重载传动钢丝绳摩擦磨损演化机理及服役性能退化特性研究

针对重载传动钢丝绳在服役过程中存在的摩擦磨损和性能退化问题,利用自制钢丝绳-滑轮摩擦磨损试验机和力学性能测试装置,揭示钢丝绳摩擦特性和磨损特征演化机理,分析不同磨损对钢丝绳剩余抗拉强度和弯曲疲劳寿命的影响规律.结果表明:摩擦系数随滑动距离呈减小趋势,其演变过程受钢丝绳结构影响明显,相对稳定阶段摩擦系数约为0.65;摩擦温升增速先快后慢,最大温升为65℃左右;磨损形貌特征以犁沟、剥落和塑性变形为主,磨损机理主要是黏着磨损和磨粒磨损;磨损钢丝绳剩余强度和弯曲疲劳断丝率随滑动距离增大均呈非线性退化趋势,最大破断力从49.6 kN减小到42 kN;最大弯曲疲劳次数从10708非线性递减至4070;磨损造成钢丝拉伸塑性减小,加速弯曲疲劳裂纹扩展,且钢丝在2种工况下的断裂机理分别为韧性断裂和脆性断裂.

拉伸模式对介电弹性体发电机性能影响的研究

为探究介电弹性体发电机发电量与其拉伸变形的关系,采用单轴、纯剪切与双轴3种拉伸模式进行介电弹性体发电机发电性能的实验研究。分析了介电弹性体发电机在3种拉伸模式下电压、电容、电极涂覆面积与拉伸率的关系,实验研究了3种拉伸模式下介电弹性体发电机输出电压、实际产生电能、拉力与其变形量的关系及介电弹性体的破裂极限。实验和研究结果表明,双轴拉伸模式下介电弹性体的破裂极限最大,在面积变换率大于4倍时电能出现大幅度提升,可实现介电弹性体的能量密度最大化。

双绳缠绕式煤矿深井提升系统钢丝绳张力主动控制方法

针对双绳缠绕式煤矿深井提升系统运行过程中钢丝绳张力不平衡问题,提出了钢丝绳张力主动控制方法。首先,分析双绳缠绕式煤矿深井提升系统钢丝绳张力与浮动天轮液压缸负载力之间的关系,考虑系统存在的非线性问题,建立了提升系统钢丝绳张力主动控制模型;其次,由于煤矿深井提升环境恶劣,因此钢丝绳张力反馈信号通过无线装置进行采集,考虑提升系统运行过程中钢丝绳张力反馈信号通过无线传输存在不确定延时问题,基于系统控制模型构建了钢丝绳张力主动控制矩阵,设计了钢丝绳张力无线反馈信号传输延时补偿观测器,证明了包含延时补偿观测器的钢丝绳张力主动控制模型的稳定性;然后,考虑钢丝绳张力主动控制模型是一种严格反馈模型,存在输出约束问题,提出了反步控制和障碍李雅普诺夫函数相结合的钢丝绳张力主动控制方法,并证明了钢丝绳张力控制下的提升系统稳定性;最后,利用双绳缠绕式煤矿深井提升试验台对提出的传输延时补偿观测器及钢丝绳张力主动控制方法开展了实验验证,实验结果表明,延时补偿观测器可有效减小由于无线传输造成的钢丝绳张力反馈信号滞后量,与传统的被动式钢丝绳张力调节装置相比,在高速和低速工况下,提出的钢丝绳张力主动控制方法均可以更有效地减小2根钢丝绳张力差,进一步保证提升系统的安全运行。

