船用起重机四旋翼减摇吊钩动力学特性

【目的】设计一种船用起重机减摇装置并探究其防摆机理,以期解决当前船用起重机吊装过程的摇摆问题。【方法】设计一种船用起重机四旋翼减摇吊钩装置,建立船舶-起重机-四旋翼减摇吊钩的动力学模型,并考虑风载荷的影响。设计自适应模糊比例-积分-微分(PID)控制策略应用于四旋翼减摇吊钩控制器,根据摆角偏差量控制相应电机转动产生抑制吊重摆动的推力,实现摆角在线实时控制。通过动力学仿真分析和实验验证,探究其减摇特性和运动规律。【结果】在船舶激励下吊重面内和面外摆角分别减少约66.8%和69.7%,吊重摆动投影在x和y轴最大偏移量平均降低62.5%。自适应模糊PID控制策略下的四旋翼减摇吊钩较PID控制响应速度提高25.0%,稳态性能提升13.0%。通过实验与仿真对比分析,吊重摆角曲线趋势基本吻合,在16 s时吊重趋近于稳定,验证了四旋翼减摇吊钩动力学模型的准确性。【结论】四旋翼减摇吊钩能有效抑制吊重摆动,可为船用起重机轻载吊装防摆研究提供新的可行性减摇方案。

高比例新能源电力系统功角摇摆-暂时工频过电压耦合机理

在高比例新能源和大容量直流工程大量投运的背景下,扰动冲击引发的暂态电压安全问题给新能源机组带来的脱网风险亟需开展深入研究。文中旨在研究同步电源功角摇摆与新能源暂时工频过电压的耦合机理。首先,基于两机等值系统,结合等面积定则和电压向量分析功角摇摆过程电压幅值波动特性,理论推导新能源接入系统前后机端电压峰值的解析表达式;其次,提取影响机端电压峰值的关键因素,利用预设最大峰值约束给出各影响因素极限值的求解方法,并结合工程实际辨析极限值解析计算的保守性;最后,给出新能源机端过电压的改善建议,用于指导大规模新能源外送系统实现电力安全可靠送出,光伏火电打捆系统和实际电网的时域仿真结果验证了理论分析的有效性。

某型涡扇发动机主调性能试验器转速闭环控制系统研究

为了解决人工手动测试无法再现某型涡扇发动机高压转子转速(n2)的摆动故障,导致主燃油调节器维修效率低、维修质量差等问题,提出一种基于主燃油调节器性能试验器的自动控制算法。根据发动机台架试车数据与理论分析提出一种分段模糊自适应PID控制算法,利用模糊控制理论建立n2转速控制模型,实现n2从起动到最大状态的稳定工作,并筛选出引起转速摆动故障的主燃油调节器。试验结果表明,该控制系统能够在主燃油调节器性能试验器上进行n2闭环控制,从慢车到最大状态稳定工作时的n2转速与发动机台架试车数据基本一致,并且算法稳定性优于经典PID算法,能够在进行航空燃油燃烧的试车台试验之前,挑选出引起转速摆动故障的主燃油调节器。

汽轮发电机转子阻尼系统对第一摆稳定性影响的仿真计算研究

发电机的第一摆稳定性是准确评估系统最大传输功率的重要指标。对汽轮发电机本体而言,影响第一摆稳定性的因素主要有励磁系统,以及转子大齿导条、转子铁心和转子导电槽楔构成的阻尼系统。为了揭示上述因素与第一摆稳定极限的关系,该文以300 MW汽轮发电机为例,采用时步有限元模型研究了上述两种因素对发电机第一摆稳定极限的影响。结果表明:转子阻尼系统对发电机第一摆稳定极限的影响较大;由于转子导电槽楔通常由铝合金、不锈钢等材料构成,这些材料的电导率相差较大,因而进一步研究了转子槽楔电导率与第一摆稳定极限的关系,得出当电导率从σal(铝合金电导率)到0.05σal变化时,发电机的第一摆稳定极限逐渐增大。

二氧化碳摆动转子膨胀机的设计与受力研究

设计开发了二氧化碳摆动转子膨胀机,代替节流阀减小节流损失。研究给出了膨胀机摆动转子进行受力分析情况,对关键部件摆动转子进行了应力与变形的计算。结果发现膨胀机的摆杆两侧的摩擦力很大,将会导致此处的摩擦损失增大。与滚动活塞膨胀机相比,摆动转子膨胀机的总力矩更大,更有利于膨胀机的运行。计算结果表明,摆动转子膨胀机结构上有优势,承压能力很好,适于在高压差下工作。

