升高。依据Stark展宽原理对真空体积介质阻挡放电时的电子密度进行了测量计算。电子密度的数量级可达10^(13)m^(-3),当电源电压不变时,电子密度随电源频率的增加呈现上升趋势,当电源频率不变,电子密度随着电源电压的升高也逐渐提升。

不同方波脉冲模式下介质阻挡放电产生臭氧的研究

为提高介质阻挡放电产生臭氧的浓度和产量,文中研究了不同方波脉冲模式下介质阻挡放电产生臭氧的特性。文中对系统放电特性进行分析,计算系统放电功率,研究其在不同极性、不同频率和不同脉宽下产生臭氧的浓度和产量,并对其产生的结果进行了分析和讨论。研究结果表明,在施加正负极性方波脉冲时,臭氧浓度最高,为8.8 g·Nm^(-3);在施加正极性方波脉冲时,臭氧产量最高,为55 g·kWh^(-1)。随着频率的增加,臭氧浓度和产量均呈现先增加后下降趋势。在放电频率为1 kHz时,臭氧浓度最大;在放电频率为1.5 kHz时,臭氧产量最高。在其它参数一定的情况下,随着脉宽的增加,臭氧浓度缓慢增加,臭氧的产量基本无变化。

乙二胺修饰的吸附树脂合成及其对水中苯酚的吸附性能研究

以二乙烯基苯及丙烯酸甲酯悬浮聚合得到弱极性吸附树脂JL-1;利用树脂上残余的双健及氯甲醚进行付-克反应,得到比表面积更大同时含有氯甲基的树脂JL-2.利用树脂上残留的氯甲基和乙二胺反应,制得乙二胺修饰的碱性吸附树脂JL-3,树脂JL-1、JL-2和JL-3树脂内部孔径分布均以中孔为主.以树脂XAD-4为参考对象,研究了树脂对水溶液中苯酚的吸附和脱附性能,研究结果表明,树脂JL-1(321.85 m^(2)/g)、树脂JL-2(397.8 m^(2)/g)和JL-3(313.58 m^(2)/g)对水溶液中苯酚的吸附性能均优于XAD-4(880.0 m^(2)/g).树脂对苯酚的静态吸附动力学更符合准二级吸附动力学方程,树脂JL-1、JL-2和JL-3可以有效吸附水溶液中的苯酚.

磷酸铁合成釜制作安装关键施工技术

磷酸铁是电池正极材料磷酸铁锂的主要原料,目前市场需求量较大,多家新能源企业在投资该产品的生产。合成釜是磷酸铁产品反应合成的核心设备,该设备具有制作工序多、质量要求高、安装在厂房内部就位难度较大等难点。本文通过天安化工有限公司10万t/a电池新材料前驱体磷酸铁项目合成釜制作安装为例,对合成釜在制作安装过程中关键的施工技术进行总结,可供同行参考。

基于半桥结构的双极性脉冲电源的研究

为了满足脉冲电场消融的应用需求,解决单极性脉冲电场分布不均匀的问题,研制了一台基于半桥结构的主电路、具有纳秒级前沿的高重复频率双极性亚微秒高压脉冲电源。该脉冲电源由FPGA提供控制信号,经过驱动芯片放大控制信号后,利用光耦隔离驱动多个SiC MOSFET。驱动电路所需元器件较少,信号控制时序简单,可提供负压偏置,使开关管可靠关断,提高了电路的抗电磁干扰能力,使电源能稳定运行。通过电阻负载实验,对比分析了不同栅极电阻对驱动电压的影响,驱动电压上升沿时间越短对应的双极性高压脉冲前沿越快。实验结果表明:所设计的高频双极性脉冲电源在100Ω纯阻性负载上能够稳定产生重复频率双极性纳秒脉冲,输出电压0~±4 kV可调,脉宽0.2~1.0μs可调,正负脉冲相间延时0~1 ms可调,上升沿和下降沿60~150 ns之间。该双极性脉冲电源电路设计结构紧凑,能满足应用的参数需求。

