碳化钛材料ELID磨削加工机理及工艺实验研究

碳化钛新型材料因高硬度、高耐磨性及高化学稳定性等特点被应用到金属复合材料制造以及表面喷涂等方面,其常规磨削方式存在加工效率低、表面质量差、成本高及磨具损耗大的问题。采用ELID磨削技术对碳化钛进行精密磨削加工实验,以二次通用旋转法设计实验,探究加工工艺参数对碳化钛样件表面粗糙度的影响规律。采用DPS软件对实验数据进行分析并建立数学模型,借助MATLAB软件计算出最佳理论工艺参数组合,通过实验对其进行修正和完善,得出实际最佳工艺参数组合为:砂轮进给量1μm,砂轮线速度30m/s,电解电流12.3A,电解间隙1.1mm。在此参数下对碳化钛进行ELID磨削加工,获得样件的表面粗糙度值为246nm,相比于常规磨削方式,样件的表面质量提高14.6%,加工时间缩短36.7%,砂轮损耗率降低53.2%,整体加工效率提高100%以上。

基于3D打印的定制脊柱侧弯矫形器设计制造与舒适度评价

针对青少年脊柱侧弯矫正问题,研制一款由3D打印制成的脊柱侧弯矫形器并做出舒适度评价.该方法依据色努矫形原理,建立脊柱侧弯矫形器三维模型,并考虑躯干约束对矫形器进行了有限元仿真分析和结构优化,最后进行模型的分块和3D打印,分析精度误差.依据模糊理论和层次分析法,建立了包括环境、材料、结构、运动4个方面的主观舒适度评价方法.结果表明:3D打印技术可实现定制脊柱侧弯矫形器的制造与生产,并在几何精度和穿戴舒适性上表现良好.

基于刚度控制的六轴工业机器人零力跟踪模型

针对传统的通过操作示教盒移动六轴工业机器人到达指定位置效率低、过程复杂的问题,以Ethernet作为通信总线,将嵌入式系统引入六轴工业机器人的顺应性跟踪控制(零力跟踪)中,提出了一种基于刚度控制的六轴工业机器人零力跟踪模型.在该模型中,将六维力传感器上的力信号进行解耦与坐标变换,从而获得机器人末端的6个力的大小信息.通过刚度矩阵计算出输入位置控制器的偏移量,同时设计了一种轨迹预测算法来确定6个力的信息及下一个目标点的方向.最后,机器人根据运动学方程的逆解,调整相应的位姿.实验结果表明:该机器人末端分别在3个不同方向的牵引力的作用下,能平滑而快速地经过预定的轨迹,为直接示教系统中的顺应性跟踪控制提供了方法.

基于模糊数据处理的我国机床技术差距评价体系

长期以来,我国以数控机床为代表的装备制造业重点产品技术差距缺乏量化测度研究,导致无法用客观的表征方法来衡量和评价数控机床技术发展水平。针对以上问题,从共性技术、典型主机产品、数控系统和关键功能部件4个方向出发进行技术要素项细分,构建了对标世界先进领先水平的高档数控机床技术差距评价体系;提出我国机床技术水平与国际(地区)先进水平的年代差距量化表征方法;建立了基于模糊数据处理的分项技术水平评价模型、共性技术产品水平评价模型和产品关键技术综合评价模型。最后,基于该体系进行了大样本数据调研,基于评价模型进行了机床技术年代差距量化分析,评价结果可为政府科学决策及行业发展规划提供重要支撑。

面向多区域的生鲜乳储藏监测管理技术

刚挤出的生鲜乳必须严格控制在合适的温度储藏才能保证不会变质,然而在储藏过程中有很多原因会使冷却罐温度升高导致奶质变质.为了解决以上问题,采用传感器技术、物联网技术、数据库技术和网络平台技术实现了生鲜乳储藏过程生鲜乳温度的监测预警,并实现了多区域生鲜乳冷却罐的智能监测和管理.采用高精度NTC温度传感器非接触探测生鲜乳保证了测量的精度和生鲜乳的卫生;通过设计的生鲜乳冷藏罐监测终端提取了生鲜乳冷藏阶段的温度,形成生鲜乳温度管理数据档案.对设计的智能监测预警终端和搭建的网络服务平台进行测试.异常出现时冷却罐智能监测预警终端能够在本地和远程实时智能预警从而避免奶质变坏.经连续测试表明:异常出现时,2 s内可以接到远程预警短信提醒.管理者通过网络服务平台能够实时掌握多区域采奶站生鲜乳储藏温度的变化进而能够有效了解各个采奶站由于温度过高导致的奶质变质情况.

