机械运动整流发电机电磁性能分析与实验研究

针对双向机械能发电时转子频繁换向而带来能量损失的问题,机械运动整流永磁发电机结合行星传动,可以实现双向输入机械能到转子单向输出发电的过程。为了研究该发电机的电磁性能,建立了其电磁结构仿真模型,得到其空载电动势、气隙磁密以及负载状态运行下的电磁性能。加工研制一台实验样机,并搭建该发电机的电磁性能测试平台,该发电机的实测电磁性能与仿真结果基本一致,验证了该发电机电磁结构的合理性和有限元仿真模型的有效性。

单边双针双线摆动缝合轨迹设计及实验验证

针对单边双针双线缝合头插刺机构无法缝制3 mm以上厚度预制体的问题,提出一种不对称的8字形运动轨迹并对插刺机构的运动轨迹进行了设计。首先,基于单边双针双线缝合工艺对插刺机构运动学进行分析,确定摆动插刺机构各构件的尺寸;其次,在ADAMS中构建机构模型并进行轨迹分析;最后,通过实验样机进行缝合实验。实验结果表明,设计的缝合机构可将实际缝合厚度不足3 mm提高到8 mm,并在缝合过程中形成稳定线环,验证了不对称8字形缝合工艺及摆动插刺机构的可靠性。

网络平台在高等学校基础实验室建设中的应用

在讨论高等学校实验室建设过程中网络平台作用的基础上,提出了实验室网络平台的基本结构和功能要求,据此建立了机械基础实验中心网络平台。运行实践表明,采用现代、科学、规范的网络平台管理实验室不仅给教师和学生带来了极大的方便,提升了实验管理水平和工作效率,而且为实验室全面开放提供了必要条件。

机械基础及纺织装备设计虚拟仿真实验中心建设

天津工业大学机械基础及纺织装备设计虚拟仿真实验教学中心开展了高速度、高精度、低扭矩,体积大、操作复杂的纺织机械的虚拟仿真实验教学,建立了安全可靠、可视化、低消耗的虚拟仿真实验教学平台。中心充分利用学科优势和行业特色,将尖端的科研成果转化为教学案例,通过虚拟仿真的形式展现给学生,开拓其视野、提升其知识结构、激发其科研创新能力。同时,结合机械工程专业的特点和人才培养定位,通过高校与企业共建产学研的实践教学平台,构建了教学、科研与生产实习相衔接的实践教学体系。

间隔织物立体织机电子开口机构优化设计及动力学仿真

针对间隔织物立体织机现有开口机构不能完全满足大间距间隔织物组织结构变换频繁、开口动程大、提综力大的要求,设计了一套伺服电机开口机构;建立了电子开口机构驱动臂转角与综框位移的数学模型,在Matlab中对摆动臂的压力角进行对比仿真,选出最优摆动臂角度;在Adams中建立三维模型并进行仿真分析,得出综框运动曲线;利用ANSYS Workbench软件对关键部件摆动臂的刚度及强度进行有限元分析,运用响应面法对其进行多参数优化,建立电子开口机构刚柔耦合动力学模型并进行仿真。结果表明:优化后摆动臂变形减少30.3%,质量增加了3.85%,开口过程中摆动臂受到载荷发生变形,综框实际位移为78.05 mm。该机构满足大间距间隔织物组织结构变换频繁、开口动程大、提综力大的要求。

碳纤维增强碳/碳坩埚预制体柔性缠绕成形系统设计与实验研究

为解决目前手工增强缠绕碳/碳坩埚预制体无法保证产品一致性及生产效率低下的问题,设计了一种碳纤维增强坩埚预制体柔性缠绕成形系统。基于非测地线法提出了适用于一端平面封头一端椭球封头特殊回转体结构坩埚芯模的线型设计流程,介绍了计算机辅助线型设计的各个模块及实现方法,并对设计线型进行了仿真;根据缠绕特性设计了四自由度专用缠绕机运动机构,基于可编程控制器和触摸屏设计了四自由度缠绕机控制系统,并进行了碳纤维增强缠绕实验。实验结果表明:缠绕机运行稳定,纤维可连续稳定地缠绕在芯模表面,所设计的系统可实现碳纤维增强碳/碳坩埚预制体的自动化缠绕。

