协同创新环境下高校师资培养的几点建议

"高等学校创新能力提升计划"对于高校的发展是一个重要契机,高校作为协同创新体的主体,把握好这个发展良机,将有利于高校破解高校发展的体制机制障碍,紧跟社会经济发展的变革步伐。改革发展的关键在于人才建设与培养,合理配置和使用资源,科学化高校人才管理体制机制,努力提升高校人才的业务素质与创新能力水平对于助推高校协同创新的建设工作将有显著的功效。

机械专业研究生人才培养与协同创新模式探讨

机械专业研究生的培养质量是国家提高工科类创新人才的重要内容,这对国家装备制造业以及国家经济发展起着关键作用。从思政教育、教育资源、课程体系、创新实践、师资力量以及科研方向凝练等方面剖析了当前机械专业研究生培养模式的不足,以安徽理工大学机械专业研究生培养中若干做法为例,探讨了研究生人才培养与协同创新模式的建设内容,为高校研究生培养改革提供借鉴参考。

可调速型盘式磁力耦合器永磁体温度场研究

针对大功率可调速型盘式磁力耦合器运行时,永磁体温度过高且易失效的问题,采用磁路法对导体转子的涡流损耗进行了理论推导,利用有限元软件对大功率高负载工况下的磁力耦合器永磁体稳态温度场进行了研究。研究结果表明,随着转差增大,磁力耦合器中的永磁体温度呈现出逐步增大的趋势;随着磁力耦合器气隙距离的减小,永磁体的最高温度逐步升高;当磁力耦合器的转差在180r/min以下,气隙不小于18mm时,其永磁体温度将保持在55℃以下,永磁体的最大磁能积和剩磁几乎不受影响,可保证磁力耦合器正常高效工作;当磁力耦合器处于大功率高负载工作状态下,气隙距离对永磁体的温度状态影响显著,当转差为180r/min,气隙小于15mm时,永磁体温度将急剧上升,当气隙减小至3mm时,永磁体的实际最高温度将达到180℃以上,剩磁相比于室温下降接近20%,最大磁能积下降约45%。该研究成果对大功率磁力耦合器温度场研究具有一定的参考意义。

矿井提升钢丝绳应变式张力传感器解耦研究

矿井提升钢丝绳张力监测系统中,应变式传感器在动载工况下的真实纵向力很难准确计算和分离。为了克服这一难题,结合大载荷低高度的传感器安装条件和结构特点,进行了实验研究,采用最小二乘法和独立成分法对比分析了传感器纵向受力工况下静态解耦效果,结果表明,Z方向与X,Y方向和MZ的静态解耦耦合率值均较小,独立成分为0.01%,最小二乘法为1%;采用对角优势化补偿法和独立成分法进行了动态解耦研究,结果表明,两者对维间耦合的影响均满足要求,但对角优势化补偿法补偿后的输出信号幅值稳定在0.9左右,而独立成分法补偿后的输出信号幅值则稳定在1.0左右。研究结果表明,采用独立成分理论计算和提取矿井多绳提升钢丝绳应变式张力传感器纵向力具有较高精度,接近完成解耦。

永磁悬浮带式输送机侧向力与跑偏仿真分析

在合理假设的基础上,对一种永磁悬浮带式输送机的磁悬浮支撑系统所受的侧向力数学模型进行仿真分析,仿真结果表明磁性输送带所受的侧向力与偏移量呈单调递增关系,输送带若发生偏移,则会引起侧向力的增加,从而引起输送带的进一步跑偏。而传统物理防跑偏措施并不适用于悬浮非接触式支撑方式。为了有效地解决永磁悬浮带式输送机的磁性输送带跑偏问题,设计了一种自动调偏装置并提出了相应的控制策略,通过调整永磁磁场与输送带的横向相对位置来改变侧向力大小,从而控制永磁悬浮带式输送机的跑偏,进一步的仿真验证了其可行性。

复合式磁力耦合器的设计与试验研究

为有效解决硬岩掘进机启动冲击振动较大和经常性过载工作的问题,提出一种基于柔性传动技术的复合式磁力耦合器。根据新型复合式磁力耦合器的结构特点,应用化"场"为"路"的方法,建立了气隙磁场的计算公式;基于电流叠加性,将电流折算到铜导体表面,并沿圆周方向对感生电动势进行积分,建立了空间磁场的电磁扭矩模型。为了验证理论分析的正确性,设计并制造了一台1∶2样机,对其机械性能进行了仿真分析及试验测试。结果表明:当转差率相同时,理论值、仿真值及试验值三者之间的差距小于10%;在同等体积条件下,相较于普通双盘式磁力耦合器,复合式磁力耦合器传递的扭矩增大了30.7%;与配备相同容量异步电机的硬岩掘进机相比,配备复合式磁力耦合器的硬岩掘进机的线性工作区域较宽,机械特性较软,因此过载保护能力更强。此项研究也可为承受大启动冲击和经常性过载的机械设备的设计和应用提供参考。

