水平偏心摆波能装置运动获能特性研究

以水平偏心摆波能装置为对象,通过物理模型试验和数值模拟,对装置在单自由度和多自由度下的运动和获能规律进行研究。不同波周期下,摆体出现小幅振荡、旋转和振荡旋转三种运动状态。研究表明,装置在单自由度下出现对获能不利的“锁停”现象,而多自由度的获能相对较好,平均功率随波浪周期出现两次峰值。第一次峰值对应波周期与能量输出(PTO)阻尼和摆臂长度正相关,峰值与PTO阻尼正相关;第二次峰值及对应波周期与外浮体轴比正相关。

带辅助轮摆臂的履带式机器人越障能力分析

履带式移动机器人因具有良好的环境适应性被广泛应用于军事和安全领域。为了改善现有摆臂履带式机器人结构复杂、重量和体积较大等不足,进一步提高其越障能力,提出一种带辅助轮摆臂的履带式移动机器人,设计该机器人的几何模型,分析其越障机理,推导摆臂的正逆运动学方程,分别建立有/无滑移条件下机器人的运动学模型。采用柔性体有限段模型法建立履带的多体动力学仿真模型。通过履带滑转率、机器人主体质心高度,履带与地面接触力及摆轮受力的变化,综合分析该机器人越障时的动力性能。在越阶、爬坡和越沟壑不同工况下,提出的带辅助轮摆臂的履带式机器人表现出良好的越障性能。

ZB45硬盒包装机组烟支自动平整装置研制

为解决ZB45包装机烟支库上方位置因烟支输送过程中整体倾斜导致的烟支下落不畅,烟支断残、褶皱和变形等问题,文中结合设备的结构特点,加装创制的烟支自动平整装置,对烟支库上方输送的烟支进行平整,使烟支平齐,在输送过程中顺利下落。经过平整装置后的烟支,在继续向下输送过程中,可顺利下落到3组7-6-7排列的通道内,避免了因倾斜造成的烟支变形、下烟阻塞及卡烟等现象发生。烟支自动平整装置的应用,使烟支褶皱、变形和端部落丝等造成的烟支次品数量,由安装前的平均18.9支∕班减少至平均3.1支∕班,减少了15.8支∕班,减少率为83.6%;烟支库卡烟、阻塞等造成的设备停机次数由之前的31.0次∕班减少至6.1次∕班,减少了24.9次∕班,减少率为80.3%;机车效率由改造前的95.3%提升至96.0%,提升了0.7%,具有较高的行业推广价值。

摆臂类零件工艺分析与优化

针对摆臂类零件的凸包和翻孔在成形时易开裂的问题,提出了摆臂类零件改进设计的方法。首先对复杂结构的摆臂类零件常见的冲压工艺缺陷进行分析,通过CAE分析结合实物样件对零件设计进行验证;其次对于凸包区域的开裂问题,根据零件装配要求,在尽可能减少修模量的前提下,通过调整圆角半径和拔模角度改善凸包区域的成形缺陷;对于对向翻孔开裂的问题,将弹性元件的压力作为优化目标,确定最佳的圆角半径、翻边高度和拔模角度参数组合,此外,通过增加局部导向结构解决弹性元件压入摆臂时产生的刮痕缺陷;最后以试制方式加工出相应状态的样件,对不同的优化方案进行验证。结果表明:对于摆臂类零件的优化,若CAE分析凸包位置存在开裂风险且减薄率不大于28%时,圆角半径增大不超过2 mm、拔模角度增加不超过5°;增大对向翻孔的压料区域和压料力,并在结构上增加相应的倒角可提升零件的压装性能。

汽车发动机张紧器摆臂断裂失效分析

汽车发动机张紧器摆臂进行台架耐久试验时发生断裂失效。通过宏观观察、断口形貌、化学成分、金相组织及硬度等测试方法分析了张紧器摆臂的断裂失效原因。结果表明:张紧器摆臂断裂起始源区存在疏松缺陷,减小了有效承载面积,在外界交变载荷的作用下,疏松缺陷区域产生应力集中,最终导致张紧器摆臂发生断裂失效。

