仿生机器鱼步态控制及闭环运动控制方法综述

鱼类所具有的推进效率高、机动性强、环境扰动小等优点引发了国内外学者对仿生机器鱼的研究。底层步态控制方法和闭环运动控制方法是当前机器鱼控制研究的两大热点。按照推进模式的分类方法概述各类机器鱼的样机研制情况以及其性能优劣,介绍机器鱼的推进机理及其水动力学研究进展,进而重点探讨轨迹逼近方法和中枢模式发生器这2种底层步态控制思路,综述机器鱼的典型闭环运动控制方法。中枢模式发生器具有更强的灵活性、稳定性和可操作性,易于引入反馈项而实现闭环控制,在机器鱼底层步态控制中占主导地位。针对机器鱼的显著特点改进后的基于学习的控制方法与多种方法相结合后的混合控制方法具有更为广阔的发展前景,符合仿生机器鱼智能化的发展方向。根据工作条件和运动要求建立合理的步态控制系统以及准确高效的闭环运动控制系统可提高机器鱼的整体性能。

摆式振荡水翼的水动力性能分析

基于传统振荡水翼运动模型提出一种适用于垂直轴振荡水翼潮流能发电装置的摆式运动模型，并建立相应的数学模型。利用流体动力学软件Fluent软件建立该运动模型的网格模型，分析翼型NACA0015在不同运动参数下的水动力性能及能量捕获效率，并从水翼在运动过程中攻角的变化和漩涡结构方面分析振荡频率和俯仰振幅对水翼水动力性能的影响。结果表明，在小的振荡频率下，水翼的升沉振幅是影响能量提取效率的主要因素，随着频率的增加，升沉振幅对能量提取效率的影响减弱；在较大的频率下，俯仰振幅对水翼能量提取效率的影响更为明显。在适当的运动参数下，水流动能转化为水翼动能的效率可达30％。

基于平行式振荡翼系统参数耦合分析

采用ANSYS Fluent求解绕二维双振荡翼非定常、不可压缩Navier-Stokes方程,分析水平布置的双水翼捕能系统.为了提高系统的捕能效率及稳定性,通过建立双水翼振荡系统数值及网格模型,综合分析翼型、运动参数(升沉运动参数和俯仰运动参数)以及折算频率对水翼水动力特性及捕能性能的耦合影响,从水翼在运动过程中攻角的变化和漩涡结构方面分析影响系统水动力特性的机理.结果表明:翼型对水翼捕能特性的影响较小;在较小的折算频率下,升沉振幅是影响能量提取效率的主要因素;随着折算频率的增加,升沉振幅对能量提取效率的影响逐渐减弱;在较大的折算频率下,俯仰振幅对能量提取效率的影响更大.在给定的参数条件下,水翼的捕能效率可达43.18%.

基于虚拟材料模型的螺栓松动预测研究

螺栓连接在风力发电机等复杂装备中得到了广泛应用。设备的工作载荷及机械振动会引起螺栓松动,导致螺栓连接失效,严重影响设备的正常运行。为此,以海上风力发电机塔筒连接螺栓为研究对象,建立了螺栓结合面连接刚度模型,进行了塔筒法兰连接螺栓的松动状态预测研究。首先,建立了螺栓结合面刚度,通过虚拟材料模型对其进行了表征,探究了预紧力对虚拟材料层模型的影响特性,为有限元模型提供了参数;然后,通过力锤实验,并结合实测数据建立了高精度的有限元模型;最后,通过法兰连接件的前10阶扭转、弯曲固有频率,以任意两阶模态的频率变化平方比、预紧力变化前后频率相对变化比分别作为螺栓定位、定量指标,进行了螺栓松动预测。研究结果表明:随着预紧力的增加,固有频率呈现逐渐增大的趋势,但灵敏度稍有下降;通过对螺栓松动测试结果的统计可得,螺栓松动定位识别精度达到95.24%;单、多螺栓预紧力下降程度定量精度分别为93.4%、90.2%;基于虚拟材料模型的螺栓松动预测方法具备精度高、通用性强的特点,可为螺栓连接的数字孪生实时监测提供重要参考。

Savonius式水轮机水动力学性能

为了研究S式水轮机水动力学性能,利用流体动力学软件建立S式水轮机的网格模型,分析流场特性,对S式水轮机在不同叶尖速比与重叠比的水动力学及能量提取性能进行研究.结果表明:S式水轮机在运动过程中存在负力矩情况,这是造成功率系数较低的主要原因.S式水轮机适合在低叶尖速比下工作,且力矩系数随着叶尖速比的增大而减小,存在一个最优叶尖速比使水轮机的功率系数达到最大,重叠比能减少甚至消除负力矩情况,改善水轮机的水动力学性能.在研究参数范围内,重叠比在0.15附近时,S式水轮机综合性能最优,功率系数可以达到最大值0.256.

