基于微分平坦的板球系统反步滑模控制

为改善板球系统轨迹跟踪控制误差大,控制精度低的问题,提出了一种基于微分平坦的板球系统反步滑模控制方法。首先基于欧拉-拉格朗日方程建立板球系统的运动学模型,通过合理简化得到解耦线性状态空间模型。以X轴方向控制器设计为例,利用微分平坦技术获得系统的目标状态量以及前馈控制量,建立误差系统,进而采用反步法实现对误差系统的滑模控制,利用李雅普诺夫稳定性理论证明了闭环系统的稳定性。算法中使用双曲正切函数抑制滑模的抖动,实现了对板球系统的轨迹高精度跟踪控制。仿真实验结果表明,该方法控制精度高,具有良好的控制效果。

大型矿用挖掘机履带板故障分析和优化设计

依据现场履带板失效形式,通过理论分析、有限元分析等方法和手段,对履带板现有结构进行改进设计;通过有限元对比分析验证新结构受力状态更好;提供了一种解决现场问题的思路,为以后产品设计和解决现场问题提供理论依据。

工程装备履带板脱胶断裂故障及修复工艺研究

针对工程装备挂胶履带修复过程中所面临的金属基体易断裂等难题,研究履带脱胶工艺及其对基体材质的影响。通过多次加温脱胶试验,分析加温脱胶后金属板体的金相组织结构变化情况,确定了重新挂胶修复后的履带板在使用过程中发生断裂的原因。在此基础上,提出了改进履带板挂胶修复新工艺。采用新的修复工艺后,在脱胶时不损害履带板基材,并且在挂胶修复后质量良好,能够满足使用要求。该修复工艺可以降低修理成本,提高履带板的使用寿命,具有较高的经济效益。

工程机械履带板断裂失效原因分析

某工程机械用履带板在使用过程中发生早期断裂。为探究其失效原因,进行宏观断口形貌分析和ANSYS有限元仿真分析,利用直读光谱仪、金相显微镜、扫描电镜来观察断口的微观组织及夹杂物,采用拉伸试验机与冲击试验机来检测断裂履带板的力学性能。结果表明:履带板断裂处存在尺寸较大的非金属夹杂物,严重破坏了钢材基体的连续性,使履带板局部产生应力集中,在主机工作交变应力作用下萌生裂纹并扩展,最终因强度不足而发生早期断裂失效。

基于电磁式惯性作动器的四面固支板前馈补偿线性自抗扰振动主动控制

针对基于电磁式惯性作动器的四面固支板振动系统中存在的由相位滞后、功率放大器等模拟器件、数据采集卡的采样时间等因素导致的时间延迟,本文提出了一种基于跟踪微分器(Tracking Differentiator, TD)的前馈补偿自抗扰控制方法.首先,利用振动理论和电磁感应原理,建立了基于惯性作动器四面固支板的振动模型;其次,利用跟踪微分器获得输入信号的跟踪信号及其微分信号,以实现相位超前功能,并根据控制信号与系统输出同步的原则设计了扩张状态观测器(Extended State Observer, ESO)来估计系统状态和总干扰.最后,搭建了一套基于NI PCIe采集系统的振动控制平台,验证所提出的振动主动控制策略的控制性能.开展了传统三阶-线性自抗扰控制、预测估计器的线性自抗扰控制和所提的振动控制策略的对比试验,结果表明了所提的基于TD的前馈补偿自抗扰控制器具有最佳的抗扰和振动抑制性能.