摇摆工况下椭圆轴承转子系统动力学特性研究

倾斜摇摆工况下,不仅轴承承受载荷随时间变化,而且轴承动特性参数也发生变化,这必然会影响轴承支撑的转子系统的安全性与稳定性分析结果。仅通过稳态分析难以保证支撑轴承自身的安全性和可靠性以及转子轴承系统的稳定性。基于轴承刚度和阻尼的分段线性化假设,建立不同横摇角度的转子轴承模型,用某大学润滑理论与轴承研究所开发的转子轴承系统动力学分析软件DLAP(Dynamic Lubrication Analysis Program),耦合求解椭圆轴承转子系统动力学模型,采用特征值和特征向量,稳定性分析、不平衡响应分析以及瞬态动力学分析等手段,详细研究了转子轴承系统的稳定性和安全性,并与正常工况下轴系的动力学特性对比,最终得出摇摆工况下椭圆轴承支撑的转子系统的动力学特性。

某型航空发动机振动值摆动故障诊断

针对某型双转子航空发动机拍振振动值摆动的问题,推导了拍振形成的条件。结合该型发动机的结构特点,对不同测点的振动信号进行了分析,确定了拍振产生的原因和振源位置。在此基础上,对低压转子振动、高压转子振动及附件传动轴的振动3个信号的合成规律进行了仿真计算,提出了该型航空发动机振动值摆动故障的排除方法。结果表明,该型发动机产生振动值摆动的根本原因是低压转子振动与附件传动轴的振动频率接近,形成了拍振。降低振动值摆动的有效方法是降低低压转子和附件传动轴的振动量。

单盘裂纹转子次谐波共振实验研究

采用Bently模拟转子试验台,对轴上含裂纹的单盘转子系统进行了实验研究。发现裂纹会导致响应在1/2和2/3倍临界转速附近出现次谐波共振现象,在这些转速下系统响应出现了次谐波和高次谐波分量,如1/2倍频、3/2倍频、2倍频、3倍频和4倍频分量,并导致这些转速下振幅急剧增大,影响转子的稳定运转。摆振对裂纹非常敏感,在裂纹较小时就可观察到较为明显的倍频成分,并且其幅值比无裂纹时大一倍以上,可作为转轴上裂纹识别的重要参数。

摆动转子气液混输泵的研制

摆动转子气液混输泵工作时 ,偏心曲轴旋转使转子沿缸体外定子与内定子之间的环形空间做摆转运动 ,转子外壁与缸体外定子、转子内孔与内定子外径分别同隔板一起形成两个吸入腔和两个排出腔 ,吸入腔与排出腔的容积随转子摆动不断发生周期性变化 ,完成介质的吸入和排出。内、外定子与转子在工作时互不接触 ,保持一定的间隙 ,泵采用专门的润滑系统 ,润滑轴承及机械密封。这种泵用于油田的油、气、水多相混输 ,可有效降低井口压力 ,提高油井产量。

滚动轴承-偏置转子系统涡摆耦合动力学特性研究

建立了滚动轴承-偏置转子系统涡摆耦合动力学模型,模型中考虑了转子偏置量及圆盘摆振,滚动轴承模型中考虑了轴承游隙、非线性赫兹接触力及变刚度VC(Varying Compliance)振动等因素。采用数值方法对不同偏置量下,有无考虑圆盘摆振时系统动力学响应进行了计算与比较;分析了轴承游隙变化对不同偏置量的转子动力学性能的影响。结果表明:考虑圆盘摆振时偏置转子的非线性动力响应特征明显增强;相同转速下,不同偏置量的转子系统中频率成分亦不相同;转子偏置程度越大,系统临界转速对轴承游隙变化的敏感度越高。

应用磁场摆角诊断异步电机转子断条故障

为及时发现电机故障,保证设备安全运行,介绍了一种新的基于异步电机转子合成磁场方向摇摆振动的断条故障诊断方法,并验证了在电机不同负载水平时该方法的有效性。异步电机转子发生断条故障时,断条会影响转子磁动势(MMF)波形,使转子合成磁场方向发生摇摆振动。通过检测磁场方向的摆角,即使是1根断条的轻微故障,也可以很容易诊断出来。与定子相电流的快速傅立叶变换频谱分析法相比,该方法几乎不受电机负载水平的影响,且不需要速度传感器。实验证明,该方法简单易行,能够准确地检测出转子断条故障,且能够根据摆角的大小来判断断条故障的严重程度,适宜做成在线状态监测系统。

带有居中盘与悬臂盘的裂纹转子系统非线性响应特性分析

研究了轴上含有横向裂纹 ,刚性支承的带有居中盘和悬臂盘的双盘裂纹转子的非线性动态响应。考虑轴旋转过程中裂纹的开闭 ,推导出双盘裂纹转子的运动方程。采用仿真计算的方法 ,分析了转速、裂纹深度的变化对响应的影响 ,并且研究了盘的摆振与横向振动的区别。结果表明 ,裂纹转子随转速变化 ,响应会出现丰富的非线性特征 ;裂纹深度的增大 ,会导致系统响应出现分叉与混沌 ;外阻尼可以有效抑制非线性响应 ;盘的摆振对于裂纹的出现 ,较之横向振动 ,包含有明显的高次谐波分量 ,易于识别。

