摘要：谐振系统是实现直线压缩机往复运行的关键部件,而用于斯特林制冷机的板弹簧,轴向刚度低、成本高,并且在大振幅运行时易发生疲劳断裂,不适用于大制冷量的民用制冷领域。针对以上问题,设计了一款圆柱臂螺旋盘簧(以下简称盘簧),并基于能量守恒法和莫尔积分法分别建立了盘簧的轴向和径向刚度理论模型,并通过试验验证了理论模型的误差小于6.88%;对装配有盘簧的动磁式直线压缩机进行测试,结果表明,在压缩机动态运行中,所设计盘簧能够保持轴向刚度的恒定,并在一定程度上对活塞起到径向支撑作用,使活塞与气缸之间的阻尼比为0.104 7。最后,对具有相同外径的板弹簧和盘簧进行了相比,得到盘簧的固有频率是板弹簧的1.56倍,最大等效应力可降低41.2%。在达到相同疲劳寿命时,盘簧允许的最大振幅是板弹簧的1.53倍,验证了盘簧在直线压缩机上的应用是可行的。

摘要：针对电铲钢丝绳更换效率低下的问题,设计了一种用来更换电铲钢丝绳的机械臂架。以机械臂架末端执行器提取的钢丝绳重力为主要作用载荷,建立了机械臂架动力学模型。利用有限元分析方法、多体动力学分析方法及“弹簧-转子”模型,对臂杆及主要铰接关节进行刚柔耦合动力学分析,研究不同关节刚度对末端执行器动态特性的影响,并根据仿真结果选取各关节较优的刚度,来进一步分析有/无钢丝绳作用对关节角位移和末端执行器位移的影响。结果表明:随着关节刚度系数的增大,关节角位移与全刚体无钢丝绳状态下的偏差逐渐减小,末端执行器的位移逐渐趋近于全刚体无钢丝绳状态;伸缩小臂与弧形臂铰接关节的刚度对末端执行器位移的影响最大;在选取各关节较优的刚度系数后,在钢丝绳作用下伸缩机构与转台铰接关节产生的角位移偏差最小,在无钢丝绳作用下机械臂架的振动幅度大于有钢丝绳作用时。研究结果为机械臂架工作稳定性及运动精度控制研究提供了参考。

摘要：为了实现在电铲工作过程中对铲齿磨损进行实时检测,防止因铲齿磨损而影响电铲开采效率,提出了一种基于改进Mask Scoring R-CNN(region convolutional neural network,区域卷积神经网络)的铲齿实例分割模型。首先,以ResNet-101(residual network,残差网络)和改进的FPN(feature pyramid networks,特征金字塔网络)作为主干网络,提取高、低特征层的语义信息和细节特征并融合,结合ROI Align层对局部特征层进行裁剪和归一化处理,以完成目标检测与实例分割;然后,基于获取的铲齿分割效果图以及二值化掩码图形信息,计算实例分割后图像中铲齿部分的像素面积,以判断其磨损情况。结果表明,以ResNet-101和改进FPN为主干网络的铲齿实例分割模型在测试集上的平均像素精度为90.76%,平均交并比为83.62%,相比于以ResNet-101和传统FPN为主干网络的实例分割模型分别提升了1.18%和1.21%。在电铲采掘工作现场进行8次铲齿磨损检测实验,检测到的每颗铲齿的磨损程度波动幅度均小于2%,均方差为0.7左右,说明所提出的实例分割模型对铲齿有较好的分割效果和稳定性,基本满足磨损检测要求。研究结果可为铲齿磨损状态的智能化检测提供新思路。

