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基于主动激励的掘进机回转台振动抑制研究

煤炭科学技术 2024年第6期52卷 185-196页

作者：谢苗王贺李玉岐刘治翔辽宁工程技术大学机械工程学院辽宁阜新123000

悬臂式掘进机截割过程由于煤岩形状、硬度分布的随机性,当截割到硬岩时截割头会产生无规则的剧烈振动,瞬时高强度的冲击对掘进机关键受力部件回转台影响最大,其动态可靠性和寿命影响着截割效率和截割稳定性,为减弱截割过程回转台的振动... 详细信息

悬臂式掘进机截割过程由于煤岩形状、硬度分布的随机性,当截割到硬岩时截割头会产生无规则的剧烈振动,瞬时高强度的冲击对掘进机关键受力部件回转台影响最大,其动态可靠性和寿命影响着截割效率和截割稳定性,为减弱截割过程回转台的振动,首先,基于截割现场回转台易失效损坏现象,建立截割过程回转台力学模型,推导回转台力学方程,研究回转台受力随截割参数变化规律;通过搭建截割试验台,测试截割过程回转台振动响应,结合有限元进行回转台振动模态分析,求解回转台前6阶固有频率及振型,分析回转台剧烈振动的原因。其次,基于工况路径分析理论,建立截割过程回转台工况传递路径分析模型,模拟回转台合成振动,分析各激励点对回转台振动贡献量及贡献程度,准确找到回转台主要激振源。最后,通过施加外部主动激励的方式,分析不同激励频率加载下回转台振动情况,探寻能够降低截割过程回转台振动的激励频段。试验结果表明:外部激振频率处于20~60 Hz,回转台振动幅值降低明显,此频段激励频率对回转台振动控制效果良好,有益于提高回转台寿命,且激振频率为40 Hz时回转台振动最小,回转台振动抑制效果最佳。研究结果有益于丰富回转台振动相关研究理论,实现在不改变机械结构基础上,降低回转台受力与结构变形,可为掘进机回转台的振动问题提供理论参考。

关键词：掘进机回转台空间力学模型工况传递路径激振源主动激励振动控制

液压支架立柱防冲吸能构件优化仿真及压溃实验研究

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煤炭学报 2024年第6期49卷 2924-2936页

作者：田立勇于晓涵周禹鹏孙业新于宁辽宁工程技术大学机械工程学院辽宁阜新123000

液压支架作为煤炭开采主要支护设备,经常受到冲击地压影响,防冲吸能构件起到保护液压支架作用,为获得更大的初始支反力峰值与吸能量、更小的支反力分散度,对吸能构件参数细化并通过ABAQUS有限元软件进行吸能构件的建模与压溃冲击仿真,... 详细信息

液压支架作为煤炭开采主要支护设备,经常受到冲击地压影响,防冲吸能构件起到保护液压支架作用,为获得更大的初始支反力峰值与吸能量、更小的支反力分散度,对吸能构件参数细化并通过ABAQUS有限元软件进行吸能构件的建模与压溃冲击仿真,获取吸能构件的吸能性能及屈曲变形形态,验证最优尺寸的吸能性能;对比吸能构件平均支反力的预测数据与有限元仿真数据,误差在15%以内,最优尺寸构件的平均支反力模型预测误差为−3.40%,验证吸能构件预测模型所预测数据较为准确;搭建吸能构件压溃实验台,选择5种加载速度,以准静态压溃方式对定制加工的吸能构件进行轴向加载压溃实验,实验结果表明:不同加载速度轴向压溃实验,支反力波动基本一致,最大初始支反力峰值为2253.52 kN,最大支反力标准差为206.23 kN,最小初始支反力峰值为2096.26 kN,最小支反力标准差为189.83 kN,初始支反力峰值的平均值为2149.32 kN,支反力标准差平均值为196.77 kN;不同压溃速度下的轴向压溃实验数据与吸能构件有限元仿真数据对比,初始支反力峰值、支反力标准差的相对误差分别为5.6%、11.07%;对最优尺寸吸能构件通过预测模型法、有限元仿真法、压溃实验法三种方法进行吸能性能分析,预测模型法的平均支反力为1879.7 kN,有限元仿真法的平均支反力为1945.9 kN,压溃实验法平均支反力为1919.8 kN,预测模型误差3.41%,压溃实验误差−1.3%,通过3种方法的数据验证结果,证明了吸能构件分析方法的可靠性和可行性。

