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阶梯电流密度加载模式对PEMFC冷启动性能的影响

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武汉科技大学学报 2024年第4期47卷 298-304页

作者：邵佳雄牛志刚陈醒赵富强太原理工大学机械与运载工程学院山西太原030024 太原科技大学重型机械教育部工程研究中心山西太原030024

在质子交换膜燃料电池(PEMFC)商业化过程中,其在低温环境下的冷启动能力是关键技术难题之一。本文通过建立PEMFC的集总参数模型,探究了阶梯电流密度加载模式对其在-20℃下冷启动性能的影响,重点考察了初始电流密度、电流密度变化周期及... 详细信息

在质子交换膜燃料电池(PEMFC)商业化过程中,其在低温环境下的冷启动能力是关键技术难题之一。本文通过建立PEMFC的集总参数模型,探究了阶梯电流密度加载模式对其在-20℃下冷启动性能的影响,重点考察了初始电流密度、电流密度变化周期及电流密度增加速率3个参数。此外,为优化模型参数选择,本文引入了一种改进的粒子群优化(PSO)算法,该算法在提高收敛速度和逃逸局部最优解方面表现优越,并利用新算法确定了给定条件下PEMFC的最佳工作点。仿真结果表明,相比于传统的恒流冷启动模式,在-15℃下,采用阶梯电流密度加载模式可将PEMFC的冷启动时间缩短约13.9%。

关键词：质子交换膜燃料电池阶梯电流密度冷启动粒子群优化算法最佳工作点

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基于NX的人字齿轮轴四轴数控加工

机械工程与自动化 2024年第2期 60-61,63页

作者：王鹏伟张雪冰曹俊龙太原重型机械集团有限公司技术中心山西太原030024 太原重型机械集团有限公司制造部山西太原030024 太原重型机械集团有限公司新能源分公司山西太原030024

随着工业4.0时代的到来,多轴加工在实际生产中的应用范围越来越广,并且在NX软件的不断更新下,新版本带来的高级加工策略可以使得多轴联动加工更加高效和便捷,表面加工质量也会更好,并且比传统的替换轴编程加工更加安全和直观。大模数窄... 详细信息

随着工业4.0时代的到来,多轴加工在实际生产中的应用范围越来越广,并且在NX软件的不断更新下,新版本带来的高级加工策略可以使得多轴联动加工更加高效和便捷,表面加工质量也会更好,并且比传统的替换轴编程加工更加安全和直观。大模数窄退刀槽人字齿轮轴无法使用专用的齿轮加工设备进行滚齿加工,因此机床选用通用的四轴卧式加工中心,利用NX软件中的自动编程进行齿形的数控加工,并且在编程过程中选用新版NX软件中的高级多轴策略,以此来保证数控加工的精度和效率。

关键词：人字齿轮轴 NX软件高级加工策略四轴数控加工

矿山辅运电动车辆加速踏板集成再生制动控制策略

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煤炭学报 2024年第8期49卷 3677-3686页

作者：武仲斌任志勇赵远张君太原理工大学机械与运载工程学院山西太原030024 中国煤炭科工集团太原研究院有限公司山西太原030006

煤矿斜井无轨辅助运输车辆在长距离下坡工况中存在大量的制动能量可供回收,受限于脚踏阀-本安电位计复合型制动踏板的并行结构,传统防爆型电动车辆多采用的机械-再生并行制动控制策略对制动能量的回收程度有限。为此,针对矿山无轨辅助... 详细信息

