旅客地道下穿陇海铁路钢便梁架空体系转换关键技术研究

随着部分站房和站场的规模或标准已不满足铁路高质量发展的需求,对其扩能改造势在必行。对于现有的线路架空技术,采用人工挖孔桩施工的方式架空线路,劳动强度大、施工速度慢,且安全性较差,尤其在特定地质条件下可能产生诸多问题。以开封站改造工程旅客地道下穿陇海铁路的情况为案例,应对工期紧、汛期高温、施工区域水位高、施工场地狭小、易坍塌等不利条件,通过采用钢便梁进行二次架空体系转换的关键施工技术,总结出小架空拉槽提供股道下方工作面,改造钻孔桩钻机代替人工挖孔桩,以及采用桩板墙结构确保大架空支撑体系稳定性的施工方案,在充分保障铁路运行安全的前提下,探索、解决黄泛区地质区段下穿铁路营业线的施工难点和控制要点,可为类似项目提供参考。

基于气隙缺陷场强分布的绝缘子优化研究

某型号GIS刀闸转轴绝缘子发生放电故障,推测其原因为绝缘子内部出现气隙而导致绝缘劣化。对绝缘子进行优化,并对优化前、后绝缘子中同一形状气隙位于绝缘子不同位置对绝缘子场强分布的影响进行分析,结果显示,当气隙位于电极与树脂交界面和绝缘子中间部位时,对绝缘子场强分布影响较大。对优化后的绝缘子进行了温度、机械-电场老化试验,并通过了工频、雷电冲击试验和工业CT检测的验证。

基于GA-BP神经网络和改进粒子群算法的碰撞射流和冷却顶板复合空调系统优化

对碰撞射流和辐射顶板(IJV/RC)复合空调在不同室内负荷条件下运行时的室内热环境进行数值模拟,基于遗传算法-反馈(GA-BP)神经网络建立运行性能(吹风感R_(PD),头足温差Δt,空气交换效率e ACE,工作区平均温度t_(a))与设计变量(送风温度t_(s)、送风速度v_(s)、冷却顶板内表面温度t_(c)、房间负荷Q_(c))之间的预测模型,通过相关性分析确定设计变量对运行性能影响的显著性并排序。结果表明,增大v_(s)可使Δt降低,但R_(PD)增大;增大t_(c)有助于降低Δt和R_(PD),但t_(a)升高;为使t_(a)下降,可通过降低t_(s)来实现,但室内空气质量变差。为确保IJV/RC复合空调能在保证室内热舒适的同时提供良好室内空气品质,利用改进粒子群算法对复合空调的运行性能进行多目标同时优化,建立不同房间负荷条件下的设计参量最优匹配关系。研究结果可为IJV/RC复合空调的优化设计和运行控制提供理论指导。

激光-MIG复合角焊缝成形工艺研究

目前,复合焊接技术研究多关注于薄板拼接焊,角焊缝焊接仍采用单热源,焊缝成形效果差。针对8 mm厚的Q235低碳钢板角焊缝,研究了激光-MIG复合焊接时,各工艺参数对角焊缝成形尺寸及熔池状态的影响。结果表明:MIG弧焊熔池飞溅较大,焊缝熔深、熔宽均较小,加入激光热源后,激光对电弧有一定的稳定作用,熔深、熔宽均增大,余高减小。弧焊熔池尺寸随电流增大而增大,当激光熔池与弧焊熔池耦合较好时,有利于稳定熔池、减少飞溅;随热源间距增大,熔滴不再滴入激光作用区,耦合作用下降;随焊接速度提升,热源在单位长度焊缝作用时间变短,熔深、熔宽下降。当激光功率为1.5 kW,焊接电流为220 A,热源间距为2 mm,焊接速度为600 mm/min时,弧焊熔池与激光熔池耦合好,熔池最为稳定,焊缝成形最佳。

