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大截面异型筛网编织机的优化设计及有限元分析

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大截面异型筛网编织机的优化设计及有限元分析

作者：曾辉藩昆明理工大学

学位级别：硕士

采用大型养护机械进行铁路线路养护及维修对我国铁路交通的发展产生了深远的影响,然而,进口大型养护机械配件的高使用成本限制了大型养护机械在我国的应用,因此,进行大型养护机械配件的国产化研究极其重要。筛网是大型养护机械——清... 详细信息

采用大型养护机械进行铁路线路养护及维修对我国铁路交通的发展产生了深远的影响,然而,进口大型养护机械配件的高使用成本限制了大型养护机械在我国的应用,因此,进行大型养护机械配件的国产化研究极其重要。筛网是大型养护机械——清筛机的关键重要零件,属磨损易耗件,大量依赖进口抬高了其使用成本。国产化研究虽然已取得一定成效,但在使用性能上(如耐磨性能及使用寿命)与进口件相比仍有一定差距。在耐磨筛网的国产化研制过程中,成品筛网的编织设备——编织机对筛网最终成形十分重要,它直接关系到筛网编织工艺的难易以及筛网产品的质量。本文主要围绕筛网编织设备——编织机的设计、制造展开,利用传统的机械设计方法并加以现代机械设计方法——优化设计法、参数灵敏度分析、有限元数值模拟分析相结合的设计方法对编织机进行设计,借助大型机械设计软件Pro/ENGINEER的Pro/MECHANICA Structure模块对重要元件进行参数的灵敏度分析,利用程序语言VC++编程对优化设计的数学模型进行运算,并用大型有限元分析软件ANSYS对梳子进行了应力、应变的分析和校核,首次自主设计研发并成功制造了耐磨筛网编织设备——专用编织机,本文的设计、分析、加工制造等过程表明:其一,影响执行元件梳子性能的最重要参数是,异型孔的圆弧半径R、三角形的角度α、梳孔长方形宽B、梳孔长方形高H、梳条宽b、梳条厚h:其二,梳子经优化设计后,上层筛网梳子梳条减重21.7%,修正h后减重15.3%;中层筛网梳子梳条减重26.6%,修正h后减重13.0%;下层筛网梳子梳条减重17.9%;其三,依据梳子优化前、后的参数所进行的受力计算得知,作用在上层梳子圆弧面上的等效应力前后变化较小,且均少于许用应力;作用在中层梳子圆弧面上的等效应力较优化前减少45.0MPa,减少了16.4%;作用在下层梳子圆弧面上的等效应力较优化前增加了7.7Mpa;其四,梳子的有限元结构分析和校核得知,具代表性的三套梳子之强度、刚度均在安全允许范围之内,模拟分析结果与最终试验结果相吻合。本文的研究技术路线先进,研究设计方法正确,实现了研究方法的创新,具有较高的实用价值,试验得出了优质的筛网产品。

关键词：编织机梳子灵敏度分析优化设计有限元分析

海上风电机组漂浮式平台稳定性控制策略与试验研究

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机械工程学报 2021年第14期57卷 270-281页

作者：戴巨川秦豪杰张帆曾辉藩陈换过何涛湖南科技大学机电工程学院湘潭411201 浙江理工大学机械与自动控制学院杭州310018

在外部环境载荷作用下,海上风电漂浮式平台姿态始终动态变化,倾斜失稳会危及整个机组安全。为此,提出一种海上风电三浮筒式漂浮式平台稳定性控制策略。该策略通过姿态传感器感知漂浮式平台实时姿态角变化,借助动、静坐标变换技术将姿态... 详细信息

在外部环境载荷作用下,海上风电漂浮式平台姿态始终动态变化,倾斜失稳会危及整个机组安全。为此,提出一种海上风电三浮筒式漂浮式平台稳定性控制策略。该策略通过姿态传感器感知漂浮式平台实时姿态角变化,借助动、静坐标变换技术将姿态角的变化转换为各浮筒高度变化。然后,进一步设计出压舱水动态调节策略,实时分配各浮筒内部压舱水水量,从而改变平台质量分布以保持平台稳定。在此基础上,面向未来海上风电漂浮式平台专用控制器发展需要,设计了一套基于嵌入式微控制器的平台稳定性控制系统。最后,开发了海上漂浮式风电机组试验模型,并进行了漂浮式平台稳定性控制试验研究。结果表明,提出的稳定性控制系统能够有效抑制漂浮式平台的动态变化,保持平台稳定。

关键词：海上风电漂浮式平台稳定性控制质量分布

凹形球面石英窗对碟式系统腔体吸热器光学性能的影响

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太阳能学报 2020年第9期41卷 241-247页

作者：聂笃忠颜健彭佑多刘永祥曾辉藩彭德平湖南科技大学机电工程学院湘潭411201 湖南科技职业学院智能装备技术学院长沙410004

吸热器表面非均匀且高强能流载荷会降低其工作效率、安全性和服役寿命。提出一种凹形球面石英窗用于太阳能碟式聚光系统的腔体吸热器,可改善吸热器的能流均匀性、降低最大局部聚光比等光学性能指标。基于蒙特卡洛光线追迹法,考虑腔体吸... 详细信息