汽车前悬架下摆臂的逆向设计与有限元分析

逆向工程与计算机辅助设计及有限元分析相结合,可显著提高新产品的开发效率,实现产品快速制造和降低开发成本。本文以某车型前悬架下摆臂为研究对象,通过三维扫描仪采集下摆臂的点云数据,对点云数据进行处理与简化。使用CATIA软件对前悬架下摆臂进行逆向设计,建立前悬架下摆臂的三维模型。使用Geomagic Qualif软件对建立好的模型进行误差分析,平均偏差在0.6mm范围内。对表面粗糙、不连贯及曲面不连续现象进行曲面光顺处理和局部结构优化,优化后的下摆臂模型表面平整、曲面光滑流畅,符合零件设计要求。利用惯性释放原理,使用ANSYS软件分别对逆向设计的下摆臂模型的三种典型工况进行静力分析,得到下摆臂的应力云图。结果表明各种工况下的下摆臂应力均满足强度要求。

城轨列车塞拉门下摆臂状态仿真分析

塞拉门是目前城轨列车车门系统中的主流类型,大部分塞拉门具有下摆臂结构,该结构对门扇的顺畅运动和良好的密封性能起着至关重要的作用。然而,当前运营单位针对下摆臂结构的检修多集中于尺寸测量和功能检查方面,而对下摆臂状态的关注较少,行业内已出现多起因缺乏针对下摆臂状态的检修而导致下摆臂滚轮掉落至轨行区的案例,因此对下摆臂状态进行仿真分析意义重大。文章根据塞拉门系统正线受力和密封方式,对2种不同结构的下摆臂进行对比分析,并基于几何特征建立固体力学和应力寿命的有限元模型。仿真结果表明,带有防脱销结构的下摆臂组件在相同受力情况下,使用寿命约是无防脱销结构的2.78倍。由此提出以下改进措施,对于客流量较少的列车可以仅在大修时更换下摆臂组件,而对于状态欠佳的下摆臂,可以在半个架修周期内单独更换滚轮组件,以确保列车运行的安全性和可靠性。

一种应用于自助设备的储卡模块系统设计

针对银行网点自助设备的吞卡现象,设计了一种应用于自助设备的储卡模块。该储卡模块被放置于卡机后部,其内部有多个卡仓,用于暂存被吞入的银行卡,用户仅需验证必要的身份信息,即可取回被吞入的卡片。自助设备通过增加该模块,能大幅提高其无人化故障处理能力,符合智能化、便捷化、高效率的新型智慧银行发展模式。

固定焊枪异步修磨在车身车间的应用

汽车自动焊装生产线中,焊枪每焊接一定量的点数后要进行修磨,会影响生产线的实际输出,其中固定焊枪采用摆臂修磨器影响更大。文章介绍了固定焊枪摆臂修磨的现状,并对修磨过程进行了时序分析。针对搬运机器人和固定焊枪的应用,分析了机器人在进行搬运工作时,焊枪作为独立轴单独运动从而实现修磨的可行性,即在焊接完成后,前台程序判断是否需要修磨,如果需要修磨则开启异步模式并触发后台修磨程序启动,后台程序控制焊枪独立轴和摆臂修磨器按照时序完成修磨过程,在焊接开始前,前台程序关闭异步模式恢复焊枪的联动。通过在某生产线实施异步修磨功能,并对比实施前后的单班次平均小时产量,发现实施后生产线的输出量得到明显的提升。

双级摇臂短壁采煤机采高检测研究

针对短壁采煤机采高检测的迫切需求,开展了双极摇臂短壁采煤机的采高检测研究。根据摇臂联动规则建立双级摇臂的采高检测模型,合理选择传感器类型和规划安装位置,确立了以测量单级摇臂摆动角度为目标,每级摇臂独立测算后再累加的检测方案。根据每级摇臂不同结构设计了相应的采高测量装置,实现了双级摇臂采高数据实时精准检测。

基于重载机械臂的结构优化设计

基于重载机械臂的结构优化设计,通过多次优化,成功降低了机械臂应力集中的现象,提高了其强度和可靠性。通过改变圆角尺寸、台阶位置和结构等特征,成功地将机械臂的等效应力降低了34.4%。这一优化设计为重载机械臂的安全运行提供了重要支持。