煤矿斜井无轨辅助运输车辆在长距离下坡工况中存在大量的制动能量可供回收,受限于脚踏阀-本安电位计复合型制动踏板的并行结构,传统防爆型电动车辆多采用的机械-再生并行制动控制策略对制动能量的回收程度有限。为此,针对矿山无轨辅助运输电动车辆,提出了一种集成至加速踏板中的再生制动控制策略,以进一步提高再生制动能量回收率,有效增加矿井无轨辅助运输电动车辆的续航能力。基于车辆制动动力学和能量守恒定律,对再生制动过程进行了理论建模。结合辅运电动车辆驱动系统及加速踏板结构特征,建立了加速踏板集成型再生制动控制策略模型,并对车辆加速、滑行及制动过程中控制策略的工作原理依次进行了分析。根据国内某斜井煤矿辅运大巷人车转场运输作业载荷特征,制定了包含车速、坡道2因素在内的循环测试工况,以此为输入条件在Matlab/Simulink数值计算平台上对加速踏板集成型再生制动与制动踏板液压-再生并行制动2种控制策略进行了仿真对比分析,并在双滚筒转鼓式底盘测功机上对加速踏板集成型再生制动控制策略的仿真计算结果进行了实验验证。实验结果表明,加速踏板集成再生制动控制模型总电耗比原系统减少21.06%,等效工况续驶里程延长23 km,仿真与台架测试结果误差不超过5%,具有更好的能耗经济性。

关键词：无轨辅助运输电动车辆加速踏板再生制动能量回收

基于线结构光的管棒材捆缝与捆丝识别方法研究

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机床与液压 2024年第5期52卷 20-28页

作者：马贺琛马立东马自勇太原科技大学机械工程学院山西太原030024 重载装备作业智能化技术与系统山西省重点实验室山西太原030024 太原重型机械装备协同创新中心山西太原030024

特钢管棒材精整过程需要对其进行打捆和拆捆操作,而人工拆捆工作环境差、强度高。针对拆捆过程捆缝状态和捆丝识别这一难题,提出一种基于线结构光的管棒材捆缝与捆丝识别方法。提出一种基于图像各亮度值像素数量的二值化阈值算法,通过... 详细信息

特钢管棒材精整过程需要对其进行打捆和拆捆操作,而人工拆捆工作环境差、强度高。针对拆捆过程捆缝状态和捆丝识别这一难题,提出一种基于线结构光的管棒材捆缝与捆丝识别方法。提出一种基于图像各亮度值像素数量的二值化阈值算法,通过计算满足亮度的像素点数量得到二值化阈值,以减弱环境光照影响;针对单张图片视野无法确定最大捆缝位置的问题,提出一种基于圆弧顶点和端点特征的激光图像拼接算法;最后,提出一种基于霍夫变换和连通域分析的捆丝数量和状态识别算法,实现对生产现场不同规格管棒材捆丝特征的精确识别。实验结果表明:提出的二值化阈值算法相较传统算法对激光条纹的识别率更高,且速度提升17%;最大捆缝和捆丝识别算法的检测误差小于3 mm,完全满足实际生产需要。

关键词：管棒材拆捆机器人线结构光图像拼接图像处理

基于数字孪生的液压支架群跟机工艺虚拟调试方法

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煤炭科学技术 2024年第6期52卷 197-205页

作者：李娟莉郭清杰高波边强王冬波太原理工大学机械与运载工程学院山西太原030024 煤矿综采装备山西省重点实验室山西太原030024 山西科达自控股份有限公司山西太原030006 晋能控股煤业集团同忻煤矿山西有限公司山西大同037000

针对物理综采工作面“三机”跟机自动化工艺参数调试周期长,费用成本高,以及工作环境搭建困难等问题,基于数字孪生技术,研究了液压支架群跟机行为工艺虚拟调试关键技术。首先基于现代建模技术构建了1∶1构综采“三机”孪生体,利用虚拟... 详细信息

针对物理综采工作面“三机”跟机自动化工艺参数调试周期长,费用成本高,以及工作环境搭建困难等问题,基于数字孪生技术,研究了液压支架群跟机行为工艺虚拟调试关键技术。首先基于现代建模技术构建了1∶1构综采“三机”孪生体,利用虚拟现实引擎对综采“三机”运动单元进行了虚拟重构和虚拟仿真;然后基于现代设计理论,依据“三机”协同原则实现了跟机自动化过程中的不同参数配置,建立了采煤工艺的支架行为工艺决策模型和支运装备直线度协同控制模型,并在虚拟场景中对决策模型进行预演;最后利用TCP协议建立了虚实交互通道,通过半实物仿真试验对决策模型进行了验证。结果表明:虚拟场景在执行采煤工艺时可对物理工作面场景进行精准复现,通过支架群行为决策模型可提前对液压支架工艺行为进行决策规划,通过反向控制试验可对支架控制器进行实时虚实交互,有望克服井下调试环境阻碍,对综采“三机”电液控程序的合理制定与修正提供参考价值。

