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双液压马达驱动的甘蔗根切器刀盘转速同步控制方法

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农业工程学报 2024年第11期40卷 59-68页

作者：陈远玲覃良昊陈承宗廖国陆广西大学机械工程学院南宁530004

为简化双刀盘甘蔗根切器的传动链,提高传动系统对时变载荷的适应性,该研究提出用双液压马达直接驱动双刀盘,并将电液比例负载敏感技术应用于根切器的传动方案,通过建模仿真和试验探究双刀盘同步精度的控制方法。建立根切器电液比例阀控... 详细信息

为简化双刀盘甘蔗根切器的传动链,提高传动系统对时变载荷的适应性,该研究提出用双液压马达直接驱动双刀盘,并将电液比例负载敏感技术应用于根切器的传动方案,通过建模仿真和试验探究双刀盘同步精度的控制方法。建立根切器电液比例阀控马达闭环速度控制系统的传递函数,分析得到该系统的稳定裕度仅为16.5°,因此需要采用合适的控制算法提高系统的稳定性和控制精度。基于AMESim-MATLAB联合仿真,研究采用主从控制策略,主马达为PID控制,从马达分别采用PID、自适应模糊PID和滑模变结构控制算法时系统的稳定性和刀盘转速的控制精度。仿真结果为:不同控制算法下马达开启过程转速的动态调整时间分别为5.5、3.0、2.7 s,稳态阶段两个液压马达的速度差分别为20、8、5 r/min;最后搭建试验台,以实测载荷谱为负载输入,进行主从马达转速同步控制试验,得到PID、自适应模糊PID和滑模变结构控制系统启动阶段转速的动态调整时间分别为6.3、4.6、3.7 s,稳态阶段主从马达的转速差分别为47、23、13 r/min;仿真与试验结果均表明,基于滑模变结构算法的刀盘转速同步控制系统的各项指标均优于PID和自适应模糊PID控制。研究结果可为甘蔗收割机根切器传动与控制系统的优化设计提供理论参考。

关键词：农业机械试验甘蔗收获根切器双液压马达同步控制滑模变结构控制

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磁热耦合下的比例电磁铁热稳健性再设计

华南理工大学学报（自然科学版） 2024年第6期52卷 89-98页

作者：刘宸宇王安麟李晓田刘家铭李晓祥同济大学机械与能源工程学院上海201804

针对工程机械比例阀用电磁铁的耐久性问题,为提高在随机载荷条件下抵抗热失效的能力,综合多物理场耦合理论与稳健性优化理论,提出了比例电磁铁的参数化再设计模型。以一种具有盆式吸合结构的比例电磁铁为研究对象,通过稳态电磁测试和温... 详细信息

针对工程机械比例阀用电磁铁的耐久性问题,为提高在随机载荷条件下抵抗热失效的能力,综合多物理场耦合理论与稳健性优化理论,提出了比例电磁铁的参数化再设计模型。以一种具有盆式吸合结构的比例电磁铁为研究对象,通过稳态电磁测试和温度分布测试,验证了所提出的参数化模型的有效性,并在保证电磁算力精度的前提下,标定了系统中量值模糊的导磁、传热等参数;以电磁铁和线圈主要结构参数为控制因子,以生产工艺条件不确定性导致的线圈漆包铜导线线径随机误差为噪声因子,基于田口方法设计正交试验,定义了多因素加权的比例电磁铁热稳健性再设计评价函数;以挖掘机现场试验获得的比例电磁铁热负载作为响应计算热源,在不导致线圈绝缘破损失效的许用温升约束下,进行关键结构参数在噪声扰动下系统响应变异最小的再设计。研究结果表明:线圈长度和匝数是影响电磁铁热稳健性的主要因素,由绕线工艺决定的线圈窗口形态决定了系统的导磁、传热能力。文中提出的比例电磁铁热稳健性再设计方法对于磁热耦合下的机电产品定制化设计具有工程化参考价值。

