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考虑润滑间隙效应的空间并联机构动力学优化

农业机械学报 2024年第3期55卷 441-451页

作者：陈修龙居硕贾永皓山东科技大学机械电子工程学院青岛266590

为了改善润滑间隙效应引起的空间并联机构动态性能的渐变劣化问题,以3-RRPaR冗余并联机构为研究对象,提出一种考虑润滑间隙效应的空间并联机构动力学优化方法。建立了考虑润滑转动副间隙的3-RRPaR冗余并联机构动力学模型;以优化末端执... 详细信息

为了改善润滑间隙效应引起的空间并联机构动态性能的渐变劣化问题,以3-RRPaR冗余并联机构为研究对象,提出一种考虑润滑间隙效应的空间并联机构动力学优化方法。建立了考虑润滑转动副间隙的3-RRPaR冗余并联机构动力学模型;以优化末端执行器的动力学响应误差和优化间隙关节处的约束反力为目的设置目标函数,通过优化末端执行器质量以及转动惯量的方式来缓解运动副间隙导致的劣化效应,建立了考虑润滑间隙效应3-RRPaR冗余并联机构动力学优化模型;试验验证了所建动力学模型的有效性,对比分析两种目标函数对优化效果的影响以选择最佳优化方式,并分析优化前后考虑润滑间隙效应的空间并联机构动力学特性,结果表明动力学优化使润滑间隙转动副处约束反力峰值降低16.16%,为改善间隙效应提高空间并联机构动态性能提供了理论支撑。

关键词：空间并联机构运动副间隙润滑优化设计

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刮板输送机多永磁电机串联驱动新模式及关键技术

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煤炭科学技术 2024年第2期52卷 238-252页

作者：张强刘伟王聪苏金鹏刘峻铭顾颉颖张润鑫山东科技大学机械电子工程学院山东青岛266590

装备智能化是煤炭行业高质量发展的必然趋势,伴随着煤矿超大采高、超长工作面的建设,刮板输送机不断朝着重型长运距的方向发展,并且永磁直驱已逐渐取代“异步电机+减速器”成为刮板输送机的主要驱动方式,而传统双驱动刮板输送机存在停... 详细信息

装备智能化是煤炭行业高质量发展的必然趋势,伴随着煤矿超大采高、超长工作面的建设,刮板输送机不断朝着重型长运距的方向发展,并且永磁直驱已逐渐取代“异步电机+减速器”成为刮板输送机的主要驱动方式,而传统双驱动刮板输送机存在停机率高、煤流分布不均且能耗大、跟踪性能差的问题,尤其长运距下链条张力波动大造成驱动电机电路涌动,已成为制约我国刮板输送机智能化发展的主要难题。根据刮板输送机面临的主要问题和发展需求,提出了刮板输送机多永磁电机串联“驱动-传动”输送新模式,并阐述了多永磁电机串联驱动刮板输送机这一研究领域涉及的关键技术研究现状,包括刮板输送机故障诊断与状态识别技术、多电机串联驱动“机-电”耦合动力学特性、多永磁电机同步控制技术、多智能体自适应协同控制,对于多驱动刮板输送机的设计研发具有一定的适应性和借鉴性;针对刮板输送机多永磁电机串联驱动系统研究面临的难题,将该系统分为4项关键科学技术:①多驱动刮板输送机新构型设计;②多驱动刮板输送机非线性机-电耦合动力学建模;③多驱动刮板输送机链条张力脉动与主动控制;④串联驱动刮板输送机主动容错与自适应协同控制;从结构设计与优化、整机运维控制实现刮板输送机多永磁电机串联驱动系统技术攻关,提高刮板输送机的智能化水平,促进煤机高端装备的水平和发展。

关键词：刮板输送机串联驱动机电耦合动力学模型主动容错控制智能调控

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取向型微沟槽高速球铣加工制备方法及其减摩性能研究

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摩擦学学报（中英文） 2024年第1期44卷 30-39页