摘要：针对目前掘进机截割时因产生大量振动而导致零部件受损及稳定性降低的问题,基于纵向截割工况,对新型纵轴式掘进机的振动特性进行分析和预测。首先,对掘进机截割头的受力进行分析,并运用Bekker沉陷理论对履带受力进行分析。然后,将履带与底板之间的接触力和截割载荷作为外部激励,采用拉格朗日方程建立掘进机的纵向非线性动力学模型。接着,基于Runge-Kutta变步长算法,利用MATLAB软件对掘进机动力学模型进行求解,并将求解结果与实验结果进行比较,验证了动力学模型的正确性。最后,利用所构建的动力学模型对不同支稳机构刚度下掘进机关键部位的振动位移进行预测。结果表明:在多个外部激励的复合影响下,掘进机整机的振动处于混沌状态,其横滚振动位移很小,俯仰振动占主导地位;随着支稳机构刚度的递增,掘进机关键部位的振动位移呈显著减小趋势,当支稳机构的刚度增大至初始刚度的3倍时,掘进机机身的振动位移减小了29%,截割臂振动位移减小了22%,截割头振动位移减小了20%。研究结果证明增大支稳机构刚度可有效减小掘进机的振动响应,这可为掘进机的稳定性提升和结构优化提供理论依据。

摘要：为提高油罐车碰撞的安全性和环保性,以防护栏式油罐车后防护装置为研究原型,设计泡沫铝填充结构的油罐车后防护装置,运用多目标优化设计理论优化其结构.在两种主要交通事故中,对油罐车后防护装置原型结构和优化后泡沫铝填充结构进行有限元仿真,分析吸能性、应力、变形、加速度响应和质量.研究结果表明:当质量降低时,泡沫铝填充结构油罐车后防护装置的最大吸能量显著提高,最大应力、变形及加速度峰值降低.研究结论为油罐车后防护装置的设计提供理论依据.

摘要：近年来硬质煤层比例不断上升,传统机械截割方法在硬煤条件下的效率低下一直是我国煤炭生产行业的攻坚难题,寻求一种对硬质煤层具有强适用性的破碎方法成为煤矿智能化建设的重要科学问题。冲击与截割协同破煤技术是一种新型硬煤开采方式,其通过利用截齿在运动切线方向上的往复冲击使煤体内部产生破坏,降低硬煤开采难度。而考虑到截齿冲击的时空差异可能对破煤性能产生影响,将冲击截齿应用至采煤机滚筒,设计了具有截齿冲击功能的采煤机改造结构,基于该结构建立了不同截齿冲击时空关系的运动模型,并利用离散元方法分析了不同冲击时空关系的滚筒破煤特性,模拟结果表明,同步冲击方式在各硬度下的破煤效率均优于异步冲击的破煤效率,滚筒受力均值与峰值均低于异步冲击,且相对异步冲击更稳定;此外同步冲击在各硬度下的破煤性能相对传统滚筒均有较大提升,2种方式下的破煤效率差距最大接近24%,滚筒受力差距最大达到60 kN。为测试冲击与截割协同破煤技术的实际性能,设计了简化试验装置,开展了井下破煤测试,测试结果表明,截齿冲击与未冲击状态下的平均截割阻力分别为4 473,5 390 N,截齿冲击较未冲击时可降低截割阻力约17.22%以上,所得结果虽与模拟结果有偏差,但综合截割机构减小、煤体硬度减小因素,仍可认为冲击与截割协同破煤的实际性能取得了理想效果,并体现了冲击与截割协同破煤对坚固性系数煤层的有效性,同时也可以认为截割载荷降低程度的变化规律与模拟所得变化规律相似,验证了同步冲击时空关系对硬煤具有更高适用性的结论。

摘要：针对二次调节加载系统结构复杂、存在耦合干扰等问题,提出一种基于自适应反推滑模算法(ABM)的二次调节加载系统控制器。根据系统原理建立了含有不确定性干扰的转速系统的动态数学模型,基于反推法设计控制器,引入滑模变结构控制率以避免传统反推控制中存在的计算膨胀和干扰抑制不彻底等问题。考虑到滑模变结构控制可能引起的抖振,引入自适应控制策略,对系统的耦合干扰等不确定性进行估计,提高系统的鲁棒性。利用Barbalat引理对系统稳定性进行验证,然后对系统进行仿真分析。研究结果表明:设计的控制器可以使系统在受到强烈干扰的情况下获得优良的跟踪性能。

