生存进化阶段性搜索微粒群算法及其可靠性冗余分配优化应用

为高效解决含有异质冗余的多态系统(MSS)可靠性优化问题,并弥补微粒群优化(PSO)算法易早熟收敛的不足,从作用力方式和种群拓扑结构两方面对算法进行改进。改进PSO算法中单一的作用力方式,设置前后两个搜索阶段,对应两个搜索阶段分别构造平衡引斥力方式和双层引力(个体和全局最优解引力、中间适应度微粒引力)方式,提出阶段性搜索微粒群(SPSO)算法;利用生物个体“择友而交”和优胜劣汰的生存体系构建生存进化(SE)拓扑结构,以结构演化和算法进化并行方式将该拓扑结构融入SPSO算法,提出生存进化阶段性搜索微粒群(SPSO-SE)算法,进一步提升算法的优化性能;利用Benchmark函数对所提算法与PSO的改进算法进行测试对比,结果表明,所提SPSO-SE算法具有更好的寻优能力。采用SPSO-SE算法对串-并联和桥式结构的多态系统的可靠性冗余分配问题进行优化,得到的系统结构费用更低、可靠度更高。

摆轮活齿传动系统的几何参数约束研究

针对传统摆动活齿传动存在的尺寸链长、关键构件结构薄弱等问题,提出了一种摆轮活齿传动构型及其齿形设计方法和参数选取策略。将摆轮活齿传动机构进行等效化处理,采用拓扑分析构建等效连杆矢量传递模型,基于共轭啮合原理推导出激波器和中心轮共轭齿廓矢量方程,以避免运动干涉、齿廓顶切为约束条件,将传动压力角作为评判依据,制定摆幅系数及激波器基圆半径参数选取策略,并依据优选参数和两组对比参数分别进行齿形设计与性能分析。研究结果表明:设计的摆轮活齿齿形连续、运转无卡顿;相比于两组对比参数,采用优选参数的摆轮活齿在相同负载工况下激波器活齿啮合力峰值分别降低37.09%和28.28%,验证了设计策略的有效性。研究成果可为摆轮活齿齿形设计及参数选取提供理论参考。

自行式载重车行走闭式液压驱动系统防打滑控制技术

针对自行式载重车行走闭式液压系统的特点,归纳了电子防打滑、液控自由轮阀防打滑以及驱动限速阀防打滑三种自行式载重车常用的防打滑技术,分析了三种防打滑技术的工作原理,总结了三种防打滑技术的特点与适用范围.正确合理地设计车辆防打滑系统对于提升自行式载重车行走系统的操控性、稳定性和安全性具有重要的意义,为同类工程车辆行走闭式液压驱动系统的差力控制提供参考.

钢丝绳缺陷的微磁无损检测技术研究

为了探讨微磁检测技术在钢丝绳无损探伤领域的应用，采用有限元法，分析了无外加磁场激励状态下利用钢丝绳自身剩余磁场实现断丝缺陷检测的可行性。计算了钢丝绳缺陷处及周围空气中的漏磁场强度、分布规律及可测性；论述了地磁场的影响，为微磁检测技术提供了理论依据。通过对钢丝绳微磁检测方法的实验研究，得出了不同断丝状态下漏磁场的检测结果及变化规律。给出了钢丝绳金属截面损失与检测系统输出量的函数关系，验证了微磁无损探伤技术的可行性与可靠性。

多模型Stacking集成学习的旋转机械故障诊断方法

针对传统旋转机械故障诊断方法中单一机器学习模型出现的诊断精度低、泛化能力差且性能提升有限等问题,提出了通过Stacking框架异质集成多个机器学习模型对旋转机械进行故障诊断。首先利用小波包变换对旋转机械的原始振动信号进行特征提取;然后通过贝叶斯优化和网格搜索结合的方法调节各基学习器的超参数,采用DT、KNN、SVM及RF作为初级学习器,LR作为次级学习器构建Stacking异质集成学习模型;最后通过滚动轴承和液压泵故障模拟试验,将所提模型与单一模型、同质集成模型进行比较分析。试验结果表明,异质集成Stacking模型在不同旋转机械的故障诊断中均获得了最佳的整体诊断性能。异质集成是提高旋转机械故障诊断性能的有广阔应用前景的解决方案。