矿井提升钢丝绳改性氧化石墨烯润滑油减摩特性研究

针对恶劣提升工况下润滑失效导致的提升钢丝绳内部钢丝摩擦磨损严重的问题,开展改性氧化石墨烯润滑油减摩特性研究.首先,制备十八胺官能化氧化石墨烯(ODA-GO)及其水合肼还原材料(ODA-rGO),分析其化学结构、表面形貌、片层间距和缺陷,探究其在钢丝绳润滑油IRIS中的分散性;接着,用四球机评价改性润滑油的减摩抗磨性能并研究其润滑机理;最后,评判ODA-GO改性油对钢丝减摩的改进效果.结果表明:ODA通过酰胺化反应和亲核取代反应接枝在GO表面,ODA-GO拥有高接枝密度的十八烷基链,并在IRIS中分散性较好,ODA-rGO则相反,但在最优添加量下ODA-rGO的抗磨减摩性优于ODA-GO;改性石墨烯基材料会附着在摩擦接触表面,并填补已损伤区域,从而减少磨损;ODA-GO改性油使钢丝间摩擦系数降低10%,疲劳磨损显著降低.

摩擦式提升机钢丝绳鲁棒纵向振动抑制

矿井提升机在高速重载的运行工况下,由于钢丝绳自身误差以及外界干扰会产生钢丝绳的振动,很大程度上影响钢丝绳的使用寿命和乘坐人员的舒适性。针对此问题,以摩擦式提升机为研究对象,应用Hamilton原理建立系统的动力学模型,采用自适应鲁棒理论设计了提升钢丝绳纵向振动抑制边界控制策略,并以Lyapunov理论证明了所设计控制器的稳定性。仿真结果表明,所设计的自适应鲁棒控制器能有效地补偿钢丝绳弹性形变引起的振动位移偏移,同时获得了比传统比例-积分-微分(proportion integration differentiation,简称PID)算法更快速的振动抑制收敛速度。

网络卫星在轨分布式协同任务调度方法

针对网络条件下卫星执行多目标观测任务的自主调度问题,本文设计了一种"Sandwich"空间信息网络体系架构,通过网络传输延时仿真分析,其传输时延为毫秒级别,略优于传统中继方式,该网络传输效能适合多任务需求下实施在轨分布式协同计算;在此基础上,提出了一种分布式断链重连算法,可突破单星计算资源限制,提高在轨计算能力。仿真结果表明:相比单星计算,可有效缩短任务调度约一半时间;利用树莓派和无线网络搭建了分布式调度演示系统,完成了该算法的工程实现。该方法可满足组网状态下面向多任务的各类对地观测、天基探测类卫星的空间在轨自主任务规划调度需求,为空间信息网络的进一步研究和应用奠定技术基础。

低温环境下矿井提升钢丝绳摩擦磨损特性研究

为探究低温环境下矿井缠绕提升钢丝绳之间的滑动摩擦磨损特性,使用自制的低温环境钢丝绳摩擦磨损试验装置,以6×19+FC钢丝绳为研究对象,探究低温环境下干摩擦和水油润滑状态下钢丝绳的摩擦磨损特性.研究结果表明:干摩擦时,摩擦系数随环境温度的降低小幅增大,在-25℃时达到最大值,约0.85.油水润滑状态时,摩擦系数、磨损面积和磨损深度均明显小于干摩擦状态,平均磨损面积减小了约3倍,平均磨损深度减小了约7倍,平均摩擦系数随环境温度的降低先增大后减小,在-15℃时达到最大值,约0.35.此外,随着温度的降低,干摩擦状态时钢丝绳的磨损机理由氧化磨损和磨粒磨损转变为疲劳磨损和黏着磨损;油水润滑状态时,钢丝绳的氧化磨损减弱,黏着磨损先加重后减弱.

基于介电弹性体的海洋能发电装置的研究进展

介电弹性体是一种新型功能材料,其能量收集作用主要应用在低频、大变形的能量源场合,与海洋能发电十分契合。该文描述了介电弹性体发电的基本原理及其材料特性和发电装置电极材料的研究进展。针对目前介电弹性体海洋能发电装置成本高,种类少,能量转换效率低等问题,该文总结了国内外不同类型的基于介电弹性体的海洋能发电装置及研究方案,对不同类型的发电机特点及适用场合进行了分析。结果表明,浮标式和管状水动力式发电机应用前景广。最后阐述了当前介电弹性体在海洋能应用上亟待解决的问题,并对进一步解决上述问题提出了建议。