基于图像识别和数据分析的中厚板冷区钢板跟踪方法

现有的多摄像机多目标跟踪方法不能很好地解决网络延迟、目标遮挡、图像模糊等问题,为此,提出了一种基于图像识别和数据分析的多摄像机多目标跟踪方法。该方法采用双流网络的结构,在输入部分增加空间流和时间流,数据分析使用物理规则约束和修正目标行为,能在复杂环境下对跟踪区域内的钢板进行全程实时跟踪,且在钢板消失重现后,也能对钢板进行重定位。通过使用物理规则约束和修正目标行为,消除了网络延迟、目标遮挡、图像模糊对多摄像机多目标跟踪的影响。

CRTSⅡ型板式无砟轨道层间摩擦参数及性能影响研究

针对CRTSⅡ型板式无砟轨道离缝后的层间相互作用关系,开展现场运营线及室内推板试验,建立CRTSⅡ型板式无砟轨道的力学特性分析模型,研究离缝条件下不同层间摩擦参数对轨道结构力学性能的影响。研究结果表明:实际运营状态下的轨道板随着顶推力不断增大,轨道板与砂浆层逐渐脱粘,完全脱粘后发生滑移,轨道板失稳发生水平位移的推力在160~200 kN之间,轨道板发生稳定滑移的水平推力在210~250 kN之间,对应摩擦系数为2.5~3.1;室内试验轨道板与砂浆层之间在无粘结力的最不利状态下,轨道板发生稳定滑移的水平推力在55~56 kN之间,对应摩擦系数为0.79~0.80;随着层间摩擦系数增加,会一定改善轨道结构受力变形,但影响程度有限,摩擦系数由0.7增加至3.1时,宽窄接缝受力最大减小6.6%,钢轨和轨道板最大上拱位移分别减小了4.19%和5.7%;对于已经出现离缝的CRTSⅡ型板式无砟轨道,层间摩擦状态影响较小,应提前预防和避免层间离缝病害的产生,保证层间粘结完好。

降低竖炉带冷机故障及提升冷却效率的措施

新疆昕昊达矿业有限责任公司采用球团竖炉工艺,用带式冷却机对球团矿进行冷却,在生产运行中带冷机故障频繁,经常性非计划停机,设备作业率低,影响竖炉产能的发挥。带冷机主要存在轨道跑偏、漏料严重和小刮板掉道等问题。同时,因原篦子箅缝中卡球团,导致冷却效率降低。利用年修及定期检修对带冷机进行技术改造后,故障发生率降低了90%以上,冷却效率大幅提高。

变电站二次设备全向巡检机器人精确定位与作业辨识

通过巡检机器人进行变电站二次设备的监测是提升电力设备自动化、智能化管理的重要方式,有利于保障电力工程设备的安全运行。文中开发了一种用于变电站二次设备自动化巡检的Mecanum轮式全向移动机器人,其具备自主导航定位与作业辨识的能力,可极大提升设备巡检效率及保护压板状态识别准确性。通过Mecanum轮的驱动方式实现巡检机器人在狭窄作业环境下的灵活运动与姿态调整,通过多轨道升降平台实现对350~1 800 mm高度范围内的二次设备及压板的图像采集与状态辨识。机器人采用基于激光雷达的即时定位与地图构建(simultaneous localization and mapping,SLAM)导航方法进行自主定位导航,并结合基于视觉的路径提取与跟踪算法进行姿态位置修正,实现在待测点位置的精确定位。同时,提出了基于颜色辨识的图像排列与状态辨识方法,针对二次设备保护压板连通状态进行识别和判断。实验结果表明,研制的变电站二次设备巡检机器人可以实现自主导航与位置精确定位,在路径跟踪过程中最大偏角和偏距分别为±3°和±8 mm。结合机器视觉与颜色辨识的压板辨识方法可以准确识别压板状态,识别准确率大于95.80%,有助于提升机器人自动化的电力巡检作业水平。

成渝高速铁路路基上拱病害整治

西南山区地形起伏较大,多条既有高速铁路线路在隧道段和深路堑段出现不同程度的软岩基底上拱现象,导致轨道不平顺,严重威胁高速铁路运营安全。利用成渝高速铁路提质改造的有利契机,对成渝高速铁路2处典型路基病害分别采用了“暗挖基床”和“桩板结构重构无砟轨道”进行整治,整治效果良好;成渝高速铁路路基上拱病害整治的成功案例积累了宝贵的经验,成果可为后续病害整治提供技术指导。

