螺旋输送机卸料口流量脉动产生原因及降低方法研究

为探明螺旋输送机卸料口流量脉动产生的原因,基于离散单元法(DEM)模拟球形颗粒在螺旋输送机中的流动过程,对螺旋周期结构和颗粒周期流动进行分析,得出了流量脉动产生的原因并提出了降低流量脉动的方法。结果表明:料槽中颗粒的周期性不均匀分布和螺旋面对颗粒的周期性阻挡造成了流量脉动;不同结构形式的螺旋输送机卸料口流量脉动对比为:无轴螺旋输送小于有轴螺旋输送,双轴螺旋输送小于单轴螺旋输送,斜卸料口结构小于正常卸料口结构;所提斜卸料口双轴螺旋输送的脉动值(1.14)与普通螺旋输送(2.25)相比降低了49.33%,基本实现了螺旋输送机卸料口颗粒的稳定流出。

基于Simulation的薄壁桶搬运过程的形变研究

桶料的搬运方式主要有托底式、夹取式和挂取(吊取)式,文中针对薄壁桶的搬运方式进行模拟分析,通过模拟分析的具体数值来进行合理的选择。主要对挂取(吊取)和夹取2种薄壁桶的搬运方式进行模拟分析,基于Soildworks中的Simulation进行计算,并得出具体数值,选取合理的薄壁桶搬运方式。模拟分析表明:在同等桶壁厚的情况下,夹取式桶料搬运形式薄壁桶的变形程度较大,主要体现在薄壁桶的夹持部位,如特定场景需夹持薄壁桶的桶身进行搬运时,还需适当加厚薄壁桶的桶壁来抵抗夹持板的夹持力,使薄壁桶不会产生较大的形变量。

基于机器视觉的紧密排列目标检测研究

机器视觉技术为工业机器人视觉导引系统提供重要的支持。随着生产效率的不断提高,流水线中常呈现多个货物无规律紧密排列运输的情况。在这种情况下,传统的基于模板匹配的目标检测算法的定位效果和识别精度准确率较低。为了解决这一问题,文中采用了基于深度学习的YOLOv8算法对紧密排列的物体进行检测,并针对紧密排列物体的特点建立相关数据集,通过实验验证了其在结构化环境下的性能。实验结果表明,YOLOv8算法训练后得到模型在拥有较快收敛速度的同时均值平均精度稳定在0.95左右,并且在多个真实环境中,模型对于无序队列目标的识别平均准确度能达到91.64%,为流水线中存在紧密排列现象的物品的定位和识别提供了一种有效的解决方法。

带式输送机中部转载特性及3D打印设计研究

为解决暗斜井带式输送机中部转载装置受空间限制、结构设计不合理而导致堵料、撒料、粉尘污染等问题,建立了转载物料力学模型;利用离散元方法对三种工况的物料转运过程进行仿真研究,分析卸料效率、输送量及料流轨迹特性。根据现场工况设计出一种中部转载装置并总结出设计方法,利用3D打印技术对转载装置进行预设计和制造。结果表明,利用物料速度、输送量和物料轨迹等参数设计出的中部转载装置在转运过程中无堵料、撒料情况,并通过设计方法不断改善、优化结构,减小物料对中部转载装置及输送带的冲击,延长寿命,具有实际工程应用价值。

圆盘式磁流变制动器磁路多目标优化

为了提高磁流变制动器的制动性能,基于Herscher-Bulkley模型,以磁流变制动器的质量最小、输出制动力矩最大为优化目标,提出了一种基于有限元分析(FEA)和多目标遗传算法(MOGA)的联合优化设计方法。利用该方法获得了磁路结构的Pareto最优解,并采用组合赋权法对Pareto最优解进行选优,得到了制动器最优的磁路结构参数。仿真结果表明:所提出的磁流变制动器磁路多目标优化设计方法是正确有效的,能够获得更加紧凑的磁路结构,并提高磁流变制动器的制动力矩,可作为磁流变制动器设计的参考。

ZChSnSb11-6/20钢复合材料不同结合界面结合强度仿真与试验

针对巴氏合金与钢体组成的复合材料,建立了不同结合界面(不同的生产工艺条件)下工件结合强度理论计算模型。以微小单元作为模型构建的基础,利用COMSOL Multiphysics软件对其结合界面进行了有限元应力场仿真模拟,得到了不同生产工艺条件下界面应力分布情况。仿真结果表明:三种结合界面下提出的理论计算公式与模拟计算值之间的相对误差值在15%内。采用电弧喷涂技术制备了不同结合界面和不同表面粗糙度的ZChSnSb11-6/20钢复合材料,得到了不同结合界面许用结合强度。试验结果表明:对于同一表面粗糙度,其结合强度随结合界面接触面积的增大而增大,圆弧面(B型)和截球面(C型)两种结合界面的结合强度值较接近,差值在2MPa之内;光面(A型)结合界面的结合强度最小,约为B型、C型两种结合界面结合强度的60%。通过对比分析,对所构建模型进行了模型评价,得到了模型评价对照表。