关键词：比例电磁铁线圈多物理场耦合热稳健性再设计田口方法

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双振头超声固结振动装置设计及实验

光学精密工程 2024年第4期32卷 514-523页

作者：钟相强邹令令冯赛龙安徽工程大学机械工程学院安徽芜湖241000

为了提高传统超声固结振动装置的输出振幅,达到金属箔材稳定固结的要求,提出了一种单侧双换能器结构的双振头超声固结振动装置。基于谐振系统设计理论完成了尺寸参数设计,对该装置进行模态分析及优化,得到最佳纵振频率为20 247 Hz;基于... 详细信息

为了提高传统超声固结振动装置的输出振幅,达到金属箔材稳定固结的要求,提出了一种单侧双换能器结构的双振头超声固结振动装置。基于谐振系统设计理论完成了尺寸参数设计,对该装置进行模态分析及优化,得到最佳纵振频率为20 247 Hz;基于等效四端网络法对双振头超声固结振动装置进行建模仿真,最大输出振幅能达到36μm;最后,制作实验样机进行振幅测试实验,探究输出振幅与激励电压之间的关系。实验结果表明:输出振幅与激励电压线性相关,该装置的最大输出振幅为34.4μm,与仿真结果的误差率小于5%。验证了结构的合理性,有效提高了装置的输出振幅,促进了超声固结技术在相关领域的应用。

关键词：增材制造谐振系统模态分析纵振频率

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声场操控微颗粒图案化实验研究

力学学报 2024年第5期56卷 1233-1240页

作者：李玉洋宁宏阳王紫阳张福建张忠强江苏大学机械工程学院江苏镇江212013

体声波(bulk acoustic wave,BAW)作为一种典型的声场操控方法,能够实现微颗粒三维方向上的直接排列,并因其优良的生物兼容性,在微小生物目标图案化排列方面展示出巨大的应用潜力.在组织工程和生物3D打印等相关应用领域中,微颗粒图案化... 详细信息

体声波(bulk acoustic wave,BAW)作为一种典型的声场操控方法,能够实现微颗粒三维方向上的直接排列,并因其优良的生物兼容性,在微小生物目标图案化排列方面展示出巨大的应用潜力.在组织工程和生物3D打印等相关应用领域中,微颗粒图案化排列的效率是最终成型质量的关键因素.尽管已有对图案化排列过程中微粒运动的理论描述,但由于微尺度下无法实施高精度测量,难以构建准确可靠的仿真模型,因此影响图案化排列效率的具体因素尚不明确.为了探究影响图案化排列效率的主要因素及其特征,本研究设计并构建了一套可视化实验平台.通过显微视觉系统,精确观察了BAW作用下微颗粒的运动行为以及单个微颗粒的状态变化,分析了压电陶瓷换能器驱动电压、悬浮液浓度、颗粒尺寸和液体黏度对排列时间的影响规律.结果表明,在特定范围内,微球悬浮液浓度的增加会导致排列时间略微延长,然而这种差异并不显著;对于直径范围在10~100μm之间的微球,其尺寸的增大有助于提高排列效率;相较于其他参数,液体黏度对排列效率的影响最为显著.本研究为基于BAW实现微颗粒图案化研究及相关应用提供了重要数据和设计指导,有助于推动生物医学和材料科学等相关领域的发展.

关键词：体声波微操作聚苯乙烯微球图案化效率组织工程

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基于应变失配原理驱动的4D打印研究进展

复合材料学报 2024年第2期41卷 533-547页

作者：刘小艳张亚玲耿呈祯廖恩泽刘禹芦艾江南大学机械工程学院无锡214122 中国工程物理研究院化工材料研究所绵阳621900

4D打印是一种新兴技术,旨在赋予增材制造所得的物体随时间变化形状或功能的能力,由于其可以将平面前驱图案转换为具有复杂几何形状的3D结构,4D打印为制造领域提供了一种灵活高效的制造方式。4D打印中前驱结构的设计是影响形状转换效果... 详细信息