基于BP神经网络PID的高速清扫车摆臂控制系统

针对传统清扫车摆臂开环控制系统的动态响应特性不足、抗干扰能力弱,不能适应高速工况下清扫作业,设计了高速清扫车摆臂执行机构和闭环控制系统。为解决BP神经网络(BPNN)存在局部极值、收敛速度慢等问题,提出一种改进BPNN PID算法,其核心是通过主动串联校正,抑制PID前一次输出值u(k-1)对此次输出值u(k)的影响。通过搭建Simulink-AMESim联合仿真模型,研究了高速清扫车摆臂闭环控制系统的阶跃响应、抗干扰能力以及位置跟踪能力。研究结果表明:所改进的BPNN PID控制器能够动态调整PID参数,提高了系统的适应性、准确性和稳定性;改进BPNN PID控制器的抗干扰能力更强,鲁棒性更好,且系统近乎没有超调,超调量为0.5%,仅为PID控制超调量的2.34%,稳定时间0.62 s,相比PID提前了66.31%。

有限元分析立定跳远状态时不同摆臂动作和触地姿势的膝关节损伤

背景:立定跳远是人体跳跃时常采用的标准动作,同时也是下肢爆发力训练的主要项目之一。大量研究表明,起跳过程中的摆臂动作及触地时足部采用外八姿态能够增加跳跃距离,但鲜有研究关注触地过程中的膝关节损伤。目的:探讨立定跳远不同摆臂动作和触地姿势下双侧半月板和股骨软骨的应力及应力分布特征。方法:招募8名男性大学生进行立定跳远试验,试验中分自由摆臂和限制摆臂起跳、踝关节正常姿态和“外八”姿态触地4种情况,采集跳跃过程中的运动学数据和地面反作用力,通过逆动力学计算获取膝关节反力作为边界条件和荷载。基于1名受试者的膝关节MRI图像,建立膝关节三维有限元模型,对立定跳远触地过程进行数值模拟。结果与结论:(1)摆臂动作与踝关节姿态对膝关节运动学特征的影响存在交互作用,限制摆臂与改变踝关节触地姿态均会对膝关节在矢状面、额状面上的运动学特征产生显著影响(P<0.001,P<0.001);(2)限制摆臂+正常姿态触地与自由摆臂+正常姿态触地时的双侧软骨接触较为均匀,限制摆臂+外八姿态触地和自由摆臂+外八姿态触地的应力集中均发生在软骨内侧而外侧接触较少,内侧软骨较外侧受到更大的冲击;摆臂动作+外八姿态触地时,股骨软骨接触应力峰值(8.89 MPa)和半月板接触应力峰值(10.71 MPa)均较低;限制摆臂+外八姿态触地时,股骨软骨接触应力峰值(13.11 MPa)和半月板接触应力峰值(11.23 MPa)均较高;(3)结果显示,正确的摆臂动作配合适当程度的踝关节“外八”姿态落地,能够减小膝关节的损伤风险;当踝关节以“外八”姿态触地并限制跳跃过程中的摆臂动作时,会使股骨软骨的接触应力显著增大,可能提高膝关节损伤风险。

振打机构摆臂疲劳寿命仿真及可靠性分析

目的 针对振打机构关键部件摆臂,开展疲劳寿命及关键参数影响程度仿真分析,获得寿命分布及可靠性数据,校核摆臂设计是否满足使用要求。方法 基于S-N曲线进行振打机构摆臂的寿命仿真,开展动力学仿真与应力仿真,获得不同温度下摆臂最低寿命与管壁壁厚的关系。通过对关键寿命影响参数进行影响程度仿真分析,获得寿命分布及可靠性数据。结果 当摆臂壁厚大于1.77mm时,摆臂的平均寿命大于144万次,满足产品设计要求。疲劳寿命与弹性模量E负相关,与抗拉强度和表面加工系数正相关。可靠度R取0.8时,摆臂的可靠寿命约为29 005次;可靠度R取0.9时,摆臂的可靠寿命约为11 891次。结论 振打机构摆臂壁厚需大于1.77 mm,摆臂表面质量系数大于0.827 3,材质抗拉强度大于907.76 MPa,弹性模量E小于2.041×10^(5)MPa。