基于深度学习的工业零件识别与抓取实时检测算法

为了提高工业生产中视觉控制机械臂抓取工业零件的精度和速度,提出一种新的识别工业零件类别和最佳抓取位置的检测算法。运用YOLOv5l目标检测算法对视界中的多种工业零件进行识别,随后将其识别图片传入抓取位置检测算法进行最佳抓取位置的识别。针对抓取位置检测的问题,提出一种改进的神经网络模型,在GG-CNN网络的基础上添加四层残差网络做平层特征提取,增强特征提取的效果。实验结果表明:此算法的识别准确率在95%以上,抓取成功率在90%左右,验证了该算法在多种工业零件和最佳抓取位置识别中具有高准确性和时效性。

引入ESO的永磁超环面电机无模型预测电流控制

为改善无差拍预测电流控制(DPCC)对永磁超环面电机系统参数的依赖性,研究了引入扩张状态观测器(ESO)的永磁超环面电机无模型预测电流控制(MFPCC-ESO)策略。根据永磁超环面电机的复合转子结构,引入自转运动影响系数与磁势系数,在旋转坐标系下建立该电机的时变数学模型;利用永磁超环面电机系统的输入与输出,建立该电机具有时变比例因子的超局部模型,同时引入ESO对超局部模型的干扰部分进行实时估计,并利用朱利稳定判据证明了ESO的稳定性;结合延时补偿的DPCC预测得到参考电压矢量,从而实现永磁超环面电机的MFPCC-ESO策略。对参数匹配和失配下永磁超环面电机MFPCC-ESO策略与DPCC策略进行对比分析,仿真结果表明:MFPCC-ESO策略下的永磁超环面电机具有优越的动态和稳态性能及强鲁棒性,同时该控制策略还能有效降低永磁超环面电机的输出波动。

空间连杆引纬机构的刚柔耦合磨损分析

为准确预测空间连杆引纬机构间隙磨损机制,通过结合Lankarani-Nikravesh与Bai碰撞力模型,建立可变刚度与阻尼系数非连续接触碰撞力模型,采用改进的Coulomb摩擦力模型描述含间隙机构旋转铰的切向摩擦力,通过Lagrange方法对系统动力学建模;其次选取空间连杆为柔性化对象,综合Ansys与Adams分析,对空间连杆引纬机构进行刚柔耦合动力学仿真;最后将系统的动态仿真响应结果与Archard模型相结合,求解运动副磨损情况。结果表明:柔性构件可以有效缓解机构间隙碰撞的冲击作用,间隙为0.15 mm条件下,剑头加速度振荡最大幅值缩减53.2%;当间隙升至0.5 mm后,虽磨损范围大幅增加,但间隙磨损深度并未随之大幅提升。

间隔织物双剑杆织机平行打纬机构箱体的振动分析

针对双剑杆织机共轭凸轮与四连杆组合的平行打纬机构箱体随着织机转速的提高产生强烈振动,影响打纬精度和可靠性的问题,采用理论分析与虚拟仿真结合的方法对打纬机构及箱体进行动应力和振动特性研究。建立了平行打纬机构的动态静力分析方程,运用ADAMS软件对机构进行多体动力学仿真,求解箱体所受的支反力;构建箱体—弹簧阻尼—柔性基础的系统模型,分析箱体在竖直方向的受迫振动,并在仿真过程中探索减小箱体振动的方法。研究结果表明:摆臂轴孔处箱体所受支反力峰值最大,打纬推程阶段箱体的受力最为集中;当凸轮轴转速为260 r/min时齿轮啮合频率与箱体一阶固有频率相等,会产生共振,应避免使用这一转速工作;箱体在竖直方向上产生周期性振动,增加螺栓个数和附加动力减震器有助于改善箱体的振动特性,振幅分别减少38%和23%。

基于电弧声信号的窄间隙脉冲熔化极气体保护焊侧壁熔合状态在线识别

为在焊接过程中实时了解焊缝内部的焊接状况,构建了电弧声信号实时采集系统。在焊枪摆动中心处于不同位置的情况下,进行了电弧声信号特征与侧壁熔合状态的相关性分析。分别从时域与频域中提取了与侧壁熔合状态相关性较强的电弧声特征。为进一步提高熔合状态预测的有效性,采用电弧声特征参量构建了支持向量回归的侧壁熔合状态识别模型。为减小不良特征对识别模型的影响,显著提高模型的识别精度,采用遗传算法进行了参数寻优。参数寻优后模型的总体识别率达93.33%,实现了窄间隙侧壁熔合状态的有效识别。

