铜表面织构密度对铜/碳配副载流摩擦性能的影响

目的碳刷是大型水轮机组、风电、新能源汽车等装备中电机转子供电的唯一通道,在长期服役过程中其碳块磨耗过度,落粉现象严重,探索织构化对铜/碳配副载流性能和摩擦磨损性能的影响,提出改善碳刷服役性能的表面技术。方法在铜环表面制备不同织构密度的圆形微织构,与碳块构成滑动载流摩擦副,研究织构密度对铜/碳配副载流摩擦磨损性能的影响。采用光学显微镜、白光干涉三维形貌仪、扫描电子显微镜等表征手段分析试样的磨损形貌,并通过能谱仪分析铜环表面碳元素分布及含量,揭示织构化对铜/碳配副性能的影响机制。结果当织构密度从0%增至18%时,摩擦跑合时间下降了47.2%,碳块磨损量下降了31.8%,在同等名义接触面积下接触电阻增高了28.7%。结论铜表面织构化有利于收集和储存摩擦过程中产生的碳颗粒,促进碳转移膜的形成,织构密度的增加可有效缩短摩擦跑合时间、降低碳磨损率。由于织构化破坏了铜表面的连续性,且碳转移膜的导电性弱于铜,因此织构密度的增加导致接触电阻升高。铜表面织构化对于提高碳刷磨损寿命、减少落粉量有一定效果。

大气及真空环境下电流对柔性环滚动载流摩擦性能的影响

使用外滚道、柔性环和内滚道构成滚动载流摩擦副,对比研究了大气及真空(1×10-3Pa)环境下电流对柔性环滚动载流摩擦磨损性能的影响.随着电流从0 A增至20 A,电致黏着导致摩擦力随电流增大而增大.大气环境下氧化作用可促进摩擦表面材料剥落,导致磨痕宽度更大,进而导致大气摩擦力更高,表层塑性变形更严重.真空环境下氧化磨损被抑制,接触表面材料剥落和塑性变形相对较轻.电流从0 A增加至20 A,大气磨损面O与Cu原子比从0.379 7减少至0.144 3,真空磨损面O与Cu原子比从0.093 9减少至0.029 9.硬度测试显示:在塑性硬化和电致软化共同影响下,摩擦表层硬度随电流的增大先增加后降低,硬度最高点对应的电流为5 A,真空下电致软化效果更明显.

打印微结构对表面电荷积聚特性的影响

航天器等真空设备面临着高电压、小型化的发展需求,但其中的固体-真空绝缘界面容易发生真空沿面闪络。为了提升真空绝缘的沿面耐电性能,通过3D打印技术在绝缘介质表面构建了微刻槽和打印金属两种微结构,并通过电荷积聚实验研究发现了打印微结构能有效抑制表面电荷积聚过程;同时,改变微刻槽数量以及金属的宽度和数量,进一步通过实验对比研究了参数不同时的情况,发现增加微结构的数量和宽度均有利于提升其对电荷积聚的抑制效果;最后,构建真空沿面闪络粒子仿真模型,通过研究电子运动和二次电子崩的发展,并结合实验结果发现微结构能够散射电子,从而产生抑制电荷积聚、提升沿面耐电强度的效果。

航天器用回转支撑机构设计优化及试验验证

本文结合国内空间站对日定向驱动机构所采用的回转支撑机构方案,重点围绕滚轮-导轨运动副接触形式,分析了圆柱形滚轮外形方案所存在的“滚中带滑”情况,针对性地开展了滚轮外形结构设计优化,提出了圆锥形设计改进方案。为了验证该方案的设计正确性、工程可行性以及改进有效性,计算了改进方案的运动副滚滑比,评估了零件加工精度、产品装配偏差以及空间温度环境等对滚滑比的影响,分析了改进方案对机械接口和载荷条件的影响,开展了真空寿命试验。结果表明:改进方案能够实现在理论上滚轮-导轨运动副为纯滚动运动,对零件加工精度、产品装配偏差以及空间温度环境有较好的容差性和适应性,并且对机械接口和载荷条件无影响,能够有效改善滚轮-导轨运动副接触状态,延长寿命,满足使用需求。

一种壁面牵引移动式玻璃幕墙清洗机器人

提出了一种新颖的平面玻璃幕墙清洗机器人结构设计原则,据此设计了2个自身无行走机构并依靠壁面牵引移动的清洗机器人系统.机器人吸附在壁面上,在楼顶卷扬机的牵引作用下依靠自身重力沿壁面下滑,同时完成清洗作业,并通过双负压吸盘的交替吸附跨越突起的水平窗框障碍.为提高机器人的工作能力,进行了作业安全分析,并研究了吸盘吸附力的调整控制方法.现场试验表明机器人能有效完成幕墙清洗任务,具有机构简单、效率高、成本低、清洗效果好的特点.

