防护型单向导湿防护面料的制备与性能研究

为提高单向导湿面料的防护功能,开发了2种新型单向导湿防护面料,分别以针织单向导湿织物和机织涤纶织物为外层,针织单向导湿织物为内层,由熔喷聚丙烯与超薄PTFE组成的复合防护膜作为核心隔离防护层,利用PA热熔胶网离线粘合,制备防护型单向导湿面料,通过实验对织物洗涤前后的舒适性能和力学性能进行测试研究。实验结果表明,该防护面料具有良好的舒适性和力学性能,满足多功能性防护材料的使用要求。

下肢康复训练机器人轨迹跟踪控制算法研究

为实现运动过程中下肢康复训练机器人机械腿关节角度的精准控制,提出一种轨迹跟踪控制算法。通过建立动力学模型并考虑关节摩擦力的影响,设计了一种自适应模糊神经网络控制算法,自适应地补偿关节摩擦力,实现康复机器人精确的轨迹追踪控制。利用Lyapunov理论证明了控制算法的稳定性,通过Matlab对有效性进行仿真验证,结果表明此算法可对关节摩擦力进行较好得补偿,轨迹跟踪误差在预期范围内。

单相CHB光伏并网逆变系统谐波补偿策略研究

受部分遮挡、自身损坏等因素的影响,单相级联H桥光伏并网逆变系统的H桥模块间传输功率不平衡,导致传输功率高的H桥模块易发生过调制,造成并网电流的恶化,甚至影响系统的稳定运行。为此,提出一种优化的三次谐波补偿策略,通过对过调制模块补偿三次谐波的准确计算,使其调制波幅值为1。同时,结合反相三次谐波在正常模块间的优化分配,最大限度地避免各H桥模块过调制的发生。在Matlab/Simulink中搭建仿真模型,将采用所提控制策略与常规三次谐波补偿策略、混合调制策略的仿真结果进行对比,对所提控制策略的优良性能进行验证。

新能源汽车电驱逆变器故障锁存保护电路研究

针对可编程逻辑器件芯片方案中开关频率噪声产生的尖峰等问题,本文提出一种新式的故障锁存保护电路方案,用分离逻辑器件组合替代CPLD,利用分离逻辑器件非门、与门、与非门及D触发器,同时配合软件策略,实现对过压、过流故障的锁存、清除或者屏蔽。结果表明,该保护电路方案能够可靠、低成本的实现对过压、过流故障的锁存及上报,从而保护逆变器系统和整车安全。该研究简化了电路结构,降低成本,提升了产品竞争力。该研究具有一定的实际应用价值。

地铁列车转向架构架载荷谱校准方法研究

针对地铁列车转向架构架的载荷谱校准问题,本文基于Miner累计损伤法则和使用遗传算法的损伤一致性方法,建立并校准转向架构架的准静态分立载荷谱。根据焊接接头的S N曲线和实测应力谱,得到转向架关键部位的实测应力损伤,使用雨流计数法对实测应力进行统计,通过试验获取静态标定载荷应力传递系数,得到实测载荷谱下转向架构架关键部位的计算损伤。为了使实测载荷谱造成的损伤与实际应力造成损伤一致,基于载荷谱损伤一致性校准原则,采用校准系数法对实测准静态分立载荷谱进行校准,并使用遗传算法对载荷谱的校准方法进行优化。优化结果表明,校准优化后的转向架构架载荷谱满足可靠的定量分析要求,具有实际工程应用价值。

基于TRIZ的树脂混凝土搅拌机清洗模块创新设计

单卧轴混凝土搅拌机因其每班次或停机前要清洗搅拌筒、轴和叶片,针对其在清洗时操作不方便,难以清洗等不足,通过运用TRIZ理论(Teoriya Resheniya Izobreatatelskikh Zadatch“发明问题解决理论”)提出了一种嵌入式的搅拌机清洗模块的设计方法。运用TRIZ理论对搅拌机进行了清洗模块的创新设计,利用功能分析和冲突解决理论解决了设计过程中的问题,最终得到了清洗模块的设计方案。

油管外接管生产线送料切断控制系统设计

针对油管外接管生产过程中切断精确度低、废料率高,各设备相互独立及自动化程度较低等问题,在传统钢管切割设备的基础上优化设计了精确送料单元、锁紧切割单元、自动下料单元。基于S7-1500 PLC进行了油管外接管自动生产线控制系统的硬件及软件设计,利用TIA Portal设计控制逻辑,采用西门子KTP1200人机交互面板对生产线工作状态进行实时监控,实现对整机的协调控制。实验测试表明,所设计的油管外接管自动生产线自动化程度高、运行稳定,显著提高了油管外接管的生产效率与自动化程度。