含多关节间隙平面柔性六杆机构的动力学分析

为提高机构的动力学分析精度,基于平面六杆机构,同时考虑多个关节间隙与构件柔性对多体机构动力学响应的影响。通过实体建模和引用ADAMS软件中“冲击函数”接触力模型,对含有多个间隙关节与柔性连杆的六杆机构进行动力学模拟仿真,研究间隙数量、间隙位置、间隙大小、柔性连杆及其与间隙耦合对系统动力学性能影响。研究结果表明:与单关节间隙相比,多关节间隙会产生更大的接触力,导致构件的加速度波动更加剧烈;间隙关节距离电机位置越近,则对机构的动力学行为影响越明显;考虑连杆柔性时,可以极大地降低间隙对机构动力学波动的影响。

基于GA-BP神经网络的多层多道焊工艺预测及优化

针对目前多层多道焊工艺参数的选择问题,利用遗传算法(genetic algorithm, GA)对BP神经网络(back propagation neural network, BPNN)进行优化,提出多层多道焊成形预测及焊接工艺参数优化方法,旨在为工艺参数选取提供有效指导,提高焊接生产效率及焊接质量.首先通过分析多层多道焊图像,提出采用三次样条插值法与自适应分段法进行特征点识别,然后根据焊接顺序、焊道工艺建立焊接过程各焊道横截面积形状预测模型,运用解析法进行焊接工艺参数预测,进一步结合不同焊道工艺参数优选原则,采用改进神经网络进行焊接工艺参数优化,从而建立具有实时性的焊接工艺参数与焊缝轮廓关系模型.结果表明,该方法对多层多道焊中各焊道焊接工艺参数提供有效预测,试验结果满足实际需求,对提高焊接产品质量、简化焊接工艺参数选取具有实际意义.

基于静态凝聚法的蜂窝芯轴向变胞元非均匀排布优化

为了有效改善蜂窝结构的强度与刚度,提出利用静态凝聚法实现变胞元的几何参数和非均匀排布同时优化的方法。根据卡氏定理,推导胞元的等效弹性模量和泊松比;沿轴向均匀划分蜂窝芯为若干列子结构,利用有限元法得到子结构的刚度矩阵;采用静态凝聚法建立超单元刚度矩阵,依据超单元节点编号装配获得蜂窝芯的整体刚度矩阵;计算蜂窝芯在剪切载荷作用下的结构变形,并与ANSYS结果比较分析。以子结构的个数以及胞元的夹角、夹板宽与斜壁长之比为设计变量,胞元的等效弹性模量最大和蜂窝芯的变形最小为设计目标,利用改进的粒子群算法进行优化并研究蜂窝芯优化前后的静、动态特性变化规律。结果表明:变胞元非均匀排布优化后,最大的位移、应力、应变均明显减小,且激励频率等于第二阶固有频率时振动最为强烈。研究结论可为蜂窝结构变胞元排布的优化设计提供指导。

考虑齿面闪温的风电齿轮箱裂纹故障特征分析

为了研究齿面闪温对风电齿轮箱裂纹故障时系统动力学响应的影响,利用Blok闪温理论分析齿轮啮合时的齿面温度,应用热变形公式计算齿廓形变,进而通过Hertz接触理论获得计及齿面闪温影响的轮齿刚度。考虑齿面闪温、阻尼、时变啮合刚度、综合啮合误差和齿侧间隙,建立含有高速级齿轮齿根裂纹的齿轮箱扭转动力学模型。通过时域图、频谱图、相图和Poincaré截面分析不同裂纹长度下系统振动特性随齿面闪温变化的规律,并比较裂纹故障仿真与实验的时频域结果。结果表明:齿面闪温使时域图上裂纹产生的冲击幅值增大、频域图中故障边频结构更为复杂、相图曲线向外扩展以及Poincaré截面离散点增多,且变化均随裂纹长度的增加越为明显。研究结论可为齿轮裂纹故障状态的诊断与监测提供依据。