关键词：虚拟现实虚拟调试液压支架群 “三机”协同行为决策

软弱围岩掘锚一体化快速掘进关键技术与工程实践

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煤炭科学技术 2024年第1期52卷 280-287页

作者：王虹李发泉张小峰中国煤炭科工集团有限公司北京100013 中国煤炭科工集团太原研究院有限公司山西太原030006 煤矿采掘机械国家工程实验室山西太原030006

软弱围岩掘锚一体化快速掘进关键技术与装备是煤矿安全高效开采以及智能化建设的迫切需求。以具备膨胀性、节理化等软岩特征的煤矿回采巷道工程为背景,梳理了国内外掘锚一体机快速掘进技术发展现状,剖析了软弱围岩条件下掘锚一体机快速... 详细信息

软弱围岩掘锚一体化快速掘进关键技术与装备是煤矿安全高效开采以及智能化建设的迫切需求。以具备膨胀性、节理化等软岩特征的煤矿回采巷道工程为背景,梳理了国内外掘锚一体机快速掘进技术发展现状,剖析了软弱围岩条件下掘锚一体机快速掘进面临3个方面的难题,包括全宽截割对围岩的扰动控制,软弱围岩及时高效永久支护,软弱围岩快速掘进煤帮临时支护。提出了软弱围岩掘锚一体化快速掘进的5项关键技术,包括:(1)低扰动截割技术。主要包括椭型全宽截割滚筒、截齿排布优化、截割动力学优化等。(2)减小空顶空帮距的及时支护技术。该技术是在掘锚一体化技术基础上,研制了集双圆柱导向、多连杆升降、支护油缸撑顶撑底、随动挡矸帘防护于一体的多钻机整体滑移平台,将掘锚一体机作业空顶距由2.5 m降至1 m,作业空帮距由3.5 m降至1 m。(3)软弱围岩多维度协同支护技术。综合考虑锚杆锚索支护参数间的时空协同效应和支护体与围岩的协同效应,掘进工作面采用低密度强力锚杆支护控制顶板,后部同步实施增强永久支护。(4)钻锚一体化技术。主要包括锚杆结构和力学特性、锚固剂材料及泵注技术等。(5)煤帮喷涂临时支护技术。主要包括快反应高延伸率喷涂材料、高比例精度喷涂泵送、不规则煤壁表面自适应轨迹控制、矿用防爆高精度机械臂、喷涂材料配套补给等。基于以上内容,研制了可控作业空顶距掘锚一体机,并进行了井下试验。试验表明,该装备有效缩短了作业空顶距和空帮距,实现了作业空顶距“可控”,适应于软弱围岩巷道快速掘进,掘进效率提高了1倍。

关键词：软岩巷道快速掘进掘锚一体化钻锚一体化协同支护

AZ31镁合金板材纵波轧制形变规律及边部损伤分析

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稀有金属材料与工程 2024年第1期53卷 197-203页

作者：贾睿刘江林张明泽王涛黄志权郑仁辉太原理工大学机械与运载工程学院山西太原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山西太原030024 金属成形技术与重型装备全国重点实验室山西太原030024 太原科技大学机械工程学院山西太原030024

纵波轧制+平辊轧制(LFR)是一种减轻镁合金轧制边裂的新型轧制工艺,通过一道次纵波轧制+二道次平轧,可有效减少镁合金板材边裂。为了进一步明晰LFR变形规律,通过对比AZ31镁合金板材纵波轧制+平轧(LFR)及平轧+平轧(FFR)热-力耦合有限元虚... 详细信息