关键词：液压支架吸能构件构件加工最优尺寸压溃实验

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织构化盘式摩擦副性能及优化设计研究

中国机械工程 2024年第10期35卷 1774-1782页

作者：徐平罗晶于英华沈佳兴黎文利辽宁工程技术大学机械工程学院阜新123000

为探索提高盘式摩擦副抗摩擦磨损性能的有效途径,以斜盘柱塞泵配流副为研究对象,综合运用仿真分析及试验研究方法对比分析了面积织构率和截深形状相同条件下,椭圆开口和圆形开口离散凹坑微织构及沟槽形微织构配流副的摩擦因数随织构形... 详细信息

为探索提高盘式摩擦副抗摩擦磨损性能的有效途径,以斜盘柱塞泵配流副为研究对象,综合运用仿真分析及试验研究方法对比分析了面积织构率和截深形状相同条件下,椭圆开口和圆形开口离散凹坑微织构及沟槽形微织构配流副的摩擦因数随织构形貌、转速和压力的变化规律。研究结果表明:摩擦因数随转速的增大而显著降低,随压力的增大而降低,椭圆开口离散凹坑微织构为三种微织构中提高配流副性能最优者。对椭圆开口离散凹坑微织构进行多目标参数优化,得出的最优参数为:椭圆开口长轴半径为452μm、短半轴为187μm、径向中心距为0.7 mm。试验结果表明,优化后的织构在不同工况下较优化前摩擦因数和磨损量均有不同程度的降低。

关键词：盘式摩擦副微织构摩擦磨损参数优化转速应力

基于PCA/PSO的3T1R并联机构性能优化

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农业机械学报 2024年第6期55卷 404-413页

作者：蒲志新潘玉奇郭建伟程轶白杨溪辽宁工程技术大学机械工程学院阜新123000

根据少自由度并联机构应用广泛的优点,提出了一种3T1R并联机构,该机构具有构型简单、结构对称、定位精度高等特点,可应用于小范围的精密操作,或者是大范围的搬运、分拣以及喷涂等领域。基于方位特征方程的拓扑分析理论,对该并联机构完... 详细信息

根据少自由度并联机构应用广泛的优点,提出了一种3T1R并联机构,该机构具有构型简单、结构对称、定位精度高等特点,可应用于小范围的精密操作,或者是大范围的搬运、分拣以及喷涂等领域。基于方位特征方程的拓扑分析理论,对该并联机构完成了自由度种类以及数目的分析与验证;基于闭环矢量法完成了运动学模型建立,并通过位置正逆解算例验证了运动学的合理性。基于位置逆解方程利用极限边界搜索法分析了3T1R并联机构可达工作空间;通过速度分析建立了速度雅可比矩阵,并根据该矩阵分析机构的定位精度与可操作度性能指标。利用主成分分析(PCA)与粒子群算法(PSO)对3个性能指标进行优化设计,并对优化结果进行了分析,最终优化后可达工作空间体积从0.2933m3提高到0.4231m3,定位精度误差放大因子从15.5044减小至4.4308,可操作度指数从9.7027减小至1.3996。

关键词：并联机构运动学主成分分析粒子群算法性能优化

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三向应力下花岗岩水力剪切和渗流试验研究

岩石力学与工程学报 2024年第4期43卷 797-808页

作者：唐巨鹏余泓浩魏志豪张枭辽宁工程技术大学土木工程学院辽宁阜新123000 辽宁工程技术大学力学与工程学院辽宁阜新123000 辽宁工程技术大学新能源研究中心辽宁阜新123000

为揭示三向应力作用下干热岩水力剪切对岩体渗透特性影响机制,采用自制耐高温真三轴水力剪切试验装置和渗透率测试系统,以松辽盆地大庆地区花岗岩为研究对象,将预制裂隙花岗岩进行高温处理,通过改变三向应力、注水压力、注水流量和时长... 详细信息