双绳缠绕式煤矿深井提升系统容器位姿调平控制方法

针对柔性罐道工况下双绳缠绕式煤矿深井提升系统运行过程中容器倾斜问题,提出了容器位姿调平控制方法。首先,分析了双绳缠绕式深井提升系统的组成及各组成部分的几何关系,考虑提升系统和浮动天轮液压系统非线性问题,建立双绳缠绕式深井提升系统容器位姿调平非线性控制模型;其次,由于煤矿深井提升环境恶劣,因此提升系统容器位姿反馈信号通过无线装置进行采集,考虑提升系统运行过程中控制量在钢丝绳中传递存在的不确定延时问题,构建了容器位姿调平主动控制矩阵模型,设计了控制信号传输延时补偿观测器,证明了包含延时补偿观测器的容器位姿调平主动控制模型的稳定性;然后,设计滑模控制器实现提升系统容器位姿调平控制,考虑到控制器设计过程中需要容器角度的微分信号,利用高增益观测器为滑模控制器提供光滑的角度微分信号,进而提高控制性能;最后,利用双绳缠绕式煤矿深井提升试验台对提出控制信号延时补偿观测器及容器位姿调平控制方法开展了实验验证,实验结果表明,反步和本文提出的控制器相对于PI控制器具有更优越的响应速度,而提出的控制算法由于添加了延时补偿观测器和高增益观测器,具有更好的控制效果,可以减小容器倾角的峰值与均值,保证双绳缠绕式煤矿深井提升系统的安全运行。

矿井提升机主轴承的振动磨损可靠性分析

以提升机NCF18/600V主轴承为研究对象,针对滚动轴承随机振动系统参数和随机结构尺寸影响下的不确定性问题,开展了滚动轴承振动磨损可靠性研究。首先,基于滚动轴承点蚀故障动力学模型,结合Holm⁃Archard滑动磨损方程,建立了滚动轴承振动磨损模型;其次,将振动磨损模型以子程序的形式嵌入ABAQUS有限元软件中,实现了滚动体表面磨损深度及形貌的仿真;然后,联合使用拉丁化分层抽样技术和自适应Kriging代理模型,开展了滚动轴承振动磨损的不确定性量化研究;最后,使用高阶L矩可靠性方法开展了滚动轴承的振动磨损可靠性分析。对比滚动轴承正常磨损与振动磨损下的可靠度曲线表明,滚动轴承的振动不仅加剧了磨损的可靠性退化过程,而且增大了磨损的可靠度退化速率。

刮板输送机中部槽的研究现状及展望

中部槽是刮板输送机的关键部件,其磨损失效是造成刮板输送机故障多发、寿命缩短及其他配套设备无法正常运行的主要因素之一。叙述了中部槽在刮板输送机中的地位,分析了其磨损失效机理,介绍了新型耐磨材料以及表面强化技术在中部槽上应用的研究现状,展望了中部槽磨损改性方面的研究趋势。