基于实例分割的大场景下茶叶嫩芽轮廓提取与采摘点定位

为了解决野外大场景下茶叶嫩芽识别与采摘点精确定位问题,提出了一种基于实例分割的Yolov5s-segment改进算法。该算法首先引入P2微小目标检测层,解决原始Yolov5s-segment网络P3、P4、P5检测层对于小目标检测能力不佳的问题。其次,在主干网络末端增加CBAM(convolutional block attention module)注意力机制模块,提升模型的抗干扰能力,实现野外自然光照环境下茶叶嫩芽轮廓特征提取。最后,根据嫩芽轮廓特征进行采摘点精确定位。研究结果表明,相较于原始Yolov5s-segment模型,改进模型的精确度、召回率、F1分数、平均精度均值mAP50和mAP50-95分别提升了7.0、8.9、8.1、8.3、7.3个百分点。使用该方法可以准确提取大场景下的单芽、一芽一叶、一芽两叶三种类型茶叶嫩芽轮廓,并且实现采摘点的精确定位。研究结果为名优茶智能化快速采摘提供了一定的理论基础。

激光点焊等离子体光信号同轴监测及其特性分析

激光焊接时产生的等离子体包含了许多可以反映焊接质量的相关信息。通过光电传感器采集等离子体的光信号可以有效监控激光焊接质量。本文搭建了激光点焊等离子体光信号的同轴监测系统,并对激光点焊过程中采集的光信号进行了短时能量分析。试验结果表明,在焊接起始阶段,工件表面对激光有较强的反射作用。当母材形成熔池以后,等离子体浓度逐渐增加,焊接过程趋于稳定,此时等离子体的光信号强度达到最大。随着焊接时间的增加,熔池发生塌陷,等离子体的稳定性变差,光信号的强度变弱且波动变大。工件被焊穿的瞬间,等离子体光信号强度明显减小。

U形板焊接机器人设计与运动仿真

针对船舱狭小空间U形板角焊缝焊接工况,设计了一款类轨道悬挂式移动焊接机器人。该焊接机器人由移动机器人本体、两自由度机械臂及焊炬组成,三自由度实现焊接位置调节。首先,介绍了焊接机器人的结构设计;其次,分析了U形板最小转弯半径与机器人各变量之间的参数关系,确保转弯要求;最后,利用ADAMS仿真机器人移动过程,研究多个变量对焊炬末端在Y、Z方向偏移及振动的影响。结果表明:移动过程中,焊炬在机器人中间时的焊接轨迹最易控制;夹紧轮Z向位置为24.25mm,移动过程中Z方向偏移稳定,Y、Z方向振动微小;满足结构安装前提下,应选择刚度较大的弹簧;弹簧预紧力为20N时,Y、Z方向偏移、振动均得到较大改善。

基于电弧声能量特征的焊缝位置检测方法研究

提出了一种磁场激励下基于电弧声短时能量的焊缝位置检测新方法。设计了一个磁控声学传感器,利用纵向磁场激励焊接电弧声以提升电弧声能量,根据焊枪位置发生偏差时声传感器在两个传声通道接收到的电弧声信号短时能量差异原理来检测焊缝位置。对传感器做声学仿真表明,在3700 Hz附近传感器声学响应效果较好。进行了搭接焊实验并采集焊枪不同位置的电弧声信号,带通滤波处理后得到3700 Hz附近的声信号,分析不同位置两通道的电弧声短时能量并计算两通道电弧声短时能量差来检测焊缝位置。结果表明,电弧声短时能量差值能够准确地反映焊枪的偏差情况,验证了所设计的传感器在焊缝位置检测方面的可行性。

船舱格子型角焊缝移动焊接机器人系统设计

针对大型船舱格子型角焊缝空间狭小,大型自动化设备与工人难以高质量完成焊接作业的现状,设计了一种可进行连贯直角角焊缝焊接的移动焊接机器人系统。该机器人由机械结构与电路控制系统组成,其中机械结构包括双轴后驱车体、可伸缩接触式传感器、机器人升降旋转复合机构、焊枪位姿调整机构;电控系统硬件包括PLC控制器、行程限位开关、步进电机与配套驱动器、直流减速电机和配套的运动状态调控板。另外,还建立了机器人在直角段角焊缝焊接过程的运动学模型,获取了该段焊缝在均分为10段后每段焊枪的伸缩速度与机器人旋转角速度的数值,为直角型角焊缝焊接的跟踪控制过程提供了PLC编程的数据基础;并基于可伸缩接触式传感器,实现了直线型角焊缝的路径跟踪。实验证明,该机器人能实现小空间直角型角焊缝与直线型角焊缝的连贯焊接,焊缝成型质量好,无焊穿、气孔、焊瘤、咬边、裂纹等不良状况。

