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流化床电石合成过程的反应与气固流动特性

过程工程学报 2025年第2期 159-168页

作者：王旭苏国辉李婷韩振南付亮亮许光文沈阳化工大学特色资源化工与材料教育部重点实验室广东工业大学工程热化学实验室

电石合成是典型高温固相反应，通过减小原料粒径可显著提高颗粒内和颗粒间的传质传热速率，有望实现该过程的低温化和技术变革。基于此，本工作提出流化床合成固相电石工艺，分别在固定床和喷动流化床反应器中考察了小颗粒原料合成电石... 详细信息

电石合成是典型高温固相反应，通过减小原料粒径可显著提高颗粒内和颗粒间的传质传热速率，有望实现该过程的低温化和技术变革。基于此，本工作提出流化床合成固相电石工艺，分别在固定床和喷动流化床反应器中考察了小颗粒原料合成电石过程的反应和气固流动特性，探究了流化床中颗粒表面反应及形貌变化过程，阐述了流化床合成电石过程中床层失流机制。结果表明，对于147～178μm的焦炭和氧化钙原料，电石合成反应在1500℃时即可发生，在1600℃时反应速率显著增加，1600℃时产物乙炔收率和CaO转化率分别可达101～105 mL/g和25%～26%；当原料C:Ca摩尔比小于9.6时，焦炭-氧化钙流化床在1500～1600℃出现失流现象，且大量焦炭颗粒黏附于氧化钙颗粒表面；流化床失流是由床内颗粒团聚造成的，团聚物形成途径包括氧化钙颗粒间烧结团聚和焦炭-氧化钙颗粒间黏结，但前者是引发失流的主导因素，提高床内半焦颗粒浓度可避免失流发生。本工作验证了流化床合成固相电石工艺的可行性，可为电石生产技术变革提供技术思路和数据支撑。

关键词：流化床电石小颗粒气固流动特性失流

EEMD和TFPF联合降噪法在齿轮故障诊断中的应用

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振动．测试与诊断 2017年第5期37卷 1011-1017页

作者：宁少慧韩振南武学峰赵远太原理工大学机械工程学院太原030024 太原科技大学机械工程学院太原030024

为了消除噪声对齿轮传动系统故障特征提取的影响,提出了一种基于集成经验模态分解(ensemble empirical mode decomposition,简称EEMD)和时频峰值滤波(time-frequency peak filtering,简称TFPF)相结合的降噪方法。针对TFPF算法在窗长的... 详细信息

为了消除噪声对齿轮传动系统故障特征提取的影响,提出了一种基于集成经验模态分解(ensemble empirical mode decomposition,简称EEMD)和时频峰值滤波(time-frequency peak filtering,简称TFPF)相结合的降噪方法。针对TFPF算法在窗长的选择方面受到限制的问题,采用了EEMD方法对其进行改进,使得信号在噪声压制和有效信号保真两方面得到权衡;含噪声的信号经过EEMD分解后,得到一系列频率成分从高到低的本征模态函数(intrinsic mode functions,简称IMFs),计算出各IMFs间的相关系数,判断需要滤波的IMFs。对不同的IMFs选择不同的窗长进行TFPF滤波,把过滤后的IMFs和剩余的IMFs重构得到最终的降噪信号。用模拟仿真信号和齿轮齿根故障信号对该方法进行验证,可见EEMD+TFPF能有效地去除噪声,成功提取齿根裂纹故障特征。

关键词：时频峰值滤波集成经验模态分解齿根裂纹降噪

硬齿面双圆弧齿轮滚刀的齿面方程及二次刀具廓形设计

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中国机械工程 2002年第11期13卷 910-912,943页

作者：韩振南李进宝熊诗波太原理工大学齿轮研究所太原理工大学齿轮研究太原理工大学机械电子工程研究所

论述了硬齿面双圆弧齿轮滚刀的结构特点 ,从双圆弧齿轮滚刀的基本蜗杆齿面方程出发 ,利用啮合原理推导出具有直沟负前角的滚刀的前刀面齿形计算公式和铲齿齿背的曲面方程 ;再利用齿背曲面和铲磨运动的关系求出铲磨滚刀的砂轮轴向截面廓... 详细信息