平面四杆机构的基本特性说课设计

以"平面四杆机构的基本特性"为例,从说教材、说学情、说教法和说教学过程四个方面设计说课内容,为广大青年教师进行说课教学活动提供参考。

NbSe_(2)/Ag纳米复合材料的制备及其作为煤矿机械机用润滑油添加剂摩擦学行为的研究

采用化学还原法成功制备出NbSe_(2)/Ag纳米复合材料,即在NbSe_(2)纳米片表面沉积1层纳米Ag颗粒.采用UMT-2摩擦磨损试验机以及扫描电子显微镜(SEM)研究了NbSe_(2)/Ag纳米复合材料添加到煤矿机械机用润滑油中的摩擦学行为.结果表明:相比于纳米Ag颗粒和NbSe_(2),NbSe_(2)/Ag纳米复合材料添加到润滑油中更加有效地改善了润滑油的润滑承载效果.NbSe_(2)/Ag纳米复合材料所表现出最优良的摩擦学行为.原因主要可能在于4个方面:第一,根据理论计算得出NbSe_(2)、Ag和NbSe_(2)/Ag纳米复合材料产生滑移的最大抗剪切强度按从小到大顺序排列为NbSe_(2)/Ag纳米复合材料、Ag、NbSe_(2)。NbSe_(2)/Ag纳米复合材料抗剪切强度最小,润滑效果最好;第二,NbSe_(2)/Ag纳米复合材料中的NbSe_(2)由于纳米Ag负载相比于纯NbSe_(2)具有更好的分散性,更利于形成完整均匀的润滑膜;第三,Ag质软润滑且弹性模量小,NbSe_(2)/Ag纳米复合材料受到摩擦热以及剪切作用形成的润滑膜由于Ag的存在提高了脆性破坏能力,使得润滑膜在摩擦副上硬凸点的刮擦作用下不易破裂;第四,部分纳米Ag球状颗粒可能存在接触界面上有效的滚动,起到"微轴承"的作用从而降低摩擦系数.然而,润滑油的润滑效果与所添加的NbSe_(2)/Ag纳米复合材料含量并非呈现正相关关系,而是随着添加含量的增加呈现先降低后增加的趋势,在质量分数为1.5%时,效果最佳.

原位合成M_(23)C_(6)-WC双相碳化物协同增强激光熔覆层摩擦磨损行为的研究

选用W-Fe60-C合金粉末作为原材料,利用激光熔覆技术以最佳工艺参数(激光功率1.5 kW、扫描速度4 mm/s和送粉率10 g/min)在16Mn钢表面制备M_(23)C_(6)-WC(M:Cr,W,Fe)双相碳化物增强铁基熔覆层,并对其微观结构与物相进行表征,以及在商用铁基合金数据库的基础上,使用Thermo-Calc软件进行热力学计算来研究熔覆层的凝固过程.此外,还对比研究了纯Fe60合金熔覆层、WC增强铁基熔覆层和M_(23)C_(6)-WC双相碳化物增强铁基熔覆层的显微硬度和摩擦磨损行为.结果显示:M_(23)C_(6)-WC双相碳化物增强铁基熔覆层主要以α-Fe枝晶为基体、W、WC和M_(23)C_(6)复合碳化物为增强相.M_(23)C_(6)碳化物以连续网状结构分布在α-Fe枝晶间,WC颗粒以残留W为形核核心生长成块状分布在熔覆层中.微观结构结合热力学计算结果表明:激光熔覆过程中M_(23)C_(6)-WC双相碳化物增强铁基熔覆层的凝固过程为液态+W→液态+W+WC→液态+W+WC+γ-(Fe,Ni)枝晶→W+WC+γ-(Fe,Ni)枝晶+M_(23)C_(6)→W+WC+α-Fe枝晶+M_(23)C_(6).根据显微硬度和磨损率测试可知:M_(23)C_(6)-WC双相碳化物增强铁基熔覆层的平均显微硬度为835.3 HV_(0.5),比纯Fe60合金涂层(604.6 HV_(0.5))和WC增强铁基熔覆层(658.9 HV_(0.5))分别增加了约230 HV_(0.5)和180 HV_(0.5).M_(23)C_(6)-WC双相碳化物增强铁基熔覆层的磨损率为3.44×10^(−6)mm^(3)/(N·m),比纯Fe60合金熔覆层[8.51×10^(−5)mm^(3)/(N·m)]和WC增强铁基熔覆层[7.98×10^(−6)mm^(3)/(N·m)]分别减少了约24.7倍和2.3倍.

启发式前后向链条优化组合在轨多目标观测规划算法

针对敏捷遥感卫星突发多目标观测任务的在轨实时规划问题,提出一种面向在轨实现的启发式前后向链条优化组合方法。该方法以敏捷卫星滚动俯仰两个自由度的姿态机动能力为输入,设计了一种基于高权重组链、以姿态机动能力结合观测收益合成链条的启发式方法。完成了不同机动能力下的蒙特卡罗打靶仿真,优化了链条选择策略,获得了较高的观测收益。实验证明所提方法有效,观测收益高,计算开销小,可应用于敏捷卫星面向大量点目标的在轨自主任务规划。