一种在驱动轮打滑情况下爬壁机器人动力学建模方法

分析了轮式爬壁机器人(WWCR)在壁面作业容易发生打滑的原因,在建立其理想纯滚动假设条件下的动力学模型基础上,基于车辆动力学理论,引入单个驱动轮的动力学方程,提出了一种在驱动轮打滑情况下WWCR的动力学建模方法.仿真算例表明,吸盘吸附力和壁面附着系数对WWCR运动轨迹影响非常大;在复杂的壁面环境下,可通过对吸盘吸附力和驱动轮力矩的协调控制,合理调节轮子的打滑程度,获得尽可能大的附着系数,并弥补打滑造成的运动轨迹偏移,从而获得良好的壁面运动性能.该建模方法为WWCR在打滑情况下的运动控制和路径规划提供了理论研究基础.

玻璃幕墙清洗机器人壁面适应能力分析

针对一种负压吸盘式玻璃幕墙清洗机器人的壁面适应能力进行了分析.根据机器人在壁面上实现吸附、移动作业的工作原理,得到了吸盘吸附力的临界条件.基于流体力学理论,通过实验方法绘制了电风机吸盘系统的工作特性曲线.建立了吸盘系统流体模型,得到了吸盘内负压受外部扰动时的等效电路,并根据负压动态响应分析了吸盘结构参数对其吸附特性的影响关系.建立了控制系统模型,并设计了负压闭环控制系统.现场试验结果表明,机器人能稳定工作,壁面适应能力较好.

基于变质量系统力学理论的爬壁机器人动力学分析

一类工作在高空危险环境下的爬壁机器人,自身拖曳的电缆或携带的作业原料(如清洗液、油漆等)的质量随着作业高度和进度可能发生变化,势必会影响机器人的壁面牵引驱动能力,而牵引能力决定了机器人的运动能力和工作可靠性.基于变质量系统力学理论,将这一类爬壁机器人系统看作变质量物体.首先,针对质点动力学的两类基本问题,利用变质量牛顿力学原理建立其动力学模型;进一步针对轮式爬壁机器人,建立了非完整约束条件下的变质量系统分析动力学模型.仿真分析表明,将这一类在高空作业的爬壁机器人作为变质量物体进行动力学分析是合理和必要的,为提高其壁面工作能力和适应性提供了一种新的研究思路.

垂直循环立体停车库单片机控制系统的设计

设计了一种垂直循环立体停车库单片机控制系统。介绍了垂直循环立体停车库的工作原理及其单片机控制系统的软。

具有双负压吸盘的爬壁机器人吸附特性

介绍了一种双负压吸盘式爬壁机器人吸附机构,分析了机器人可靠吸附于垂直壁面的基本吸附条件.基于流体网络理论建立了吸盘模型并得到吸盘在风机突然启动、机器人遇障碍以及风机突然关闭三种情况下的等效电路.通过对等效电路的分析得到吸盘内负压动态响应曲线,进而得到了流阻、流容等吸盘结构参数对吸盘腔内负压的影响关系.最后通过试验和仿真进行了验证.

具有双负压吸盘的爬壁机器人吸附特性

介绍了一种双负压吸盘式爬壁机器人吸附机构，分析了机器人可靠吸附于垂直壁面的基本吸附力条件．基于流体网络理论建立了吸盘模型并得到吸盘在风机突然启动、机器人遇障碍以及风机突然关闭三种情况下的等效电路．通过对等效电路的分析得到吸盘内负压动态响应曲线与流阻、流容的影响，进而得到了吸盘机构参数对吸盘腔内负压的影响关系．最后通过试验和仿真进行了验证．

一种双负压吸盘壁面清洗机器人及其控制系统研究

介绍了一种壁面适应性较强,能跨越水平窗框类障碍的双吸盘吸附式玻璃壁面清洗机器人系统,对其控制系统进行了研究,并对机器人的越障过程进行了分析。试验表明,该清洗机器人机构简单、控制可靠、清洗效果好,具有一定推广价值。