吸热器表面非均匀且高强能流载荷会降低其工作效率、安全性和服役寿命。提出一种凹形球面石英窗用于太阳能碟式聚光系统的腔体吸热器,可改善吸热器的能流均匀性、降低最大局部聚光比等光学性能指标。基于蒙特卡洛光线追迹法,考虑腔体吸热器由等开口、等面积和等高度三者共同约束,研究圆柱形、圆台形、圆柱-圆台形和球形4种腔体结构吸热器的光学性能。研究表明:采用平面石英窗时4种腔体结构吸热器的非均匀系数分别为0.60、0.86、0.70和0.74,最大局部聚光比分别为1050.0、1350.0、1190.0和1080.0;而采用凹形球面石英窗时4种腔体结构吸热器光学效率和采用平面石英窗时基本相同,但吸热器的非均匀系数分别下降到0.36、0.62、0.54和0.60,最大局部聚光比分别下降到743.7、922.2、916.5和1000.4,采用凹形球面石英窗比平面石英窗对各吸热器的光学性能均有明显提高,且其中圆柱形腔体吸热器比另外3种结构吸热器具有更好的光学性能。

关键词：太阳能抛物聚光器光学性能能流均匀性腔体吸热器石英窗

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大直径筒体组件制作工艺改进试验研究

机械工程师 2014年第4期 47-48页

作者：曾辉藩湖南科技职业学院长沙410118

焊后退火和时效处理是减少焊接残余应力、降低焊后变形的常用方法。但对于大件,焊后退火和时效处理有着各自的局限性。通过对某工程设备的重要部件——大直径筒体组件的工艺实验研究,找出大型工件的残余应力状态和焊后变形规律,采用提... 详细信息

焊后退火和时效处理是减少焊接残余应力、降低焊后变形的常用方法。但对于大件,焊后退火和时效处理有着各自的局限性。通过对某工程设备的重要部件——大直径筒体组件的工艺实验研究,找出大型工件的残余应力状态和焊后变形规律,采用提高切削加工工序尺寸精度措施,对焊后残余应力释放引起的的变形进行有效补偿,生产出合格的产品,从而达到取代时效工序的目的,大大缩短了产品的生产周期。

关键词：大筒体时效处理焊接残余应力补偿焊后变形

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异型筋条筛网编织机的梳子设计

现代机械 2012年第6期 57-59页

作者：曾辉藩湖南科技职业学院湖南长沙410118

以前期研制的异型筛网筋条为基础,设计得出了大截面异型筛网编制机重要执行元件——梳子梳条的最佳异型截面,提出了梳子的设计模型和各型号梳子的设计图纸。

关键词：筛网截面形状梳子设计

热作模具钢4Cr5MoSiV1的细化处理工艺试验

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热加工工艺 2005年第4期34卷 41-42页

作者：曾辉藩彭澎廖丕博刘建雄昆明理工大学机电工程学院云南昆明650093

分析了4Cr5MoSiV1热作模具钢在常规热处理和细化处理时的组织情况,比较了两种工艺对其组织和性能的影响。结果表明,该钢经细化处理工艺处理后,其碳化物和晶粒得到细化,板条马氏体数量增加,从而有效地提高了其强韧性。

关键词： 4Cr5MoSiV1 细化处理晶粒高温淬火

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纸卷竖身升降机圆弧轨道制作工艺试验研究

机械工程师 2016年第7期 246-247页

作者：曾辉藩湖南科技职业学院长沙410118

纸卷竖身升降机翻转小车运动关键机械部件——圆弧轨道组件,其圆弧导轨采用厚板线切割加工工艺增加了材料废料、生产周期及加工费用,文中通过一种纸卷竖身升降机圆弧轨道制作工艺试验研究,对比现有圆弧导轨制作工艺,计算得出一种实用而... 详细信息

纸卷竖身升降机翻转小车运动关键机械部件——圆弧轨道组件,其圆弧导轨采用厚板线切割加工工艺增加了材料废料、生产周期及加工费用,文中通过一种纸卷竖身升降机圆弧轨道制作工艺试验研究,对比现有圆弧导轨制作工艺,计算得出一种实用而经济的大圆弧轨道制作工艺。

关键词：圆弧导轨圆筒经济性工艺试验

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螺旋锥齿轮数字化制造的关键技术及研究现状

制造业自动化 2010年第11期32卷 13-14,26页

作者：许文全曾辉藩湖南科技职业学院长沙410118

文章介绍了螺旋锥齿轮数字化制造的大致过程及关键技术,从螺旋锥齿轮的几何造型、齿面接触分析、齿面误差修正三方面对螺旋锥齿轮的数字化制造现状进行了研究,对数字化制造技术在螺旋锥齿轮中的应用作了展望。

关键词：螺旋锥齿轮数字化制造齿面接触分析齿面误差修正技术

基于Pro/MECHANICA的筛网编织机梳子优化设计

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机械工程师 2011年第12期 108-110页

作者：曾辉藩李永湖南科技职业学院长沙410118 湖南工业职业学院长沙410000

借助Pro/MECHANICA Structure模块对筛网编织机梳子的设计参数进行灵敏度分析,得出了梳子模型力学性能最敏感的设计参数,以敏感参数为优化设计参数,建立最小质量目标函数,在满足强度要求的前提下,编程计算得出各敏感参数的最优值和最优... 详细信息

借助Pro/MECHANICA Structure模块对筛网编织机梳子的设计参数进行灵敏度分析,得出了梳子模型力学性能最敏感的设计参数,以敏感参数为优化设计参数,建立最小质量目标函数,在满足强度要求的前提下,编程计算得出各敏感参数的最优值和最优目标值,优化后梳子减重21.7%,提高了优化设计的效率。

关键词：灵敏度分析 Pro/MECHANICA 梳子优化设计