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[硕士论文] 祁鹏
机械制造及其自动化 兰州交通大学 2018(学位年度)
摘要:岸边集装箱桥式起重机(简称岸桥)作为港口集装箱装卸的主要起重设备,其安全可靠的运行是保证整个港口正常运转的重要指标。传统起重机的设计多依赖于设计者的经验,且工作量较为繁重,设计周期较长,设计成本较高。在结构计算与校核方面,主要以静强度校核和简化结构校核为主,且一般采用较大的安全系数来保证岸桥的安全性能,缺乏疲劳寿命可靠性分析。而岸桥在其服役过程中的主要失效方式为疲劳失效,起承载作用的钢结构的疲劳可靠性很大程度上反映了起重机的疲劳寿命,因此在岸桥的设计阶段对其钢结构进行疲劳寿命研究就显得十分重要。
  本文从岸桥钢结构参数化模型建立及其疲劳问题研究两方面入手,解决岸桥设计环节中设计周期长、模型修改效率低、疲劳问题分析不完善等问题。论文的主要内容包括:
  (1)结构疲劳可靠性理论综述,详细分析了构件在常幅载荷、变幅载荷、随机载荷作用下的疲劳预测方法。
  (2)岸桥钢结构参数化模型及设计系统的构建。从一般机械结构参数化方法出发,对岸桥钢结构进行深入分析,利用Pro/E Program对岸桥钢结构的特征参数进行提取,对特征参数之间的关系进行了定义,建立了岸桥钢结构的参数化模型,并利用VB6.0编程环境和AGW软件开发了基于Pro/E的岸桥钢结构参数化设计系统,从而实现快速建立及修改岸桥钢结构模型,提高设计效率的目的。
  (3)岸桥钢结构有限元分析模型的构建及静力学分析。提出了岸桥钢结构有限元模型的简化方法,利用HyperMesh和ABAQUS软件建立了岸桥钢结构的有限元模型。根据GB3811-2005起重机设计标准和FEM欧洲起重机设计标准确定岸桥的载荷组合,并运用ABAQUS Standar求解器对满载小车处于典型位置下的岸桥进行静力学分析,根据计算结果对岸桥进行强度和刚度校核。
  (4)岸桥钢结构疲劳寿命分析。通过对岸桥疲劳载荷形式和运行小车的运动规律的分析,运用一种基于有限元的静应力向应力谱转化的方法,得到运行小车在大梁上运行时岸桥的载荷时间历程,并在FE-SAFE疲劳分析软件环境下对岸桥进行了疲劳分析。
[硕士论文] 马强强
机械工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:气动技术随着科技的进步得到广泛的应用,新型的气动工具逐步进入市场,其中气动葫芦具有很强的市场竞争力,在军工、石油、化工等具有易燃易爆的危险环境中被广泛使用,逐步取代了现有的手拉葫芦和电动葫芦。但通过对国内外气动葫芦研究现状的分析和实际调研发现,国内气动葫芦普遍存在壳体负载能力不足、制动性能差、马达噪声大、无限载限位保护等诸多问题,对其安全生产和推广使用产生了很大的影响。
  针对以上情况,本论文首先根据论文对气动葫芦技术指标的要求,对机械结构进行总体设计,分析了影响负载能力和提升速度的因素,依据气动马达的工作原理和结构特点,建立马达内部压力变化的数学模型和转矩平衡方程,并进行运动仿真分析,利用仿真结果修正马达结构参数以提高马达工作运行的平稳性;另外制动器被认为是气动葫芦安全生产中的关键部件,在对主体结构进行合理设计的同时,还对弹簧受力情况进行分析优化,得出弹簧的振动方程,提高了气动葫芦的制动效果。
  其次论文借助ANSYS Workbench分析软件,对气动葫芦的壳体进行了结构静力分析,虽然出现局部的应力集中现象,但是壳体在额定负载的情况下,最大应变值0.038mm小于壳体材料的弹性应变,可保证气动葫芦对壳体强度和刚度的要求;通过对制动器的瞬态分析,得出在外界突然制动的条件下摩擦片磨损对制动性能的影响情况,并根据仿真结果进一步提高制动器的制动性能;此外在对气动马达模态分析的同时,获得分析频率列表和模态云图,根据频率变化比较明显的模态发现:频率在539.78HZ和2404.3HZ工作气动马达振动最为剧烈,噪声最大,应当减小马达主轴圆切面的半径,降低马达对周围工作环境的影响。
  最后,利用建模仿真平台AMESim软件针对设计的气动系统搭建AMESim气动仿真模型,通过AMESim软件分析气动系统中制动器压力、响应速度以及马达主轴转矩随时间变化的情况,得出制动器可以在0.05s内瞬间达到3倍载荷的制动力,可保证系统在安全时间内能够迅速达到制动效果,且仿真模拟也表明,当负载超过额定载荷时马达的转矩将减至零,达到限载保护的目的,同时工业性试验也进一步表明了该气动系统的可靠性和稳定性。
[硕士论文] 刘杨
机械工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:带式输送机具有运量大、运输距离长、可连续运输等特点,被广泛应用于煤炭等领域,但输送带易跑偏,托辊与输送带之间的摩擦会使输送带磨损严重,并易使输送带过热,形成火灾和爆炸的隐患。因此,采用无托辊的支撑结构是解决上述问题的关键。永磁悬浮带式输送机是近年来出现的一种极具发展潜力的新型低阻力无辊带式输送机,要实现永磁悬浮带式输送机的稳定运行,其核心问题就是要保证磁性输送带—永磁悬浮支撑系统的平衡及稳定。
  本文以永磁悬浮带式输送机悬浮支撑系统稳定性问题为研究对象,介绍了永磁体空间磁场三种计算方法,在前人研究基础上,建立了永磁悬浮支撑系统的三维模型,推导出永磁悬浮支撑系统磁性输送带在正常运行、跑偏和侧倾三种情况下所受的悬浮力和侧向力公式。