下运带式输送机用磁流变液制动系统设计

磁流变液制动器可以较好地弥补现役下运带式输送机制动系统存在热衰退、摩擦磨损等诸多缺点,但制动力矩与散热问题限制了其大型化应用。在双线圈旁置式磁流变液制动器基础上,通过增加散热槽和接触工作面积,并改变励磁线圈布置形式,设计了一种新型多槽磁流变液制动系统,以达到提升其制动性能的目的。结果表明:同等空间尺寸条件下,制动力矩提高了72.3%;相同制动工况下,最大瞬态温度降低了24.82%。

双线圈旁置式新型磁流变制动器的设计与优化

为提高传统单线圈混合式磁流变制动器的制动力矩,提出了一种双线圈旁置式新型磁流变制动器.利用一种新的线圈安装方式,增大了制动盘圆柱面的可控作用面积,从而增大了磁流变制动器的制动力矩.基于Herscher-Bulkley模型,提出了双线圈旁置式磁流变制动器的力矩模型与磁路设计方法,并在特定条件下对其进行了多目标优化.研究结果表明：与单线圈混合式相比,在相同体积条件下,双线圈旁置式能产生更大的制动力矩;而为了充分利用磁流变液的流变性能,获得更紧凑的结构,双线圈旁置式磁流变制动器的宽度应在80-100mm之间,长宽比的合理范围应在0.6-1.2之间;优化后在制动器质量基本维持不变的情况下,制动力矩提高了11%.研究结果可作为磁流变制动器的设计参考.

螺旋输送机卸料口流量脉动影响因素研究

为探究螺旋结构、参数和工况对流量脉动的影响规律,采用离散单元法模拟球形颗粒在螺旋输送机中的流动过程,对颗粒的流动状态和流动规律进行研究。结果表明:随着螺旋内径、转速和填充系数的逐渐增大,流量脉动逐渐减小,脉动值最小低至1.46;随着螺距的逐渐增大,流量脉动呈先减小后增加的趋势,脉动值最小为1.98;双轴螺旋差角从0°向360°变化时,流量脉动先减小后增大,当螺旋差角为180°时,脉动值为1.16,流量脉动达到最小。研究结果可指导螺旋输送机的结构设计和工况选择,以降低流量脉动带来的不良影响。

增材制造设计(DfAM)设计自由度和研究现状分析

增材制造的发展进入稳定成长期,面向增材制造的设计方法亟待研究和向终端用户普及,以改善产业链下游的应用领域局限且市场份额不高的局面。文章首先归纳了面向增材制造的设计自由度和设计约束,接着对当今增材制造的设计仿真软件和国内外标准进行了总结,最后综述了关于增材制造设计方法的国内外研究现状,并作出了分析和展望。

基于小波包变换和ELM的滚动轴承故障诊断研究

为了准确诊断滚动轴承故障,降低滚动轴承故障对设备运行的影响,提出了一种基于小波包变换分析与极限学习机相结合的滚动轴承故障诊断方法。首先,通过小波包变换对轴承振动信号进行消噪处理,采用均方根差和平滑度法为指标筛选出合适的小波基函数,用以对原始信号进行消噪处理。然后以信号的8种特征作为指标对消噪后的信号进行特征值提取,并通过时域、频域信息图对轴承故障进行先验诊断。最后将提取的特征值作为样本通过极限学习机的方法对轴承故障类别进行分类、诊断。研究表明,该方法能够准确地对轴承故障类别进行诊断,为轴承的故障诊断提供了新的思路。

光伏组件结构最优设计方案的模拟研究

以光伏组件能承受的荷载条件为研究对象,在光伏组件采用夹具固定方式固定在光伏支架的前提下,针对光伏组件的夹具安装间距、夹具安装数量和边框横截面尺寸3个变量,提出了4种光伏组件结构设计方案,分别进行仿真分析和研究,综合比较后选出光伏组件结构最优设计方案。研究结果表明:1)方案4不仅能满足光伏组件的承载设计要求,且光伏组件整体的变形量最小,最大等效应力值最小,安全裕度大,边框横截面尺寸小,光伏组件不容易产生隐裂和碎片缺陷,因此方案4为光伏组件结构最优设计方案;2)光伏组件最大变形处发生在光伏面板中部区域,且最大变形处容易出现裂纹及碎片缺陷。研究结果在节省材料的同时提高了光伏组件的使用寿命,为光伏产业的结构优化提供了技术支撑。

新型铁路隧道落煤吸尘装置吸煤特性仿真分析与试验验证

由于空气扰动,运煤专用列车途经隧道进出口时会出现大面积落煤现象,针对长距离清理隧道落煤面临的人工清理效率低、成本高等难题,设计了一种由1根主输送煤料管和多根吸煤支管组成的新型铁路隧道落煤吸尘装置,用于清理颗粒小、质量轻的铁路隧道落煤。在对主输送煤料管设计中,首先利用欧拉-拉格朗日法建立了输煤管道中的气固两相流模型;其次基于Fluent有限元仿真研究了煤粒入射角和定长管道上多个支管间距对主输送煤料管内流场的影响,分析煤粒最佳入射角以及主输送煤料管上安装吸煤支管数量的最优值;最后通过现场试验对有限元仿真结果进行了验证。仿真和试验结果表明:煤粒入射角α在小于45°时主输送煤料管压降小,颗粒流可获得较大的水平输送速度;支管间距在750mm附近时,水平输送速度波动范围小且煤料的输送量明显大于其余各组,更加利于铁路隧道落煤的输送。研究结果对改进主输送煤料管结构形式、提高输送隧道落煤效率以及优化铁路隧道落煤吸尘装置具有重要意义。