为揭示三向应力作用下干热岩水力剪切对岩体渗透特性影响机制,采用自制耐高温真三轴水力剪切试验装置和渗透率测试系统,以松辽盆地大庆地区花岗岩为研究对象,将预制裂隙花岗岩进行高温处理,通过改变三向应力、注水压力、注水流量和时长模拟不同热储地质特性,利用裂隙面粗糙度系数表征裂隙水力剪切前后变化特征,进行不同三向应力下注水参数对花岗岩水力剪切后裂隙渗透率影响试验。研究结果表明:(1)花岗岩质量损失率和孔隙率随温度增加而增加,抗拉–压强度随温度增加而降低;(2)不同孔隙压和温度作用下裂隙渗透率均随体积应力增大而减小,150℃~350℃时裂隙渗透率由10^(-17) m^(2)量级增长到10^(-16) m^(2)量级;(3)水力剪切最大注水压力与体积应力间服从二次多项式规律分布,体积应力18.5 MPa时最大注水压力为4.78 MPa;(4)水力剪切后花岗岩裂隙渗透率随注水流量增加而增加,随注水时长先增加后稳定或降低;(5)不同体积应力、注水流量和时长水力剪切后裂隙面粗糙度系数均降低,表明花岗岩裂隙面在水力剪切后更光滑渗流能力提高。

关键词：岩石力学水力剪切三向应力渗透率

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煤与瓦斯突出物理模拟试验研究现状及展望

岩石力学与工程学报 2024年第3期43卷 521-541页

作者：唐巨鹏张昕潘一山辽宁工程技术大学土木工程学院辽宁阜新123000 辽宁工程技术大学力学与工程学院辽宁阜新123000 辽宁大学环境学院辽宁沈阳110036

煤与瓦斯突出是煤矿井下开采活动中较为常见的动力灾害,严重威胁着矿井安全绿色生产。鉴于现场煤与瓦斯突出的不确定性、突发性和危险性,物理模拟试验成为了研究煤与瓦斯突出机制的有效手段。通过查阅大量文献发现:(1)突出模拟试验装置... 详细信息

煤与瓦斯突出是煤矿井下开采活动中较为常见的动力灾害,严重威胁着矿井安全绿色生产。鉴于现场煤与瓦斯突出的不确定性、突发性和危险性,物理模拟试验成为了研究煤与瓦斯突出机制的有效手段。通过查阅大量文献发现:(1)突出模拟试验装置由单轴向双轴、常规三轴、真三轴迭代升级,试件尺寸由小到大,数据采集由单一到多元化,各种大型多功能真三轴可视化、模块化试验系统的成功研制,为煤与瓦斯突出发生机制的定量研究提供了有效平台;(2)开展大量围绕“三要素”的煤与瓦斯突出物理模拟试验研究,探索地应力、瓦斯压力、煤体物理力学性质对突出的影响程度,通过煤层温度和两相流冲击演化反演突出强度,基本掌握突出的发动条件及致灾机制,形成了具有我国特色的煤与瓦斯突出理论体系。然而,随着我国煤矿开采深度不断增加,深部煤与瓦斯突出机制变得更加复杂。针对新形势下煤与瓦斯突出研究存在的不足,对未来的研究方向提出建议和展望,旨在完善煤与瓦斯突出机制体系,突破定性假说研究阶段,对灾害孕育、发生、发展阶段的定量条件进行探索,为现场煤与瓦斯突出预测与防治提供可靠的理论基础。

关键词：采矿工程煤与瓦斯突出试验装置物理模拟研究现状

余热余压空气梯级利用的双涡流管有机朗肯循环综合性能分析与优化

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中国电机工程学报 2024年第8期44卷 3177-3188,I0020页

作者：杨新乐闫振超卜淑娟李惟慷于宁戴文智王新辽宁工程技术大学机械工程学院辽宁省阜新市123000

为充分利用工业生产中的余热余压空气能量,同时降低ORC系统冷凝热损失,该文提出一种双涡流管ORC系统(ORC coupled with double vortex tubes,DVT-ORC)。利用热源涡流管将放热后的余热余压空气分离成冷、热空气,冷空气用于工质冷却,热空... 详细信息