  通过FEM有限元分析方法计算出磁性带各方向上的磁场力,与推导的公式进行对比,并对公式进行修正,对比了平型、槽型和V型三种输送带跑偏时所受的侧向力,找到稳定性较好的带型,通过对比下方永磁体几种不同布置形式下的受力,得到稳定性较好的方案,在此基础上提出了物理阻断防跑偏、增大拉紧力以及自动控制调偏三种防跑偏措施。
  建立了悬浮支撑系统竖向振动模型,并对该模型进行仿真,提出了几种防止系统过载的稳定措施,对悬浮支撑系统进行开发实例研究,得到改进后的方案;通过对永磁悬浮带式输送机悬浮支撑系统稳定性的研究,设计并搭建出满足本课题需要跑偏后能够自动回正的样机。
[硕士论文] 丁冉
机械工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:普通带式输送机存在摩擦力大、能耗高等缺点。现有的无托辊式带式输送机,存在沿线气压损失、液体浸湿输送带、难以调节和控制等问题。针对上述问题,本文提出了一类新型的特种带式输送机:电磁吸力式磁悬浮带式输送机。该带式输送机可实现无接触支撑,稳定可控悬浮。具体研究内容如下:
  对电磁吸力式磁悬浮带式输送机输送带进行力学分析,给出了输送带稳定悬浮的必要条件,分析表明除输送方向外,该悬浮支撑结构,可限制输送带各方向位移,可实现稳定悬浮。建立单点电磁悬浮系统的数学模型,即其动力学方程与电路方程。对其支撑装置承载特性进行了分析,分析不同扰动对电磁力和稳定性的影响,得出了无控制时系统的刚度,分析表明对系统稳定性影响最大的扰动是绕y轴的转动。
  建立单点电磁悬浮系统线性化与非线性化模型,建立单点磁悬浮系统Simulink仿真模型。设计了单点磁悬浮系统的PD、改进PD和PID控制器,得到PD控制器参数的选定范围,得到不同稳定气隙下,改进PD控制器的参数。采用线性二次型最优控制指标,得到最优PID控制系统参数为:Ki=425470m.s,Kp=908432V/m,Kd=13297/m,Kc=800Ω。仿真表明上述控制器在不同悬浮气隙与负载下,都可实现系统的稳定悬浮,PD控制器存在静差,改进PD则有更快的调节速度,PID控制器的静态差较小。
  自行设计小型模拟实验台。仿真结果表明:设定稳定悬浮气隙为5mm,负载为20N,启动气隙为10mm,在300ms以内,能够在5mm的气隙处稳定悬浮。
  通过合理的电磁铁布置和电磁控制系统设计,电磁吸力式磁悬浮带式输送机可以实现无接触支撑,且输送带能够稳定的悬浮。该研究对带式输送机的发展有一定的参考意义。
[硕士论文] 陈健康
机械工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:带式输送机是世界上最主要的散状物料运输设备之一,已广泛运用于化工、港口、物流和煤矿等领域。当带式输送机直接启动时,会对电网造成冲击,降低带式输送机使用寿命,这就要求驱动系统提供可调节的速度与转矩,本文将提出一种新型调速型装置,矿用带式输送机可控永磁涡流调速系统,与现有调速装置相比具有无法比拟的优势,将磁力耦合器运用在带式输送机上,具有结构简单、安装方便、安全可靠、绿色环保等优势,主要研究内容和特色如下:
  1.根据双盘磁力耦合器的结构,分析了双盘磁力耦合器的工作原理,基于磁路法建立双盘调速型磁力耦合器的数学模型,推导出功率损耗、输出扭矩的基本规律,并联立三相异步电机、减速器和带式输送机,建立了矿用带式输送机可控永磁涡流调速系统的数学模型。
  2.对带式输送机可控永磁涡流调速控制系统进行分析,运用Matlab Simulink建立矿用带式输送机永磁涡流系统的模型,并仿真模拟研究带式输送机以Harrison曲线启动,实验结果表明可以通过调节铜盘和永磁体盘之间的气隙实现带式输送机的软启动;同时对将磁力耦合器运用在带式输送机上的多机功率平衡过程进行理论研究和分析。
  3.建立磁力耦合器三维模型,运用Ansoft Maxwell三维有限元软件对磁力耦合器的进行仿真,探讨分析不同铜盘和永磁体盘间气隙、永磁体个数及截面面积、永磁体盘厚度和铜盘厚度在恒负载工况下对磁力耦合器输出速度的影响。
  4.在永磁涡流实验台上进行实验研究。首先对磁力耦合器在恒力矩情况下的通过气隙调节转速进行实验研究,通过气隙调节可以很好实现速度调节;接着模拟带式输送机可控永磁涡流的软启动过程,通过调节气隙实现带式输送机输出转速近似Harrison曲线启动,得到实际运行曲线;同时对磁力耦合器滑脱点进行测量,对带式输送机发生堵转进行实验,随着气隙的增加,所能带动的最大稳定扭矩减小;同时对带式输送机可控永磁涡流的恒负载启动电流进行实验研究,结果表明带式输送机运用磁力耦合器启动时,启动电流很低,对电网冲击很小,磁力耦合器自带“延时启动”;最后对带式输送机的功率平衡过程进行实验。
[硕士论文] 王方涛
机械工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:带式输送机是工业生产中一种常见的物料运输机械,被广泛地应用于经济生产的各个行业。但传统带式输送机采用托辊支撑结构,运行阻力较大,研究表明与托辊相关的阻力约占输送机主要阻力的70%,近年来出现的永磁悬浮带式输送机采用无托辊结构,具有摩擦耗能少、维修费用低、制造成本低、运行稳定、工作可靠等优势,其利用相同磁极间的磁斥力支承物料和输送带,因此其悬浮力是磁悬浮带式输送机系统的重要参数。
