基于量纲分析的钉盘磨绕流阻力矩模型构建

利用计算流体力学(CFD)方法、正交试验和量纲分析,研究了钉盘磨齿钉所受绕流阻力矩的数学模型。以钉盘磨主要结构参数、操作参数为试验因素,以两圈齿钉所受绕流阻力矩为试验指标,对钉盘磨进行正交试验,并基于量纲分析将试验数据无量纲化,采用各无量纲参数多项式相乘的形式对数据进行拟合,建立了钉盘磨绕流阻力矩数学模型。实例计算结果显示,在两种工况条件下,该模型所计算的第1、2圈齿钉的绕流阻力矩与CFD计算值之间的相对误差分别为9.832%、28.914%和10.321%、5.442%,表明该模型的分析结果满足工程所需精度。

微创介入手术机器人推进机构驱动阻力的自适应控制研究

由于机器人推进机构驱动中导管、导丝、支架结构对应坐标系统的多维性,导致操作臂关节间产生驱动阻力,增加导丝平移和递送精度误差,为此文章提出微创介入手术机器人推进机构驱动阻力自适应控制方法。将目标点的球面坐标转换为定子三相绕组坐标系,提高目标位置信息精确度。根据机器人推进机构驱动坐标的转换结果,补偿推进机构驱动的重力矩、惯性力矩和摩擦力矩。将补偿力矩作为控制目标,通过连续波脉冲器输出个体适应度搭建系统状态观测器,完成微创介入手术机器人推进机构等效阻力矩模型构建,实现微创介入手术机器人推进机构驱动阻力自适应控制。测试结果表明,文章方法导丝总平移误差为0.80 mm;关节正转和反转平稳;递送精度平均误差为0.20 mm。由此证明,文章方法能够提高微创介入手术机器人的反向驱动效果,并具有较好的稳定性。

月壤钻探采样装置中的钻杆结构参数优化设计及模拟试验

对月球次表层钻取采样外螺旋钻杆的输土阻力进行理论分析。基于散体力学中连续介质假设,建立钻杆回转输土阻力矩模型。利用该模型分析钻杆直径、螺旋升角等结构参数与输土阻力矩变化的关系,给出参数选择范围。以钻杆输土所消耗的功率为目标,以钻杆结构参数为变量,对钻杆结构参数进行优化设计,使优化后的钻杆平均输土功率降低了30.5%。对结构优化后的钻杆输土阻力进行测试试验,验证了钻杆输土阻力矩随深度增加而变大的趋势。研究成果能为月球次表层采样钻杆设计提供理论依据。

基于月壤物理力学特性的单齿破壤机理

单齿破壤机理的研究是太空取样钻头研发非常重要和迫切的任务,是实现中国三期探月工程的月表钻进取样要求的重要研发基础。分析了反映月壤物理力学特性的主要参数及其之间的相关性及变化趋势,初步确定了2.5m深度内月壤物理力学的参数范围;基于月壤物理力学特性和月表钻进的钻进工艺分析,得出表层钻进和浅层钻进时月壤的破坏形式不同于土的掘削失效模型,主要是回转剪切破坏;提出了土的回转剪切力学模型,推导回转切削土阻力矩公式;得出阻力矩主要与钻头直径和切削刃宽度、月壤的容重和钻进深度等相关,并对其相关性进行了分析说明。

月球次表层钻取采样钻杆结构设计及有限元分析

对月球次表层钻取采样钻杆的输土原理进行了理论分析,基于散体力学中连续介质假设,建立了钻杆回转输土阻力矩模型。基于此模型对钻杆直径、螺旋升角等结构参数与输土阻力矩关系进行了分析,给出了参数选择范围。依据输土阻力矩模型对所设计的钻杆进行有限元仿真,并对仿真结果进行了分析,结果表明,设计的钻杆满足强度及刚度要求,能为月球次表层采样钻杆设计提供理论依据及参考。

单牙轮钻头动力学研究

单牙轮钻头是小井眼钻井的重要工具。对单牙轮钻头在井底工作过程中的受力进行了分析,在此基础上建立了单牙轮钻头所受阻力矩计算模型,该模型反映了钻压、钻头尺寸、岩石性质等因素对阻力矩的影响。建立了单牙轮钻头动力学基本方程,该方程真实描述了钻头的受力与运动情况,即钻压越大,钻头阻力矩则越大,钻头转速则越低;反之,钻压越小,钻头阻力矩也越小,钻头转速则越高。单牙轮钻头的阻力矩计算模型和动力学基本方程对小井眼钻井中的钻柱设计具有重要的参考价值。