超短筒谐波齿轮柔轮筒底负载应力研究

为了揭示负载状态下超短筒柔轮筒底应力的分布规律,提出了柔轮筒底负载等效应力的理论计算方法。将柔轮筒底简化为中心固支圆板,建立了波发生器作用下柔轮筒底的弯曲对称变形模型,求解由装配变形引起的弯曲正应力和剪应力及负载转矩作用下的剪应力;基于Mises屈服准则,获得柔轮筒底负载等效应力的理论表达式;建立有限元模型,对柔轮筒底装配和负载应力的理论解进行数值验证。研究表明,弯曲径向正应力为柔轮筒底装配应力的主要应力;额定转矩作用下的柔轮筒底剪应力在45°处最大;随着负载转矩的增大,最大剪应力逐渐过渡到固定端,等效应力在固定端均匀分布;在瞬时容许最大转矩时,剪应力为筒底负载等效应力的主要应力。研究可为柔轮筒底强度设计提供指导。

全位置MAG焊缝成形控制技术及研究进展

全位置焊在石油化工、管道等行业中的应用日益广泛,提高其焊接效率具有重要的现实意义。针对目前全位置焊存在的问题以及所采取的应对措施,对全位置高效化焊接控制策略——熔池快速凝固控制策略和熔池稳定成形控制策略进行了归纳总结,分别回顾了其研究应用发展史,并对各自的优缺点进行了分析。对磁控技术在全位置焊中的应用进行了阐述,提出在全位置焊中利用外加高频交变磁场产生电涡流力,可用于抵消熔池重力作用,抑制金属流淌,对于实现全位置高效化焊接具有积极意义。

碳纤维多层角联机织装备的集成设计

针对碳纤维多层角联织物的特殊要求,运用三维建模及虚拟样机模拟仿真,优化零部件设计和动力学性能,研制了一套碳纤维多层角联机织装备。设计的30层多经轴张力补偿送经系统适用于不同织造工艺要求;电子提花与多臂复合式开口装置,实现了多层经纱三位置开口;引纬机构采用自动寻口技术,解决了一套机构对应高低不同梭口的逐层引纬问题;打纬机构可实现逐层、多层一次及多次重复打纬,解决了打纬对经向碳纤维磨损及织物纬密的问题。研究成果可降低碳纤维织物的制造成本,并为碳纤维复合材料骨架织造技术提供了机织装备解决方案。

Tri-Arc双丝焊“Γ”形电弧及其促进方法

Tri-Arc双丝三电弧焊通过中间第3弧的M弧重新分配焊接热输入,实现高熔覆率低热输入焊接.M弧与主电弧耦合,在整个动态周期表现为“Γ”形和“μ”形及其镜像形态.该文研究“Γ”形电弧的形成机理和热输入调控机制,结果表明,“Γ”形态由“μ”形态转变而来,熔滴振荡引起焊丝末端间距的变化,从而促进耦合电弧“Γ”形态的形成,此时M弧不作用于母材,比“μ”形电弧焊接热输入更低.为提高Tri-Arc双丝焊接低热输入效果,在维持导电嘴末端到工件距离不变的前提下,提高焊枪枪体抬升距离从而改变焊丝末端间距.当导电嘴长度由30 mm增加至35 mm时,随着焊枪抬升,“Γ”形电弧作用时间逐渐增加,能更好地促进电弧热分配,降低Tri-Arc双丝焊接热输入,从而降低熔池最高温度,获得更小宽高比和更小熔深的焊缝.

立体织物整体穿刺钢针阵列布放装置研制及实验验证

针对立体织物整体穿刺钢针阵列大量超长,穿刺钢针由人工布放的不足,设计了适用于钢针阵列自动化布放的穿刺模板工装,研制了用于立体织物整体穿刺钢针阵列布放的装置。这种装置由高重复定位精度水平移动平台、机身、钢针存储及施放机构等组成,通过红光十字激光器对穿刺模板等距密排精密微小孔进行定位。控制系统采用触摸屏为人机交互界面,运用具有多路脉冲输出的PLC控制移动平台的伺服电动机和钢针施放机构的闭环步进电动机,以保证整体穿刺钢针阵列布放工作可靠、持续进行。为验证整体穿刺钢针阵列布放装置工作原理的可行性,进行了T形截面整体穿刺钢针阵列的布放实验,结果表明布放装置原理可行,工作可靠。