  本文结合相关学科相关知识,主要对永磁带式输送机的永磁悬浮装置产生的悬浮力进行研究分析,并搭建永磁悬浮带式输送机模型进行验证。首先本文以永磁悬浮系统为主要研究对象,介绍了两种计算悬浮力的方法,结合磁悬浮的理论基础,建立了永磁悬浮支撑系统的数学模型,给出了永磁悬浮支撑系统空间磁场悬浮力的计算公式;其次建立永磁悬浮装置的仿真模型,运用FEM方法,通过Maxwell软件对影响永磁体悬浮力的主要因素:永磁体体积、间隙、气隙、形状、磁化现象、漏磁等进行仿真分析,得出结论:当永磁体的体积一定时,选用长方体钕铁硼永磁体进行不规则排列,并适当调整永磁体分块数目和磁体间的间隙,平衡磁化和漏磁的影响,永磁悬浮装置所产生的悬浮力最大;根据已得出的结论,对工程实例进行优化,通过SPSS对多组实验数据线性回归分析,求出不同影响因素与悬浮力的线性关系,运用MATLAB工具优化箱,找出最优方案;搭建满足本课题的永磁带式输送机样机,验证理论研究有效性。
  本文对永磁悬浮带式输送机的永磁悬浮装置进行设计研究,并搭建出相应的试验台。该课题的研究对新型磁悬浮带式输送机的设计和开发具有一定的参考意义。
[硕士论文] 徐传洪
机械制造及其自动化 山东科技大学 2018(学位年度)
摘要:为降低带式输送机的能耗,采用理论推理、数值仿真以及实验测试相结合的方法对输送机运行阻力进行研究分析,具体分为以下几个研究内容:
  首先,对输送机的各种运行阻力的机理进行研究,确定三参量固态模型作为输送带的计算模型,同时基于朗肯定理、能耗理论得到托辊组各托辊上的受力,进而推导出槽形托辊组的压陷阻力、旋转阻力矩以及物料之间挤搓阻力的数学模型。
  其次,对槽形托辊组压陷阻力数学模型和槽型托辊组旋转阻力矩数学模型进行数值仿真,找出运量、速度、槽角、托辊半径等对压陷阻力的影响,同时分析了运量、速度、槽角对托辊组旋转阻力矩影响,得到了各变量与阻力之间关系的变化曲线。
  最后,设计压陷阻力试验台和托辊旋转阻力试验台,实验测试各种因素对阻力的影响,将测试的数据曲线与仿真的曲线进行比较,验证推导数学模型的准确性。
  研究结果表明,槽型托辊组的槽角最好设置在40°上下浮动5°,此时压陷阻力与托辊的旋转阻力矩处于最小范围内。压陷阻力随着正压力增加而增大,随着托辊半径的增大而减小,随着带速增加而增大。托辊组旋转阻力矩随着运量增加而增大,随着转速的增大而增加。这些变化规律为带式输送机优化设计提供参考依据,可以根据不同运量选择合适托辊半径、槽角及带速,实现节能优化。
[硕士论文] 刘传峰
机械电子工程 山东科技大学 2018(学位年度)
摘要:滚筒不仅是带式输送机的重要部件也是极易失效的部件,其使用寿命严重影响着带式输送机的正常运转和生产。本文从滚筒失效形式着手,建立滚筒结构的数学模型,研究滚筒内应力分布规律,进行定性和定量研究,并进行数值仿真;研究滚筒的失效机理,找到失效的真正原因,并提出相应的改进措施,为指导应用实践提供宝贵的理论依据。
  论文共包含五章,第一章针对带式输送机工作现场中出现的滚筒损坏情况总结出滚筒失效形式有以下几种:滚筒胶面脱胶失效、滚筒焊缝开裂失效和滚筒胶面磨损失效。第二章主要介绍其结构、分类以及其失效的原因。第三章根据带式输送机滚筒不同包胶形式分别建立冷硫化包胶和热硫化包胶的数学模型,推导出粘结剂剪应力公式,针对影响剪应力的因素进行定性和定量分析,通过数值仿真分析两种包胶形式下粘结剂厚度、滚筒分离点输出张力、摩擦系数、围包角等对粘结剂剪应力影响情况,结果表明热硫化包胶滚筒既能承受更大的输出张力也能获得更大的围包角,并针对滚筒胶面脱胶提出相应控制措施。第四章针对滚筒焊缝开裂失效,从焊缝裂纹萌生与裂纹扩展两方面进行失效分析。对于焊缝裂纹萌生可归结为焊缝处应力集中和残余应力的作用结果。针对焊缝应力集中,建立应力集中系数的数学模型,利用MATLAB软件对各个影响因素进行仿真分析。针对焊缝残余应力,运用ANSYS软件进行分析,比较不同焊接速度、不同焊接电流时焊缝处残余应力的分布情况;结果表明焊接速率越快,焊缝处残存应力峰值越大;焊接电流越大,焊缝残余应力峰值越大;但这两个参数值的变化对焊缝残余应力峰值出现位置变化影响较小。对于滚筒焊缝裂纹扩展机理分析,建立裂纹扩展的数学模型,推导出焊缝中滑开型裂纹的应力强度因子公式,分析影响其扩展速率的因素,并提出相应控制其扩展的措施。第五章针对滚筒胶面磨损,建立滚筒胶面磨损力学模型,推导出滚筒胶面磨损率公式,通过仿真得出各个因素对其胶面磨损的影响,结果表明输送带张力、滑动角、钢丝绳间距和钢丝绳直径对滚筒胶面的磨损都有着不同程度的影响,其中影响最为严重的是输送带张力。通过改变钢丝绳间距和钢丝绳直径来控制滚筒胶面磨损,对研制新型节能输送带具有重要理论指导意义。
[硕士论文] 郭泗坡
机械工程 山东科技大学 2018(学位年度)
摘要:本文通过分析目前国内使用的钢丝绳牵引带式输送系统的特点,结合现场设备多年使用亟需升级的实际状态,找出普遍存在的问题,如零部件的使用寿命较短,可能出现脱槽及断带事故,驱动装置复杂,运行可靠性差,维修费用高等,提出了一种对目前老式的钢丝绳牵引带式输送机进行升级改造的方案。
  根据钢丝绳牵引带式输送机的运行特性,以山东能源新汶矿业集团某矿井的钢丝绳牵引带式输送机运输系统的升级改造为例,具体做了以下工作:
  (1)研究该钢丝绳牵引带式输送系统的静力学设计和动力学特性,完成钢丝绳牵引带式输送机的系统升级方案设计计算。