恒负载工况下调速型磁力偶合器气隙特性研究

以轴向永磁异步调速型磁力偶合器为研究对象,基于磁路法建立了磁力偶合器输出转速与气隙的数学模型,分析了磁力偶合器的气隙特性,研究了恒负载工况下磁力偶合器的气隙与输出转速的关系,获得了磁力偶合器在不同气隙下对应的输出转速变化规律:随着永磁体盘和铜盘之间工作气隙的增加,磁力偶合器输出转速逐渐减小,当气隙从2.5~12.5mm线性增加时,输出转速从773r/min逐渐减小至723r/min;当负载转矩一定时,随着气隙的增加,功率损耗逐渐增加,当气隙从2.5~12.5mm线性增加时,实验功率损耗从565W逐渐增加至1 613W,在实际运行中,可以通过适当减小气隙来减小功率损耗。这一研究结果对调速型磁力偶合器在恒负载工况下的输出转速控制具有一定的指导意义。

永磁悬浮带式输送机悬浮支撑系统稳定性研究

建立了永磁悬浮带式输送机悬浮支撑系统三维模型,对不同磁性输送带形状、永磁体布置形式、永磁体形状、偏载条件下永磁悬浮支撑系统稳定性进行了仿真。结果表明:槽型磁性输送带稳定性优于平型、V型磁性输送带,且承载能力表现最稳定;永磁体采用槽型结构时磁性输送带稳定性和承载能力较好;偏载会加剧磁性输送带的跑偏。为有效解决磁性输送带跑偏问题,设计了一种槽型磁性输送带防跑偏装置,通过在槽型磁性输送带两侧安装辅助辊轮,能进一步提高永磁悬浮带式输送机悬浮支撑系统的稳定性。

永磁悬浮带式输送机侧向力与跑偏问题

针对永磁悬浮带式输送机侧向稳定性问题,对平型、V型及槽型三种悬浮支撑结构进行研究。建立了三种悬浮系统的三维简化模型。基于FEM(finite element method)对悬浮力和侧向力进行有限元解析。结果表明,槽型结构承载能力和侧向防跑偏综合性能最好。将不同气隙情况下槽型结构侧向受力等效为磁力弹簧,拟合得到磁力弹簧动态载荷和刚度表达式,完成非线性弹簧一阻尼振动系统仿真。槽型结构悬浮系统在非平衡位置开始运动,在平衡位置附近振动,振幅逐渐减小,最终达到侧向平衡。结果表明,槽型永磁悬浮装置具有侧向自动回正调整功能。为永磁悬浮带式输送机结构设计及参数选择提供了参考。

煤矿水压安全阀的气穴特性与结构优化

以煤矿水压三用阀中安全阀为研究对象,借助CFD两相流技术对比分析滑阀式安全阀和针阀式安全阀的气穴特性,研究其压力和气穴分布情况,分析安全阀结构尺寸对改善气蚀破坏的影响,并优化滑阀式安全阀流道的夹角,进一步减小气穴现象的发生。结果表明:相对于针阀式安全阀,滑阀式安全阀受到的气蚀破坏较小,当滑阀式安全阀的流道夹角α=45°时,阀腔的气穴强度最低,气穴面积最小,重要阀口处的最大气相体积分数仅为24.5%。优化后的安全阀能够有效抑制气穴的产生,提高安全阀的安全性能和使用寿命。