纵波轧制+平辊轧制(LFR)是一种减轻镁合金轧制边裂的新型轧制工艺,通过一道次纵波轧制+二道次平轧,可有效减少镁合金板材边裂。为了进一步明晰LFR变形规律,通过对比AZ31镁合金板材纵波轧制+平轧(LFR)及平轧+平轧(FFR)热-力耦合有限元虚拟轧制对比和物理实验,分析了纵波轧制变形区金属变形规律及其对板材边部损伤的影响。结果表明:纵波轧制形成了异形搓轧区,板材各部位受到较大的三向剪切作用;急速金属流动产生的塑性变形热避免了板材边部温降,有利于提升塑性;剪切及温度影响促使LFR板材形成混晶组织,降低了波谷部位损伤,进而有效抑制了镁合金板材边裂的产生及发展。

关键词：镁合金纵波轧制有限元法应变金相组织损伤

大兆瓦风机主轴法兰螺栓疲劳寿命评估方法研究

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机床与液压 2024年第14期52卷 78-82页

作者：宁文钢王奇姜宏伟王岳峰宁可太原重工股份有限公司技术中心山西太原030024 太原科技大学重型机械教育部工程研究中心山西太原030024

大兆瓦风电机组主轴法兰螺栓连接受到复杂交变载荷的作用,极易产生疲劳破坏。针对此问题,构建法兰螺栓连接有限元数值模型,以法兰界面涂层增摩工艺为背景,分析不同预紧力工况下法兰连接各部件危险部位应力变化规律。通过GH-Bladed结合... 详细信息

大兆瓦风电机组主轴法兰螺栓连接受到复杂交变载荷的作用,极易产生疲劳破坏。针对此问题,构建法兰螺栓连接有限元数值模型,以法兰界面涂层增摩工艺为背景,分析不同预紧力工况下法兰连接各部件危险部位应力变化规律。通过GH-Bladed结合雨流计数法给出螺栓实际载荷数据,根据Eurcode3规范修正材料S-N曲线,使用FE-SAFE得到了不同预紧力下螺栓连接疲劳寿命,明确了法兰界面涂层增摩、预紧力变化对螺栓连接疲劳寿命的影响,提出了基于法兰结构的螺栓疲劳寿命评估方法。结果表明:增大法兰界面的摩擦因数,在850~1100 kN内降低螺栓预紧力有益于改善螺栓连接的疲劳寿命。

关键词：高强度螺栓风电法兰有限元仿真疲劳寿命评估

ZL702A铝合金双硬度峰值时效行为与微观组织分析

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热加工工艺 2024年第16期53卷 30-34页

作者：肖璐蒲博闻宋跃文杨晨帆王韬周海涛中北大学材料科学与工程学院山西太原030051 中国北方发动机研究所(天津) 天津300400 太原重型机械集团有限公司山西太原030024

将经490℃×4 h+500℃×6 h+520℃×8 h固溶、室温水介质淬火后的ZL702A铝合金在160、170℃两个温度下进行不同时间的时效处理,结合显微硬度法和透射电镜显微组织分析,研究ZL702A铝合金时效硬化行为与析出相演化规律之间的关联性。结果... 详细信息

将经490℃×4 h+500℃×6 h+520℃×8 h固溶、室温水介质淬火后的ZL702A铝合金在160、170℃两个温度下进行不同时间的时效处理,结合显微硬度法和透射电镜显微组织分析,研究ZL702A铝合金时效硬化行为与析出相演化规律之间的关联性。结果表明,ZL702A在160和170℃时效温度下的时效硬化曲线均表现出双硬度峰值的时效行为。这种时效强化现象归因于合金GP区向θ"、θ'、θ相的转变和Q'相粗化的共同作用。在160℃时效12 h对应的第一硬度峰值期,合金的硬度为114 HV,此时析出相对位错运动产生最大的阻碍作用,合金得到最理想的时效强化效果。

关键词：时效强化 ZL702A铝合金析出序列双硬度峰