  (2)运用等应力理论和有限元分析方法,对新材料驱动绳轮、高分子钢丝绳托轮等核心零部件进行研究和结构优化设计,既保证零部件工艺性,又本着合理利用工程材料的原则,尽可能的充分利用零部件的各个截面的承载能力,减轻机械设备的重量,降低成本。
  (3)对钢丝绳牵引带式输送机的驱动系统、可控制动系统以及控制系统进行升级优化设计,提高其运行的安全性和可靠性。
  (4)针对改造过程中可能出现的问题,设计出优化改造和施工方案,提高了改造效率,为矿井快速恢复生产争取了宝贵时间。
  (5)升级钢丝绳牵引带式输送机、给煤机、转载机等组成的网络控制系统,实现基本控制功能、故障诊断、监控、补偿计算、优化控制策略、支持参数修改、报警功能和显示功能等。
  经过对钢丝绳牵引带式输送机系统的升级改造,形成了目前较为先进的钢丝绳牵引带式输送系统,为用户单位节省了投资,缩短了改造时间,提高了系统安全性和可靠性。
[硕士论文] 何婷婷
机械电子工程 山东科技大学 2018(学位年度)
摘要:轨式输送机作为一种新型节能产品可以实现单机超长距离(>20km)运输,为客户实现散料厂距离物流提供了更多选择,轨式输送机工作原理是:将传统输送机改为轨道式输送机,输送带在轨道上运行的承托车的牵引下进行物料输送,但是输送承托车在轨道上运行会产生振动和噪声,研究噪声产生机理,如何降低运行噪声是大家关注的课题,本文提出对轨式输送机的噪声进行研究及预测,为轨式输送机系统优化提供依据。
  输送机产生噪声的直接原因为轮轨系统的结构特性,本文首先对输送机轮轨系统振动特性进行分析,建立有限元模型,利用软件对承托车车轮进行模态分析,桁架轨道系统的振动特性分析中,引入导纳的概念,利用解析法分析输送机轮轨系统的导纳特性,在以上的基础上对输送机轮轨振动噪声进行预测,并通过现场试验与预测结果进行对比分析,以下为本文的主要研究内容:
  首先对承托车车轮进行模态分析,得到承托车车轮的自振频率。由于车轮成对称结构,其阵型特性也存在对称性,模态为低阶时,主要表现为轮缘的扭摆及振动,随着阶数增加,踏面开始产生弯曲变形,当模态达到10阶时,车轮轮缘开始变为复杂的非线性扭摆变形。
  利用数值法解析轮轨关系的微分方程,对轮轨关系进行分析,得到轮轨在不同速度下作用力随时间的变化关系,以便与后期试验数据进行对比分析。
  以桁架结构的速度导纳作为分析结构振动的评价标准,利用动柔度法推出桁架的速度导纳幅值,用软件对桁架的速度导纳进行分析,得到桁架在模型原点以及跨点处随频率变化的速度导纳曲线,两点的速度导纳幅值随频率增加跨点处速度导纳明显大于原点处,得出结论桁架振动主要由轮轨之间相互作用引起的。
  分析桁架与轨道参数对系统振动特性的影响,主要包括轨道扣件刚度以及轨道材料对系统振动以及噪声辐射的影响。
  通过现场试验的方法,得到输送机轮轨在4个典型性位置下的振动以及噪声情况,利用数据采集装置获取轮轨振动以及噪声数据,将数据在软件中进行对比分析。
  结合噪声基本理论,以轮轨系统以及桁架的振动特性分析为基础,对输送机轮轨噪声进行预测,预测结果如下:
  分析轮轨在不同运行速度下特性,分别取速度1m/s、1.5m/s、2m/s,随着输送机运行速度的增加,各个频率下的车轮噪声、轨道噪声以及轮轨噪声均增大,且轮轨噪声增加值随着速度的提高增加逐渐缓慢,相同速度下噪声声压级随着频率的增加会逐渐趋于定值,该预测结论与第四章现场试验结果进行对比,验证了模型的正确性。
  轨道扣件刚度对振动噪声的影响主要集中在低频,高频处刚度参数对噪声基本无影响,轨道材料主要研究了铸铁和高分子材料两种,预测结果显示高分子材料在轮轨降噪方面起到明显的效果,试验结果同样验证了模型的可行性。
[硕士论文] 梁星星
机械电子工程 兰州交通大学 2018(学位年度)
摘要:随着社会机械化程度的提高,对吊运技术和吊运系统提出越来越高的要求,体现在吊运应用多元化,吊运环境复杂化,被吊运物多样化。为了降低吊运系统设计、制造的复杂程度,用多机器人并联组成欠约束柔索并联吊运系统,即多机协调吊运系统。该系统结合多机器人系统和柔索并联机器人的特征,不仅具有可重组性、通用性、灵活性强、可模块化、工作空间大、响应速度快、环境适应性强等优点,同时可解决单个机器人负载能力低以及无法调节被吊运物姿态的问题。欠约束柔索并联系统的内部动力学特性复杂,同时柔索具有柔性和单向约束的特性,故研究欠约束多机协调吊运系统具有很大的工程实践和理论研究价值。
  首先,对欠约束多机协调吊运系统进行构型分析,主要研究3R3T构型的多机协调吊运系统的运动学、动力学模型和误差分析,并建立含有误差源的系统模型等一系列问题。在运动学分析的基础上,根据空间几何学和达朗贝尔原理得到牛顿-欧拉方程,即系统的动力学模型;考虑机构误差和柔索的柔性误差,并加入外界不确定因素的扰动,得到含有误差源的系统模型;针对系统的误差多而繁的缺点,提出误差指标—误差熵,可以准确客观的反映被吊运物整体的误差水平;通过数值模拟仿真,验证多机协调吊运系统的运动学、动力学模型和含误差源模型的正确性,以及验证提出的误差熵指标的正确性。
  其次,对欠约束多机协调吊运系统运动进行分析,在运动过程中需要完成轨迹跟踪控制,使得实际运行轨迹趋于理想轨迹。在欠约束多机协调吊运系统的误差模型基础上,并考虑系统存在高频低幅振动及系统建模误差,根据力-位混合控制策略,采用基于BP神经网络的智能PID控制和基于模糊自调整的免疫PID控制器,对系统轨迹进行跟踪控制;通过仿真试验结果表明,选取合理的控制参数,两种控制策略均能实现机器人系统的轨迹跟踪,基于模糊自调整的免疫PID控制器控制方法优于基于BP神经网络的智能PID控制,对系统轨迹跟踪控制有更好的控制效果。
