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面向起重机结构承载能力评估的数字孪生系统构建方法

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计算机集成制造系统 2024年第3期30卷 837-851页

作者：董青胡双贤徐格宁南方磊戚其松太原科技大学机械工程学院山西太原030024

针对当前起重机本质安全所面临的监测力度差、能力指标单一、数据利用率不高导致承载能力评估效率低、评估结果不够全面的问题,本着“虚实互控-互调-互补”的思想,提出面向起重机结构承载能力评估的数字孪生系统构建方法。从设备服役场... 详细信息

针对当前起重机本质安全所面临的监测力度差、能力指标单一、数据利用率不高导致承载能力评估效率低、评估结果不够全面的问题,本着“虚实互控-互调-互补”的思想,提出面向起重机结构承载能力评估的数字孪生系统构建方法。从设备服役场景出发,结合数字孪生五维模型,设计起重机结构承载能力数字孪生框架;以多指标下的结构承载能力动态综合评估方法为支撑,围绕虚实映射、数据交互与服务交互,分层分级阐述结构承载能力数字孪生系统构建方法;从模块内聚,功能集成的角度,搭建数字孪生系统平台。以YDC20/30轻小型移动式起重机为例,验证了所提方法及系统的有效性,为及时精准判断起重机服役过程中的安全性提供了一种新途径、新策略。

关键词：数字孪生移动式起重机承载能力综合评估虚实映射

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变长度柔性提升系统动力学特性与减振研究

振动．测试与诊断 2024年第3期44卷 439-449,615页

作者：郭瑜黄家海郝惠敏李晓东太原理工大学机械与运载工程学院太原030024

针对矿井提升机这类变长度柔性提升系统在外界激励和运动冲击作用下的异常振动问题,基于Hamilton原理建立提升系统纵向-横向-侧向非线性动力学模型对耦合振动开展研究。首先,在建模过程中将提升机摩擦轮纵向-横向-侧向变幅值波动视为钢... 详细信息

针对矿井提升机这类变长度柔性提升系统在外界激励和运动冲击作用下的异常振动问题,基于Hamilton原理建立提升系统纵向-横向-侧向非线性动力学模型对耦合振动开展研究。首先,在建模过程中将提升机摩擦轮纵向-横向-侧向变幅值波动视为钢丝绳上端的边界激励;其次,通过Galerkin法将边界激励作用下的偏微分方程离散为常微分方程组进行数值求解;最后,分析了加速度、加加速度和运动轨迹对系统动力学特性的影响,并基于标准逻辑函数对运动轨迹进行优化,以抑制系统运行过程中的冲击与振动。仿真与现场测试结果表明:耦合振动以纵向振动为主,且钢丝绳长度增加时系统对运动状态突变冲击更加敏感,更易激发剧烈的纵向振动;相较于传统4阶多项式轨迹,系统在提升工况下的纵向振动减小了10.85%,最大动张力减小了9.06%。

关键词：柔性传动系统矿井提升机耦合振动减振

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掘进机器人行驶状态嵌入式传感系统研究

振动．测试与诊断 2024年第4期44卷 785-792,832页

作者：张宏刘阳陈小兵殷国珠宋佳琪太原科技大学机械工程学院太原030024

针对掘进机器人履带行驶结构作业处于高冲击、碰撞、高湿度和复杂煤岩底质等空间受限环境、受到的外部动载荷通常无法直接测量或测量比较复杂问题,提出了一种可实时监测掘进机器人履带动载荷的嵌入式传感系统无线监测方法。设计了适用... 详细信息

针对掘进机器人履带行驶结构作业处于高冲击、碰撞、高湿度和复杂煤岩底质等空间受限环境、受到的外部动载荷通常无法直接测量或测量比较复杂问题,提出了一种可实时监测掘进机器人履带动载荷的嵌入式传感系统无线监测方法。设计了适用于掘进机器人的特种履带行驶结构,搭建基体-夹板-无线采集模块等组成的多层复合封装防护结构,在封闭环境下对嵌入式传感系统进行无线传输特性及行驶状态下的动应力分布研究,并进行传感系统封装集成的测试精度标定试验。将嵌入式传感系统随机替换履带链环中的一块山型减振垫,对掘进机器人行驶状态周期循环的履带载荷历程进行监测测试。结果表明,该嵌入式传感系统在不改变履带链环整体受力的前提下,能实时采集履带行驶结构的动载荷并无线传输给上位机,动载荷时间历程数据完备、稳定可靠,解决了井下极端工况下掘进机器人履带行驶结构动载荷获取难题。

关键词：履带行驶结构嵌入式传感系统动载荷时间历程无线测试

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微磨粒对超声空化冲击波衰减作用研究

表面技术 2024年第3期53卷 47-52,87页

作者：宫台祝锡晶傅迎泽李婧中北大学机械工程学院太原030051

目的研究超声加工过程中微磨粒对冲击波的影响。方法建立功率超声振动加工下的空化泡动力学方程,以及空化泡溃灭产生冲击波的数学模型,进而建立冲击波在微磨粒与水混合介质中的传播模型。使用六阶Runge-Kutta方法对数学模型进行求解,得... 详细信息