基于磁性测试揭示CoO储锂机理

当今社会对储能技术需求日益迫切,电化学储能作为储能系统中的“桥梁”极具发展潜力,然而面临电化学储能中微量杂质相检测以及复杂界面储能探测的挑战,传统表征手段已经显示出局限性。储能材料的晶体结构、元素价态、电子能带以及电化学特性与其磁学性质密切耦合,因此本文基于磁性测试,通过高低温等温磁化曲线(magnetic hysteresis,M-H)测试、零场冷/场冷(zero-field-cooled/field-cooled,ZFC/FC)变温磁化曲线测试,相较于传统表征手段X射线衍射(X-ray diffraction,XRD)、X射线光电子能谱(X-ray photoelectron spectroscopy,XPS)及高分辨透射电镜(high resolution transmission electron microscope,HRTEM),能够定量、高效、精准地检测出CoO中存在有效降低极化、提升首圈库仑效率(74.3%~83.77%)、提高大电流循环性能(2 A/g 50圈容量保持率116.59%)的微量金属Co杂质相(CoO/Co@20min 0.66%,CoO/Co@40min 2.27%)。同时本文利用原位实时磁学循环伏安法CV测试及恒流充放电测试,直观揭示出CoO在低电压区间里复杂、难以探测的空间电荷与固体电解质界面(solid electrolyte interphase,SEI)膜两种不同类型的界面储能机制,成功解释了CoO远超理论容量的额外容量来源。储能材料的合成制备离不开高度精准的杂质相检测,储能领域的下一步研究发展取决于能否对界面储能深入理解。本工作为杂质相检测及界面储能机理探测提供了一种无伤且高分辨的磁学全新视角,为推动储能领域的创新,解决当今社会面临的能源挑战贡献力量。

海藻酸钠/纳米蒙脱土纤维制备及其增强增韧机制

海藻纤维的断裂强度低、伸长率差一直是限制其广泛应用的主要原因。针对该问题,对海藻纤维进行改性,将纳米蒙脱土(MMT)与海藻酸钠共混制备纺丝原液,以CaCl_(2)为凝固浴,通过湿法纺丝法制备海藻酸纳/纳米蒙脱土纤维,借助透射电子显微镜、扫描电子显微镜、红外光谱仪、X射线衍射仪和热重分析仪等对其微观形貌及结构进行表征与分析,通过单纤维强力仪测试其断裂强度、断裂伸长率等物理力学性能及热稳定性,研究蒙脱土溶胀时间及添加量对其性能的影响。结果表明:当MMT溶胀120 h、质量分数为0.1%时,MMT在纺丝液中分布较为均匀;与纯海藻纤维的力学性能相比,改性后纤维的断裂强度由1.32 cN/dtex提高到3.01 cN/dtex,提高率高达228%;断裂伸长率由4.67%增加到10.07%,同时MMT的加入没有明显改变海藻纤维的化学结构与结晶结构,对纤维的热稳定性能有一定的提高。

3-PRPS踝关节康复机器人逆运动学仿真分析

针对踝关节康复机器人自由度少且行程范围小等导致康复效果不理想的问题,本文设计了一种基于3-PRPS并联机构的6自由度踝关节康复机器人,对踝关节所有运动形式及下肢进行复合康复训练。通过解析求解法对并联机构进行逆运动学位置分析计算,得到逆运动学求解的代数式。为验证机构运动学分析的正确性,建立康复机器人的虚拟样机,利用ADAMS进行逆运动学仿真。结果表明,康复机器人在康复训练过程中运行平稳,速度及加速度无突变,能够完成踝关节趾屈/背伸、外展/内收、内翻/外翻3种运动形式和下肢的康复训练,符合预期效果。

排水管道自适应清理机器人支撑机构的优化设计

为了清理中大型排水管道中的硬质废物,借鉴MIT机械狗和Ascento腿部机构的轻量化及可靠性优点,设计了一种排水管道自适应清理机器人的支撑机构,采用了二自由度支撑机构,在保持机器人稳定的同时具有较强的越障能力。在ANSYS Workbench中对支撑机构进行不同展开角度下的静力学仿真,根据仿真结果进行优化设计。仿真结果显示,与原结构对比,优化后的支撑机构的受力变形和内部应力显著下降,30°展开状态的变形量小于5%,120°状态的应力集中现象得以消除。

舒适型化学防护服织物的研发与性能测试

为解决现有化学防护服防护性能与舒适性难以兼备的问题,以功能性织物为外层材料,聚四氟乙烯(PTFE)微纳米纤维膜为阻隔层材料,单向导湿织物为里层材料,采用热熔胶膜黏合工艺对其进行复合,开发舒适型化学防护服用多层复合型化学防护材料。对多层复合型化学防护材料的性能进行测试,并与3种市售防护服材料进行对比。研究结果表明,所开发的防护服材料在具备高效阻隔作用的同时,具有良好的柔软、透气、透湿等舒适性。研究为进一步开发舒适型化学防护服提供参考。

基于LTC5800的无线电池管理系统设计

传统的储能电池管理系统(Battery Management System,BMS)普遍采用三级架构,结构复杂,安装和维护难度较大,为此,开发了基于LTC5800的无线BMS。系统采用双层架构,将所有子设备置于同一逻辑层,减少数据转发次数,降低系统的复杂性;采用无线智能组网技术实现各逻辑层间的数据通信,简化了电池储能系统的设计和安装难度。实验结果显示,无线BMS电池单体电压采集精度可达±2 mV,单体温度采集精度为±0.7℃,总电压采集精度为±0.13%,充/放电电流采集精度为±0.5%,数据的无线轮询周期为600 ms。