  然后,对欠约束多机协调吊运系统进行摆动分析,提出加速度突变过程的摆动条件,加入规划控制,实现系统的防摆控制。对系统摆动的过程进行分析,得到系统发生摆动的条件;针对系统的特征,将系统起动和制动分别分为三种情况,分别提出不同起动和制动过程中加速度和速度规划方法;对系统起动到制动结束进行规划得到系统运动规划控制流程图,对直线运动和曲线运动分别提出完整的加速度和速度规划,得到规划方程;对系统的防摆控制过程进行动态仿真,分别得到直线运动和曲线运动下柔索拉力,验证加速度规划控制能够快速实现系统防摆控制,这对于提高欠约束多机协调吊运系统的综合性能具有重要意义。
  接着,对欠约束多机协调吊运系统进行定位分析,提出定位摆动的模型和控制策略。分析多机协调吊运系统快速定位过程的摆动,得到快速定位产生的摆动由双线摆和单线摆交替进行直至能量耗尽;针对多机协调吊运系统的特征,提出柔索约束式预期控制实现被吊运物快速定位,基于能量法设计控制器,控制系统的被吊运物能快速达到系统期望位置;通过仿真验证柔索约束式预期控制能够快速实现被吊运物定位控制。
  最后,设计和搭建多机协调吊运系统的实验样机并对其进行运动测试,然后通过实验验证所提出模型的正确性和规划防摆方法的可行性。
[硕士论文] 宋金磊
机械电子工程 浙江大学 2018(学位年度)
摘要:装载机作为一种高作业效率的工程机械,能够在环境恶劣,工况复杂的情况下进行作业,因而被广泛应用于城建、矿山、铁路、公路、水电、国防以及机场建设等工程施工中。变速箱作为装载机重要的传动模块,其性能的好坏将直接影响装载机的作业效率。由于装载机在作业过程中需要不断的切换挡位,如果换挡不平稳,冲击大,不仅会降低工作效率,还会对驾驶人员造成很严重的驾驶疲劳感和很大的安全隐患,因此,有必要对装载机变速箱电液换挡系统进行研究,提高换挡平顺性,降低换挡冲击,这也是本文研究的目的所在。
  论文第一章总结了装载机变速箱电液换挡系统的国内外研究现状与目前机液缓冲阀的研究现状。对比现有的降低换挡冲击的策略,提出了基于机液缓冲阀的装载机变速箱电液换挡系统的研究方式,并明确了本课题的研究内容,为后续工作指明了方向。
  论文第二章以ZL50型装载机为研究对象,对其换挡系统的组成与工作原理进行了阐述,提出了装载机换挡平顺性的评价指标,并对换挡的传动过程进行了动力学分析,结合评价指标与动力学分析的数学模型,找到了影响换挡平顺性的具有可控性的因素,为下文的控制与研究目标提供了理论依据。
  论文第三章首先提出了换挡过程理想的升压曲线,针对电液换挡系统采用了一种机液缓冲阀,对该阀的结构进行了分析,并且对该缓冲阀的缓冲机理进行了理论研究,从理论上验证其缓冲效果。
  论文第四章对安装机液缓冲阀的电液换挡系统进行了研究。首先针对该电液换挡系统提出了一种新的换挡控制策略,并使用AMESim软件搭建了该电液系统的仿真模型,分析了不同系统参数的改变对换挡过程挡位离合器升压曲线的影响,从仿真的角度验证了该电液系统对于降低换挡冲击的可行性,为下文的实验提供了仿真依据。
  论文第五章对装载机换挡进行了实验研究。使用ZL50型装载机搭建了实验平台,以仿真模型为参考,测试了不同工况下换挡时挡位离合器的升压曲线和换挡过程的冲击加速度,通过不断的调节公共油路节流孔径以及换挡时间参数,获得了最优解。
  论文第六章总结了本研究课题的主要工作,并就本课题存在的问题和后续的研究工作做了展望。
[硕士论文] 徐镇华
机械电子工程 兰州交通大学 2018(学位年度)
摘要:随着工业自动化程度的提高,自动导引车(AGV)作为一种具有高自动化程度的机械运输车,在工业各领域得到越来越普遍的应用。AGV的广泛应用不仅提高了生产效率,而且降低了人工成本、改善了工作环境。在AGV的关键技术中,路径规划的好坏直接关系到AGV运输效率的高低。对AGV路径的规划主要包括单台AGV路径的优化以及多台AGV路径之间的协调与避碰。本文对AGV的路径规划问题做了重点研究,主要研究内容如下:
  首先对单台AGV的路径问题进行研究,基于图论法对AGV运行环境建立模型,并建立电子地图。对传统Dijkstra算法进行改进,在规划过程中加入热度值及加权值两个因素,用来预测路段的繁忙程度,运用改进后Dijkstra算法规划出单台AGV的最优路径。其次针对多台AGV系统的路径问题,提出基于时间窗的两阶段路径规划算法,包括离线状态和在线实时状态下的规划两个阶段。在离线状态下,结合时间窗原理,利用改进后Dijkstra算法对多AGV路径进行顺序规划。在对前面AGV规划的基础上,运用改进后的Dijkstra算法对后面AGV的路径按优先级进行逐一规划,从而实现多AGV无碰撞运行。在实际动态环境下,通过离线状态下形成的节点与AGV的属性,提出在线检测协调策略。并针对实际运行环境中的冲突问题,提出速度调节与改变几何路径两种策略,综合分析两种策略的优缺点,提出一种复合调节方法。再次基于Visual C#语言对多AGV仿真系统进行开发设计,并对多AGV仿真系统进行仿真调试,验证了本文提出的路径规划算法的有效性及可行性。
  本文提出的改进Dijkstra算法可以使单台AGV在距离最短的同时避免了拥堵;同时提出的两阶段路径规划算法(离线-在线),分两阶段避免了多AGV间的冲突与死锁,提高了算法的有效性与可靠性。