带反偏置的双路高压脉冲电源的研究

通过调节反向偏置电压可以改善电场渗透对质谱仪的影响,提高质谱仪的分辨率。为了满足质谱仪对脉冲电场的不同要求,提出了一种可以同时输出两路极性相反脉冲电场的脉冲电源,且高压正脉冲叠加幅值可调的直流负偏置电压。该电源只需一个充电源便可以产生正负两路脉冲电场。分析了串联开关同步驱动效果,随后通过增加补偿绕组和并联电阻优化了串联电容的分压不均的问题,并验证一个磁芯加多个副边绕组的方案可进一步降低充电电压不均。最终实现了4个电容器的充电电压与平均电压相差不超过0.1%。搭建了一台4级的电源样机,实验表明,其可以在容性负载上产生一路幅值为0~1.5 kV、脉宽为2~10μs可调的高压正脉冲且叠加幅值为0~-200 V的反向偏置电压,和一路幅值为0~-1.5 kV、脉宽为2~10μs可调的高压负脉冲,频率高达10 kHz,正负脉冲的前沿均小于30 ns,脉冲波形平稳。该脉冲电源结构紧凑,并且输出电压、脉宽、频率均连续可调。

一种紧凑型固态Marx发生器的研究

提出利用P型开关作为充电管、N型开关作为放电管串联形成半桥结构,将其门极也短接,以同一个信号同时驱动充电管和放电管。再利用共原边的串心磁环驱动方案,只需一个半桥电路就可以从原边同时传递驱动功率和信号,同步驱动所有充电管和放电管,大幅简化了脉冲电源结构和尺寸,降低了成本。以此搭建了24级固态Marx发生器,在10 kΩ阻性负载上,获得了10 kV、1 kHz、5μs的高压方波脉冲,验证了方案的可行性,该电源主电路的尺寸仅为20 cm(长)×13 cm(宽)×5.5 cm(高)。

近缘新对虾PCNA基因的克隆及表达分析

增殖细胞核抗原(Proliferating cell nuclear antigen, PCNA)作为DNA聚合酶δ的辅助蛋白,在DNA复制过程中发挥重要作用。近缘新对虾(Metapenaeus affinis)卵巢发育过程中存在细胞增殖活动旺盛的阶段,但目前关于其卵巢发育的分子机制研究较少。利用RACE (Rapid amplification of cDNA ends)技术获得近缘新对虾PCNA (MaPCNA)基因的cDNA序列全长,并通过实时荧光定量PCR (qRT-PCR)对其进行卵巢发育相关的表达分析。MaPCNA全长为1 144 bp,包含140 bp的5’非编码区,221 bp的3’非编码区,开放阅读框(ORF)为783 bp,编码260个氨基酸。MaPCNA蛋白的相对分子质量为28.82 kD,理论等电点为4.5。多重比对分析表明,PCNA氨基酸序列在甲壳动物中较为保守。组织表达结果显示,MaPCNA基因在检测的组织中均有表达,其中在卵巢中的表达量最为显著(P<0.05)。在不同发育阶段的卵巢中,MaPCNA基因的表达出现变化(P<0.05),从Ⅰ期开始逐渐上升,到Ⅲ期表达量最高,之后显著降低并趋于平稳。MaPCNA基因在幼体发育不同时期的表达呈现出一定的规律性趋势,在受精卵时期的表达量最高,之后呈下降趋势,从无节幼体Ⅵ期开始表达平稳。研究结果提示PCNA基因可能在近缘新对虾的卵巢发育过程中发挥重要作用。

具有快前沿的固态Marx电源的研究

纳秒脉冲电场消融要求在100Ω负载上产生数千伏的纳秒脉冲,加快脉冲前沿有利于获得更窄的纳秒脉冲。提出了一种具有快速前沿的固态Marx发生器,在每级电路中插入一个电感,并且让放电管和充电管同时导通数十纳秒,等放电管完全开通后,关断充电管,对负载进行放电,以消除放电管和放电回路杂散电感对脉冲前沿的限制,获得具有快前沿的高压脉冲。搭建了32级Marx样机,实验中通过调节直通时间,在100Ω的低阻负载上获得了电压上升沿35 ns、脉宽800 ns、电流186 A的高压脉冲。对比并分析了充电管和放电管直通时间对上升沿的影响,发现直通时间越长,脉冲电流的前沿越快。输出端的峰值电流最大可达186 A。表明该脉冲电压源可以有效地提高电流的输出,提高系统带载能力。该方案相比于传统的改进方法,提高了系统抗干扰能力的同时,也减少了所使用开关管的数量,降低了脉冲电源的成本。

