面向超宽带的巷道内掘进机定位算法研究

为提升煤矿综掘设备智能化和无人化水平,针对目前巷道内掘进多采用的激光指向法无法有效提供悬臂式掘进机自主导控和位姿参数的现状,以及由传感器同步偏移导致的定位精度降低和系统鲁棒性变差的问题,提出了一种基于超宽带(UWB)的正则化约束总体(RCTLS)最小二乘法和乘子交替方向法(ADMM)融合的掘进机到达时间差(TDOA)定位算法。根据UWB基站与安装在机身的标签距离信息,采用RCTLS与ADMM融合算法进行目标函数进行优化和多变量交替迭代,实现了掘进机机身关键节点定位。实验结果表明,当基站与标签测距误差较大时,算法定位精度和鲁棒性优于现有的几种TDOA定位方法。

基于SPH方法的围油栏仿真研究

为解决计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)方法在模拟围油栏围控溢油时流-固耦合、水-油液体两相流中的不稳定性、计算效率差、将自由表面视为滑移壁且不考虑围油栏移动等问题,基于光滑粒子流体动力学(smoothed particle hydrodynamics,SPH)方法建立适用于围油栏围控溢油的固-液耦合、液体两相流数值模型,将5种不同裙摆结构的围油栏导入两相液体相互作用的数值仿真模型中,通过SPH代码设定数值模拟相关参数,提高计算效率,得到较精确的围油栏滞油长度与溢油失效步长。结果表明:围油栏围控溢油能力与上、下裙摆高度比及裙摆角类型有关,上裙摆高度占比越大,围油栏的滞油表现越好;前折角型围油栏的滞油表现优于前转角型围油栏;滞油长度与油品性质有关,油品的密度和黏度越小,围油栏的滞油长度越大。

Modeling and Simulation for Refueling Boom and Receiver inCoupled Mode

In coupled mode,the major problem of boom refueling system is undesirable nozzle loads.An automated load alleviation system(ALAS)is needed to alleviate nozzle loads.In order to simulate dynamic of the system and to validate ALAS,dynamic model is developed.Two models are established,which are the static model and the moving model,named after the two relative states between the fixed boom and the extension boom.Kane method is employed as main method considering system′s multi-body characteristics.D′Alembert′s principle is used to calculate nozzle loads.Simulation is conducted to research the effects of position disturbance and velocity disturbance on nozzle loads.Results indicate that position disturbance plays a more significant role in inducing nozzle loads.A fuzzy control law based ALAS is validated using the formulated model.It is concluded that this model can simulate system dynamic and validate ALAS.

基于SIMP变密度法的工业机器人大臂拓扑优化设计

以某工业机器人机械大臂为研究对象,基于SIMP变密度法的拓扑优化数学模型思想,先使用ADAMS软件获得机器人大臂在最劣工况下的载荷情况,然后通过Altair Inspire软件,设置机器人大臂最劣工况载荷,对原始模型进行有限元分析,并以最大化刚度为优化目标,完成了机器人大臂的拓扑优化设计。通过对机器人大臂各种优化方案的对比,结果表明,在满足机器人大臂载荷、空间要求和刚度要求的前提下,减重率达26.28%,达到了机器人大臂轻量化设计的目的,并为相关结构件轻量化设计提供了参考。

基于自抗扰控制的混凝土浇筑轨迹跟踪控制

为实现混凝土泵车高性能浇筑轨迹跟踪控制,抑制浇筑过程中由于混凝土泵送、风力等干扰对浇筑轨迹跟踪的影响,研究了混凝土泵车臂架系统的数学建模、浇筑轨迹跟踪控制问题。在分析臂架系统组成并建立连杆坐标系的基础上,应用拉格朗日方法建立了臂架系统的动力学模型。建立了泵送过程中混凝土与各臂架之间的摩擦力以及作用于臂架系统末端反向冲击力的数学模型。考虑混凝土泵送以及外部不可测量、不可预期的干扰作用于混凝土泵车臂架系统的情况,设计自抗扰控制(ADRC)方法。仿真结果表明,所设计的ADRC方法,对混凝土泵送干扰以及外部不确定干扰具有较好的抑制作用,实现了混凝土泵车臂架系统末端快速高精度轨迹跟踪控制,满足混凝土浇筑要求。

先拱后梁法系杆拱桥的关键施工控制技术研究

本文以高速公路93.48m北庄埭大桥为工程依托,通过一系列严密与精准的监测手段,实现了该桥在整体施工中对拱脚位移与应力、系梁变形、吊杆张拉力等关键结构的监测,同时采用有限元软件对实际施工过程进行仿真分析,并将理论值与实测值进行对比分析。本文分析结果可为今后类似工程提供参考借鉴。