作者：高丽王祎扬黄为民王桂杰朱然周祥园山东科技大学机械电子工程学院山东青岛266590

探究直接利用高速球铣加工工艺制备取向型表面微沟槽织构的方法,并对该类型表面微织构的减摩性能进行研究.鉴于高速球铣加工工艺走刀路径灵活可变、表面材料残留几何尺寸与分布形态具备可控性的特点,利用Matlab仿真对高速球铣加工表面... 详细信息

探究直接利用高速球铣加工工艺制备取向型表面微沟槽织构的方法,并对该类型表面微织构的减摩性能进行研究.鉴于高速球铣加工工艺走刀路径灵活可变、表面材料残留几何尺寸与分布形态具备可控性的特点,利用Matlab仿真对高速球铣加工表面形貌进行预测,通过高速球铣加工试验验证仿真结果,并基于流体动压润滑理论,结合Fluent流体仿真分析与高速环-块摩擦磨损试验,对该类型表面微织构的减摩性能进行分析.当切削参数选用径向切深明显大于每齿进给量的组合时,高速球铣加工表面残留材料能够形成明显的微沟槽形貌,且微沟槽特征的取向可由球头铣刀的走刀路径进行控制;微沟槽承载能力与其取向密切相关,随着微沟槽取向角由90°减小至20°,负压区与正压区范围呈现扩大趋势,油膜内逆流效应逐渐减弱,动压效应逐渐增强,微沟槽承载能力提高了20.64%,表面摩擦系数由0.02845降低至0.02165;然而,当取向角过小时,负压区与正压区的范围过小,不能形成有效的收敛楔,微沟槽承载能力下降,表面摩擦系数上升.通过高速球铣加工工艺能够实现取向型表面微沟槽织构的可控制备,且该类表面的减摩性能与取向角α密切相关,在本文研究范围内,取向角为20°时表现出最小的摩擦系数与最高的油膜承载力.本文研究结果可为表面织构造型方法提供一种新思路,能够为满足零件表面的减摩需求提供很好的解决方法.

关键词：高速球铣加工表面织构取向型微沟槽动压润滑承载能力摩擦系数

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煤炭气力输送弧形堵头弯管磨损弱化特性

煤炭学报 2024年

作者：周锋张强田莹高魁东范春永栾亨宣顾颉颖山东科技大学机械电子工程学院

气力输送是散体物料清洁高效输送的重要途径，然而弯管磨损制约着煤炭气力输送工业化应用，其中弯管形状结构是影响磨损的重要因素之一，基于此提出一种具有弧形堵头结构的新型弯管，首先在DN50的管道系统中进行7～11 mm煤炭颗粒气力输... 详细信息

气力输送是散体物料清洁高效输送的重要途径，然而弯管磨损制约着煤炭气力输送工业化应用，其中弯管形状结构是影响磨损的重要因素之一，基于此提出一种具有弧形堵头结构的新型弯管，首先在DN50的管道系统中进行7～11 mm煤炭颗粒气力输送试验，气流速度为20 m/s，供气压力保持0.4 MPa，弧形堵头圆弧角分别为10°、20°、30°和40°，无量纲高度分别为0.4、0.6、0.8、1.0，利用共焦三维形貌仪测量管壁磨损分布及最大磨损深度；其次通过欧拉–拉格朗日双边耦合的计算流体力学与离散元（Computational fluid dynamics–discrete element method，CFD–DEM）方法建立数值模型，通过对最大磨损深度的仿真模拟与试验测量校验数值模型的科学性；最后从磨损分布、磨损峰值、碰撞能量损失等方面研究了弧形堵头对弯管磨损的弱化特性，推演了弧形堵头弱化磨损的最优结构参数判据。结果表明：圆弧角是弧形堵头弱化弯管磨损的主要影响因素，当圆弧角不足20°时堵头无法包含全部磨损中心辐射区域，而当圆弧角超过40°时堵头底面难以被颗粒完全覆盖，上述两种条件下弧形堵头对弯管磨损的弱化作用均受限；盲通弯管磨损峰值及其增长率均低于普通弯管，当圆弧角为30°且无量纲高度为0.8时，磨损中心被分散至侧壁上的多个位置而避免了集中冲击，磨损峰值仅为普通弯管的25.1%；任意圆弧角的碰撞能量损失关于无量纲高度的变化曲线均包含一个提升段与两个平缓段，两个临界点依次代表颗粒开始覆盖堵头底面以及形成稳定堆积的高度。研究成果有利于解决长期存在的弯管磨损顽疾，为煤炭气力输送工业化应用提供理论依据，同时可推广至其他矿物颗粒输送领域。