煤矿企业开展QC小组活动存在问题探析

本文结合QC小组活动在新桥煤矿的开展情况分析了QC小组活动中存在的主要问题,同时针对问题提出了改进意见,以求促进QC小组活动在煤炭企业获得更加持久的生命力和发挥更大的作用。

非对称翼垂直轴水轮机水动力性能研究

为了研究非对称翼垂直轴水轮机的水动力性能,利用Fluent软件建立水轮机的二维模型,分析采用不同拱度非对称翼的垂直轴水轮机在不同叶尖速比下的水动力性能、能量提取性能以及非对称翼的安装位置对水轮机性能的影响,并与对称翼垂直轴水轮机的性能进行对比。研究结果表明:与对称翼垂直轴水轮机相比,非对称翼垂直轴水轮机在较低和较高叶尖速比区间具有更高的能量提取效率,但在中等叶尖速比区间,即水轮机最佳工作区间,采用非对称翼会导致能量提取性能下降;增大水翼的拱度,能有效减小水翼受力波动幅度,有利于提高水轮机的疲劳寿命;非对称翼的安装位置为0.7c时,非对称翼垂直轴水轮机的能量提取性能最佳。

水翼振荡运动捕获潮流能的机理研究

为了揭示水翼发生振荡运动而捕获潮流能的机理,根据流体力学的基本理论,建立水翼振荡运动的模型.利用商用软件ANSYS Fluent对水翼的运动过程进行数值模拟,分析水翼运动对周围流场的影响,讨论水翼的运动参量、尺度参数等对水翼的水动力特性和能量捕获性能的影响规律,获得水翼在流体作用下的动力响应特性.结果表明:水翼的捕能总效率随运动参量变化的过程存在拐点,将水翼的运行参数设置在最高效率点对应的参数下,能够减小瞬时升力系数、瞬时阻力系数、瞬时功率系数各系数曲线的振荡突变现象,但该参数设置下的水翼功率输出未必能够达到最大;升沉运动捕获的能量与水翼厚度呈正相关,俯仰运动捕获的能量与水翼厚度呈负相关;水翼几何参数对水翼工作性能的影响程度与流体黏性的影响密切相关.

振荡翼在非均匀流中的能量提取性能分析

为了解振荡翼在非均匀流场中的能量提取性能,利用Fluent求解非均匀流场中的绕二维振荡翼非定常、不可压缩Navier-Stokes方程。通过分析不同最大攻角（αmax）及相应运动参数在非均匀流场的能量提取及水动力性能发现：与均匀流相比,流速在垂直方向非均匀分布使水翼升力系数在一个周期的平均值提高,从而可改善水翼的能量提取性能。当水翼表面存在旋涡时,非均匀流影响旋涡的结构,使水翼的转矩系数出现较大差异。在最大攻角接近水翼的失速角（30°附近）时,非均匀流使水翼的时均功率系数提高,振荡频率越高,时均功率系数提高越明显。与流速在垂直方向的非均匀分布相比,流速在水平方向的随时间的波动造成水翼的水动力性能及能量提取性能有较大的波动。

控制阀的流量自感知及其在外泄漏自感知中应用

控制阀的外泄漏会造成物料损失,污染环境,甚至还会造成严重事故。利用控制阀外部的传感器以测量外泄漏的传统方法效率较低,属于事后检测,使外泄漏事故得不到及时处理。为了实现控制阀外泄漏的快速自动检测,作者提出一种便于在工业现场实施的基于控制阀流量自感知的外泄漏检测方法。根据被控流体压力、控制阀开度等数据,建立控制阀的流量自感知模型,使控制阀具有流量自感知的能力。如果没有外泄漏,则由控制阀入口流进的流体质量和由出口流出的流体质量应该相等。如果控制阀发生外泄漏,则由控制阀入口流进的流体质量和由控制阀出口流出的流体质量不相等,同时由于控制阀出口的流体质量减小,导致控制阀出口的压力等参数发生变化。为了恢复泄漏前的稳态,闭环控制器向控制阀驱动器发出调节指令,增大阀门的开度,增加控制阀入口流量,以抵消外泄漏造成的影响。在相同的开度增量条件下,外泄漏引起的流量增量与正常操作所引起的不同。在实施控制阀的泄漏自感之前,根据平时正常的工况,预先确定各开度条件下的质量流量的名义最大值。根据流量自感知模型的质量流量变化率和名义最大值,阀门控制器内嵌的泄漏诊断程序可实现外泄漏的自诊断,并发出外泄漏故障信号。此外,带流量自感知模型的控制阀能当流量计用,可省掉管路中的流量测量设备。研究结果证明了所提出的外泄漏自感知方法的有效性。