基于伪距离的混凝土泵车臂架避障运动控制研究

针对混凝土泵车臂架末端避障和臂架关节限制问题,提出一种基于伪距离的泵车臂架避障方法。运用超二次曲面函数表示空间障碍物,采用伪距离作为臂架与空间障碍物的接近程度指标。基于最小伪距离判别指标,对泵车臂架赋予一个避障速度,并对传统梯度投影算法进行改进,在避免关节运动超过关节极限位置的情况下实现泵车臂架的安全避障,同时保证避障过程的平稳性和臂架末端的轨迹精度。仿真及半物理实验验证了该算法在混凝土泵车臂架避障过程中的有效性,且能完成空间多障碍物避障。

兼顾气动和近场声爆特性的伴随优化

发展气动/声爆伴随优化设计方法对于研制新一代超声速客机具有重大意义。典型的气动/声爆伴随优化设计方法分为两种:近场信号的伴随优化和远场声爆预测耦合伴随设计优化。将最新发展的基于离散伴随理论的近场声爆信号反设计与气动特性优化结合,提出兼顾气动和近场声爆特性的伴随优化策略。首先,概述了伴随方程梯度求解和提出的基于信号射线方法的近场过压提取及目标过压装配过程,并验证了优化流程中近场信号及地面波形预测的准确性。其次,针对超声速民机标模,开展了低阻优化、近场低声爆反设计、兼顾气动和近场声爆特性的伴随优化三种策略的对比研究,结果表明兼顾气动和近场声爆特性优化策略的伴随优化在综合提升气动和低声爆特性上表现更优。最后与文献中相同算例的优化结果进行对比分析,进一步证明了该优化策略在超声速民机设计中的应用潜力。

悬臂式掘进机隧道开挖施工技术研究

目前传统钻爆施工受地质情况、外部环境及人为因素影响较大,施工安全系数较低,且光面爆破对技术的要求很高,容易出现超欠挖等缺陷,因此提出在隧道横洞工程开展悬臂式掘进机施工技术研究。文章简要阐述悬臂式掘进机的工作原理和施工特点,然后对悬臂式掘进机隧道开挖技术要点进行分析,最后与钻爆法施工相比,总结出悬臂式掘进机隧道开挖施工能有效控制隧道超欠挖,具有对围岩扰动小、施工效率高等优势。

基于Ansys Workbench的平头塔式起重机臂架结构优化分析

由于臂架是平头塔式起重机质量占比较大的结构,对整机的性能影响至关重要,故对臂架结构进行优化设计可大大提高整机的工作性能。为此,文中采用许用应力法完成对平头塔式起重机臂架结构的初步设计计算,并对整机工作环境进行分析,了解起重臂架的工况,并使用Ansys Workbench软件对臂架进行静力学分析,以通过求解得到的应力云图和形变云图验证臂架结构设计计算的强度和刚度。另外,对起重臂架进行模态分析,获取结构自身前六阶的固有频率和振型,为结的故障诊断和预警提供了可靠的理论依据。在保证结构强度和刚度的前提下,通过对起重臂架各弦杆截面进行优化,从而降低臂架自重,提升材料的利用率,为起重臂架的轻量化设计提供参考思路。

基于ADAMS的大型正铲液压挖掘机运动稳定性预测

为提高大型正铲液压挖掘机工作装置的可控性与稳定性,以某350 t大型正铲液压挖掘机工作装置为例展开研究。首先,介绍正铲液压挖掘机的基本构成,基于丹纳维特-哈滕伯格参数(D-H)法求解工作装置的运动学正解和反解,得到挖掘机工作装置各铰点坐标与动臂、斗杆、铲斗液压缸位移及转角变化函数;然后,利用软件Matlab验证位移及转角函数模型,并得出函数变化曲线;最后,利用SolidWorks和机械系统自动动态分析(ADAMS)软件建立350 t大型正铲液压挖掘机的虚拟样机,对工作装置的动臂缸、斗杆缸及铲斗缸进行运动学仿真,绘制出位移变化曲线,对比分析得到的仿真曲线与Matlab所求的函数模型曲线。结果表明:D-H法分析得到的动臂、斗杆、铲斗液压缸位移变化函数曲线与ADAMS仿真得到的仿真曲线基本一致,理论值与仿真值完成了互为准确性证明。

悬臂式掘进机在硬岩地质下地铁暗挖隧道下穿既有线施工技术研究

本文结合悬臂式掘进机在深圳地铁区间暗挖隧道的施工情况,从设备选型、工装配套、工艺工法、通风降尘、施工安全等方面介绍了悬臂式掘进机在地铁暗挖隧道施工中的应用和适应性。结合掘进机的机型特点和工艺特点,阐述了悬臂式掘进机在施工应用中存在的具体应对措施。