关键词：气力输送弯管磨损煤炭颗粒弧形堵头磨损峰值碰撞能量损失

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骨铣削参数对机器人颤振稳定性影响与优化

哈尔滨工程大学学报 2024年

作者：田和强安金昌马洪强孟德宝山东科技大学机械电子工程学院

为解决骨科手术机器人铣削中的颤振问题，提出了一种优化方法，以提升手术的安全性和质量。根据再生型颤振理论，建立了动态铣削力模型，并采用零阶频域法构建颤振稳定域模型，同时绘制了叶瓣图，以深入分析铣削参数的影响。以骨骼去除... 详细信息

为解决骨科手术机器人铣削中的颤振问题，提出了一种优化方法，以提升手术的安全性和质量。根据再生型颤振理论，建立了动态铣削力模型，并采用零阶频域法构建颤振稳定域模型，同时绘制了叶瓣图，以深入分析铣削参数的影响。以骨骼去除率为优化目标，通过实验验证确定的最佳铣削参数，显著减少了颤振，并提高了手术的稳定性和效率。这项研究为骨科手术机器人在临床应用中的安全性提供了理论依据，并为铣削工艺的优化提供了实践指导。

关键词：骨科手术机器人再生型颤振动态铣削力模型零阶频域法颤振稳定性叶瓣图铣削参数优化

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矿用对旋风机旋转失速信号特征识别与提取

机械科学与技术 2024年第9期43卷 1505-1513页

作者：陈庆光徐延辉张祯江郭武山东科技大学机械电子工程学院山东青岛266590

针对旋风机旋转失速信号特征的识别与提取,提出了一种参数优化的变分模态分解(VMD)方法。首先,为了消除人为选择VMD参数的影响,提出一种以平均包络熵为目标函数的蛙跳优化算法,对VMD算法的模态个数K和惩罚因子α进行优化选取,实现了参数... 详细信息

针对旋风机旋转失速信号特征的识别与提取,提出了一种参数优化的变分模态分解(VMD)方法。首先,为了消除人为选择VMD参数的影响,提出一种以平均包络熵为目标函数的蛙跳优化算法,对VMD算法的模态个数K和惩罚因子α进行优化选取,实现了参数K和α的合理自动选取;然后,通过模拟信号验证了参数优化后的VMD方法的有效性;最后,利用参数优化的VMD方法对风机失速信号进行处理和分析,研究风机失速的频谱特性,并与经验模态分解(EMD)结果进行对比分析。研究结果表明:与EMD方法相比,参数优化的VMD方法在处理模态混叠方面更具有优势,其处理效果明显优于EMD,分解得到的IMF分量个数也少于EMD,易区分特征频率;另外,以优化获取的参数组合处理风机的失速信号时,能够很好地揭示失速特征频率在失速发展过程中的变化规律,对应于频率分量的波动,从大尺度的频率波动转变为小尺度的频率波动。

关键词：对旋风机旋转失速变分模态分解特征识别与提取

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含转动副润滑间隙的多连杆机构动力学优化设计

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中国机械工程 2024年

作者：陈修龙王爱郭王景庆山东科技大学机械电子工程学院

为了改善含运动副润滑间隙机构的动力学特性，提出了一种考虑转动副润滑间隙的多连杆机构动力学优化设计方法。以二自由度七连杆机构为对象，建立转动副润滑间隙运动学模型，采用拉格朗日乘子法推导出含转动副润滑间隙的七连杆机构动力... 详细信息