氢泄漏光学检测技术综述

国际上把能源技术革命作为降低碳排放的主要途径,全球很多国家已经或正在制定碳中和计划,氢能具有来源多样、能量密度高、终端零排、用途广泛等多重优势,在保障国家能源安全、改善大气环境质量、推进能源产业升级等方面具有重要意义.综述了用于氢气泄漏检测的光学传感技术,包括可调谐半导体激光吸收光谱技术和钯基光纤传感技术.可调谐吸收光谱技术中介绍了半导体激光波长扫描和调制、光谱吸收、二次谐波信号获取及气体浓度测量的基本原理;以H_(2)检测技术为例,讨论了环境背景吸收谱的影响、目标气体指纹谱的选择原则及可调谐半导体激光器的选择原则;给出了自己研制的智能型可调谐半导体激光吸收光谱气体浓度检测仪的样机结构、模块单元、测试过程和测试结果.钯基光纤传感技术中简述了金属Pd的对H_(2)的传感机理和传感材料的热力学特性;介绍了各种位相调制型、强度调制型和波长调制型光纤传感器的结构、测量原理、测量结果及性能参数;讨论了各类钯基光纤传感器的发展过程;简单分析了传感器宏观性能与微观机理的关系.光学检测属非接触检测,符合氢检测的安全性要求,同时具有选择性强、灵敏度高、响应速度快等特点.

LabVIEW下水泵机组在线监控与通信技术

大型水泵机组是常见旋转机械设备,采用的检测方法和装置是点检制度,用状态监测系统(含数据采集系统)进行巡检,发现故障征兆后再重点监测和精确诊断。介绍了虚拟系统实现智能监测与远程通信方法的特点。针对机组为关键机械,采用了实时的在线监测和故障诊断系统。采用离散小波变换对振动信号进行处理,对压力、温度、电量等其它参量进行联检与分析,用LabVIEW系统进行归纳、对比,采用DataSocket方式实现远程通信。

风机偏心对空冷梁式桥架振动实验研究

空冷风机桥架振动的问题一直困扰着北方火电厂。振动幅值过大引起风机、电机与减速机等设备损坏,影响电厂运行的稳定性与经济效益。以山西孝义某电厂空冷风机桥架速度超标为对象,并使用数据采集仪器和加速度传感器对空冷风机桥架进行了振动测试。通过分析振动信号,并根据产生的频率特征来探索引起风机桥架振动的主要影响因素。测试结果发现,桥架振动过大是由于风机偏心质量引起的干扰力导致的。风机在工作运行过程中,桥架中部传感器位置处的相位正负交替,偏心质量使风机轴产生了摇摆,与桥架预期的水平振动并不一致。为了再次验证上述分析的合理性,对桥架进行有限元仿真分析,其分析结果与上述结论吻合。通过风机桥架的强迫振动实验和锤击实验发现,偏心质量引起桥架振动的最大频率值距离风机桥架的自振频率较远,不会引起风机桥架发生共振现象,所以,偏心质量引起的桥架振动仅与风机桥架的静刚度有关。测试结果将为梁式桥架设计和避免风机偏心引起的桥架振动提供依据。

微凹槽内液滴流场特性的Micro-PIV实验研究

液滴已成为微流控技术的重要研究内容。为了精确调控液滴内的微环境,利用微通道矩形长凹槽生成并封裹液滴,并开展了液滴内部流场特性的显微粒子图像测速(Micro-PIV)实验,研究了雷诺数(Re)对液滴形貌、流场速度矢量场特性和剪应力分布的影响。结果表明,当Re=11.1时,液滴内部出现了一个涡胞结构;当Re=33.3时,液滴中心处的流速达到最大值,约为10μm/s。然而,当Re=44.4时,涡胞消失,平均流速降低。同时,液滴尺寸随Re增加而减小。此外,Re对液滴内部剪应力变化无明显影响,剪应力平均值极低(<1.5×10^-4Pa)。