矿井斜巷运输分体式地辊托架的研制

介绍研制的矿井斜巷运输分体式地辊托架的基本结构和安装使用方法，阐明其使用特点与效果。实践证明：斜巷运输分体式地辊托架产生了明显的安全和经济效益。

矿井主排水泵中段拆卸装置的研制

分析了新桥煤矿主排水泵中段部分的结构,叙述了中段部分拆卸装置的研制和使用情况。

喷射机上料除尘装置研制及关键技术研究

针对潮式喷浆机上料高度大、产尘浓度高的不足,研制了喷射机上料除尘装置,重点对装置中刮板输送机、控尘装置及除尘装置的结构进行研究和优化。通过刮板输送机降低喷射机上料高度的同时,利用有效控尘和高效除尘技术对喷射机工作期间的粉尘浓度进行治理。现场应用证明:使用喷射机上料除尘装置后喷射机机身粉尘浓度降到4.5 mg/m3,总粉尘降尘效率达到98.5%,同时降低了工人作业强度。

近风化带泥岩顶板回采巷道锚网(索)支护技术

隐伏型煤田风氧化带岩层裂隙发育,岩体强度低,靠近风氧化带掘进巷道支护困难。本文在分析新桥矿南一采区2107工作面回风平巷靠近风氧化带掘进时围岩变形特征及其影响因素的基础上,根据风氧化带区域传递水平力较差的特点,利用数值模拟分析了不同水平应力作用下巷道围岩塑性区特征,提出了巷道支护对策和巷道支护新方案。并利用数值模拟分析了新、旧支护方案的围岩应力特征以及围岩塑性区分布,现场应用效果良好。

分度圆裂纹齿轮啮合刚度计算及啮合动态特性分析

为了探究分度圆裂纹对齿轮传动系统产生的影响,利用改进能量法计算分度圆裂纹齿轮的啮合刚度,结合动力学模型对齿轮传动系统进行了动态特性分析。首先,将齿轮的齿根圆视为悬臂梁起点,把分度圆裂纹按照其齿廓投影位置分为了3种情况;然后,利用改进能量法理论计算了不同裂纹情况下的齿轮啮合刚度;最后,在啮合刚度的基础上,建立了齿轮系统的六自由度动力学模型,分析了不同裂纹情况下的齿轮系统的动态特性。仿真结果表明:相比于正常齿轮,分度圆裂纹为2.5 mm时,齿轮的啮合刚度最多下降14.3%,传递误差最多升高12.2%,齿间啮合力最多下降3.6%,啮合摩擦力最多下降14.8%;随着裂纹长度增大,齿轮啮合刚度逐渐降低,传递误差随之增大,齿间啮合力和啮合摩擦力逐渐降低。研究结果表明:由于裂纹的影响,齿轮传动系统会受到周期性冲击。

高应力软岩巷道断面优化设计及应用研究

针对2105胶带巷车场高应力软岩巷道开口施工期间巷道所受应力大、围岩变形量大、支护困难等问题,通过理论分析、数值模拟、现场实测的研究方法,对开口处巷道断面进行局部优化,提出了开口巷道＂小断面开口,大断面掘进＂的施工方案。通过分析可知,优化后巷道所受的最高地应力降低30%~50%。工程实践表明,掘进施工过程中,顶板下沉量32 mm,两帮移近量累计43 mm,优化后巷道支护效果良好。

振荡翼改进模型的水动力性能分析

为了改善水翼的水动力性能,提高振荡翼的能量转化效率,基于传统运动模型提出了改进模型.利用Fluent建立了翼型的网格模型,并从水翼在运动过程中攻角(AOA)的变化及漩涡结构等方面分析了改进模型在不同运动参数下的水动力性能及能量转化效率.结果表明:改进模型在较长时间段内维持较大的升力系数,提高了水翼的水动力转化效率.与传统运动模型相比,在相同的最大攻角下,提出的改进模型有更好的水动力性能,且其能量转化效率超过40%.