Elastic Modulus Limit of Support Layer in Twin-Block Ballastless Track Based on Train Load Effect

The support layer is an important component of twin-block ballastless track. The modulus of the support layer is an important design parameter and must be carefully solved. We studied the bending stress and deformation of track slab and support layer due to train load using the beam-plate finite element model on elastic foundation. The results show that support layer type has great impact on both support layer deformation and the stress on subgrade, but has little impact on the bending stress of either track slab or support layer. The continuous support layer type, and articulated support layer type with shear transfer device at their ends, are recommended. In order to keep the stress in the support layer less than that in track slab, the modulus of the continuous, unit, and articulated types of support layer （ in unit twin-block ballastless track）, and the support layer in continuous twin-block ballastless track, should not be larger than 15, 22, 20.5 and 5 GPa, respectively. In addition, the modulus of the unit-type support layer should not be more than 20 GPa, to ensure the step in support layer remains less than 1 mm.

基于三步法的板球系统滑模控制器研究

为解决非线性板球系统滑模控制中出现的抖振现象以及轨迹跟踪过程中多扰动问题,提出了一种基于三步法的滑模控制方案。首先,建立板球系统状态空间模型,设计滑模控制律克服系统存在的不确定性扰动;其次,将三步法控制规律与滑模控制算法相结合,设计三步法滑模控制器,避免了滑模控制中存在的抖振现象;最后,通过李雅普诺夫函数证明了闭环控制系统的稳定性。对比仿真实验结果进一步验证该方法在轨迹跟踪控制中的有效性。

周期性浮置板轨道弹性波传播行为及波动效应

为探究复杂周期性浮置板轨道结构中的弹性波传播行为及波动效应的内在机理,基于无限周期结构的弹性波理论建立浮置板轨道结构模型,计算并分析结构带隙特征、弹性波传播机制以及移动荷载激励下的波动效应。结果表明:复杂周期性浮置板轨道结构在0~300 Hz范围内存在8个带隙,且带隙可阻碍弹性波在结构中的传播;带隙特征主要受结构刚度影响,可通过改变钢弹簧刚度、剪力铰剪切刚度和基础分布刚度来调节带隙范围;由于浮置板、轨道和隧道衬砌结构的弹性波局域共振作用,浮置板轨道结构减振效果在0-√2倍共振频率范围内劣于整体道床轨道结构,而在大于√2倍共振频率时才优于整体道床轨道结构;结构加速度响应峰值由荷载速度线与频散曲线的交点所产生,带隙和通带范围内弹性波存在不同的波动效应,且带隙对弹性波正向多普勒效应具有抑制作用。

轨道板精调的若干测量方法和措施

结合贵广、成渝、成绵乐、成贵、鲁南和汕汕等高速铁路轨道板精调测量的实践,研究轨道板测量所采取的方法和措施。根据换站搭接的薄弱段落,提出了虚拟换站搭接法,提升了精调测量的可靠性。针对大跨度连续梁、拱桥等特殊结构桥梁提出了预加恒载进行施工的方法,从而避免出现因二次加载导致桥梁高程过低的问题。另外,对特殊结构桥梁的长轨精调方法提出一些探讨,以期为类似工程提供参考。

新型装配式CRTSⅢ型板式无砟轨道“直铺法”施工技术

以货运重载铁路新建铁路临沂临港铁路工程为实例,设计研发了一种新型的装配式CRTSⅢ型板式无砟轨道结构,采用预制装配式底座板,通过集中化、工厂化、机械化的生产方式,极大减少了支撑、模板等周转料具的投入,同时提高了混凝土施工质量。创新提出并应用了路基表层、底座板、轨道板间设置锚固体系限位,底座板与路基表层间设置快凝微表处混合料找平层结构,轨道板与底座板间设置橡胶与聚氨酯组合的减振垫结构等技术,可充分地利用路基沉降评估期的技术间歇时间,开展线上工程与线下工程平行施工,解决传统工艺无法连续作业和高效转序的技术难题,实现了无砟轨道快速化、经济化、优质化的建造目标。