基于焊枪摆动和电弧旋转的对接焊缝偏差识别

针对坡口宽度不一的对接焊缝难以实现焊缝偏差识别及自动焊接的难题,提出焊枪摆动和旋转电弧复合的焊缝偏差识别方法。研究对接焊缝在不同焊枪偏差情况下的焊接电流信号,采集电流信号并进行时频分析以选择合适的滤波方法,进行软阈值小波为核心的组合滤波,对滤波去噪后的电流信号作短时能量处理和偏差算法计算。实现焊枪的到边检测与焊缝偏差识别,且偏差结果与设定的焊枪偏差值基本相同,验证整个焊缝偏差识别方法的准确性。

TC4钛合金激光扫描焊接金属蒸气形态及其光谱特性研究

目的 钛合金激光焊接时会产生大量等离子体/金属蒸气,等离子体/金属蒸气中包含了大量的焊接信息,通过研究这些信息与焊接状态的关系,可以实现焊接状态的实时反馈与调整,为焊接自动化提供了基础。方法 以TC4钛合金为实验对象,加入激光扫描焊接工艺方法;通过高速摄像与光谱采集的方式对焊接过程中的金属蒸汽形态以及光谱变化规律进行了研究。结果 试验结果表明:在点焊时加入扫描以后,等离子体/金属蒸气的摆动幅度减小,小孔效应减弱,焊接的稳定性得以提高;在移动焊接时,在不加扫描时,激光功率的提升以及焊接速度的减慢均会对使光谱强度得到显著的升高,而加入扫描以后,激光功率的提升以及焊接速度的减慢对光谱强度的影响变得很小,光谱强度并没有显著提升。结论 在点焊过程中扫描的加入会使等离子体摆动幅度减小,焊接的稳定性得到提高。在移动焊接过程中加入扫描,可以对光谱强度产生抑制,同样使得焊接的稳定性得以提高。

碳纤维复合材料超声振动磨削制孔试验研究

针对碳纤维复合材料在传统钻削过程中存在钻削轴向力过大和制孔质量差的问题,笔者提出了超声振动辅助磨削制孔工艺。该工艺在制孔时磨头既绕自身轴线自转又绕孔中心轴线做圆锥摆动公转,同时在磨头轴向施加超声振动;分析了制孔工艺下刀具的运动轨迹,研究了制孔工艺过程中的切削力、切削温度的变化情况;利用扫描电镜对孔出入口处的加工质量进行观测分析。结果表明:超声振动辅助磨削制孔能有效降低制孔轴向力和切削温度;制孔出口处的纤维撕裂、分层和毛刺等缺陷显著减少,孔壁表面也未出现明显的纤维拔出现象。超声振动辅助磨削制孔工艺为碳纤维复合材料的高质量制孔提供了一种新方案。

轮式机器人折线焊缝跟踪协调控制方法

研究了以旋转电弧作为传感器,采用轮式移动机器人对折线焊缝进行跟踪的协调控制方法。设计了自适应模糊控制器对十字滑块和车轮进行协调控制,通过控制机器人移动对焊缝进行粗略跟踪,同时调整十字滑块带动焊枪对焊缝进行精确跟踪。为了使机器人的移动方向与焊缝走向一致,采用Sugeno型模糊逻辑系统作为滤波器对机器人本体的方位角偏差进行滤波处理,使机器人本体在跟踪焊缝的直线段时做直线运动,在跟踪焊缝的曲线段时做转弯运动。结果表明,该算法能够成功应用于最大为60°的折线焊缝和Z形焊缝的自动跟踪焊接。

轮式移动焊接机器人弯曲焊缝跟踪控制

针对轮式移动焊接机器人在造船、大型球罐焊接等工业生产中的弯曲焊缝跟踪问题,建立了机器人的数学模型.采用积分Backstepping时变状态反馈方法设计了控制器,并利用李亚普诺夫方法证明了该系统的稳定性.针对旋转电弧传感器仅能检测单方向偏差的情况,根据焊枪前端上一时刻和当前时刻的位置对跟踪轨迹的方位角进行估计.控制器在对机器人速度和角速度进行控制的同时,还对十字滑块进行了控制,使跟踪更加快速、平滑.最后,通过数值仿真和机器人实际运动仿真证明了该方法的有效性.

