PVT法AlN晶体生长模式调控研究

物理气相传输(PVT)法制备AlN晶体时,亚晶的产生会降低晶体质量,甚至多晶化。本文通过调节热/动力学生长条件,研究AlN晶体中亚晶产生及变化规律,提出抑制方法调控生长模式。实验结果表明,大的温度波动导致晶体表面气相物质过饱和度波动变大,增加高指数晶面的形成概率,这些晶面因非一致性难以实现完美聚并。本文还研究了稳定温场条件下,气相物质输运对生长模式的影响。实验及模拟结果显示,传统坩埚内气相物质由晶体边缘向中心迁移,与台阶方向相反,晶体表面易演变成混合生长模式。通过设计的新型坩埚,实现气相物质顺台阶流方向迁移,满足层状可控生长的基本条件。在2 200~2 300℃下,随温度降低,晶体呈c轴优势生长,侧向扩展能力降低;随温度升高,侧向扩展能力变强,但晶体表面高指数晶面形成概率增加;温度约2 250℃时,两者达到平衡,适合亚晶的抑制和消除。结合BCF理论分析,降低过饱和度可增强螺旋位错驱动生长的二维平铺能力,并增大台阶宽度,有利于将亚晶界分散融入台阶流中。优化后的实验,促进了生长模式向螺旋位错驱动生长模式的转变,亚晶逐渐被湮灭,获得高质量AlN晶体,其(0002)面的X射线单晶摇摆曲线半峰全宽为58″,拉曼谱的E_2(High)半峰全宽为3.3 cm^(-1),位错密度为2.87×10^(3) cm^(-2)。

新型气液驱动式螺杆钻具设计及研究

为了解决常规气体螺杆钻具失效事故,本文设计了一种新型气液驱动式螺杆钻具,利用地面压缩气体驱动定子腔内液体的循环往复运动,从而推动万向轴和转子转动,给钻头传递平稳的扭矩和钻压。该结构可以有效减少螺杆钻具飞车和憋泵事故,实现高效气体钻井作业。针对常规结构的传动轴经常发生断裂的问题,本研究对易损件传动轴进行了结构改进,对退刀槽和轴径进行了改进,改进后的传动轴最大应力及最大位移变形在许可范围内,表明改进后的传动轴承载强度可以满足现场使用要求。

基于改进小波包结合CS-BP的地面驱动螺杆泵故障诊断

针对目前地面驱动螺杆泵故障诊断存在效率不高、精度不足、损耗资源的问题,提出通过引入功率谱细化的思想改进小波包变换,再结合布谷鸟搜索(cuckoo search,CS)优化反向传播(back propagation,BP)神经网络的诊断方法。首先,通过改进的小波变换对螺杆泵有功功率分解重构得到特征向量;其次,与瞬时流量、进口回压等参数进行归一化处理,作为BP神经网络的输出层信息;再次,使用布谷鸟搜索寻优得到BP神经网络的权值和阈值,建立CS-BP故障诊断模型;最后,应用于螺杆泵不同故障类型的诊断,并通过与目前的主流诊断方法进行诊断效果的分析比较。结果表明,对于螺杆泵不同类型故障诊断的平均精度达到95.6%,对比分析证明了所提方法的可行性与优越性。

船用柴驱水冷螺杆压缩机冷却系统设计与分析

海底礁石清除作业中,大多会采用柴油机驱动的螺杆压缩机为潜孔钻机提供压缩空气。而螺杆压缩机在运转过程中会产生大量的热量,须通过热交换器进行热量交换,以保证压缩机安全可靠运行。文章根据钻爆船船舱内部的舱位布置和螺杆压缩机自身的特点,提出了一种全新的柴油机驱动水冷冷却螺杆压缩机的冷却系统的设计方法,根据对流换热及热平衡的原理,分析了螺杆压缩机冷却系统中油冷却、中冷冷却器、水箱散热器的设计计算思路及冷却水泵的方案选型及结构设计,并进行了实际测试应用。应用后发现,压缩机进入船舱中运转性能良好,所提设计方法可以为行业内船用柴油机驱动的水冷螺杆压缩机的冷却系统设计提供较好的指导意义。

直驱螺杆泵在油田的应用评价

螺杆泵采油方式是油田重要开采方式之一,在油田生产中发挥重要作用。受自身结构限制,具有传动链较长、故障点多、效率低、能耗高、运行成本高等缺点。为实现采油井产能的充分发挥,探索采用永磁同步电动机直驱螺杆泵技术,克服了效率低、维修频繁、维护费用多等问题。在保证油井生产的基础上,实现平均单井节电为0.80×10^(4)kW·h/a,直接节电效益为0.51万元/a,减少CO_(2)排放量6.22 t/a,节能潜力巨大,具有较好的经济效益和社会效益,可在油田推广应用。

