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[硕士论文] 吕祥新
机械工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:随着国家经济和科技的发展,城市空间利用率亟需提高,摩天大楼拔地而起,高楼外墙需要喷漆装饰,但传统人工手动喷涂的方式工作效率低、劳动强度大、易受环境干扰并且容易引发工作人员坠落等安全事故,因此,利用机械智能化粉刷喷涂代替人工手动喷涂已经是高空外墙喷涂行业发展的一大趋势。
  针对目前高空外墙喷涂存在的问题,本文提出了一种高空外墙智能喷涂装置,主要研究内容如下:
  (1)制定高空外墙智能喷涂装置的总体设计方案,具体包括该装置的机械结构、控制方法、工作流程、运动形式及该装置完成每一个动作的具体实施方式;
  (2)完成高空外墙智能喷涂装置机械结构的设计,具体包括悬挂提升移动机构、吊篮机构、粉刷喷涂机构及吸附避障机构的设计;
  (3)完成高空外墙智能喷涂装置电气控制系统的设计,具体包括控制方式的选择、可编程控制无线网络通讯的设计、电气元件的选型、PLC控制程序的编写;
  (4)完成上位机组态界面的设计,用于监控高空外墙智能喷涂装置的运行状态;
  (5)完成物理样机的搭建与实验,验证了该装置在各种复杂墙面下工作的可行性,试验结果证实了该装置设计合理,性能可靠。
  本文提出的高空外墙智能喷涂装置可以适应于各种复杂的工作环境,可以极大地提高高空外墙的喷涂质量与喷涂效率,可有效解决了目前人工喷涂危险系数大等问题。
[硕士论文] 王丹
车辆工程 兰州交通大学 2018(学位年度)
摘要:在各类含有间隙的机构件中,由于间隙的存在,往往也产生冲击振动现象。含间隙的机构越来越多的出现在我们身边,而含间隙的系统运动的过程中必定会产生振动现象,所以研究这类机构系统的动力学行为也越来越有意义。
  本文以工程机械系统为研究对象,建立一个两自由度含间隙碰撞振动系统的动力学模型和三自由含间隙碰撞振动系统的动力学模型,基于牛顿第二定律列出系统模型的动力学微分方程并将其无量纲化,通过模态分析法求出对应的解析解,并加以推导计算出系统周期响应的存在条件以及Poincaré映射的表达式。通过MATLAB编程对系统进行数值仿真,分析这两个动力学模型系统的动力学行为。
  第三章选取了一个两自由度含间隙碰撞振动系统,对该系统建立相关的微分方程进行有关的理论推导,然后通过MATLAB编程仿真计算出系统的有关动力学行为。选择四组参数通过仿真得出系统的四组分岔图和对应的Poincaré截面投影图,分析系统在不同的控制参数下发生单周期运动、多周期运动、周期倍化、环面倍化以及是如何向混沌演化的过程。
  第四章以直线振动筛为研究对象,建立一个三自由度含间隙的碰撞振动系统。建立相应的运动微分方程计算出其相关的周期解以及Poincaré映射。然后通过MATKAB编程仿真计算出系统的有关动力学行为特性。选择四组参数通过仿真得出系统的四组分岔图和Poincaré截面投影图,来分析系统在不同的控制参数下的不同的运动特性以及是如何向混沌演化的过程。
[硕士论文] 王保垒
机械制造及其自动化 山东科技大学 2018(学位年度)
摘要:根据《国家重大科技基础设施建设“十三五”规划》国家战略部署,国家基础工程、战略工程建设进入新的高潮。挖掘机作为重要的工程机械,其性能优劣对工程效率具有重要影响。JH180型挖掘机是同等功率下装载量最大,挖掘高度和挖掘深度最大的中型反铲式液压挖掘机,市场调研发现该型号挖掘机存在面对复杂工况能耗较高,挖掘路径不能充分利用挖掘力的问题。因此,对该型号挖掘机展开性能分析和优化设计具有重要的理论和实践价值。
  本文以JH180型反铲式液压挖掘机为研究对象,运用遗传算法对工作装置进行了结构优化,采用虚拟样机技术对优化前后的工作装置进行了仿真分析对比。主要做了以下方面的研究:
  (1)建立了JH180挖掘机工作装置的三维模型。分析了工作装置各部件的相对运动及极限工况下能耗情况。运用D-H方法进行了运动学分析,求解了关键铰点的运动学表达式。通过动力学分析,得到了作业时工作装置的动力学方程。推导了工作过程中挖掘力、油缸推力以及挖掘阻力等力学计算公式。