旋转电弧传感器焊枪偏差信息识别方法

焊枪偏差信息识别是实现焊缝跟踪的必要条件,考虑到焊接电流信号易受外界噪声的干扰,采用软阈值小波滤波方法对旋转电弧传感器采集到的电流信号进行滤波处理,使电流波形得到了明显的改善,提高了电流信号的信噪比。为了更加准确地得到焊枪偏离焊缝的信息,提出了模糊聚类和神经网络焊枪偏差识别算法,并且分别采用左右积分法、特征谐波法、模糊聚类法和神经网络法进行焊枪偏差识别,最后对四种识别方法检测到的偏差进行融合,获得焊枪偏离焊缝的信息。结果表明,该方法可以提高偏差识别的精确度和可靠性。

以旋转电弧为传感器的移动机器人角焊缝跟踪

研究以旋转电弧作为传感器,采用轮式移动机器人对具有直角转弯的角焊缝进行跟踪焊接的控制方法。采用分段控制的方法设计控制器对水平滑块进行控制,以实现直线段焊缝的跟踪。该控制器在大偏差时采用比例控制,在小偏差时采用参数自调整模糊控制,并利用免疫反馈规律对比例因子进行修正,实现了直线焊缝、小曲率焊缝和小折角焊缝的跟踪。分析直角转角处焊缝跟踪时机器人的运动学模型,并利用旋转电弧传感器检测到的焊枪倾角信息检测直角拐点,利用超声波传感器检测前方焊缝位置,设计控制器对车轮和水平滑块进行协调控制。最后,通过实际焊接试验证明了该方法的有效性。

旋转电弧传感器焊枪空间姿态识别

旋转电弧传感器焊枪空间姿态识别主要包括焊枪偏差和焊枪倾角的识别,是实现焊缝跟踪和提高焊接质量的必要条件.首先建立了焊枪倾角和偏差变化与电弧长度变化的数学模型,在此基础上提出了特征平面焊枪空间姿态检测算法,该算法充分利用了旋转电弧传感器检测得到的三维信息,采用最小二乘方法构建特征平面,根据特征平面与坐标平面交线的斜率来检测焊枪的左右偏差和倾角.结果表明,将该算法用于焊枪倾角和左右偏差的检测,其倾角检测误差为±7.85°,偏差检测误差为±0.42 mm,满足实际焊接工程需要.

移动机器人弯曲角焊缝跟踪预测模糊控制器设计

研究以旋转电弧作为传感器、采用轮式移动机器人对弯曲角焊缝进行跟踪焊接的控制方法。设计预测模糊控制器控制小车转弯,并在转弯过程中使车轮与横向滑块协调动作,实现对弯曲角焊缝的平滑跟踪。该控制器采用焊枪偏差和倾角信息获得车体运动方向和焊缝走向之间的角度偏差,采用线性化模型预测焊枪下一点的位置,采用加权最小二乘方法预测焊缝下一点位置,采用模糊理论实现小车转弯时车轮和横向滑块的协调控制。利用试验对常规模糊控制器和所提出的预测模糊控制器进行比较,发现所提出的控制方法具有更好的控制效果和跟踪精度。

基于电机驱动技术的三工位隔离/接地开关操作机构设计

针对目前高压隔离开关在操作过程中存在的可控性差,难以实现动触头的精准控制,控制回路复杂,分合闸指令需要通过继电器输入,容易出现隔离开关误动的问题,提出了一种集成化、智能化、可强电输入输出、双闭环精准控制的隔离/接地开关电机直驱操作机构。该操作机构根据隔离开关动触头运动曲线,通过对电机电流、速度、位置信号进行采集,运用SVPWM电压矢量控制算法,实现对隔离/接地开关运动过程的精准控制。试验结果表明:该操作机构从收到动作信号到动作结束时间短,启动后可在很短时间内达到预设速度,整个动作过程中机构输出稳定、波动小,有效提高了隔离/接地开关的可靠性。

铁路四电房屋电气火灾预警与抑制技术研究

针对铁路变、配电所,信号、通信机械室,分区所以及中继站等四电房屋电气设施存在的火灾隐患进行分析,结合四电房屋内变配电柜、机柜以及蓄电池的特点,研究热解粒子式电气火灾探测器和全氟己酮降温灭火装置分别对于电气火灾隐患探测预警和初期火灾抑制的作用,并提出针对性解决方案,为铁路四电房屋电气设备运行以及行车安全提供更加有力的技术保障。