具有自适应能力管道机器人的设计与运动分析

提出并研制一种基于自适应移动机构的管内探查机器人。通过对机器人传动机构的设计,实现了在不增加驱动电动机数量的前提下,机器人具有适应不同管道直径的能力。机器人的传动机构能够在管道直径改变时,自动地改变行走部件的输出形式以克服障碍,完成越障任务。在没有应用链式多节构型的情况下,机器人配备一个驱动电动机就能够完成越障任务,改善了传统螺旋驱动式机器人越障能力不高的问题,同时也提高了对驱动电动机的使用效率。为了分析试验中发现的机器人保持架自转现象,对机器人进行运动分析,并由分析结果对相关部分进行改进。试验结果表明,该机器人能够在内径为190 mm和180 mm的管道中行进,并能够顺利通过两节管道间形成的同心台阶障碍,验证了自适应移动机构的行走能力。

基于微型电机的肠道机器人机构设计

设计了一种基于微型电机的肠道机器人机构.分析了机器人运动方式,并针对该运动方式对轴向伸缩与径向涨缩机构进行了设计与实现,最后通过实验测试了伸缩机构的运动有效性.实现的机构本体蜷缩时尺寸为Φ13mm×50mm,能够实现10mm的轴向步距与8mm的径向变形.

螺旋驱动掘进机几个螺旋参数的研究

以粉质黏土中螺旋驱动掘进机的驱动部件和土体的相互作用为研究背景,选取影响螺旋拉力的3个不同参数进行模型试验.分析发现,螺旋杆件结构参数对其提供拉力大小的影响主次关系顺序为:压底距>牙型角>齿高;并按照提供拉力最大的情况,得出一组最佳螺旋结构特征参数组合,最后经数据回归分析,得出拉力与螺旋结构各参数间的回归方程.

地面驱动螺杆泵泵送油水乳化液时的摩阻研究

对地面驱动螺杆泵泵送油水乳化液时的摩阻特性进行了全面的研究。通过测量摩擦压降研究了油包水与水包油乳化液之间的相转变现象,分析了不同含水率下抽油杆转速对油包水乳化液及水包油乳化液流动摩擦压降的影响。实验和分析表明,当含水率为0.41～0.43时,水包油乳化液将向油包水乳化液转换;抽油杆的旋转效应在水包油乳化液时对摩擦压降的影响要大于油包水乳化液。通过实验数据处理,获得了不同流型下抽油杆旋转时环型管道内幂律型油水乳化液流动摩擦阻力的实验关系式。这些研究结果对地面驱动螺杆泵的设计及应用有一定参考价值。

螺旋驱动血管机器人外结构参数优化

为了改善螺旋驱动血管机器人运动性能,对其外结构参数进行数值优化.对不同螺旋参数(螺旋线数、螺旋升角、螺宽与螺距之比)的血管机器人外流场进行数值模拟比较分析,得到优化后的外形参数分别为:螺旋线数6,外径8mm,轴向长度15mm,螺宽1.13mm,螺高0.8mm,螺升角45°.计算结果表明,优化后的血管机器人结构的轴向推动力增加了4.69倍,而液体阻力矩仅增加了0.18倍.

线驱动拟人臂机器人逆向运动学分析

基于最新人臂仿生理论和并联机器人研究的成果,提出一种线驱动7-DOF冗余手臂的设计方案。线驱动机构具有高刚度、高精度、高负载能力的优点,可以克服常规串联机构的缺点。介绍这种新型线驱动拟人臂机器人具体的结构,利用旋量理论描述机器人运动,在绳索张力条件的约束下,分析肩关节的工作空间。针对7-DOF机器人的逆运动学求解问题,先采用关节速度再分配法求关节速度逆解;然后与Paden-Kahan子问题法相结合,取得具有冗余控制的位置逆解,求出在给定位姿时各关节角的角度;再由关节角与绳长的关系解出各关节处驱动绳索的长度,并分析肩关节运动对腕、肘关节的耦合影响。最后在ADAMS下进行仿真,采用直线插补算法,动画图形实时显示机器人的运动情况,证明逆向运动学算法的正确性。

基于SolidWorks尺寸驱动法二次开发的滚珠丝杠三维建模

阐述了Solid Works二次开发的基本方法和原理,提出了利用尺寸驱动法二次开发进行滚珠丝杠三维建模的方法。以VB为开发工具,Access为数据库支撑,通过调用Solid Works对象和API函数,以模版中尺寸作为参数变量,并结合滚珠丝杠实例,实现了部分类型滚珠丝杠的三维参数化设计。此方法可以使设计人员更方便快捷的设计滚珠丝杠,提高了产品设计效率,节省开发成本,加快了企业产品参数化设计进程。

内螺纹螺旋传动脱模的注塑模设计

分析注塑螺纹自动脱模机构,针对带有内螺纹的瓶盖,设计了利用螺旋传动自动脱内螺纹的注塑模具。模具的特点在于利用注塑机顶出动作,由安装在推板上的螺母驱动螺杆,将直线运动转变成旋转运动,经齿轮传动使螺纹型芯旋转,塑件自动脱出。模具结构简单,工作可靠。