考虑摆振的裂纹转子运动及阵发性混沌

在考虑含裂纹转子盘的摆振运动的情况 ,建立了盘的运动方程并进行数值求解。在裂纹很小时 ,横向振动是与转速相同的同频振动 ,而盘的摆振包含多种倍频成分。当裂纹较大时 ,横向振动会出现阵发性混沌。当摆振的幅值随时间不断增大到一定极限时 ,横向振动的稳定的周期或拟周期运动被打破 ,出现阵发性混沌。同时还出现通过拟周期进入混沌的现象。当裂纹很深时 ,会出现多个新的共振区 ,在此区域振幅迅速发散。盘的偏心距U的增大 ,会抑制混沌 。

摆动转子压缩机受力分析与理论计算

在较大压差工况下,摆动转子压缩机比滚动活塞压缩机有更明显的优势。但由于其独特的结构,导致部件受力复杂,使实际设计计算缺乏理论依据。为此,本文对各部件受力进行了理论分析和数值计算。结果表明:气体力是影响大多数力变化的主要因素,部分运动部件之间存在较大的作用力;排气阀开启时刻,各作用力达到最大值;除气体力形成的负载力矩外,摆动转子与偏心轮之间的力矩是压缩机内的第二大负载力矩。

转动摆杆机构的研究

从运动学、静力学的角度分析了转动摆杆机构的传动原理、各构件参数间相互关 系和受力情况，给出机构各参数的设计公式及摆杆最大摆角的确定方法。

双盘裂纹转子非线性响应特性

研究了轴上含有横向裂纹 ,刚性支承带有居中盘和悬臂盘的双盘裂纹转子的非线性动态响应。考虑轴旋转过程中裂纹的开闭 ,推导出双盘裂纹转子的运动方程。采用仿真计算的方法 ,分析了转速、裂纹深度、外阻尼比的变化对响应的影响 ,并且研究了盘的摆振与横向振动的区别。结果表明 ,裂纹转子随转速变化 ,响应会出现丰富的非线性特征 ;裂纹深度的增大 ,会导致系统响应出现分叉与混沌 ;外阻尼可以有效抑制非线性响应 ;盘的摆振对于裂纹的出现 ,较之横向振动 ,包含有明显的高次谐波分量 。

双相外激波摆杆活齿传动耦合刚度

针对双相外激波摆杆活齿传动的结构特点,提出了活齿传动耦合刚度的概念。通过建立固定于活齿架的整体系统坐标系,分别推导出外激波凸轮与中心轮的齿形方程及传动压力角,综合应用变形协调条件与Palmgren形变公式,求解了多齿接触的系统径向力。在此基础上计算了传动系统的时变耦合刚度,并结合实例分析了主要结构参数对耦合刚度系数的影响。

双跨弹性转子系统弯扭摆耦合非线性故障特征分析

建立了非对称弹性支承下,带有基础松动-碰摩耦合故障的双跨转子系统弯扭摆耦合非线性动力学模型.应用数值方法研究双跨转子弯扭摆耦合振动下的动力学特性,利用分岔图、幅频特性曲线图、相图及幅值谱图,分析了摆振对于双跨转子系统的影响,揭示了不同结构参数下该类转子系统的典型非线性特征,为该类转子系统故障诊断提供依据.结果表明:摆振对双跨转子系统的运动影响显著;

直升机着陆过程中动不稳定现象分析

通过分析某型直升机在尾起落架着地时出现的机体异常振动,建立了一种以直升机状态及操纵参数为基础,以时频分析为手段的地面动不稳定性方法。首先分析异常振动与正常振动的异同点,通过时频分析获得引起异常振动的现象特征。通过频率根源查找,最终找出引起异常振动的原因为机体的俯仰模态与旋翼摆振后退型耦合引起的一种动不稳定现象,并对引起该种现象的原因加以分析,给出改进措施,为今后的直升机动不稳定试飞技术提供参考。

力矩电机串联式回转机构的设计与研究

对外转子式力矩电机的串联布局驱动方式和并联布局驱动方式进行了对比和分析,并对力矩电机串/并联驱动技术做了深入的研究,针对双摆角数控万能铣头的C轴和车铣复合加工中心的B轴等数控机床的回转进给机构,提出了一种利用两台标准的外转子式力矩电机串联驱动的大扭矩回转机构,并对其夹紧系统和冷却系统提出了相应的设计方案,解决了传统直驱式回转轴设计方法中存在的单一标准力矩电机驱动扭矩小和非标式力矩电机采购成本高等问题。