抓斗卸料的气幕抑尘研究

为了抑制抓斗卸料过程中粉尘的扩散,设计出一种气幕软密封系统,可以有效阻隔气流和限制污染物的扩散,使气幕平面外污染物的平均质量分数降低70.02%。首先通过CFD-DEM耦合方法构建抓斗卸料模型,对散料下落的气固两相流场扩散规律进行研究,得到了颗粒流场和空气流场的运动轨迹和速度分布,以及料斗上方5个平面的最大空气流场速度。使用气幕射流三维模型,基于最大空气流场速度设置气幕参数,通过控制变量法分别模拟不同气幕射流方式、射流口宽度、气幕射流速度和诱导风速度下的气幕,并分析其粉尘阻隔性能。结果表明:选择合适的射流口宽度和射流速度能明显抑制粉尘的扩散;不同射流方式下的气幕粉尘阻隔效果从高到低依次为吹吸、单侧吹、对吹;一定范围的诱导风速下,气幕有明显的粉尘阻隔作用。

基于数字图像处理方法的弹塑性倾斜接触冲击动力学试验与数值分析

针对弹塑性倾斜冲击问题,测量和预测冲击对象在接触冲击过程中的运动参数及接触力仍然是一个难点。考虑振动响应的影响,结合假设模态法和广义动量定理建立冲击对象的运动模型;根据Jackson-Green模型,将振动响应考虑到接触变形中,系统探讨和研究了弹塑性接触冲击过程中的接触力变化;基于数字图像处理方法,通过设计多标识点的冲击试验,描述与跟踪冲击对象在接触冲击过程中的运动规律,并对恢复系数和冲击后的运动参数进行试验与仿真对比分析。试验与仿真结果表明:滑动摩擦判断条件Δ呈W形分布,且存在3个临界冲击角,分别为27.5°、42.5°和58.4°;对于初始冲击角θ=45°,接触点冲击后反弹速度、角速度和恢复系数的仿真与试验结果基本吻合,其相对误差均小于5%,验证了所建模型的正确性。

基于CFD-DEM耦合仿真的抓斗卸料气固两相流场研究

针对抓斗卸料过程中,散体物料的自由下落导致粉尘扩散,对其进行气固两相流场研究,目的是通过空气流场运动速度和轨迹反映出粉尘的运动情况,从而判断粉尘逸出量大小。采用基于CFD-DEM耦合的数值模拟方法,得出了颗粒流场的速度分布和空气流场的运动轨迹及速度分布、不同时刻的气固两相流场相互作用及变化规律,并分析了料斗口平面逸出气流面积、逸出气流质量流量、逸出速度和气流夹角,进一步推导出不同颗粒粒径和气流夹角下的粉尘颗粒悬浮速度。结合仿真数据和推导出的公式,可以分析不同抓斗卸料工况下的粉尘逸出规律,对采取针对性的降尘方法和措施、高效解决粉尘扩散问题具有指导意义。

增材制造设计(DfAM)下的金刚石晶格结构研究

基于机械零件的增材制造设计,用仿自然式方法设计了一种金刚石晶格结构,对晶胞相对密度和等效弹性模量建立了数学模型,并拟合得到二者关系式,一系列的仿真验证结果显示理论研究所得关系式具有一定的正确性;对金刚石晶格填充结构提出变密度假设,并用仿真和压缩试验的方法进行了验证,结果显示,填充单元密度以受力点为中心渐渐减小的变密度结构拥有更好的抗压性能,同时验证了本文得出的等效弹性模量数学模型具有一定的正确性和适用性。本研究结果可应用于承压机械零件的实体夹层填充,对机械零件进行应力匹配变密度设计,以达到机械结构轻量化的目标。

螺旋输送机叶片母线DEM-FEM设计研究

针对垂直螺旋输送机在输送矿粉时,螺旋叶片母线函数设计缺乏理论依据的问题进行了研究。以输送效率、最大变形量、应力分布作为结构是否合理的评价标准。采用单质点理论对新型螺旋叶片进行了初步的设计,并且提出了一种基于颗粒孔隙率用于评估EDEM周期性模型精确度的算法。建立EDEM模型并对其进行了仿真计算,与单质点理论计算结果相比较,结果表明单质点理论仅能大致表现颗粒运动变化趋势,难以准确地反映实际运动变化状况;并对45%填充率、1200 r/min工况下的垂直螺旋输送机进行了DEM-FEM联合仿真分析,发现在垂直螺旋输送机中倾斜直母线型螺旋叶片最大应力载荷与最大变形量显著小于传统的水平直母线型螺旋叶片,为之后的垂直螺旋输送机的叶片结构设计提供参考。