多约束下高压螺纹插装型溢流阀启闭特性研究

高压螺纹插装阀在工程机械中应用广泛,其启闭特性直接影响系统压力波动、泵头能量损失、噪声大小等。为了探究结构参数对高压螺纹插装阀启闭特性的影响,基于其结构特征,推导启闭特性数学模型。由于结构参数改变的同时会对动态响应性、稳定性、内泄漏产生交叉影响,以提高启闭特性为目标,以动态响应性、稳定性、内泄漏为约束条件,在不改变其三方面性能的前提下,通过理论建模、仿真分析、试验验证,提高螺纹插装阀的启闭特性。研究结果可为螺纹插装阀综合性能优化提供理论指导和工程实用价值。

全电控正流量液压挖掘机启动压力冲击研究

针对全电控正流量液压挖掘机执行机构启动阶段压力冲击较大的问题,对正流量液压系统中位卸荷阀阀口开度、主阀阀口开度、正流量泵输出排量之间的匹配特性进行研究。建立了卸荷阀阀口开度、外负载力、泵口输出流量之间的数学模型,提出了启动阶段卸荷阀阀口开度、正流量泵输出排量、主阀阀口开度之间的匹配原则,并在高精度机电液联合仿真平台上进行验证。结果表明:挖掘机执行机构在启动阶段的压力冲击减小30%以上,执行机构启动平稳性显著提升。

月壤水冰资源“探-采-用”一体化实施方案设计

分析了月球水冰资源的赋存分布及采样探测与利用存在的技术挑战,系统梳理了其探测、采样与利用发展历程、典型案例及发展趋势,总结出水冰资源精准预判、就位科学分析、高效提取和转化利用4大关键技术及解决途径。针对月球极区水冰资源探测与利用需求,充分利用月球极区深低温及水冰赋存特性,提出一种水冰资源“探-采-用”一体化实施方案,详细介绍了应用场景及功能、设计方案及评价、应用前景等。该方案可为探月四期工程、月球科研站建设等重大任务提供技术参考和科学探测依据。

全电控正流量液压挖掘机复合动作协调性研究

针对全电控正流量挖掘机复合动作时,执行机构增减而产生速度突变的协调性问题,对某公司37 t挖掘机进行研究,分析了单动作与复合动作各执行机构速度与主泵流量分配之间的关系,提出了调整正流量挖掘机前后泵输出初始排量并留一部分排量余量,使前后泵排量余量跟随各先导电手柄电流信号的变化调整输出的控制策略,建立了AMESim-Motion机械液压联合仿真模型。仿真与实验结果表明,复合动作增减动作时速度突变量减小10%以上,其动作协调性有显著提升。

正馈构架可展天线机构卸载方法与实验研究

针对正馈对称四面体可展天线机构组合单元机构提出一种新型悬吊式微重力卸载方案,建立卸载点位置优化的评价指标及方法,得到优化的卸载点位置。基于天线机构静力学刚度矩阵进行绳索刚度优化,得到中间绳索刚度与周围绳索最优刚度比。对重力卸载和重力无卸载两种工况下四面体可展天线展开过程进行仿真分析,对比分析其动态过程的平稳状态和坐标变化曲线,验证优化所得卸载点合理性。设计并搭建了一种悬挂点可动的重力卸载实验平台,对比不同卸载绳刚度情况、有无卸载情况下正馈对称四面体可展天线机构组合单元机构的展开情况,验证仿真分析的正确性与卸载方法的合理性。