为了改善含运动副润滑间隙机构的动力学特性，提出了一种考虑转动副润滑间隙的多连杆机构动力学优化设计方法。以二自由度七连杆机构为对象，建立转动副润滑间隙运动学模型，采用拉格朗日乘子法推导出含转动副润滑间隙的七连杆机构动力学方程，试验验证方程的正确性；以输出构件的加速度、间隙运动副元素之间的作用力作为优化性能指标，分别建立滑块加速度最大值最小、间隙运动副元素之间的作用力最大值之和最小两种目标函数，将机构关键构件的质量、转动惯量以及动力粘度设为优化变量，建立含转动副润滑间隙的七连杆机构动力学优化模型；利用遗传算法对模型进行求解，比较两种目标函数的优化效果，并对比分析优化前后含转动副润滑间隙的七连杆机构动力学特性。本文旨在建立一种考虑润滑间隙机构的动力学优化设计模型及求解方法，为降低润滑间隙效应对平面多连杆机构动力学响应的影响提供依据。

关键词：多连杆机构润滑间隙优化设计动力学特性

不依赖观测器的不确定性系统输出反馈鲁棒控制

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吉林大学学报（工学版） 2024年第3期54卷 828-835页

作者：赵军赵子亮朱庆林郭斌山东科技大学机械电子工程学院山东青岛266590 山东科技大学交通学院山东青岛266590

针对非匹配不确定性系统的静态输出反馈鲁棒控制问题在线求解难的难题,提出了一种基于数据驱动学习的自适应学习算法。首先,将不确定性系统的鲁棒控制问题转化为具有性能指标函数的标称系统的最优控制问题。其次,为实现输出反馈最优控制... 详细信息

针对非匹配不确定性系统的静态输出反馈鲁棒控制问题在线求解难的难题,提出了一种基于数据驱动学习的自适应学习算法。首先,将不确定性系统的鲁棒控制问题转化为具有性能指标函数的标称系统的最优控制问题。其次,为实现输出反馈最优控制,根据状态反馈控制项构造了输出反馈黎卡提方程。再次,为实现该输出反馈黎卡提方程的在线求解,使用克罗内克积和向量化操作重构输出反馈黎卡提方程,进而设计了基于输入/输出数据的自适应学习算法,摒弃了传统观测器的使用,实现可一步求解的输出反馈鲁棒控制。最后,为实现被估参数的快速收敛,进一步放松了所要求的持续激励条件。仿真结果验证了本文控制方法和学习算法的有效性。

关键词：控制理论与控制工程数据驱动学习鲁棒控制最优控制持续激励条件

矿用对旋主通风机周向槽机匣处理扩稳机理研究

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矿业安全与环保 2024年

作者：陈庆光石晓杰李凯伦徐金山东科技大学机械电子工程学院

为了提高对旋风机的稳定裕度,采用数值模拟方法,将周向单槽机匣处理技术应用于FBCDZ-No20型对旋风机的扩稳,探究了周向槽的轴向位置对风机气动性能和扩稳能力的影响。研究表明:对前级叶轮进行周向单槽机匣处理,可以提高对旋风机的稳定裕... 详细信息

为了提高对旋风机的稳定裕度,采用数值模拟方法,将周向单槽机匣处理技术应用于FBCDZ-No20型对旋风机的扩稳,探究了周向槽的轴向位置对风机气动性能和扩稳能力的影响。研究表明:对前级叶轮进行周向单槽机匣处理,可以提高对旋风机的稳定裕度,且周向单槽的轴向位置对风机的气动性能和扩稳能力均具有影响;当周向单槽位于前级叶片的前缘和25%叶顶轴向弦长时,风机可以获得可观的稳定裕度提高量,但峰值效率损失较大;当周向单槽分别位于50%、75%的叶顶轴向弦长和尾缘时,扩稳效果逐渐减弱,相应的效率损失也逐渐减小。周向槽是通过抽吸叶片压力面前缘的低能流体,并将其沿周向输运至叶片吸力面的前缘喷出,从而增大了前级叶轮进口相对气流角及叶顶泄漏流的轴向动量,改变了叶顶泄漏流的轨迹,抑制了前缘溢流与尾缘处的边界层分离,进而减轻叶片通道内的流动堵塞,推迟了失速的发生而实现扩稳。采用前级周向单槽机匣处理并未改变对旋风机的最先失速级和失速起始类型。

关键词：对旋风机周向单槽机匣处理轴向位置稳定裕度扩稳机理