高锰钢履带板铸件晶粒粗大缺陷的分析与改进

对大型挖掘机高锰钢履带板断裂部位进行取样,通过宏观断口观察、低倍酸浸、金相组织检验等方式对履带板早期断裂的原因进行了分析,结果表明组织晶粒粗大导致大型挖掘机高锰钢履带板铸件过早失效。结合生产实际,制定了高锰钢履带板铸件晶粒度改善的工艺措施,通过冶炼、铸造及热处理等工艺的优化,提高了高锰钢履带板铸件的晶粒度水平,提升了产品的质量和使用的可靠性,延长了履带板铸件的使用寿命。

CRTSⅢ型无砟轨道板智能粗铺及精调技术研究

为提高CRTSⅢ型无砟轨道板粗铺及精调工序自动化及智能化水平,研发了轨道板吊装及粗铺定位装置、轨道板智能精调装置及控制系统,可实现CRTSⅢ型无砟轨道板从粗铺至精调的自动智能一体化施工。阐述了轨道板智能粗铺及精调技术的原理与方法,介绍了智能精调控制系统软件应用场景,结合工程应用经验,验证了智能粗铺与精调技术的稳定性及实用性,具有一定的借鉴意义。

高频振动下轮轨噪声的特性分析

为了探究高频振动下无砟轨道的轮轨噪声,进行轮轨耦合动力学分析,利用结构导纳结果与轨道不平顺求解频域下竖向轮轨力,将此力作为外部激励求解车轮与轨道有限元模型的振动响应,然后将此振动响应作为声学边界条件并利用边界元法得到轮轨的结构噪声辐射。研究表明,轮轨噪声主要集中在100~4000 Hz,在2500 Hz以下时,钢轨对总噪声的贡献量最大,在2500~4000 Hz时,车轮的贡献量最大,且列车行驶速度增大,轮轨的最大声压级也逐渐增大;在低频和高频时钢轨质量对轮轨噪声有影响;扣件垂向阻尼越大,轮轨的最大声压级越小。

声学边界对轨道交通桥上浮置板振动声辐射预测的影响研究

城市轨道交通运行带来的振动噪声问题已得到广泛关注,轨道结构车致振动声辐射的研究不断展开。然而目前在车致桥上轨道结构自身声辐射研究时声学边界问题的影响还需进一步研究,本文基于车辆-轨道-桥梁相互作用理论,采用有限元-边界元方法系统地分析了地面反射和槽型梁桥遮蔽效应两种不同声学边界条件对城市轨道交通桥上轨道结构声辐射规律的影响,研究结果表明,声学边界对于城市轨道交通轨道结构振动声辐射预测具有较大影响,槽形梁桥遮蔽效应在降低浮置板声辐射桥下方传播的同时会使桥梁上方声辐射水平得到增强,地面反射会使浮置板振动声辐射在声场内形成多个带状声压放大区域。

扣板式扣件力学特性及优化设计

针对扣板式扣件使用现场出现的病害,结合其结构特点,建立可考虑各部件复杂相互作用关系的走行轨扣件系统精细化有限元分析模型,研究扣板式扣件的力学特性,提出设计优化措施并验证优化效果。研究结果表明,标准设计状态下,走行轨扣件系统各部件力学性能满足要求,但螺旋道钉、铁垫板及承轨梁的受力较大,钢轨、扣板、螺旋道钉等部件垂向变形较大,存在进一步优化空间。优化措施是将铁垫板厚度优化至20 mm,且不宜超过25 mm,铁垫板材料优化为QT450-10球墨铸铁件材质;轨下橡胶垫板刚度取1000 kN/mm,并采用聚酯耐磨型传送带材料。相较于优化前,优化后走行轨扣件系统受力最大减小了71.5%,变形最大减小了81.8%。现场整治应用情况表明,优化整治后走行轨轨面线形良好,扣件系统现场服役状态良好。