液压制动系统蓄能器充液特性研究

蓄能器充液特性对全液压制动系统安全可靠性有重要作用,对某全液压制动系统的充液特性及其关键结构元件——优先卸荷阀特性进行研究。在制动系统蓄能器充液过程中,对优先卸荷阀及其所组成系统机理进行分析,建立优先卸荷阀数学模型,搭建充液系统仿真和试验平台,对蓄能器充液系统动态特性进行研究,给出充液压力、流量和时间等参数的变化规律,揭示优先卸荷阀对蓄能器充液响应特性的影响规律。研究结果表明,所设计的优先卸荷阀回路满足蓄能器充液特性要求。

热处理对316L/Q345R不锈钢复合板显微组织与力学性能的影响

依据不锈钢复合板双层金属特性,制定真空热轧成形316L/Q345R复合板热处理工艺为高温快速冷却+低温缓慢冷却。采用电子显微与能谱图分析分别对热处理前、后复合板试样进行显微组织特征观察和成分含量测定,研究复合界面显微组织、相结构和成分变化规律。采用剪切、拉伸及冲击功试验对两种状态试样进行力学性能测试,研究显微组织对力学性能的影响规律。结果表明:真空热轧后的复合板能较好复合,热轧试样中低合金钢侧组织为铁素体和珠光体,力学性能较差,不锈钢侧析出Cr的碳化物较多;经过热处理后,试样组织中有贝氏体出现,不锈钢侧Cr在加热制度下重新固溶。热处理实现复相化组织、合金元素界面扩散等复合组织结构的协同作用,从而大幅改善复合板的力学性能和耐腐蚀性能。

耦合型3自由度并联稳定平台机构动力学分析

基于舰船摇荡耦合动力学特征,分析耦合力/力矩对耦合型3-SRR/SRU 3自由度并联稳定平台机构动力性能和动力学建模的影响,采用冗余驱动保证稳定平台各分支均匀承载,实现了稳定平台少驱动、多轴联动补偿外载荷的目标。提出耦合动力学参数等效变换方法,并分析动平台及运动分支耦合力/力矩在惯性坐标系中的表示;以系统驱动功率和最小为目标结合虚功率形式达朗贝尔原理,建立机构耦合动力学普遍方程。数值算例表明,采用冗余驱动的耦合型并联机构不仅实现了重载稳定平台多轴联动补偿的目标,而且有效地改善了系统动力学性能指标,为进一步研究耦合型并联机构动力学优化及实时控制奠定了基础。

2RPU/UPR+RP五自由度混联机器人参数标定研究

为了提高2RPU/UPR+RP过约束混联机器人在实际运用中的精度,达到生产实践的需求,对该机器人进行误差补偿研究。首先介绍了过约束混联机器人的运动原理,随后分析影响混联机器人末端精度的各项几何误差的来源,并对提高混联机器人精度的零点标定与全标定方法进行介绍。将混联机器人分为并联机构和单摆头两部分,分别对两部分进行零点标定和全标定理论研究,然后基于激光跟踪仪搭建了标定实验系统,得到了标定后的误差参数的真实值,补偿到运动学算法中。实验结果表明,本文提出的全标定和零点标定方法可以有效提高混联机器人的定位精度。

5-UPS/PRPU冗余驱动并联机床完整刚度模型及其刚度特性

基于全雅可比矩阵和虚功原理建立了5-UPS/PRPU冗余驱动并联机床的完整刚度模型。首先基于螺旋理论推导出约束分支中的约束雅可比矩阵;然后锁定分支中的主动副并利用互易积原理求得驱动雅可比矩阵,最后提出了冗余驱动雅可比矩阵。利用约束力、驱动力和冗余驱动力与外力的映射关系,结合虚功原理,得到系统整体刚度矩阵。考虑虎克铰、轴承等传动部件的轴向变形对分支轴向刚度的影响,构造了各个分支的轴向刚度模型。借助激光跟踪仪对所建立的刚度模型进行了实验测试。结果表明：该刚度模型的误差为2%~5%,验证了理论分析的可靠性。在此基础上,以机床的线刚度和角刚度的最小值为刚度性能指标,分析了其在工作空间内的分布情况。分析显示：机床线刚度的最小值主要分布在Y轴两侧,角刚度的最小值则主要分布在-0.05≤z≤0.05m和-0.11≤y≤-0.05m,因此,在进行并联机床工具规划时应该尽量避免该区域。文中内容可为并联机床刀具运动轨迹的优化提供参考依据。