煤矿抽水蓄能电站水下巡检机器人姿态调节系统建模与分析

姿态调节是决定水下机器人作业能力和运动稳定性的关键,为此针对煤矿抽水蓄能电站水下巡检机器人提出了一种基于全水液压的沉浮和姿态调节一体化系统。该系统主要由对称设置于机器人两侧的姿态活塞缸、变量泵及专用六位六通控制阀组成,传动介质来自机器人外部水体环境,其有沉浮、纵倾、横倾和对角侧倾四种调节状态。沉浮调节为机器人与外界水体的质量交换过程,而在调节姿态时机器人与外界水体交换通道关闭,可确保姿态调节过程中机器人本体始终处于悬停状态,提高了机器人调姿过程的稳定性。在结构创新基础上,推导了机器人重心及姿态角方程,建立了其姿态调节AMESim仿真模型,分析了机器人沉浮和姿态调节过程,并研究了活塞缸总长、间距、直径及浮心z向坐标等参数对姿态角的影响规律。结果表明:增大活塞缸直径、浮心z向坐标、活塞缸总长及活塞缸间距均有助于提高姿态角调节的灵敏性,其中浮心z向坐标越大,则其对姿态角的影响作用越明显,活塞缸直径越大,则其对纵倾姿态角的影响越小,而活塞缸总长仅对纵倾姿态角产生影响,活塞缸间距仅对横倾姿态角产生影响;且经过优化,机器人的最大纵倾姿态角和横倾姿态角分别可达78.46°和达68.20°。提出的基于全水液压的沉浮和姿态调节一体化系统具有结构紧凑、调节方便、节能环保等诸多优点,研究结果为后续沉浮及姿态调节系统的研制奠定了理论基础。

煤矿提升天轮车槽装置的结构设计及实验研究

矿井天轮在提升机系统中起到导向和支撑等重要作用,但在重载、高空、动载荷多变的工作环境下,由于换绳周期不同步、多绳受力不均等因素影响,其绳槽衬垫磨损后易对新绳造成二次伤害,危害新绳和天轮使用寿命。为此,基于消除钢丝绳对摩擦衬垫磨损的目的,结合天轮平台的结构特点,设计了车削装置的结构及部件选型。得到了燕尾槽的滑轨、FFZD2505—3滚轴丝杠和57J1880EC一1000步进电机构成的装置本体.可实现天轮车削装置对天轮衬垫的车削。经过装置修圆试验后,得到了各个油缸的伸长量相对初始伸长量的均化趋势,验证了理论分析,消除了天轮衬垫的磨损。

煤矿水压安全阀微造型阀芯润滑性能正交试验分析

以煤矿水压安全阀阀芯为研究对象,通过在阀芯表面设置微造型以改善其润滑特性。采用正交试验方法,选取L_(16)(4~5)标准正交表,设计出16种试验方案,考虑微造型深度、微造型半径、摩擦副间隙、阀芯运动速度和微造型形貌5个因素对微造型阀芯润滑特性的影响。建立微造型阀芯CFD模型,分析阀芯表面压力分布和承载力特性,研究微造型参数对微造型阀芯润滑性能的影响,并确定微造型最优模型。结果表明:阀芯表面微造型能产生动压润滑效果,有助于改善阀芯摩擦磨损问题;由极差分析可知影响微造型阀芯承载力的因素由主到次依次是微造型深度、微造型半径、微造型形貌、摩擦副间隙和阀芯运动速度。由正交试验得出的优选方案比原试验方案的承载力提高22%。

滑动摩擦副表面变织构的润滑与承载特性研究

织构化滑动摩擦副表面织构的排布方式、尺寸和形状是决定其压力分布和承载力的关键因素。为改善织构化滑动摩擦副表面的润滑与承载特性,提出了一种变织构(尺寸多样的织构)结构。以球冠形织构为研究对象,建立不同排布方式的单一尺寸织构及方形排布变织构的CFD(computational fluid dynamics,计算流体力学)仿真模型,分析了排布方式不同的单一尺寸织构表面的压力分布和承载力;在此基础上,研究了半径两端小中间大(A型)、半径两端大中间小(B型)、深度两端浅中间深(C型)及深度两端深中间浅(D型)等4类方形排布变织构表面的压力分布和承载力。结果表明:方形排布的单一尺寸织构的润滑性能最强且承载力最大,随着错位角的增大,织构间的协同润滑作用减弱,承载力减小;单一尺寸织构的压力分布曲线为周期性波动曲线,由多个单织构的压力分布曲线叠加而成,而方形排布变织构因前后织构的协同润滑作用而导致其压力分布曲线的趋势线近似呈正弦或余弦规律波动;在4类方形排布变织构中,B型变织构的承载力大于A型,D型大于C型,说明两端织构的半径越大、深度越深或该类织构的占比越大,则变织构的承载力越大。由此可见,合适的变织构比单一尺寸织构更有助于提升摩擦副表面的润滑与承载性能。

