摘要：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。

摘要：工程车辆处于恶劣的工作环境中,垂向单维度的被动减振无法满足实际需求。为解决该问题,依据可实现三维减振的3-RPS并联机构座椅悬架,提出一种新型三维控制策略。基于“座椅-人体”三维振动数学模型,设计一种新的三维天棚控制模型,作为滑模控制的参考对象。设计滑模控制器,并根据Lyapunov稳定判据,对控制系统的稳定性进行分析判断。利用Simulink软件建立座椅-人体受振模型,对处于E、F、G级3种路面环境中,分别采用滑模控制以及被动控制模式的座椅的减振效果进行仿真对比分析。结果表明,相较于被动控制的座椅悬架,采用三维滑模控制的座椅悬架在垂直方向上的加速度下降率在38.88%至57.06%之间;俯仰方向上的角加速度的下降率在36.00%至54.89%之间;侧倾方向上的角加速度的下降率在49.58%至59.97%之间。且可有效降低垂直方向上的加速度峰值,对于冲击载荷减振性能良好。研究成果可为半主动多维减振座椅悬架控制策略的研究提供一定参考。

摘要：在面临超大服役空间的起升高度场合进行作业时,轮式起重机的驾驶室需要适时调整上仰下俯动作以适应升降变化。为获得稳定的驾驶室空间变化,采用物理拓扑结构解耦,构建液压系统的数学模型,并提出鲸鱼算法优化分数阶控制器(WOA-FOPID)的控制策略,重点分析对比控制策略优化前后的动态响应性和抗干扰性。结果表明,WOA-FOPID控制策略可以对驾驶室的俯仰进行准确、快速、稳定的控制,提高了驾驶室的舒适性和宜人性。

摘要：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。

摘要：介绍了2023年度国家自然科学基金委员会工程与材料科学部机械设计与制造学科(工程科学二处)“人才”和“研究”两类项目系列中部分类型项目的申请、评审与资助情况,以及科学基金项目的进展与结题情况,阐述了机械设计与制造学科在科学基金改革探索、加强人才培养和研讨未来发展方向等方面的具体举措,并展望了2024年的主要工作。

摘要：针对矿用自卸车行驶过程中的厢斗内物料稳定性问题,研究厢斗内物料动态安息角对厢斗结构设计的影响。首先,基于离散元方法,分析煤颗粒在自然状态下的安息角;进一步,建立厢斗简化模型,研究不同安装角度下矿车正常行驶及爬坡过程中物料的动态安息角,并分析物料滑动规律;结果表明:在水平路面行驶工况下物料动态安息角随厢斗安装角度增加而减小,而爬坡过程中由于厢斗内物料的滑动导致动态安息角随安装角度的增加先缓慢减小再变大再快速减小;当安装角度为10°时可有效避免厢斗内物料的滑动;最后,以确保厢斗稳定性装载及不撒料为目标,提出厢斗侧板后端的角度设计公式,为厢斗结构设计提供理论依据。

摘要：构建支重轮-履带-地面多体耦合系统是研究履带机器人行驶平顺性的重要环节。以单侧五支重轮履带机器人为研究对象,在非线性悬挂系统模型以及考虑履带滤波作用的路面激励的基础上,建立了履带机器人振动理论估算模型。然后,基于履带机器人在不同等级路面及不同行驶速度工况下的仿真实验,利用均方根值定量分析了行驶速度、路面激励对机器人车体及其支重轮垂向振动的影响。最后,通过开展外路实验来验证七自由度半车的振动理论估算模型和动力学仿真模型。结果表明:随着行驶速度和路面不平度的提高,履带机器人车体的垂向振动近似呈线性增大,履带对路面激励有滤波作用。履带机器人车体质心及支重轮1,3,5的垂向振动加速度对路面激励最为敏感,车体垂向振动加速度功率谱密度幅值在频率为19 Hz左右时最大。由于支重轮5靠近驱动段,履带与主动轮啮合产生的多边形效应使其垂向振动相对于其他支重轮偏大。理论建模、仿真分析及外路实验相结合的方法为履带机器人在不同路况下的振动响应特性研究提供了新思路。

摘要：为提高机械产品的质量和可靠性,降低制造成本,以箱形截面的悬臂结构为研究对象,采用智能优化领域中的最新研究成果-镜面反射算法,综合结构优化设计和稳健设计两种先进的结构分析方法,对悬臂梁结构进行稳健优化设计研究。在对机械产品结构进行轻量化研究的前提下,探究实际环境中某些具有非确定设计特征的参数的影响,保证设计目标不会因设计变量的微小变化而产生较大波动,提高产品的稳健性。在结构优化模型中引入灵敏度指标的概念,构建能够同时满足结构轻量化和稳健性的多目标优化问题。考虑环境及制造条件的影响,将设计变量参数离散化,采用MATLAB编写专用优化程序对悬臂梁结构进行稳健优化分析,数值算例的计算结果表明,镜面反射算法适合于求解结构稳健优化设计问题,镜面反射算法是一种方便、实用的结构设计工具,这里的研究为金属结构的设计提供了新思路。

摘要：为了改进人工势场法(artificial potential field,APF)在智能车高速超车状态下规划出的轨迹规范性差、安全性得不到保障、以及路径不平滑的问题。设计用于指引智能车换道的换道引力势场,以保证换道轨迹的规范性;构建异向分布结构的障碍车斥力势场提高换道的安全性;并建立带有转向缺口的道路中心线斥力势场和设计平滑代价函数优化规划出的轨迹点,使规划出的路径更加平滑。基于线性二次型调节器(linear quadratic regulator,LQR)设计路径跟踪控制器跟踪规划出的路径。通过Simulink与Carsim联合仿真,结果表明:所改进的APF算法能规划出更加合理的路径,设计的LQR路径跟踪控制器跟踪误差趋近于零,能够较好地控制车辆完成超车换道。

摘要：高水基比例阀先导液阻桥路直接影响主阀的控制特性,多功能、多类型液阻构成的复杂先导液阻网络成为比例阀设计的关键。采用数学建模、流场仿真以及试验研究相结合的方式分析位移-流量反馈式高水基比例方向阀先导液阻桥路的液阻特性,考虑了主阀进液阀芯和阀套之间环形间隙的流量泄漏。结果表明:当环形间隙面积一定时,位移反馈槽宽度越大,位移反馈节流控制线性度越好,然而,位移反馈槽宽度越大,先导液桥流量需求越大,高速开关阀组匹配设计难度越大;回液液阻对液桥起背压作用,回液液阻尺寸越小,背压效果越好,位移反馈槽节流控制线性度越差。根据流场仿真结果,综合匹配设计高速开关阀组及进液液阻,通过试验验证了先导液阻网络各液阻尺寸匹配策略的正确性。