地下水硝酸盐污染源解析及氮同位素分馏效应研究进展

地下水硝酸盐污染已成为世界范围内最严重的环境地质问题之一。全面并准确识别硝酸盐污染源,对地下水的有效管理及污染防治具有重要的指导意义。从地下水硝酸盐来源、同位素检测方法、污染源同位素特征、定量解析模型构建、硝酸盐主要转化过程及同位素分馏效应等方面进行总结,比较不同解析方法在硝酸盐溯源中的应用与发展,建议采用多学科、多方法相结合的方式,提高对硝酸盐污染源的全面理解。同位素富集系数是定量解析硝酸盐污染源的重要参数,在源解析过程中探讨硝酸盐转化及同位素分馏机制,能够更好地诠释地下水硝酸盐来源和迁移转化过程,提高源解析的准确性,为地下水硝酸盐污染的准确溯源与有效防治提供参考。

基于TRIZ理论的消毒机器人设计研究

针对消毒工作不完善和不及时而引起的绝大多数病毒大范围传染问题,本文利用发明问题解决理论(theory of inventive problem solving,TRIZ),提出一种自动消毒机器人的结构方案。通过对消毒机器人进行功能和资源分析,建立了消毒机器人物场模型,发现消毒机器人的技术矛盾,同时运用发明原理与矛盾矩阵解决问题,得到合适的解决方案,并对机器人消毒结构进行设计。研究结果表明,该机器人能自主对环境进行检测并杀菌消毒,真正实现了自动化操作,且电池即将用尽时,可自主返回充电仓充电。此结构安全性能更高,适应性更强,提高了消毒的效率和安全性。该研究对降低生活及工作环境的病毒感染具有重要意义。

利用矿渣制备水滑石及其性能研究

将铝灰作为原料,采用共沉淀法制备了改性水滑石。通过X射线衍射、SEM扫描电镜等对其进行了表征,结果显示改性剂分子已插层至水滑石层间。在添加量较低时,改性水滑石粒子可以显著提高PVC和热稳定性能。

基于YOLOv5的猪只盘点方法研究

针对传统生猪养殖场采用人工盘点猪只数量效率低且人力物力耗费较大的问题,本文提出一种基于YOLOv5目标检测算法的猪只盘点系统。采集实验猪厂的猪舍内摄像头图像2000张,除去部分污染严重或猪只重叠难以分辩的图像,经筛选后剩余1700张,网络收集猪舍图像1300张,共计3000张组成数据集,使用vott标注工具对采集图像进行标注。通过YOLOv5目标检测算法对数据集进行训练,并得到训练模型,将训练模型嵌入Jetson Nano开发板,在青岛试验猪场进行猪只盘点实验。实验结果表明,猪只白天识别准确率达95.8%,夜间识别准确率达86%,将训练模型部署到Jetson Nano嵌入式开发板,可稳定运行6路视频流,一台设备能同时对6个猪舍摄像头进行盘点计数,与人工盘点相比,该方法经济高效,应用前景更广阔。

基于TRIZ的集装箱液袋折叠机创新设计

集装箱液袋在液体运输行业得到了飞速发展,近年来国内需求量急剧增加。但是,国内折叠集装箱液袋大多是人工折叠,折叠一个集装箱液袋需要最少两个人,两个工人每天的液袋生产量约为800个,生产效率较低,工人劳动强度大。设计的液袋自动折叠机能满足集装箱液袋的折叠要求,将自动折叠的生产量提高到每天1200个以上。

CR400AF动车组蓄电池可靠性评估方法研究

针对性能退化的CR400AF型动车组蓄电池存在的问题,本文主要对CR400AF型动车组蓄电池可靠性评估方法进行研究。结合CR400AF型动车组蓄电池实际运用情况,分析其失效模式,并基于CR400AF型动车组DC110V碱性蓄电池的性能退化基理,建立碱性蓄电池性能退化模型,并通过电池管理系统(battery management system,BMS)实时采集蓄电池的单体电压、温度、充/放电电流和总电压,同时对电池荷电状态(state of charge,SOC)和健康状况(state of health,SOH)进行实时估算和状态评估,为验证本文提出的SOC估算方法的有效性,采用Matlab/Simulink软件进行仿真实验。仿真结果表明,在实际运行工况中,可以根据预测值对SOC估算值进行快速矫正,保证电池的健康状态,而且根据残差曲线,一旦完成对SOC矫正后,估算值与理论值最大误差不超过3%,符合实际需求,实现对蓄电池组的全方位监控和管理。该研究对于提高蓄电池供电可靠性具有重要意义。

疏水SiO_(2)气凝胶涂层涤纶织物的制备及隔热性能

采用聚丙烯酸类黏合剂将自制疏水SiO_(2)气凝胶均匀涂覆到涤纶织物上。研究发现,当气凝胶质量分数为4%时,可赋予涤纶织物较好的隔热性能,且整理织物的拉伸断裂强力变化不大。