为充分利用工业生产中的余热余压空气能量,同时降低ORC系统冷凝热损失,该文提出一种双涡流管ORC系统(ORC coupled with double vortex tubes,DVT-ORC)。利用热源涡流管将放热后的余热余压空气分离成冷、热空气,冷空气用于工质冷却,热空气作为二级蒸发器的热源且换热后其余压用于驱动气动增压泵;利用工质涡流管将透平乏气分离成冷、热气流,热气流经气动增压泵升压再循环,冷气流进入空气冷却器冷却。以150℃、0.6 MPa的空气为初始热源,R245fa为工质,建立热力与经济的多目标优化模型,分析双涡流管冷流比和透平排气压力对系统综合性能的影响;采用遗传算法进行优化,确定系统最优工况。结果表明:当热源涡流管冷流比大于0.3时,DVT-ORC输出功大于基本ORC输出功,工质涡流管与空气冷却器的㶲损失之和较基本ORC系统冷凝器的㶲损失最大可减小1240.32 kW,单位电力生产成本较低,DVT-ORC系统热力性与经济性提升。系统最佳运行工况在透平排气压力为0.3007 MPa、工质涡流管冷流比为0.8738、热源涡流管冷流比为0.8942时,对应的净输出功为173.94 kW、热效率为13.57%、单位电力生产成本为0.415元/(kW·h)。

关键词：余热余压空气能量梯级利用涡流管有机朗肯循环综合性能多目标优化

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基于长短时记忆网络和生成对抗网络的VRB储能系统虚假数据注入攻击检测

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电网技术 2024年第1期48卷 383-393页

作者：陆鹏付华卢万杰辽宁工程技术大学电气与控制工程学院辽宁省葫芦岛市125105 辽宁工程技术大学机械工程学院辽宁省阜新市123000

随着信息技术的不断发展,直流微电网储能系统已成为深度融合的信息物理系统,而精确的荷电状态估计对储能系统的实时监测和安全稳定运行至关重要。针对全钒液流电池(vanadium redox flow battery,VRB)储能系统荷电状态估计中,由虚假数据... 详细信息

随着信息技术的不断发展,直流微电网储能系统已成为深度融合的信息物理系统,而精确的荷电状态估计对储能系统的实时监测和安全稳定运行至关重要。针对全钒液流电池(vanadium redox flow battery,VRB)储能系统荷电状态估计中,由虚假数据注入攻击导致的异常数据检测问题,提出一种基于长短时记忆网络和生成对抗网络的检测方法。首先,建立了VRB等效电路模型和虚假数据注入攻击模型;然后,通过训练长短时记忆网络和生成对抗网络组成的循环网络,将长短时记忆神经网络嵌入生成对抗网络框架作为生成器和鉴别器来分析电池时序数据,通过判别网络中的判别损失误差和生成网络中的重构残差得到异常损失进行综合判断;最后,以CEC-VRB-5kW型号电池为对象,并构造不同强度的虚假数据攻击进行实验,验证检测方法的准确性与可行性。结果表明,与经典循环神经网络、随机森林、自编码器、长短时记忆网络检测方法进行对比,所提方法具有较高的检测精度,在VRB储能系统荷电状态估计中能够有效辨识虚假数据攻击。

关键词：长短时记忆网络生成对抗网络储能系统 SOC估计虚假数据注入攻击

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多策略混合的改进沙猫群优化算法及其应用

控制与决策 2024年第10期39卷 3216-3224页

作者：回立川于千皓辽宁工程技术大学电气与控制工程学院

为了增加基本沙猫群算法的搜索效率、收敛效率,增加种群的多样性,增强全局搜索能力,提出一种多策略混合的改进沙猫群算法(improved sand cat swarm optimization algorithm, IMSCSO).利用Sine映射进行初始化以得到分布更加均匀的种群;... 详细信息

为了增加基本沙猫群算法的搜索效率、收敛效率,增加种群的多样性,增强全局搜索能力,提出一种多策略混合的改进沙猫群算法(improved sand cat swarm optimization algorithm, IMSCSO).利用Sine映射进行初始化以得到分布更加均匀的种群;在攻击行为中根据个体适应度的大小对攻击区间进行区域划分,减小攻击范围,增加搜索效率;将向量的线性变换引入到搜寻行为中,通过对系数矩阵的设计增加收敛效率;利用聚集度圆增加算法跳出局部最优的能力;通过引入生存机制的黄金正弦策略增强其局部开发的能力.使用12个基本测试函数对改进后的算法进行测试,经过Wilcoxon秩和检测、时间复杂度分析、李亚普诺夫稳定性分析验证改进算法的优越性.最后使用改进沙猫群算法对SVM参数进行优化,并应用于轴承故障检测,证明算法在实际应用中的有效性.

关键词：沙猫群算法 Sine映射区域划分线性变换聚集度圆黄金正弦策略生存机制