滚针轴承工作温度场仿真及实验分析

为分析滚针轴承在运行过程中的热特性对RV减速器精度的影响,根据实际工况建立了RV减速器滚针轴承的有限元热分析模型,研究摩擦生热量的计算方法和对流换热系数的选取,基于Ansys Workbench对滚针轴承进行稳态热分析,得到了实际工况下的轴承的温度场分布,并分析不同转速和负载对温度场分布的影响,通过试验验证了有限元分析模型的准确性。结果表明:滚针轴承运行时,内滚道温度最高,滚针次之,外圈温度最低;径向力和转速都会影响滚针轴承的温度场,且转速影响更大;仿真结果与试验结果误差在5%以内,可以有效预测滚针轴承的温度场。

铝基金刚石精密磨削工艺实验研究

铝基金刚石新型复合材料是我国航天、电子封装等领域不可或缺的材料,但对其精密加工十分困难。采用ELID磨削技术对铝基金刚石进行精密磨削加工试验研究,探究不同磨削工艺参数对铝基金刚石加工表面质量的影响规律,并对各因素工艺参数进行优化。得出磨削深度9.3μm,砂轮线速度36 m/s,占空比63.7%电解电流11.5 A的最佳工艺参数组合,加工出表面粗糙度R a=149 nm的表面。

精准递进磨削去除方法及其加工工艺实验研究

针对CrMn轴承钢材料应用于轴承套圈滚道加工中所存在的加工精度低、表面质量差的加工难题,基于磨削原理和ELID磨削机理,提出了精准递进磨削去除加工方法。采用二次通用旋转组合方法以CrMn轴承钢为研究对象,开展了精准递进磨削去除加工工艺实验研究:建立了单次走刀砂轮粒度、磨料浓度、砂轮线速度与加工精度之间相互关系的数学模型;通过所建立的数学模型,依据lingo软件和已有的ELID磨削经验,获得了轴承钢ELID磨削加工工艺参数优化组合;采用W40和W10的铁基砂轮对加工余量为15μm的轴承钢表面分别进行了精密和超精密加工,获得了R a61 nm和R a16 nm精密和超精密两种加工表面,验证了当工序加工余量一定时,ELID磨削能够实现对加工余量稳定的精准递进磨削去除。

气体轴承的动态特性分析及实验研究

针对气体静压主轴回转误差求解不准确的问题,提出了一种利用气膜阻尼模型预测气体轴承动态特性的计算方法,揭示了气膜阻尼影响气体轴承动态特性的内在机制。首先通过微扰动法和分离变量法对气体轴承的气膜阻尼系数建模并求解分析;然后将气膜阻尼系数引入轴承转子系统进行动力学建模,计算分析阻尼系数对气体轴承动态特性的影响;最后搭建气体轴承回转误差测量试验台,得到主轴实时回转跳动误差信号并与理论结果进行对比。实验结果表明:与未考虑气膜阻尼特性的回转跳动误差相比,考虑气膜阻尼特性计算的主轴回转跳动误差值更加接近实验测量值,考虑气膜阻尼特性使主轴跳动误差率减小了4.93%~8%。研究结果可为气体轴承动态特性的预测和精度控制提供理论参考。

面向操作可靠性提升的复合工业机器人运动规划

复合工业机器人的应用能够有效提升智能制造车间生产效率。而在其运动规划问题中,基于移动平台调整的机械臂初始站姿直接决定了目标任务是否能够可靠执行。为解决以上问题,提出一种考虑机械臂初始站姿的运动规划优化方法。基于前期基础,采用旋量描述和切片表征方法分别解决了复合工业机器人运动学建模和最小避障距离建模问题,为进行轨迹优化提供了模型基础;建立了最小化耗能当量和运动时间的运动规划优化模型,通过考虑初始站姿影响设计了包括移动运动参数、冗余关节角度和机械臂运动参数在内的混合优化变量集,同时考虑运动学约束和避障约束条件保证机械臂运动平稳性和安全性;结果表明,基于规划优化的复合工业机器人具有较高的操作可靠性。

基于多目标差分进化算法的机加工柔性作业车间调度

柔性作业车间的多品种、多件数导致调度难度大、耗费时间较长和成本较高,为此,以最大完工时间、能耗和刀具损耗数量为优化目标,考虑返工、次序的准备时间和批量调度约束,建立了多目标机加工柔性作业车间调度模型.提出一种引入综合考虑能耗和加工时间的轮盘赌初始化策略.针对传统差分进化算法交叉得到的子代机器部分质量较差,提出一种机器选择的策略,以此对差分进化算法进行了改进.将改进后的差分进化算法应用于机加工柔性作业车间调度,并与传统差分进化算法在机加工柔性作业车间调度进行多组实验对比.结果表明:改进差分进化在机加工柔性作业车间调度较传统差分进化算法具有收敛速度较快、鲁棒性较好的优点,优化后各机器负载更为均衡,可有效解决多目标机加工柔性作业车间调度问题,为多品种、多件数类排产任务提供了一种良好的指导方案.