[硕士论文] 宋瑾瑾
机械制造及其自动化 山东科技大学 2018(学位年度)
摘要:带式输送机张紧装置的主要作用之一是为输送带提供足够的张力,防止产生输送带打滑现象,使输送带满足带式输送机可靠运行的悬垂度要求。大型带式输送机的广泛使用使得输送带张力变化更为复杂、变形量增大,这就要求张紧装置能够快速响应并增大张紧行程。因此,亟需一种能够满足大型带式输送机运行要求的新型张紧装置。
  本文针对现存张紧装置张紧行程较短、响应速度较慢的缺陷,设计提出了一种新型永磁变频自动张紧装置,该装置采用永磁变频系统直接驱动卷筒张紧输送带,省去了传动环节的减速器、张紧油缸以及大型液压站等部件,简化了装置结构,能够快速动作张紧输送带,缩短了响应时间,大大提高了张紧效率,增加了张紧装置的张紧行程。
  研究分析了带式输送机的动力学原理,综合运用机械、电气以及液压理论设计了永磁变频自动张紧装置结构;研究设计了永磁变频自动张紧装置的电气控制系统,确定了PLC模块、变频器并制定了张力监测装置和制动系统的控制策略。研究分析永磁同步电机原理和不同坐标下的数学模型,对比分析了永磁同步电机的不同控制技术,综合考虑选择矢量控制技术对同步电机进行调速,基于MATLAB/Simulink软件建立了永磁调速系统的仿真模型,验证了该永磁调速系统的可行性。研究建立了永磁变频自动张紧装置各部件的数学模型,并确定模型参数对张紧速度的影响,提出了缩短张紧过程响应时间的策略。基于AMESim和MATLAB/Simulink软件联合仿真建立带式输送机及永磁变频自动张紧装置模型,分析得到了在带式输送机起动工况和正常运行工况下受到冲击载荷时的动态特性曲线,验证了相对于带式输送机现有自动张紧装置,本文所设计的永磁变频自动张紧装置响应速度更快、鲁棒性更好。
[硕士论文] 高昭
机械工程 山东科技大学 2018(学位年度)
摘要:随着城市基础设施建设、国防工业及现代物流仓储等行业的快速发展,高空作业平台的市场需求逐年增加,其服务领域也在不断扩大。剪叉式高空作业平台作为一种用途广泛的机电液一体化特种作业设备,采用剪叉式机械伸展机构,使得工作平台具有较大的承载能力和较高的作业效率,该机构具有结构简单、伸缩性好、稳定性强等特点,它融合了机械、液压传动及电气控制等多学科技术,更好的迎合了流动性大、区域范围广的高空作业要求。
  首先,根据本课题研究的高空作业平台剪叉式举升系统工作原理,分别采用虚位移原理和静力平衡建立液压缸驱动力及剪叉臂铰接点受力的数学模型,采用速度瞬心法建立工作平台速度及加速度数学模型;根据模型求解结果,对剪叉举升机构受力和运动特性进行分析;针对举升过程中存在的液压缸驱动力偏大及工作平台起升不稳定问题,采用多目标优化函数fminimax对其影响的关键结构参数进行优化,优化结果表明:液压缸最大驱动力减小13.2%,工作平台起升加速度减小42.6%。
  其次,采用ADAMS和ANSYS仿真软件建立剪叉举升机构刚体模型以及刚柔耦合模型,分别对不同的液压缸驱动工况进行动力学仿真分析,仿真结果表明:不同的液压缸驱动工况对机构的受力影响较大,剪叉臂在整个运动过程中最大应力为318.24N/mm2,满足结构强度要求。
  最后,在液压缸负载工况分析的基础上,对液压系统进行改进设计,通过液压子系统位置控制传递函数分析系统稳定性和动态特性。根据双液压缸同步控制策略,采用AMESim/Simulink搭建液压同步控制模型,对双液压缸同步控制系统进行仿真,结果表明:主从控制策略两液压缸位移误差最大范围保持在0~0.97mm之间,同等控制策略两液压缸位移误差最大范围保持在0~0.66mm之间,提高工作平台运行稳定性及液压系统的同步精度。
[硕士论文] 潘宗才
工程硕士 广西大学 2018(学位年度)
摘要:斗轮堆取料机是一种主要用于水泥厂、冶炼、发电厂、焦化、港口等行业,装运各种煤料、矿石、砂石等场合的重要机械设备,作为现代化、高效、连续挖掘散状物料的大型工业设备。
  本论文主要是对斗轮堆取料机自动控制系统的结构和原理来进行具体的研究,并研究和设计出斗轮堆取料机的各个系统机构的原理构成,以及实现自动或半自动控制方式,对斗轮堆取料机自动化控制的工艺过程关键控制系统的设计原则及设计方案进行了研究设计。主要有系统的硬件、软件结构,料场作业任务、作业计划,堆取料机的PLC控制,激光扫描仪、三维图像、自动对位系统、检测系统、监控系统、防碰撞控制等方面的内容进行研究。在悬臂上安装了激光扫描仪,能对机构与料堆之间进行空间扫描获取实时三维图像,转至中控系统平台,在能中控室通过控制终端和视频终端掌握到料场上堆取料机的自动堆取料作业过程,实现料场作业的无人化管理。在整个斗轮堆取料机控制系统中设有视频监控系统,实现对各个环节各个系统的全面监控。
  在硬件方面,以PLC、智能变送器、现场总线、传感器、激光扫描仪等,能够对斗轮堆取料机实现实时监视、控制及综合管理;在软件方面,采用PLC系统控制软件,包括斗轮机手动、联动、半自动控制程序,可以提高斗轮堆取料机的工作效率,减少劳动成本,同时通过系统控制实现自检,数据查询等功能。
[博士论文] 张梦华
导航、制导与控制 山东大学 2018(学位年度)
摘要:桥式吊车是一类典型的欠驱动系统,被广泛应用于工厂、建筑工地、海港、码头等诸多领域,其主要控制目标是快速、准确地将货物运送至目标位置,并在此过程中保证货物的摆动尽可能小。桥式吊车系统的控制输入(台车驱动力)的个数少于系统的待控自由度(台车位移、负载摆角)。由于吊车系统节省了部分执行器,因此具有成本低廉、结构简单、能耗小等优点。但在控制方法设计过程中,需充分考虑各状态之间的强耦合性、强非线性关系,这给控制器的设计带来极大的挑战。