论述了硬齿面双圆弧齿轮滚刀的结构特点 ,从双圆弧齿轮滚刀的基本蜗杆齿面方程出发 ,利用啮合原理推导出具有直沟负前角的滚刀的前刀面齿形计算公式和铲齿齿背的曲面方程 ;再利用齿背曲面和铲磨运动的关系求出铲磨滚刀的砂轮轴向截面廓形 ,并给出了负前角双圆弧滚刀铲磨砂轮截面的具体算例。

关键词：硬齿面双圆弧齿轮滚刀负前角前刀面齿形铲齿曲面方程

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自适应改进双树复小波变换的齿轮箱故障诊断

振动．测试与诊断 2019年第5期39卷 1016-1022,1133,1134页

作者：陈旭阳韩振南宁少慧太原理工大学机械工程学院太原030024 太原科技大学机械工程学院太原030024

针对双树复小波变换存在频率混叠以及参数需自定义的缺陷,提出自适应改进双树复小波变换的齿轮箱故障诊断方法。首先,利用双树复小波变换将信号进行分解和单支重构,采用粒子群算法将分解后分量峭度值作为适应度函数,选择双树复小波的最... 详细信息

针对双树复小波变换存在频率混叠以及参数需自定义的缺陷,提出自适应改进双树复小波变换的齿轮箱故障诊断方法。首先,利用双树复小波变换将信号进行分解和单支重构,采用粒子群算法将分解后分量峭度值作为适应度函数,选择双树复小波的最优分解层数;其次,对重构出的低频信号进行频谱分析提取故障特征,将单支重构后的各高频分量进行变分模态分解,通过峭度值获得各高频分量经变分模态分解后的主频率分量信号;最后,分析各主频率分量信号的频谱,识别齿轮箱的故障特征。结果表明,该方法与双树复小波变换和变分模态分解相比,不仅消除了频率混叠现象,提高了信噪比和频带选择的正确性,而且还提高了从强噪声环境中提取瞬态冲击特征的能力。

关键词：双树复小波变换粒子群优化变分模态分解峭度值齿轮箱故障诊断

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点蚀与剥落对齿轮扭转啮合刚度影响的分析

振动．测试与诊断 2008年第4期28卷 354-357页

作者：安春雷韩振南太原理工大学机械工程学院太原030024

为了模拟齿面点蚀和剥落对齿轮扭转啮合刚度的影响,提出了利用ANSYS软件对齿轮传动扭转啮合刚度有限元模型的建模和计算方法。根据扭转啮合刚度定义,分别建立了无齿面缺陷和有齿面缺陷的齿轮三维接触仿真分析模型。计算了两种运行状态下... 详细信息

为了模拟齿面点蚀和剥落对齿轮扭转啮合刚度的影响,提出了利用ANSYS软件对齿轮传动扭转啮合刚度有限元模型的建模和计算方法。根据扭转啮合刚度定义,分别建立了无齿面缺陷和有齿面缺陷的齿轮三维接触仿真分析模型。计算了两种运行状态下,不同接触位置上的扭转啮合刚度,并利用MATLAB比较了有点蚀剥落与无点蚀剥落齿轮的扭转啮合刚度的变化情况。模拟结果表明,点蚀和剥落的存在使齿轮的扭转啮合刚度减小,特别是在轮齿的单啮合区时,对扭转啮合刚度的影响剧烈。

关键词： ANSYS齿轮三维有限元接触模型扭转啮合刚度点蚀和剥落

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含轮齿剥落的齿轮系统动力学故障模拟

振动．测试与诊断 2012年第1期32卷 101-104,165页

作者：韩振南孙文婷高建新太原理工大学机械工程学院太原030024

利用计算机对齿轮传动系统进行动态仿真,建立了考虑轮齿啮合摩擦力的直齿圆柱齿轮转子-轴承系统的动力学模型,根据不同接触位置上扭转啮合刚度的值,通过采用M atlab数值计算方法求解系统的时变非线性微分方程,模拟在扭转激励下,有剥落... 详细信息

利用计算机对齿轮传动系统进行动态仿真,建立了考虑轮齿啮合摩擦力的直齿圆柱齿轮转子-轴承系统的动力学模型,根据不同接触位置上扭转啮合刚度的值,通过采用M atlab数值计算方法求解系统的时变非线性微分方程,模拟在扭转激励下,有剥落缺陷系统的动态响应,通过比较得到其与无缺陷系统响应的不同。仿真计算结果表明,该模拟方法能对齿轮传动系统的动力学性能做出较为全面的预测,为齿轮故障诊断提供参考。