大型对日定向装置大开口复合材料主承力架传力设计及验证

根据大型对日定向装置的结构特点和受力特性,调整传力结构,充分利用纤维增强复合材料结构的可设计性,开展优化设计。在保证高刚度和轻量化的同时,克服结构大开口带来的承载能力不足,设计出结构质量与承载比仅为5.2%,集舱段和壳体功能于一体的大型对日定向装置复合材料主承力架结构。建立有限元模型,分别采用Tsai-Wu和最大应变2种纤维增强复合材料的强度失效准则,对其进行校核。开展静力试验,采集应变等信息,与有限元仿真分析结果展开对比。结果表明:其整体趋势一致,顺利通过试验考核。

实验舱α对日定向装置长寿命润滑技术研究

针对空间站实验舱α对日定向装置活动部件润滑方案,研究了MoS2基润滑润滑膜、PM6润滑润滑膜和Au-TiN润滑膜摩擦学特性,并通过原子氧侵蚀试验验证MoS2基润滑膜耐受空间环境原子氧的性能。开展固体润滑膜涂覆真空润滑油脂的摩擦验证试验,探究固液混合下固体润滑膜的物理特性。采用等效真实产品状态寿命件,完成润滑膜真空寿命试验,验证长寿命润滑技术,对后续长寿命航天器的设计具有指导和借鉴意义。

空间站新型渐开弧面齿轮传动理论及试验研究

针对因空间站大型对日定向装置传动末端齿轮副尺寸大导致的中心距偏移及倾斜偏差问题,提出具有中心距可分性的新型渐开弧面齿轮,具备中心距补偿能力,有效解决末端齿轮传动中心距偏差问题;依据对末端传动指标要求及约束条件,采用渐开弧面齿轮传动技术对齿轮副进行设计、强度校核及仿真分析;设计并开展等比例方案下多套产品研制及多轮次齿轮副寿命试验研究工作,测试传动效率并观察齿轮齿面状态,以验证新型齿轮传动的中心距补偿能力及可行性。研究内容为大型传动机构齿轮副方案设计奠定基础,并为新型渐开弧面齿轮的研制提供参考。

基于双四杆机构的可重复自动锁紧解锁装置

针对梦天实验舱对接、转位等工况,对日定向转动关节在轨多次锁紧解锁的需求,采用双四杆机构、自适应末端效应器等,设计一款可重复自动锁紧解锁装置。为了验证该锁紧解锁装置,利用研制产品,展开真空高温、真空低温、大气环境等多种状态下的锁紧解锁试验。结果表明:该机构可实现多种状态下的可重复自动锁紧解锁功能;在28 V直流工作电压下,锁紧动作执行时间为17.09~17.15 s,解锁动作执行时间为16.51~16.89 s。该机构具有高可靠、全角度、在轨可重复锁紧解锁等优点,在航天器锁紧解锁方面具有较大的工程应用潜力。

爬壁机器人滑动式负压吸盘吸附特性的实验研究

针对一种带有滑动式负压吸盘爬壁机器人的吸附特性进行了试验研究,通过测试吸盘在风机突然开启、突然关闭以及遭遇壁面缝隙发生泄漏3种情况下的负压响应曲线,分析并绘制了风机吸盘系统的工作特性曲线,建立了吸盘内负压模糊控制系统,为吸盘的结构设计和负压控制提供了依据。

一种能跨越水平窗框障碍的玻璃幕墙清洗机器人的设计

介绍了一种壁面适应性较强,能跨越水平窗框障碍的多吸盘吸附式玻璃壁面清洗机器人系统,并对其控制系统进行了研究。机器人在楼顶卷扬机的牵引作用下依靠自身重力沿壁面下滑完成清洗作业,通过多负压吸盘的交替吸附达到跨越水平窗框障碍的目的,并提出了理想密封系统的模型。

星载天线指向机构指向精度及速度稳定度的测量

以星载天线指向机构为研究对象,分析了以往测量方法的不足,提出了一种非接触式测量方法,解决了传统测量方法中部分机构指向精度和速度稳定度测量困难的问题,为星载机构精度测量添加了一种新的测量手段,同时以某一星载天线指向机构为例进行了实测和数据分析,结果表明该方法简单有效。

二轴导引头视线指向回路的鲁棒性设计

以Yaw-pitch型导引头为研究对象,提出了一种具有鲁棒性的视线指向回路设计方法.根据各框架的动力学方程,建立了描述视线动态特性的微分方程,分析了干扰力矩、非线性和结构耦合等因素对框架结构运动与动力学特性的影响,对由基座角运动所致结构参数的摄动进行了定量估计,采用H∞稳定性理论设计了视线姿态的伺服控制器.仿真结果表明,所设计的回路对系统的不确定性、非线性和外界干扰力矩等因素具有较强的鲁棒性.