目的研究超声加工过程中微磨粒对冲击波的影响。方法建立功率超声振动加工下的空化泡动力学方程,以及空化泡溃灭产生冲击波的数学模型,进而建立冲击波在微磨粒与水混合介质中的传播模型。使用六阶Runge-Kutta方法对数学模型进行求解,得到空化泡半径随时间的变化规律,以及空泡内部压强随空化泡半径变化的规律。结果当空泡半径被压缩至1μm左右时,空泡内部压强可达1000 MPa。通过对距离空泡壁1.5R_(0)处的冲击波压力进行求解发现,冲击波的压力仅需0.07μs就可从初始的1000 MPa迅速衰减至80 MPa。通过比较纯水介质与混合介质(SiO_(2)微磨粒与水)中冲击波传播速度的结果发现,加入SiO_(2)微磨粒会使冲击波的最大速度由2976 m/s降至2681 m/s,降低率约为10%。通过钛钽合金的功率超声振动加工实验验证了数值结果。对比分析了加入SiO_(2)微磨粒前后钛钽合金表面结构和三维表面形貌,发现微磨粒的加入导致材料表面空化坑的投影面积下降了12.5%。结论证实微磨粒对冲击波的传播起到了明显的衰减作用,是对材料表面产生作用的主要因素。该研究在超声加工领域具有理论意义和工程价值。

关键词：微磨粒冲击波 SiO_(2) 超声空化空泡动力学 Runge-Kutta

一种基于GRU的氢燃料重卡汽车工况下锂离子电池温度预测模型

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中国电机工程学报 2024年第6期44卷 2330-2339,I0021页

作者：闫志远孙桓五刘世闯赵立禹太原理工大学机械与运载工程学院山西省太原市030024

针对目前氢燃料重卡在行驶过程中,动力电池工况复杂、外表面温度变化难以预测、滞后时间长等问题,以氢燃料重卡锂离子动力电池外表面温度为研究对象,提出一种类交叉熵损失函数和自适应矩估计(adaptive moment estimation,Adam)优化的改... 详细信息

针对目前氢燃料重卡在行驶过程中,动力电池工况复杂、外表面温度变化难以预测、滞后时间长等问题,以氢燃料重卡锂离子动力电池外表面温度为研究对象,提出一种类交叉熵损失函数和自适应矩估计(adaptive moment estimation,Adam)优化的改进型门控循环单元神经网络(gate recurrent unit,GRU),建立锂离子动力电池表面温度预测模型。该模型利用GRU神经网络的特殊门机制和全局处理能力,得到锂离子电池表面温度和电池充放电电流、电压、充放电时间、历史温度、当前温度以及环境温度之间的非线性关系。采用4个精度评价函数对预测模型进行评价:经过5种环境温度下的模拟工况实验,验证该模型的准确性。结果表明,基于GRU的电池温度预测模型的误差相对于反向传播(back propagation,BP)神经网络模型和循环神经网络模型(recurrent neural network,RNN)来说较小,说明GRU的锂离子电池温度预测模型具有更高的精度。该文为磷酸铁锂电池表面温度的精准预测提出了一种新的方法。

关键词：氢燃料重卡锂离子电池温度预测模型门控循环单元神经网络深度学习

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翘曲板材三维重构及智能化压平的建模研究

工程科学学报 2024年第5期46卷 875-886页

作者：马宝马晓宝兰媛任玉成刘云飞马彦芝王荣军江连运太原理工大学机械与运载工程学院太原030024 太原理工大学先进金属复合材料成形技术与装备教育部工程研究中心太原030024 中国重型机械研究所股份有限公司西安710018 太原科技大学机械工程学院太原030024

为提高板材压平质量和效率,实现智能化压平,本文采用结构光相机获取翘曲板材点云数据,进行点云分割、点云去噪和点云精简等预处理,利用最小二乘法拟合重构了翘曲板材的三维曲面.采用微分几何的曲面理论计算得到板材的翘曲曲率,提出基于... 详细信息

为提高板材压平质量和效率,实现智能化压平,本文采用结构光相机获取翘曲板材点云数据,进行点云分割、点云去噪和点云精简等预处理,利用最小二乘法拟合重构了翘曲板材的三维曲面.采用微分几何的曲面理论计算得到板材的翘曲曲率,提出基于三维曲面特征的翘曲板材垫铁支点和压下点的优化方法,根据三点弯曲矫平理论得到了压力下和压下位移.翘曲板材三维轮廓的重构方法和翘曲曲率计算模型确定了垫铁位置和压下位置点优化原则,为翘曲板材智能化压平提供了理论模型.理论和实验的结果显示,重构的三维曲面与实际结果吻合,基于重构三维曲面数据计算的压平力与实测结果偏差大约为2.21%,初始平直度17.2 mm·m^(-1),压平矫直后减小为3.28 mm·m^(-1),结果准确,方法可行.