具有负压关断的MOSFET栅极快速驱动电路设计

设计了一款用于全固态Marx发生器的半导体开关驱动电路。该驱动电路输出侧采用储能电容与P-N双MOSFET管结构,可完成对固态Marx脉冲发生器功率回路开关管快速同步的导通关断控制,并具有死区时间调节与负压关断功能。此外,该驱动电路配合串芯磁环二次侧反向接线方案,可实现用同一信号对功率回路充、放电两路开关管的控制。实验证明,采用该款驱动电路的半桥型全固态Marx脉冲发生器可稳定输出幅值24 kV的脉冲方波,输出脉宽可在300 ns~10μs之间自由调节,上升沿和下降沿均在40 ns以内。

北京牛口峪水库水生生物多样性及环境评价

在2017年和2018年夏秋季,以及2021年夏季,对北京牛口峪水库开展了5次水质状况和浮游生物群落采样调查,旨在为保护水库水生生物多样性和控制水域污染提供科学依据。结果表明,水库氮磷处于较高水平,总氮除2018年夏季为III类标准,其余皆为V类标准及以上;总磷平均为III类标准。加权综合营养指数显示水质总体为轻度富营养状态,污染程度处于轻度污染。浮游植物平均密度为5.35 × 106 ind./L,平均生物量为7.85 mg/L,平均多样性指数为3.60;平均均匀度指数为0.53,以硅藻门和绿藻门为优势,存在潜在的水华暴发风险。浮游动物平均密度为9430 ind/L,生物量平均值为2.61 mg/L,以原生动物和轮虫为优势,平均多样性指数为3.42,平均均匀度指数为0.64,存在小型化的趋势,浮游生物的多样性指数和均匀度指数有所降低。建议加强水质监测和管理,控制氮磷输入,保护生物的多样性和稳定性,实现水资源的可持续利用。

韧性饼干脆性评价方法的研究

为了建立一种客观评价饼干脆性的方法,采用物性仪对饼干进行穿刺实验,优化探头,分析穿刺过程中饼干的破裂状态与空间破裂次数(Nsr)的关系,对不同含水率饼干的穿刺方法、三点弯曲方法和TPA方法进行比较。结果表明:穿刺方法优于三点弯曲和TPA方法,最优的穿刺探头是P0.25S探头;空间破裂次数的计算公式中破裂距离应为力-位移曲线上力降为零所对应的距离;其所得的空间破裂次数与含水率的相关系数(R2)为0.9763,这一指标能够表征饼干的脆性。为韧性饼干脆性评价提供了一种仪器测试方法。

禽蛋大小头自动定向排列系统设计

为了实现包装鲜禽蛋大小头朝向一致,设计了由支撑辊子输送系统、限位导向系统和调速系统组成的禽蛋大小头自动定向排列装置。根据机械传动原理,建立了禽蛋轴向运动和定向翻转运动的设计计算方法,并确定了装置的结构参数。试验表明,禽蛋轴向运动稳定可靠,翻转过程流畅、翻转姿态稳定可靠,禽蛋定向正确率达到100%;装置的单处理通道禽蛋定向速度为0.87～1.22枚/s,额定处理能力(2通道)为7 200枚/h。

禽蛋大小头自动定向排列中轴向运动机理研究

为了探讨禽蛋大小头自动定向排列关键技术的设计计算方法,对禽蛋在输送支撑辊子上的轴向运动进行了动力学和运动规律分析及机理研究,并进行了试验验证。研究表明,禽蛋在输送支撑辊子上的轴向运动符合交错轴摩擦轮传动原理,构建了禽蛋在输送支撑辊子上轴向运动位移的理论计算方法和禽蛋与支撑辊子之间的传动关系模型,建立了禽蛋轴向运动参数测试方法和实际计算方法,洋鸡蛋在输送支撑辊子上的轴向运动实际位移的变化规律与理论计算结果吻合,修正系数为0.55(直径30 mm、中心距57 mm、输送速度57 mm/s)。用交错轴摩擦轮传动原理分析禽蛋在输送支撑辊子上的轴向运动是正确、可行的,为禽蛋大小头自动定向排列装置的设计计算奠定了理论基础。