4D打印是一种新兴技术,旨在赋予增材制造所得的物体随时间变化形状或功能的能力,由于其可以将平面前驱图案转换为具有复杂几何形状的3D结构,4D打印为制造领域提供了一种灵活高效的制造方式。4D打印中前驱结构的设计是影响形状转换效果的关键因素之一,本文从前驱结构设计的角度,对基于应变失配原理驱动变形下4D打印的发展进行综述。首先对4D打印的研究现状作了简要概述,再从不同维度下的前驱结构展开,对结构设计相关的研究进行分类,全面梳理了不同维度前驱结构驱动下的4D打印。同时,对于前驱结构的设计,讨论了几种辅助设计方法,有预测变形的理论计算模型和仿真分析及可用来相对精确设计前驱结构的逆向设计工具。最后,对4D打印的应用前景及面临的挑战进行了总结和展望。

关键词： 4D打印应变失配前驱结构外界刺激形状变化

变截面压电悬臂梁能量采集器在高斯白噪声激励下的稳态统计特性研究

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振动工程学报 2024年第5期37卷 864-874页

作者：周坤涛杨涛葛根郝淑英冯晶晶张琪昌天津工业大学机械工程学院天津300387 天津理工大学工程训练中心天津300384 天津理工大学机械工程学院天津300384 天津大学机械工程学院天津300072

环境振动是一种非周期、随机的宽频激励,研究振动能量采集器在环境振动下的能量采集特性具有重要意义。本文采用改进随机平均法,求解了变截面压电梁在高斯白噪声激励下的等效振幅、位移、速度的稳态概率密度函数,位移与速度的联合概率... 详细信息

环境振动是一种非周期、随机的宽频激励,研究振动能量采集器在环境振动下的能量采集特性具有重要意义。本文采用改进随机平均法,求解了变截面压电梁在高斯白噪声激励下的等效振幅、位移、速度的稳态概率密度函数,位移与速度的联合概率密度函数以及稳态均方输出电压,随后研究了变截面压电梁的能量采集效能。结果表明:负载电阻一定时,截面系数β>0时的变截面压电梁相比β=0时的等截面压电梁有更好的稳态均方输出电压;截面系数β>0时,随着电阻电容乘积的倒数的增加,变截面压电梁的均方电压均呈现逐渐减小的趋势,当电阻电容乘积的倒数值一定时,β值越大,均方电压也越高;随着噪声强度的增加,变截面压电梁的均方电压均呈现逐渐增大的趋势,当噪声强度一定时,β值越大,均方电压也越高。本文研究结果可为变截面压电悬臂梁能量采集系统的设计及应用提供理论依据。

关键词：能量采集器变截面压电悬臂梁高斯白噪声激励稳态概率密度均方电压

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基于软电磁驱动的仿乌贼喷射推进机器鱼

中国科学：物理学、力学、天文学 2024年第6期54卷 136-150页

作者：张兵建杜荣华李汶柏杜凯文贺嘉怡陈泽文邹鸿翔长沙理工大学汽车与机械工程学院长沙410114 湖南工程学院机械工程学院湘潭411104 同济大学航空航天与力学学院上海200092

脉冲喷射推进是海洋生物中普遍存在的一种游动方式,从乌贼喷射推进的游动方式中受到启发,基于电磁动态驱动原理,设计了一种仿乌贼喷射推进的软电磁机器鱼.其由柔软的机体外壳、软电磁线圈和软电磁驱动薄膜组成,能够在动态电磁力的作用... 详细信息

脉冲喷射推进是海洋生物中普遍存在的一种游动方式,从乌贼喷射推进的游动方式中受到启发,基于电磁动态驱动原理,设计了一种仿乌贼喷射推进的软电磁机器鱼.其由柔软的机体外壳、软电磁线圈和软电磁驱动薄膜组成,能够在动态电磁力的作用下改变内部腔体体积而实现循环反复的喷射推进.本文研究了不同设计参数和激励电流对软电磁驱动薄膜的振动特性的影响,并通过实验测试了在不同控制电流的幅值和频率下机器鱼的水下推进力和游动速度.研究结果表明,机器鱼的最大平均推力为0.0784 N,机器鱼在动态电磁激励作用下能够达到37.3 mm/s (约0.62身长/s)的最大游动速度,具有优越的游动性能.