悬臂式掘进机在水利水电工程隧洞施工中的应用研究

为探索适合采用悬臂式掘进机进行水利水电工程隧洞施工的相应条件,达到施工优质高效、安全可控和节约成本,笔者以银屯—凡平隧洞施工为例,选取钻爆法和悬臂式掘进机开挖法从安全、质量、进度、成本等方面进行对比分析,得到两种施工方法在不同大小的隧洞断面和不同地质条件下应用的优缺点,从而确定采用悬臂式掘进机开挖法的合理使用范围,为后续类似条件的隧洞施工提供可参考和借鉴的经验。

泥岩隧道施工过程中渗流场与应力场全耦合损伤模型研究

在连续损伤力学理论基础上,将塑性损伤演化及渗流相互耦合的概念引入Mohr-Coulomb破坏准则,用于分析在孔隙压力和塑性损伤演化共同作用下岩石损伤演化机制,建立了相应的有限元损伤数值分析模型,并应用于比利时核废料库开挖过程中泥岩隧道附近围岩发生损伤演化、渗流场和应力场耦合过程分析中,得到了开挖引起的围岩损伤特性、孔隙压力以及渗透性的变化规律,为进一步研究隧道流变过程水力耦合特性合理的数值计算模型建立方法提供基础。

起重机伸缩吊臂局部稳定性的有限元分析

针对汽车起重机伸缩吊臂结构局部稳定性难以计算的问题 ,以 ANSYS软件为工具 ,给出了其有限元法的分析过程。将吊臂截面作为整体考虑 ,建立了吊臂结构局部稳定性计算的参数化有限元模型和参数优化模型。以矩形截面吊臂为例 ,计算其临界应力值 ,所得结果与解析法相吻合。并进一步计算得出了将吊臂截面由矩形演变成六边形时临界应力的提高程度。给出的计算方法适用于任何截面形状的吊臂结构局部稳定性计算。

伸缩臂起重机起重性能迭代算法

伸缩臂起重机起重性能的计算是整机设计的一个难点。为得到某种工况下的最大起吊质量,给定初始起吊质量,根据计算出的复合应力与许用应力的比值迭代出下一次计算的起吊质量,重新计算复合应力与起吊质量,直至计算出复合应力与许用应力差别很小的起吊质量,作为此工况下的最大起吊质量。文中提出恒增量法、比例法和拉格朗日法3种迭代算法,通过算例比较线性和非线性理论下不同迭代算法对计算的影响,结果表明:3种方法之中拉格朗日法的计算效率最高。

基于阻抗矩阵法的车内共鸣声的传递路径分析

为准确识别某轿车行驶过程中在2 900 r/min和3 750 r/min时车内共鸣声的来源,基于阻抗矩阵法对其进行了传递路径分析,并采用设定奇异阈值限制条件数的方法降低病态误差。分析结果表明:动力总成右悬置x、z方向、后悬置z方向对应传递路径是2 900 r/min时共鸣声的主要贡献路径,前两者贡献量大的根本原因是其激励力大,后者是其路径灵敏度高;动力总成右悬置x方向、后悬置z方向对应传递路径是3 750 r/min时共鸣声的主要贡献路径,前者贡献量大的根本原因是其激励力大,后者是其路径灵敏度高。上述分析结果对进一步制定有效的噪声控制措施、改善汽车声品质具有重要指导意义。

基于凯恩方法的硬式空中加油多体动力学分析

硬式空中加油系统是多体系统,刚体间存在复杂相互作用。为了研究系统动力学响应,将系统简化为万向节连接的两刚体八自由度系统,定义了系统的广义坐标和广义速率,估算了伸缩管受到的气动力,用凯恩方法建立了系统模型。对系统进行了仿真研究,结果表明:伸缩管姿态响应稳定,但存在纵横向耦合、动态特性较差的特点,并受内管伸缩的影响;加油机与伸缩管间也存在动力学耦合,但如果飞机抗干扰能力良好,可以独立设计伸缩管的控制律。

地铁隧道工程悬臂式掘进机施工风险分析

为了控制悬臂式掘进机在地铁工程中带来的安全风险,结合大连地铁悬臂式掘进机暗挖隧道工程,采用风险调查法和风险矩阵法进行施工准备期施工风险分析.结果表明:可以判断施工过程中的风险概率及可能造成的风险后果,确定其风险等级,提出相应风险控制措施,可为悬臂式掘进机地铁隧道工程施工提供较好的技术指导及参考.