双盘式磁力耦合器输出转矩模型及实验研究

从电磁感应的角度出发,提出了简化的永磁体阵列三维模型,基于洛伦兹定律建立了转矩的解析模型,并对其展开了研究,给出了双盘式磁力耦合器动态特性的影响因素。利用有限元法及试验研究对所提出的转矩解析模型进行验证,该研究为磁力耦合器的设计提供了理论依据。

矿井提升机天轮车槽装置的设计及其实验研究

矿井天轮在提升机系统中起到导向和支撑等重要作用,但在重载、高空、动载荷多变的工作环境下,由于换绳周期不同步、多绳受力不均等因素影响,其绳槽衬垫磨损后易对新绳造成二次伤害,危害新绳和天轮使用寿命。为此,建立并分析了偏心误差和定位误差数学模型,得到了进给误差与进给量、偏心误差、刀头至安装平台高度、原绳径尺寸和机床角度等参量的关系,确定了车削装置安装平面与天轮轴心距离为1 m,刀头距安装平面距离为0.6 m,倾角为60°的最优设计参数;采用基于伺服电机+滚珠丝杠副的两轴联动三维驱动方式设计了装置本体,基于整体式机架定位思想设计了悬挂式托架,将本体固定在天轮平台的下三角位置;静动态仿真分析表明,装置本体和托架的设计合理可行;实验研究表明,装置可较好的将规格为R 1700 mm的四绳槽天轮车削至绳径为1 648.05 mm、周长为10.355 m的状态,车削精度达到10-3,且绳径一致性较好,消除了磨损尖峰。

随机载荷作用下输送机永磁支撑装置的自适应特性

为了保证低阻力永磁带式输送机的正常稳定运行,对随机载荷作用下输送机悬浮支撑装置的自适应特性进行仿真研究。在合理假设的基础上建立了悬浮支撑装置的纵向随机振动模型;经过三维实体造型,自适应控制系统建模,外部随机载荷的定义及边界条件的施加等环节,完成跨平台多软件联合仿真环境下的悬浮支撑装置虚拟样机,并进行仿真模拟。仿真结果表明,在随机载荷的作用下,输送带运行状态失稳;随着输送带悬浮气隙的变化,磁悬浮力进一步调整,从而能再次达到系统平衡,与试验结果相符。永磁悬浮带式输送机悬浮支撑装置具有自适应动态调整功能。

永磁涡流传动调速设备支承座动力学分析及结构改进

永磁涡流传动设备中支承座的共振现象将会影响到设备整机的运行性能,以某型号永磁涡流传动设备中支承座为研究对象,对支承座进行了三维建模,通过三维建模软件与ANSYS Workbench系统间的模型互动,对支承座进行模态及谐响应仿真分析,获得了支承座的前4阶固有模态频率、振型和扫频带宽为0~900 Hz的结构动态特性。仿真表明:激励频率在586 Hz时,轴承座前端面X轴向共振位移达到了峰值;为提高支承座第1阶模态频率和改善其安全可靠性,对原支承座约束与结构参数进行了优化改进,仿真表明:总质量在小于10%增幅的情况下,提高了支承座前4阶固有模态频率值,且其第1阶模态频率提高了56.6%,扫频900 Hz时X轴向共振最大位移仅为0.07 mm,有效地改善了支承座的动力学性能,其研究结果为永磁涡流传动设备支承座的优化设计提供了参考借鉴。

基于无线传输的钢丝绳张力在线监测系统研究

为了准确测量钢丝绳的动态张力,设计了一种基于无线传输的多绳摩擦式提升机钢丝绳张力在线监测系统。该系统将压力传感器布置在提升机绳槽内部,通过测量钢丝绳对衬垫的压力来获取钢丝绳的张力信号,张力信号通过无线传输方式发送给计算机,利用LabVIEW软件编程实时显示钢丝绳张力变化情况。通过现场工业性实验,该系统能实时监测钢丝绳的张力平衡情况以及判断提升是否超载。系统安装方便、检测精度高,安全可靠。

摩擦提升机钢丝绳动态张力监测系统的设计

基于多绳摩擦式提升机存在的钢丝绳张力不平衡以及张力信号在井筒内传输困难的问题,为了准确测量钢丝绳的动态张力,设计了一种基于无线传输的多绳摩擦式提升机钢丝绳张力在线监测系统。通过现场工业性试验,结果表明,该系统能实时监测钢丝绳的张力平衡情况以及判断提升是否超载。系统安装方便,检测精度高,安全可靠。