  (2)将工作装置关键铰点位置作为优化变量,铲斗挖掘力和斗杆挖掘力作为目标函数,为降低标准遗传算法中欺骗问题对优化结果造成的影响,采用基于权重系数以及在适应度函数中添加罚函数的方式对算法进行了改进,将工作装置多约束多目标优化问题转为附带考虑惩罚的非约束优化问题。通过MATLAB算法工具箱对目标函数进行优化求解,建立了优化后的工作装置模型,为进一步展开性能分析奠定了基础。
  (3)通过ADAMS软件对优化前后的工作装置进行了运动学分析与动力学分析,仿真结果表明优化后的工作装置最大挖掘半径提高了1.5%,最大挖掘高度提升了1.4%,铲斗油缸最大推力提高了6.9%,斗杆油缸最大推力提高了1.4%,铲斗挖掘力提高了6.1%,斗杆挖掘力提高了5.8%,整体挖掘性能得到明显改善。
  (4)运用ANSYS软件对优化前后的工作装置进行了静力学分析,优化后各部件在同样载荷下的应力、应变均明显降低,结构强度得到提高。模态分析表明工作装置不会因发动机震动产生共振现象。
[硕士论文] 刘曙光
交通运输工程 山东科技大学 2018(学位年度)
摘要:随着国家经济建设蓬勃发展,挖掘机在城市基础设施建设及大型工程施工现场中发挥着日益重要的作用。挖掘机在市场上的需求量不断增加,但是随着挖掘机生产量的增加,出现了挖掘机功能单一、利用率低、经济效益减少以及在施工中存在动臂断裂等问题。为了解决这些问题,本文设计了多功能液压挖掘机工作装置,在原有挖掘功能的基础上,增加反铲,破碎,抓取等功能,提高挖掘机的利用率和经济效益。同时为防止动臂断裂,对动臂进行有限元分析及优化,保证工作装置能够满足强度要求。本文的主要工作包括以下几方面:
  (1)在同类型挖掘机工作装置的基础上,对多功能液压挖掘机工作装置总体方案进行设计。将铲斗设计成三爪抓取型,同时增加破碎锤机构。然后计算出本设计工作装置中各部件主要几何参数并在典型工况下进行校核,验证选取参数的正确性,以及是否满足强度校核。
  (2)结合上文设计出的工作装置几何参数值,利用SolidWorks软件搭建出多功能液压挖掘机工作装置的三维模型图,对其进行干涉检查及动态仿真,确保仿真模型的正确性。
  (3)将多功能液压挖掘机工作装置的三维模型图进行格式转换后导入ADAMS软件。通过ADAMS软件在几何模型的基础上添加约束并施加外载荷,建立工作装置的虚拟样机模型,并对其进行运动学及动力学仿真,根据仿真结果分析是否满足实际工作需求。
  (4)根据动力学仿真得到的受力曲线图获取有限元分析所需的最大载荷。通过ANSYS软件进行设置材料、划分网格、加载、求解计算等,对动臂进行强度分析,并对其进行了结构优化设计。
  本文首先对多功能液压挖掘机工作装置进行总体设计,然后绘制三维模型图,对其进行运动学及动力学分析,最后对动臂进行有限元分析及优化,多功能液压挖掘机实现从设计建模到动力学仿真再到静力学分析及结构优化的全过程,本文的研究成果对多功能液压挖掘机的设计具有一定的参考价值。
[硕士论文] 王天一
机械制造及其自动化 山东科技大学 2018(学位年度)
摘要:随着经济的飞速发展,隧道等混凝土施工项目不断增多,促进了湿喷台车的发展.为了能够减少台车转场运输时间,降低混凝土回弹率,对现有的台车性能提出了更高的要求.本文主要针对湿喷台车行走系统,混凝土泵送量与速凝剂添加量之间的最佳匹配关系以及空压机风压风量的选择进行分析研究,为以后湿喷台车的优化提供了一定的理论基础.
  根据湿喷台车转场行驶工况要求,分析对比车辆行走底盘不同动力传输方式,最终确定采用静液压与后置变速箱相结合的机液复合传动作为底盘动力传输方式.对行走机构和车轮转向进行力学分析,得出台车在最复杂行驶工况下所需最大牵引力、轮胎附着力和最大转向阻力矩.分析由变量泵和变量马达组成的行走机构闭式液压系统以及采用负荷传感技术的全液压转向系统,并对主要液压元件进行选型.通过数学表达式建立变量泵、变量马达和全液压转向系统的数学模型,从数学层面分析元件内部特征和动态特性,并运用AMEsim软件对行走机构液压系统和转向液压系统进行仿真分析,得出液压系统相关性能曲线,为实际液压系统的设计提供了参考.