关键词：板材压平结构光视觉三维曲面矫直理论有限元仿真

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面向播种过程离散元仿真的玉米颗粒建模方法

农业工程学报 2024年第14期40卷 14-22页

作者：陈泽仁刘正彬关威郭建波薛朵梅太原理工大学机械与运载工程学院太原030024 太原科技大学化学工程与技术学院太原030024 吉林大学机械与航空航天工程学院长春130025

为实现基于离散元法的玉米播种过程数字化重现,改善播种机械的性能,需要构建相应的玉米颗粒群体模型。该研究对东北地区常见的玉米品种的颗粒形状、尺寸分布进行统计分析,提出了一种通用的玉米颗粒形状分类方法;在此基础上,基于球填充... 详细信息

为实现基于离散元法的玉米播种过程数字化重现,改善播种机械的性能,需要构建相应的玉米颗粒群体模型。该研究对东北地区常见的玉米品种的颗粒形状、尺寸分布进行统计分析,提出了一种通用的玉米颗粒形状分类方法;在此基础上,基于球填充构建了相应的玉米颗粒群体离散元法建模方法,并以吉平1和平安11两个品种玉米为研究对象,通过堆积试验和筛分试验对填充球数目进行了优化。仿真结果表明,当马齿形、球锥形和类球形玉米颗粒模型的填充球数目分别为10~14、18和1时,玉米颗粒离散元法模型群体特性与实际玉米颗粒群体特性相一致,初步证明了所提玉米颗粒群体建模方法的有效性;最后,基于所建立的玉米颗粒群体模型进行了内窝孔排种器排种过程仿真,对其排种轮转速进行了优化,仿真优化结果与试验结果一致,进一步验证了本文所提出的玉米颗粒群体建模方法的有效性。研究结果可为播种机械数字化设计提供一定参考。

关键词：玉米离散元法播种群体建模内窝孔排种器

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渐开线圆柱齿轮的通用型滚插刀设计方法

工具技术 2024年第5期58卷 94-100页

作者：刘贝贝王时英辛佳毅太原理工大学机械与运载工程学院太原市030000 太原工具厂有限责任公司

针对渐开线圆柱齿轮的滚插加工,基于交错轴渐开螺旋面线接触啮合,提出一种通用型滚插刀设计方法,适用于任意结构前刀面。简述滚插加工原理,分析计算交错轴渐开螺旋面线接触啮合的条件;从渐开螺旋面出发,给出切削刃的计算方法,以重磨后... 详细信息

针对渐开线圆柱齿轮的滚插加工,基于交错轴渐开螺旋面线接触啮合,提出一种通用型滚插刀设计方法,适用于任意结构前刀面。简述滚插加工原理,分析计算交错轴渐开螺旋面线接触啮合的条件;从渐开螺旋面出发,给出切削刃的计算方法,以重磨后刃形精度不变为要求,构建后刀面模型;分析并给出了滚插加工参数的计算方法;基于滚插刀设计实例和VERICUT软件对不同参数的工件进行仿真加工,验证了所设计滚插刀的通用性与可行性,为通用型滚插刀设计提供了一种简单、无刃形误差的方法。

关键词：渐开线圆柱齿轮滚插刀切削刃加工参数仿真

高压叶片泵叶片-定子副弹流动压润滑特性研究

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机械工程学报 2024年第8期60卷 308-319页

作者：赵二辉邵波乔妙杰权龙汪成文太原理工大学机械与运载工程学院太原030024 山西中电科技特种装备有限公司太原030032

目前高压叶片泵叶片-定子副间的弹流动压润滑特性尚不清楚,叶片-定子副的过早磨损失效已成为制约叶片泵高压化发展的瓶颈。建立叶片-定子副弹流动压润滑数学模型,结合双色光干涉弹流动压润滑试验和高压叶片泵台架试验,研究叶片-定子副... 详细信息

目前高压叶片泵叶片-定子副间的弹流动压润滑特性尚不清楚,叶片-定子副的过早磨损失效已成为制约叶片泵高压化发展的瓶颈。建立叶片-定子副弹流动压润滑数学模型,结合双色光干涉弹流动压润滑试验和高压叶片泵台架试验,研究叶片-定子副间的压强分布特性、弹性变形特性、油膜厚度分布特性和油膜动压承载特性,并给出不同相位处叶片-定子副间的油膜动压承载分布图。结果显示,吸油区叶片-定子副间油膜较薄,最小油膜厚度约为0.45μm,且宽度方向两端油膜厚度比中部薄约0.01μm,因此,吸油区定子内壁两端边沿区域出现较宽且较严重的磨损。此外,吸油区流体动压也较强,最高局部压强可达1.2 GPa,吸油区油膜动压承担的载荷约占总载荷的14%。通过研究高压叶片泵叶片-定子副间的弹流动压润滑特性,揭示油膜动压承载对叶片-定子副的减阻抗磨机理,为高压叶片泵减阻抗磨优化设计提供理论基础。

关键词：高压叶片泵叶片-定子副弹流润滑油膜承载减阻抗磨

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