  迄今为止,大部分工业吊车仍由人工手动操作,台车的定位性能及负载的消摆能力完全依赖操作人员的工作经验,吊车作业过程中存在工作效率低以及易发生安全事故的问题。因此,针对桥式吊车系统,研究出适用于工业现场的自动控制方法是非常重要的。虽然,国内外众多学者针对欠驱动桥式吊车系统,取得了一系列研究成果,不过,从吊车实际运行的角度来看,现有控制方法存在以下几个缺点:1)大多数已有的控制方法忽视轨迹规划过程,值得指出的是,目前并未有针对二级摆型桥式吊车系统轨迹规划方法的文献;2)现有的轨迹跟踪控制方法无法保证跟踪误差始终在允许的范围内,且不能适用于系统参数未知的情形;3)为保证系统的收敛性,已有的控制方法往往需假设负载的初始摆角为零;4)当负载运送距离发生改变时,现有的轨迹规划方法需重新离线计算目标轨迹参数,因此,无法执行不同运输任务;5)已有的调节控制方法无法保证台车的平滑启动,且无法直接应用于结构更复杂、状态耦合性更强的三维桥式吊车系统、二级摆型桥式吊车系统以及伴随负载升降运动的桥式吊车系统;6)现有针对伴随负载升降运动的桥式吊车系统的控制方法并未考虑负载受持续扰动的情形,在这种情况下,负载最终不会垂直稳定,而会与垂直方向形成一个夹角;7)已有的控制方法仅能保证系统的渐近稳定性;8)现有大多数针对桥式吊车系统的控制方法需假设负载摆角可直接获得,而在实际运行中,负载摆角很难甚至无法直接测量。
  为提高欠驱动桥式吊车的定位消摆控制效果,并解决已有控制方法存在的以上问题,本文对桥式吊车系统的控制方法展开了更加深入的研究,主要包括以下几个内容:
  1)二级摆型桥式吊车系统在线轨迹规划方法。台车的加速度与吊钩摆动、负载摆动的大小息息相关,本文通过合理分析台车加速度与吊钩摆动、负载摆动之间的动态耦合关系,提出一种针对二级摆型桥式吊车系统的在线轨迹规划方法。设计的轨迹可在线生成,不需要提前或离线规划轨迹参数,具有优异的定位消摆控制性能。论文通过数值仿真验证了所提在线轨迹规划方法的控制性能。
  2)桥式吊车系统跟踪控制方法。针对现有跟踪控制方法存在的问题,本文设计了两种鲁棒跟踪控制方法。第一种自适应跟踪控制方法是针对受系统参数不确定性以及外部扰动影响的二级摆型桥式吊车系统提出的。该方法可有效抑制上述干扰的影响,从理论上保证台车跟踪误差始终被约束在合理范围内,并最终实现台车快速、精确的定位以及吊钩、负载摆动的有效消除。第二种控制方法可将桥式吊车系统转变为具有特定结构的期望目标系统,该方法放宽已有控制方法对初始负载摆角为零的假设。并且,所设计的期望误差轨迹可用于执行不同的运输任务,无需任何离线优化运算,具有非常重要的实用价值。仿真和实验结果表明,所提误差跟踪控制方法具有良好的控制效果。
  3)桥式吊车系统调节控制方法。围绕现有调节控制方法的限制与不足,提出两种非线性调节控制方法。第一种方法针对三维桥式吊车系统设计了一种增强耦合非线性控制方法。该方法结构简单、不包含与吊绳长度相关的项,因此针对不同/不确定吊绳长度具有很强的鲁棒性。此外,通过增强台车运动与负载摆动之间的耦合关系,大幅度提升了系统的暂态控制性能。为测试该方法的实际控制性能,本文给出了详细的数值仿真以及实验结果。第二种控制方法针对状态间耦合性更强的二级摆型桥式吊车系统,提出了一种能量耦合控制方法。该方法具有PD型的简单结构,且与系统参数无关,通过在控制器中引入双曲正切函数,大大减少了台车的初始驱动力,进而保证了台车的平滑启动。借助数值仿真,将所提能量耦合控制方法与现有控制方法进行对比,验证了它优异的定位消摆控制性能。
  4)伴有负载升降运动的桥式吊车控制方法。负载的升/落吊运动极易引起负载的大幅度摆动,并导致现有定绳长吊车控制策略无法应用的问题。本文在不对吊车非线性动力学模型进行任何线性化或者近似处理的条件下,提出了局部饱和自适应学习控制方法以及基于能量分析的模糊控制方法。第一种控制方法考虑了系统参数未知/不确定以及外部扰动的影响,通过引入双曲正切函数,从理论上证明即使台车以及吊绳初始速度很大时,所提局部饱和自适应控制方法仍可保证台车的平滑启动。此外,通过在所设计的控制器中加入记忆模快,有效地减少了未知/不确定系统参数的收敛时间。第二种控制方法充分考虑了负载受持续扰动的情况,建立了带有持续扰动的变绳长桥式吊车系统的动力学模型,并通过设计模糊扰动观测器,对持续扰动进行完全补偿。论文对这两种控制方法的定位与消摆控制性能进行了大量的测试。
  5)考虑未建模动态及外部扰动的滑模控制方法。针对受外部扰动及系统未建模动态影响的二级摆型桥式吊车系统、二维桥式吊车系统,分别设计了增强耦合非线性的PD型滑模控制方法、有限时间轨迹跟踪控制方法。第一种控制方法与系统模型、参数无关,并兼具滑模控制方法的强鲁棒性以及PD控制方法的结构简单、易于工程实现的优点,具有很好的实用价值。此外该方法通过引入一个广义信号,增强了台车运动、吊钩摆动以及负载摆动之间的耦合关系,大大提升了系统的暂态控制性能。第二种控制方法是基于两个终端滑模观测器提出的,其中一个观测器用来估计负载摆角,另一个观测器用来估计不确定动力学。因此,所提控制方法针对不确定系统参数以及外部扰动具有很强的鲁棒性,且不需要负载摆角韵反馈。此外,上述控制方法可实现台车位移的有限时间收敛性。通过将这两种控制方法与现有控制方法进行对比,可证得这两种方法具有优越的控制性能。