三峡升船机下闸首工作大门设计中的创新技术

三峡升船机是全球规模最大技术难度最高的升船机,其下游水位变幅变率均居国内外升船机之首。为满足船厢与下闸首对接要求,下闸首工作大门采用易于调整门位、带卧倒小门的下沉式双扉平板门。该闸门具有跨度大、运行条件复杂、运行频繁且要求高等特点,设计中采用了充压止水、摆臂式锁定、卧倒门同步变速控制等多项创新技术。三峡升船机运行实践经验表明,下闸首工作大门的工作性能完全满足工程要求,以上创新技术应用效果良好,具有很好的工程应用性和实践指导意义。

基于电流信号的机器人关节螺栓松动故障检测

针对工业机器人关节连接处螺栓松动问题,根据机器人关节结构建立机电耦合模型,并引入了底座螺栓松动故障,建立了螺栓松动的系统动力学模型。分析该仿真模型电流信号,得出电流信号与螺栓松动故障之间规律。研究表明,松动情况下电机电流频率附近出现边频带,时域波形出现脉冲冲击,时频图上出现能量波动,冲击与波动出现的时刻对应螺栓松动时刻。所提出的模型分析结果与试验数据吻合较好,研究成果对工业机器人关节螺栓松动故障的建模及诊断研究具有重要的参考价值。

大口径非球面加工中最接近参考球面的精确计算

摆臂轮廓测量技术要求将摆臂精准的装调至待检测非球面的最接近参考球面上,需要精确确定非球面的最接近参考球半径及球心位置,而常规的近似法、精确公式法以及最小二乘法不能满足计算的精度和效率等要求。为了弥补现有算法的不足,文章介绍了一种分阶段逼近最接近参考球半径的计算方法,该算法在最小二乘法的基础上,通过精确线搜索技术以及牛顿迭代法,实现了最接近参考球半径求解的高精度、高效率,并且应用于大口径非球面计算时迭代效率有了较大提高。计算实例结果显示,该算法满足摆臂测量时大口径非球面的最接近参考球半径的求解要求。

控制模具零件间隙对支架成形质量进行改善的工艺方法

在摆臂支架冲压工艺及模具设计中,建立几何模型分析了材料厚度减薄对成形制件形状和尺寸精度及成形性的影响,借助冲压工艺仿真软件对成形工序的材料减薄率进行评估,根据材料减薄率确定成形工序的模具零件间隙,拉深模零件间隙按传统方法计算,预整形模零件间隙采用材料厚度值,精整形模零件间隙补偿一定量的料厚减薄量。模具经实际调试,成形的支架无开裂划伤缺陷、形状和尺寸精度达到了技术要求。

机械臂参数优化数学模型及参数影响分析研究

针对欠驱动机构运动不确定性引起的采摘机械臂滑道大幅度摆动现象导致的机构运动不稳定性的问题。提出了一种基于混合蛙跳算法改进的代理模型技术来建立滑块驱动速度、滑轨高度、滑轨倾角与滑道摆动角度峰值之间的参数优化数学模型,利用KRIGING模型建立设计参数与滑道摆动角度峰值之间的数学模型,通过混合蛙跳算法优化传统kriging模型变异函数的参数,提高其数学模型精度;基于参数优化数学模型,分析了滑块驱动速度、滑轨高度、滑轨倾角对滑道摆动角度峰值的影响。仿真结果表明:参数优化数学模型精度更高,误差更小,能为参数优化提供更加精确的数学模型;滑轨倾角、驱动速度、滑轨高度对滑道摆动角度峰值变化幅度影响程度由大到小的顺序为滑轨倾角>驱动速度>滑轨高度。交叉变化对滑道摆动角度峰值影响程度为滑轨倾角-滑轨高度>滑块驱动速度-滑轨倾角>滑块驱动速度-滑轨高度。

基于ANSYS的某型号后摇臂拓扑优化设计

为了提高方程式赛车的燃油经济性、操纵稳定性和行驶速度,以某型号后摇臂为研究对象,研究在满足设计要求的前提下,对其悬架系统的后摇臂构件进行拓扑优化设计。采用ANSYS优化设计模块对后摇臂进行仿真计算及轻量化设计,根据赛事要求和赛车结构建立后摇臂模型,并对后摇臂结构进行拓扑优化设计,得到了合理的拓扑优化结构。有限元验证表明:在满足结构要求的前提下,结构优化设计提高了构件的性能,降低了材料成本,拓扑优化设计减材41.075%,轻量化效果显著,证明了后摇臂结构拓扑优化设计的可行性。