红外低轨星座突发任务多重策略调度方法

面向红外低轨星座的突发任务规划与资源调度问题,结合红外低轨星座的空间与时间分布特性,提出一种基于多重策略的红外低轨星座任务应急调度方法。所提方法结合红外低轨星座的设计特点,从星座全球分布的均匀性、结构的对称性及星座内卫星运动的周期性分析作为输入,提出一种以地理分区为长期值守分组策略与事件触发下基于相对运动分析的动态快速分组策略相结合的多重策略。在所提策略指导下完成任务分组,开展工作窗口调度。经仿真分析可得:所提策略可有效应对不同区域的目标触发,并实时完成分组及工作窗口规划调度,较好解决了任务突发情况下的系统响应,由于采用优先分组的策略,降低了全局优化的复杂度,具有创新性,且具备较好的应用价值。

分布式空间系统组网技术综述

分析了主要应用于大型星座等空间拓扑稳定的可预测组网技术,以及应用于空间Ad hoc、Mesh等网络需要灵活组网的空间自组织组网技术。针对空间自组织组网技术,对具备抗高丢包适应多跳网络的分批稀疏编码进行空间自组网的应用分析。仿真结果表明:在高丢包的自组织空间网络中,应用分批稀疏编码后系统吞吐量得到明显提升。可预测网络的主要发展趋势是超大规模星座组网技术与精密编队组网控制一体化技术,自组织网络主要趋势为低开销高性能及自适应性。

卫星姿控分系统的星地协同健康诊断框架设计

针对卫星姿控分系统单机多、软件逻辑复杂的特点,基于分层健康监测和管理的技术需求,提出一种从空间段和地面段协同进行综合健康诊断的平台软件设计框架,构建姿态控制系统的星地协同健康管理体系结构。星上健康管理子系统实时采集单机信号量或者软件传感器数据进行粗诊断,地面段的健康管理子系统接收星上健康管理遥测下发的初诊信息结合本地推理数据库进行搜索和推理,通过人机界面给出姿控系统的星地协同联合健康诊断信息。将该方法应用到量子通信科学实验卫星系统中,通过地面仿真实验证明了星地协同健康诊断框架设计的有效性,在故障漏报率和平均恢复时间等性能指标上有明显提高,具有一定的工程应用价值。

The Quantum Science Experiment Satellite, An Experimental Facility in Space for Testing of Quantum Information Theory

The Quantum Science Experiment Satellite(QUSES) is the first satellite deployed successfully in nearEarth space for quantum scientific experiments in the world, in which experimental study on the fundamental questions of quantum mechanics can be done under the condition of a spatial scale about 500-2000 km. QUSES is performing a Quantum Key Distribution(QKD) experiment from satellite to ground station for testing of the global quantum secure communication network, and performing a Quantum Entanglement Distribution(QED) and Quantum Teleportation(QT) experiments with the purpose of testing the completeness of quantum mechanics theory at a sufficient spatial scale. The payload of QUSES is com posed of a Quantum Key Transceiver(QKT), a Quantum Entanglement Transmitter(QET), a Quantum Entangled-photon Source(QES), a Quantum Experiment Control Processor(QCP) and a Coherent laser Communication Terminator(CCT). This paper introduces the technical scheme of QUSES, including the requirement analysis, composi tion, technical innovation, on-orbit status and prospect of development for the future.

Dark Matter Particle Explorer, the First Satellite of China Space Science Pilot Project

The Dark Matter Particle Explorer(DAMPE) is the first high energy detector satellite in China,whose physics goal is to find evidence of the existence of dark matter particles by investigating the composition and energy spectra of primary cosmic rays,especially those for electrons,positrons and gamma rays,over the dynamic range from 5 Ge V to 10 Te V.DAMPE is a satellite launched by China with the largest payload ratio,where the payload is composed of a BGO(Bismuth Germanate Oxide) Calorimeter,a Plastic Scintillator Detector,a Silicon Tungsten Tracker and a Neutron Detector.This paper introduces the technical scheme of DAMPE,including requirement analysis,composition,technical innovation,on-orbit status and prospect of development for the future.