[硕士论文] 徐成
工业工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:改革开放以来,中国的制造业开始了快速发展的黄金时期,尽管现代制造业大多采用流水线作业,但许多企业的生产线都还停留在手工作业和半自动化作业的状态,自动化水平低。另外,许多企业存在生产线上每个作业之间的生产节拍不一致的现象,导致生产线平衡率和生产效率低下。在新的经济形势下,企业要想保持市场竞争优势,就必须降低成本,提高生产效率。因此,本文选取K公司带式输送机托辊生产线为研究对象,对生产线平衡问题进行研究具重要的意义。
  本文主要是选取K公司带式输送机的托辊生产线为研究对象,针对托辊生产线存在的问题,提出合理的改善方案,达到提高生产线平衡率和生产效率的研究目标。首先,对国内外有关生产线平衡问题的研究现状进行综述,由前人的研究成果总结生产线平衡问题的概念和评价指标,然后,通过实地观察K公司托辊生产线的生产现状,指出生产线平衡存在的问题,选取IE方法和启发式算法相结合来优化生产线平衡问题。选取秒表法来测定作业的标准时间得到托辊生产线的瓶颈工序,进而求出生产线平衡的各项评价指标。其中,生产线平衡率由改善前的53.4%提高到90.5%,平衡损失率由改善前的46.6%降低为9.5%,平滑系数由51.2降低到12.6,各项评价指标都得到一定的改善。
  最后,针对改善方案运用Flexsim仿真软件对改善方案进行模拟仿真,由仿真结果可知改善方案具有一定的可行性和合理性。
[硕士论文] 汤红杰
机械制造及其自动化 山东大学 2018(学位年度)
摘要:为实现制造强国的战略目标,我国于2014年12月首次提出“中国制造2025”这一概念。要实现各生产单元之间组成一个高效的生产网络整体,必须要有高效的物流系统为其输送物料。而AGV(Automated Guided Vehicle,自动引导小车)以其快捷、高效、柔性等特点,已成为实现柔性化、自动化、智能化生产车间和现代物流系统的物料运输关键设备。AGV控制多使用PID控制,在实际运行中存在响应慢,运行不平稳等问题,降低了生产效率。因此,设计一款响应快,波动小,运行平稳的AGV具有重要意义。
  本文在分析总结国内外AGV技术发展状况的基础上,根据实际工作需求并结合生产车间具体工作现场环境,最终确定AGV的导引方式为磁带导引,AGV本体结构采用双轮差速驱动方式,并采用模块化设计;分别设计AGV的整体结构、驱动模块,并根据AGV性能指标对重要零部件进行选型设计,同时运用有限元分析软件ANSYS对关键零部件的强度进行校核分析。
  在分析AGV功能需求的基础上,设计其控制系统的硬件电路。确定AGV控制系统整体方案,并按照模块化设计方法对控制系统按照要实现的功能进行划分。择取STM32芯片作为控制系统的主控芯片,并设计其最小系统及外围电路。在电机控制系统中,对直流无刷电机PWM调速方式原理进行论证分析,确定电机调速控制方案、调速方式,设计PWM输出电路。对AGV控制系统其他主要电路模块,如通信接口、磁导航传感器信号接口以及通用I/O口等进行设计,最终完成AGV控制系统硬件设计。
  在分析AGV运动状态,建立其运动学模型,介绍模糊控制原理的基础上,设计本文AGV的路径跟踪模糊控制器。在MATLAB平台上,搭建AGV模糊控制器和常规PID控制器仿真模型,进行计算机仿真;并将两种控制算法先后写入AGV控制系统,进行实际测试。计算机仿真和实际测试结果均表明:在对AGV的轨迹跟踪控制中,模糊PID控制器比常规PID控制器响应快、超调量小、波动少、变化平稳,系统稳定性更强。对比试验结果,模糊PID控制比常规PID控制,AGV收敛速度提高约46%。
[硕士论文] 郭创
机械设计及理论 延边大学 2018(学位年度)
摘要:螺旋输送机是现代工农业生产中重要的散体物料连续输送设备,在矿石开采、粮食输送、码头物流、化工生产等,很多行业都与螺旋输送机有着紧密的联系。在现代工农业生产中螺旋输送机不仅可以起到输送作用,它还可以对输送物料进行混合搅拌等一些工艺处理。在一些大型的机场港口等环境下,螺旋输送机已经成为现代化物流输送的必备设备。而倾斜螺旋输送机是在满足物料输送距离的基础上,还可以将物料提升一定的高度。在对物料小角度提升时,它同时具备水平螺旋输送机和垂直螺旋输送机的作用,这使得倾斜螺旋输送机在生产生活中的地位逐渐升高,越来越受到关注。因此对倾斜螺旋输送机的研究和开发也越来越受重视。
  通过阅读国内外相关文献,本文基于离散单元法对倾斜螺旋输送机结构性能进行了研究,首先建立了常规的螺旋输送机模型,然后以一定的倾斜角度,运用EDEM软件对稻谷的输送过程进行了模拟仿真。研究了螺旋输送机设计参数对螺旋输送机性能的影响,对其仿真结果进行了详尽的分析,得到螺旋输送机的输送性能会随着输送机转速的提高而提高、随着物料填充率的增大呈现减小的趋势、螺旋输送机螺距的增大也会使输送机的输送性能得到提高,并且通过正交试验得到了最好的输送方案是V3 S3φ1。并根据在仿真过程中存在着较强的翻涌现象进行了分析,根据分析结论对螺旋输送机的结构进行了优化设计,获得了满意的结构,减弱了物料颗粒在输送过程中的翻涌现象,同时提高了螺旋输送机的输送性能。
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