添加光合细菌对糙海参幼苗培育阶段的影响研究

以受精后24 h孵化出的糙海参(Holothuria scabra)耳状幼体为研究对象,探讨养殖水体不同量光合细菌对糙海参苗期生长、成活、消化道消化酶活性和养殖水体水质变化的影响。试验设4个处理,光合细菌(浓度为1×1011cfu·m L-1)添加量分别是0 m L(组1,对照组)、50 m L(组2)、100 m L(组3)和150 m L(组4),每个处理设3个重复,每个重复放养4×104尾幼体于室内水泥池(5 m×3 m×1.5 m)中,试验周期为41 d。结果表明,添加光合细菌组的糙海参出苗体质量和成活率均显著高于对照组(P<0.05),而组3和组4的体质量和成活率又明显优于组2(P<0.05),组3和组4之间的差异不显著(P>0.05)。添加光合细菌还能不同程度地影响糙海参苗体消化道蛋白酶、淀粉酶和纤维素酶的活性,试验组3种酶的活性均显著高于对照组(P<0.05),而组3和组4的蛋白酶活性和纤维素酶活性显著高于组2(P<0.05),淀粉酶活性在3个试验组之间无显著差异(P>0.05)。在试验第10天后,各试验组氨氮(NH3-N)和亚硝酸盐含量显著低于对照组(P<0.05),在试验第20天后,各试验组化学需氧量(COD)的值显著低于对照组(P<0.05),而总磷(TP)的差异不大(P>0.05)。表明光合细菌可以促进糙海参幼体的生长,提高消化酶活性和成活率,并改良育苗水体水质。

禽蛋基本特性参数分析与试验

为了探讨与禽蛋大小头自动定向排列机理相关的基本特征参数分布和估算模型,测定了禽蛋的几何尺寸、质心位置、体积和质量,研究了禽蛋几何尺寸与体积、质量的关系。结果表明,禽蛋的几何尺寸和质量都呈正态分布;禽蛋质心位于禽蛋长径中点处,相对于长径与短径交点向小头侧偏移3～5 mm,质心位置称重法优于支撑法;用标准椭球体体积计算方法估算的3种禽蛋体积与实测体积相关性均在0.94以上;禽蛋质量与禽蛋估算体积的相关性优于与长径、短径、蛋形指数、禽蛋长径处椭圆面积的三元和一元线性回归,3种禽蛋质量模型的相关系数均在0.95以上。

禽蛋在输送支撑辊上倾角影响因素的理论分析与试验验证

为了阐明禽蛋在输送支撑辊上轴向运动的机理,运用力学原理和几何关系对禽蛋在水平面和两平行等径支撑辊子上平衡时长轴径倾角变化,以及不同辊子直径和辊间中心距对倾角的影响进行了理论分析,并进行了试验验证。揭示了均质蛋形体在平面、两平行等径支撑辊子上平衡时,存在一个"平衡接触圆"且是唯一的,而禽蛋是一个近似"平衡接触圆";建立了不同支撑条件下平衡时"平衡接触圆"倾角分析方法,以及支撑方式和支撑结构参数与倾角的关系;均质蛋形体和禽蛋在平面上平衡时的倾角小于在两平行等径支撑辊子上平衡时的倾角;均质蛋形体和禽蛋在两平行等径支撑辊子上平衡时,倾角与支撑辊子直径(25～50mm)呈线性负相关关系,与支撑辊子中心距(47～67mm)呈线性正相关关系;在相同支撑条件下,倾角取决于禽蛋品种及其长轴径、短轴径、质量和体积等基本特征参数。用"平衡接触圆"法分析不同支撑条件下倾角是准确的、可行的,为分析禽蛋在输送支撑辊上轴向运动提供参考。