2RPU-UPR并联机构在天线支撑中的应用

为了解决现有天线支撑机构不能同时满足高承载能力与大工作空间的要求,采用并联机构2RPU-UPR作为天线支撑机构,并对机构进行设计与实验。分析了并联机构2RPU-UPR的受力特征并建立了静力平衡方程。提出了最大承载能力与驱动分支运动范围两个优化指标,采用统一目标函数法建立两个指标的综合评价函数,对支撑机构关键尺度进行了优化设计,得到了一组机构性能优异的结构尺寸;研制了天线支撑机构实验样机,并进行了实验,实验结果表明:提出的天线支撑机构不仅能够承受大载荷,而且能满足横摇±90°、纵摇±90°的大工作空间需求,具有良好的应用前景。

2(2-UPR+SPR)串并联机构雅可比矩阵的建立

建立了一种新型串并联机构的雅可比矩阵。首先,介绍了一种新型的2(2-UPR+SPR)串并联机构,该机构由两个2-UPR+SPR机构串联而成,它具有串联机构和并联机构的共同优点。然后,根据2-UPR+SPR机构中存在的几何约束建立了其速度约束矩阵和速度耦合矩阵。最后,分析了2(2-UPR+SPR)串并联机构的速度传递关系,通过合理处理独立并联机构的速度耦合和约束关系,建立了2(2-UPR+SPR)串并联机构整体正向和逆向雅可比矩阵。研究结果表明,2(2-UPR+SPR)机构的雅可比矩阵包含各个独立并联机构的运动、约束和耦合信息。所提出的建立2(2-UPR+SPR)机构雅可比矩阵的方法也适合其他串并联机构。

一种过约束并联机构受力分析的方法

将一般过约束并联机构定义的过约束称为被动过约束,冗余驱动并联机构引入的过约束称为主动过约束,进而将过约束并联机构分为被动过约束并联机构、主动过约束并联机构和冗余驱动过约束并联机构。详细地描述了被动过约束并联机构和冗余驱动并联机构受力分析的国内外研究现状,提出了一种过约束并联机构受力分析的方法。该方法定义了分支约束力螺旋系刚度矩阵,考虑连杆及驱动器的弹性变形,推导得到了约束力螺旋系幅值的一般解析表达式。该方法适用于一般的过约束并联机构的受力分析,通用性较强。

一种过约束并联机构受力的数值仿真分析方法

鉴于目前对过约束并联机构进行受力仿真分析的研究非常少,提出了一种对该类机构受力的数值仿真分析方法。将机构的动平台、定平台及所有运动副视作刚体,将易产生空间复合弹性变形的分支杆视为柔性体,用虚拟关节代替外形复杂的运动副模型,结合三维建模软件、ANSYS软件及ADAMS软件建立与理论模型完全一致的刚柔混合模型;仅改变驱动量使机构运动到指定位形,便能实现对机构在任意位形下的受力分析,避免了对机构的不同位形重建模型。采用该方法对三种类型的过约束并联机构进行了受力分析,分析结果验证了该方法的正确性,同时也表明该方法具有一定的通用性,且无需复杂的理论计算,便能获得过约束并联机构在任意位形下的驱动力和各关节约束反力大小,为此类机构的受力分析提供了便捷途径。

四足并联腿步行机器人动力学

基于模块化和可重构理论,提出一种助老助残四足/两足可重构并联腿步行机器人。该机器人既可组合成两足步行机器人,亦可作为四足步行机器人使用。运用影响系数理论和虚功原理,对四足步行机器人静态步行时的摆动腿和机体机构进行动力学建模,导出摆动腿的动力学方程和机体机构超确定输入下的协调方程,按加权最小二乘法对四足并联腿步行机器人机体机构的动载进行最优协调分配,解决了机器人在行走过程中各分支运动约束而产生的动力耦合问题。