基于数字孪生的机身对接精度优化控制方法

针对传统对接方法在缺少现场实测数据支持下的被动调整问题,提出基于数字孪生的机身对接精度优化控制方法.基于数字孪生虚实结合技术,研究机身对接工艺优化反馈控制技术.搭建融合冗余控制算法和工艺优化策略的数字孪生系统,明确了基于现场实测数据的测量-优化-反馈精度优化流程.基于有限状态机理论,精准重建数字孪生模型,实现对接过程的监控和精度预测,根据同轴度评价指标完成工艺参数二次设计,将优化后的工艺参数重新下发至物理现场、控制现场进行对接.对接位姿偏差对比结果表明:对接精度优化控制方法将机身筒段位置偏差降低了60.03%,姿态偏差降低了53.94%.

基于改进延伸奇异值分解包的滚动轴承故障诊断

针对延伸奇异值分解包算法中依靠经验设定参数的问题,提出了一种可自适应设定参数的改进延伸奇异值分解包算法。该方法利用信号的关键函数对其频谱趋势进行估计,以此实现原算法中2个重要参数——分解精度和分解层数的自适应设定。引入了时域负熵指标,在实现信号自适应分解的同时,可对分解分量进行降噪处理,提高分量的信噪比,为之后的特征提取和故障诊断奠定基础。仿真信号和实验结果均表明该方法能有效地提取振动信号中的故障特征,实现滚动轴承的故障诊断。

基于DeepLabV3+网络的滚动轴承故障特征识别

滚动轴承的故障信号一般具有非平稳、非线性的特点,通过时频分析可以得到信号中频率随时间的变化关系,有利于识别故障特征。提出了使用DeepLabV3+网络识别时频分布中故障特征的方法,对采集到的滚动轴承振动信号使用短时傅里叶变换得到时频分布,对时频分布中故障区域使用labelme进行标注;将振动信号数据集划分为训练集、验证集和测试集,训练集和验证集用来训练DeepLabV3+网络模型并调整其中的超参数,测试集用来测试网络的泛化能力。使用滚动轴承模拟信号与试验信号对提出的方法进行验证,结果表明该方法可以成功识别滚动轴承的故障特征。

一种基于双目视觉和Halcon的高效机器人手眼标定方法

针对机器人在标定过程中追求快速、简捷、高效的特点,提出一种基于双目视觉和Halcon的高效机器人手眼标定方法。基于张正友棋盘格标定法和OpenCV中亚像素角点检测算法完成对双目相机内外参数的获取,对比运用不同的立体匹配算法和三维重建生成具有三维坐标的立体空间点云,从而得到相机坐标系下目标的位置坐标,之后取机器人坐标下的10组末端位置坐标以及相机坐标系下对应的10组位置坐标后,借助Halcon视觉软件的vector_to_hom_mat3d算子求解出相机和机器人坐标系的转换矩阵,完成机器人手眼标定。经过实验验证,该标定方法平均误差为3.58 mm,满足一般机器人工作要求,并且相比传统的手眼标定无需借助复杂的标定工具,且计算过程简捷高效。

基于Morris法的滚珠丝杠副传动效率多因素分析

滚珠丝杠副的传动效率受到多种因素的耦合影响,包括导程等结构参数及轴向负载、预紧力等工况参数。对滚珠丝杠副的摩擦力矩进行了研究,完成多因素耦合作用下的滚珠丝杠副传动效率建模,提出基于Morris法的滚珠丝杠副传动效率多因素分析,得知当量摩擦系数对传动效率影响较大,选取当量摩擦系数在内的参数进行多因素耦合变化对传动效率的影响分析,得到传动效率较高的取值范围,方便后续进一步对滚珠丝杠副传动效率影响参数优化范围取值。