关键词：齿轮系统动力学模型扭转啮合刚度数值计算方法

基于MED-EEMD的滚动轴承微弱故障特征提取

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农业工程学报 2014年第23期30卷 70-78页

作者：王志坚韩振南刘邱祖宁少慧太原理工大学机械工程学院太原030024

针对滚动轴承在强噪声环境下故障信号微弱、故障特征难以提取等问题,提出了基于最小熵反褶积(minimum entropy deconvolution,MED)和总体平均经验模态分解(ensemble empirical mode decomposition,EEMD)两者相结合的方法来提取滚动轴承... 详细信息

针对滚动轴承在强噪声环境下故障信号微弱、故障特征难以提取等问题,提出了基于最小熵反褶积(minimum entropy deconvolution,MED)和总体平均经验模态分解(ensemble empirical mode decomposition,EEMD)两者相结合的方法来提取滚动轴承微弱故障特征。通过对仿真信号和风电齿轮箱的振动信号分析,结果表明:为了弥补在强背景噪声下EEMD对微弱信号特征提取的局限性,该文选取MED作为EEMD的前置滤波器,最后对敏感的本征模态函数进行循环自相关函数解调分析,得出了风电齿轮箱的故障来自于高速轴的微小弯曲和高速轴输出端#10轴承外圈点蚀。同时与EEMD进行对比分析,表明了这种方法对微弱故障特征提取有较好的适用性。该文为多故障共存并处于强背景噪声下的微弱特征提取提供了参考。

关键词：轴承故障检测信号分析齿轮箱最小熵反褶积总体平均经验模态分解微弱故障多故障

基于格子Boltzmann方法的液滴沿固壁铺展动态过程模拟

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物理学报 2013年第23期62卷 248-254页

作者：刘邱祖寇子明韩振南高贵军太原理工大学机械工程学院太原030024 山西省矿山流体控制工程技术研究中心太原030024

矿井喷雾降尘是利用水雾使粉尘润湿沉降的过程,考虑到固体与液体间分子作用力,本文采用格子Boltzmann方法对液滴沿固壁铺展的动力学行为进行了数值模拟,结果发现铺展直径及动态接触角随时间呈指数规律,确定了液滴表面张力与铺展最大直... 详细信息

矿井喷雾降尘是利用水雾使粉尘润湿沉降的过程,考虑到固体与液体间分子作用力,本文采用格子Boltzmann方法对液滴沿固壁铺展的动力学行为进行了数值模拟,结果发现铺展直径及动态接触角随时间呈指数规律,确定了液滴表面张力与铺展最大直径间的关系,固壁润湿性对铺展最大速度值影响较大,这些与物理试验及文献结果符合良好.进一步考察了疏水性强的固壁,发现当液滴表面张力足够小时,铺展接触角可以在90以下,与理论公式符合.研究发现铺展过程中伴随着振荡,且铺展到最大时液膜有回缩趋势.

关键词：液滴格子Boltzmann方法铺展数值模拟

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嵌入式传感器的齿轮裂纹故障诊断

振动与冲击 2018年第11期37卷 42-47页

作者：宁少慧韩振南武学峰王志坚太原科技大学机械工程学院太原030024 太原理工大学机械工程学院太原030024 中北大学机械与动力工程学院太原030051

针对传统的齿轮箱体振动信号的故障诊断,提出了一种新的测试方法,即把传感器直接安装在齿轮箱体内的齿轮体上,缩短了振动信号的传递路径,有效降低了振动信号在传递过程中幅值衰减,能诊断出齿轮传动系统的早期故障。为验证该方法的有效性... 详细信息

针对传统的齿轮箱体振动信号的故障诊断,提出了一种新的测试方法,即把传感器直接安装在齿轮箱体内的齿轮体上,缩短了振动信号的传递路径,有效降低了振动信号在传递过程中幅值衰减,能诊断出齿轮传动系统的早期故障。为验证该方法的有效性,对齿根2 mm裂纹的故障齿轮传动系统进行了动力学仿真和实验验证,结果发现从齿轮体上的振动信号中能成功诊断出齿轮裂纹的早期故障,而箱体上的振动信号则不能体现故障特征。这充分说明了振动信号在经过复杂的传递路径后导致幅值衰减和频率成分丢失,微弱的故障信息被削弱。这为齿轮箱的早期微弱故障的诊断提供了一种有效的方法。

关键词：嵌入式传感器显示动力学齿根裂纹