摘要：针对长运距大型带式输送机托辊故障频发,托辊更换工作导致停机停产,以及传统人工更换托辊方式效率低、设备单一等问题,以王家岭煤矿主平硐带式输送机为研究对象,提出了一种可实现不停机更换托辊的机器人,以提高托辊更换效率。皮带举升机构是更换托辊机器人的重要部件,基于该机器人的功能需求以及带式输送机空间狭窄、皮带载荷大等特点,设计了剪叉式皮带举升机构。首先,利用SolidWorks软件构建了剪叉式皮带举升机构的三维模型,基于带式输送机参数计算得到举升皮带的工作载荷后,对皮带举升机构进行受力分析。然后,采用SolidWorks Motion模块对皮带举升机构进行运动学仿真分析,同时利用ANSYS Workbench有限元软件对其进行静力学仿真分析。最后,开展地面试验和井下试验,以验证所设计的皮带举升机构的可行性。地面试验结果表明,在20~60 kN载荷下,皮带举升机构竖直位移的实测结果与仿真结果的匹配精度为6%~15%,验证了其主体结构的承载能力满足设计要求;井下试验结果证明了皮带举升机构设计的合理性和可靠性。剪叉式皮带举升机构的承载能力和举升高度均符合更换托辊机器人的功能需求,是实现带式输送机不停机更换托辊的关键技术突破。

摘要：为解决Exechon机器人装配要求高、存在冗余约束而导致制造成本过高的问题,基于Exechon机床的并联部分设计其变异机构RPU-SPR-SPU(R-转动副、P-移动副、U-虎克铰、S-球副).应用螺旋理论计算新机构的自由度,采用矢量法求机构位置反解.考虑到新机构与原机构相比,刚度可能会有所降低,采用虚拟关节法求出机构刚度的数学模型,并且与有限元静力学分析的结果进行对比,验证公式的正确性.根据运动学反解在固定的工作平面上求出刚度分布情况,分析机构位型对刚度的影响.研究结果表明:RPU-SPR-SPU机构具有无冗余约束、装配简单等优点,刚度特性良好.

摘要：为提高含夹矸煤层赋存条件下采煤机螺旋滚筒的可靠性,以“MG400/951-WD”采煤机为研究对象,对含夹矸煤层的试样进行物理力学参数测试。基于破煤理论,模拟得到含夹矸煤层赋存条件下螺旋滚筒的冲击载荷。结合刚柔耦合虚拟样机技术建立以螺旋滚筒为模态中性文件的采煤机刚柔耦合虚拟样机模型,得到螺旋滚筒的应力分布规律和振动特性。对采煤机刚柔耦合模型进行受迫振动分析,得到系统模态频率。在可靠性干涉理论和共振失效准则分析的基础上,利用神经网络,讨论相关失效理论的采煤机螺旋滚筒可靠性灵敏度优化设计问题。分析牵引速度v_(q)、螺旋滚筒直径D、螺旋升角a、螺旋滚筒宽度B和截线距t对螺旋滚筒应力可靠性、振动频率可靠性和振幅可靠性的影响。构建螺旋滚筒多目标优化设计状态函数,利用结构进化优化算法,得到螺旋滚筒设计变量的最优解。结果表明:优化后螺旋滚筒最大应力为770.0351 MPa,较优化前降低11.42%;优化后的螺旋滚筒固有频率得到提升;优化后螺旋滚筒振幅为0.3616 mm,较优化前降低20.12%,动力学指标得到改善,螺旋滚筒设计变量对其可靠性的影响程度降低;优化后螺旋滚筒可靠度由0.8324提高至0.9885。将刚柔耦合虚拟样机技术与基于相关失效模式的可靠性灵敏度设计理论和结构进化算法相结合,为设计含夹矸煤层赋存条件下的高可靠性采煤机螺旋滚筒提供更快速、可靠的技术手段。