螺旋推进车转向运动学分析

根据差速转向原理,首先对内外侧螺旋滚筒的转向运动学进行了分析,深入探究了转向过程中螺旋滚筒滑移、滑转现象的成因;根据螺旋运动特性,合理简化了整车转向分析过程,对整车转向运动学进行了全面的分析;通过动力学模型求解,对转向过程中的运动学参数进行了仿真,讨论了各个影响因素的变化规律。

地面驱动螺杆泵用电动机功率选择方法初探

针对螺杆泵使用过程中地面驱动电动机功率选择明显偏高的问题,提出采用扭矩计算法选择电动机功率的新方法,并给出计算实例。扭矩计算法与在用的泵型选择电动机功率法相比,选择的电动机功率降低1～2个等级,因而在满足生产实际需要的情况下能实现较好的系统功率匹配。经过100多口井的实践证明,按扭矩计算法选择的电动机功率均满足生产需要,对提高整个螺杆泵采油系统效率,具有实际指导意义。

煤矿井下用管道防腐作业线的研制与实验

煤矿井下需要用到大量防腐管道。这些防腐管道需要通过专用的设备及特殊工装在钢管表面形成均匀、致密、光滑的涂层,成为一种耐用的煤矿井下用防腐、阻燃管材。自调式螺旋驱动轮组是管道防腐作业线的主要驱动设备,它可使作业线中两支撑轮的中心距及摆角实现一键式调节,且调节后各轮组参数的一致性也易得到保证。同时,作业线设计中增设的中心距、摆角锁止机构也使各轮组工作时更加稳固、可靠,实现了在钢管表面形成均匀、致密、光滑涂层的控制动作。

解耦三转动两平移并联机器人机构型综合

为了研究并联机构的运动耦合问题,基于螺旋理论和支链独立驱动原则提出了三转动两平移(3R2T)类解耦并联机构构型综合方法。首先根据期望3R2T解耦并联机构的运动特征(绕X、Y、Z轴方向的转动和沿X、Y轴方向的移动)和解耦并联机构的正逆雅可比矩阵必为对角阵的要求,利用螺旋理论来构造满足期望形式的正逆雅可比矩阵;其次根据正逆雅可比矩阵所要满足的条件,确定支链驱动副作用于动平台上的使动螺旋,再得到该使动螺旋对应支链上的表示驱动副的驱动螺旋和除驱动螺旋之外的其他运动螺旋系,据此可完成支链结构螺旋系的配置;最后根据并联机构构型原理依次取出五条支链连接动平台和定平台得到并联机构。综合的并联机构具有解耦特性,避免了运动耦合问题,具有一定的应用前景。

管道机器人移动牵引机构设计

管道机器人是特种机器人研究领域中的热点。该文设计了管道机器人蠕动式移动牵引机构,采用电机驱动丝杠正反转,丝杠上丝杠螺母前移,前后两组支撑腿臂交替支撑住管壁,从而实现了机器人的蠕动式前行的驱动方案,并设计了该系统的电控部分。模拟管道中的实验验证了该方案的可行性。

基于电参数的地面驱动螺杆泵井动液面计算模型

针对目前地面驱动螺杆泵井动液面测量耗时费力、实时性差、周期长、成本高,无法实现实时、经济、高效、智能化测量的问题,通过对电参数与油井光杆扭矩的关系分析,并对井下扭矩组成分析,研究井下举升流体所需的扭矩和沉没度、泵压差之间的关系,建立了基于电参数的地面驱动螺杆泵井动液面计算模型,并利用C语言研发了动液面计算软件。以河南油田现场的10口地面驱动螺杆泵井为实例进行模型应用检验,计算得出的动液面与实测动液面的平均相对误差为9.23%,表明该模型计算精度较高,能够为现场生产提供理论依据与技术支持。结合在线实时采集的电参数,可实现地面驱动螺杆泵井动液面的实时监测,有利于油田的信息化与智能化建设,降低了生产管理成本,提高了生产效率与效益。

直驱式螺杆泵装置在煤层气井上的应用

华北油田煤层气排采以抽油机和螺杆泵为主,螺杆泵主要用在水平井及部分产水量比较大的直井上。目前螺杆泵驱动装置主要采用皮带传动,皮带老化松弛直接影响了电机动力传递,电机动力传递不足会造成扭矩加大而停井,且系统效率低,能耗比较高。为了达到节能降耗、提高效益的目标,开展直驱式螺杆泵装置应用研究。现场试验表明,直驱式螺杆泵平均节能38%,使用后节能效果明显。直驱式螺杆泵装置具有输出转矩高、使用寿命长、运转安全平稳、故障率低等技术优势,在煤层气井上有着很好的应用前景。