关键词：水下仿生机器人脉冲喷射推进软电磁驱动液态金属软体机器人

微织构排布方式对水润滑轴承启停过程摩擦学性能的影响

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中国表面工程 2024年第1期37卷 160-168,178页

作者：崔博超陈平杨潍旭乔小溪李建超北京科技大学机械工程学院北京100083 聊城大学机械与汽车工程学院聊城252000

梯度排布微织构在提升水润滑轴承摩擦学性能方面具有显著效果,然而梯度排布微织构在水润滑轴承中的应用仍缺乏系统性研究。为了探究梯度排布微织构对水润滑轴承启停过程摩擦学性能的影响,基于Greenwood-Tripp微凸体接触模型、Archard磨... 详细信息

梯度排布微织构在提升水润滑轴承摩擦学性能方面具有显著效果,然而梯度排布微织构在水润滑轴承中的应用仍缺乏系统性研究。为了探究梯度排布微织构对水润滑轴承启停过程摩擦学性能的影响,基于Greenwood-Tripp微凸体接触模型、Archard磨损模型求解轴瓦表面的磨损量。通过CFT-I材料表面性能综合测试仪对CNC雕刻机加工的织构化表面进行水润滑条件下的摩擦学试验研究。针对光滑、单一圆形织构、圆形与三角形以轴向交错平行■和周向交错平行分布(1212)方式梯度排布的表面,测量各个表面的磨损量和摩擦因数。通过立体显微镜、扫描电子显微镜对摩擦磨损试验前后的表面形貌和摩擦因数进行分析。数值模拟和试验结果显示,与光滑表面和单一织构化表面相比,梯度排布微织构化表面磨损量和摩擦因数显著降低;圆形与三角形以■方式的梯度排布微织构化表面摩擦学性能最佳,接触表面磨损量最小、表面摩擦因数最低。梯度排布微织构在流体润滑过程中相互影响,可以起到提高轴承表面举升力,减少表面接触,降低表面磨损和摩擦因数的作用。研究不同形状、排布方式下梯度排布微织构化表面的磨损量和摩擦因数的变化规律,可为舰船装备水润滑轴承研制阶段主动设计提供理论基础。

关键词：梯度排布微织构水润滑轴承磨损量摩擦因数

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小模数齿轮传动的时变啮合刚度计算方法

中国机械工程 2024年第1期35卷 74-82页

作者：胡波安锦运尹来容周长江长沙理工大学汽车与机械工程学院长沙410114 湖南大学机械与运载工程学院长沙410082

小模数齿轮传动中心距较小,其动态性能对中心距误差非常敏感,且中间级齿轮常被设计在固定轴上高速旋转,齿轮中心孔与轴之间存在间隙,考虑这些特征,建立了中心距误差与轴孔配合间隙影响下的齿轮啮合特性参数与时变啮合刚度计算模型,研究... 详细信息

小模数齿轮传动中心距较小,其动态性能对中心距误差非常敏感,且中间级齿轮常被设计在固定轴上高速旋转,齿轮中心孔与轴之间存在间隙,考虑这些特征,建立了中心距误差与轴孔配合间隙影响下的齿轮啮合特性参数与时变啮合刚度计算模型,研究了二者对啮合刚度的影响规律。研究结果表明:中心距误差会改变齿轮副的重合度与啮合刚度;轴孔配合间隙使实际中心距围绕理论中心距上下周期性波动,导致整个周期内啮合刚度强化区域与弱化区域共存;中心距误差与轴孔配合间隙的影响在不同的转角范围内存在既有相互叠加又有相互削弱的现象,这一现象使得各轮齿的啮合刚度有差异,存在诱发更大振动与不同噪声的风险。

关键词：小模数齿轮时变啮合刚度中心距误差轴孔配合间隙

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