  推导混凝土泵送量与速凝剂添加量各自之间的函数式,得出影响两者混合配比的关键因素,使这两者从数学方面建立定量关系.通过分析混凝土最佳喷射速度间接得出空压机风压风量的函数式,并运用FLUENT软件模拟压缩空气在风管中的压力场和流速场分布云图,得出压缩空气风压在风管中变化量较大而风速变化量较小,为空压机选型提供了理论依据.
[硕士论文] 刘汉杰
控制工程 山东科技大学 2018(学位年度)
摘要:随着现代科技的发展,工程机械智能化是主要的发展方向。本文结合挖掘机智能化的发展趋势,对工作装置的轨迹规划和运动控制进行了研究。
  首先,对挖掘机工作装置进行轨迹规划,运用D-H法建立挖掘机工作装置的运动学模型,根据直线作业轨迹,通过运动学逆解运算,得到挖掘机铲斗的位姿与各个液压缸长度的关系;接着,为了对轨迹进行有效控制,设计了以比例伺服阀为控制元件、油缸行程传感器为反馈元件的液压位置闭环控制系统,针对系统阀控非对称缸的特点,通过建立液压系统数学模型的方式,对液压系统的性能进行了分析;然后,采用直线插补算法对运动轨迹进行控制,将控制过程分解为对单个液压缸的控制,为了改善单个液压缸位置闭环控制系统性能,提高轨迹控制的精度,采用具有参数自整定功能的单神经元PID控制策略对位置控制系统进行了优化,并运用ADAMS软件建立了挖掘机虚拟样机模型,进行了直线挖掘轨迹的运动学仿真;最后,设计了以STM32微控制器为核心的硬件电路,以Keil Vision5为软件开发环境,采用C语言编写了软件程序,完成控制系统硬件及软件部分的设计。
  运用MATLAB仿真,其结果表明,虽然挖掘机工作装置具有参数时变和干扰未知的特点,但是单神经元PID控制策略仍能取得良好的控制效果;ADAMS的轨迹运动学仿真结果显示,铲斗轨迹规划的方法是正确可行的。
[硕士论文] 路笃存
机械工程 山东大学 2018(学位年度)
摘要:随着房地产行业的迅猛发展和国家大力发展基础设施建设,国内石材产品的需求量逐年增多,同时国民收入和审美观念的提高,也使得石材在家居装修中的应用也越来越多。这促进了国内石材加工产业的快速发展,同时也要求能够满足不同工艺需要的石材加工设备。在石材产品的制作过程中,石材毛料的切割是制作工艺中重要的一环,其加工效率和切割质量的高低决定着企业的效益,而在许多中小型企业中,石材毛料仍使用人工切割的方法,不仅效率低下,切割的质量也很难得到保证。为满足中小型企业对石材切割设备的需求,本课题开发了一种新式的龙门型双锯头石材切割机。
  该石材切割机以PLC为控制核心,以触摸屏作为人机交互的控制面板,以通过变频器控制的电机作为驱动器件,能够实现对石材毛料的切条和切片处理,同时,还能自由的切换手动或自动操作模式,设备运行状况的控制和显示都可以通过控制面板实现,是一种适用于中小企业的自动化石材切割设备。
  首先,通过查找分析国内外较先进的同类产品,并结合现阶段国内石材加工企业的工艺要求以及设备主要针对的用户,明确了石材切割机应实现的功能,完成了切割机的整体设计,包括对显示机械结构的设计和控制系统的设计。
  其次,针对设备要实现的功能,对其机械系统的各个组成部分进行了详细的设计,包括各部分的传动方式分析和主要器件的选型,并对负荷较重的轴进行了强度校核,以保证设备安全运行。
  最后,对石材切割机的控制部分进行了设计,包括所需硬件型号的选取和控制程序的编写,同时,对石材切割机的控制电路进行了设计。
[硕士论文] 俞志鹏
机械工程 武汉科技大学 2018(学位年度)
摘要:随着机械智能化的发展,今后混凝土泵车也将趋于智能化,旨在实现泵车的自动布料,有利于节省人工成本,降低人工强度以及减少混凝土浪费。泵车臂架末端轨迹的控制是实现泵车自动布料的一个重要环节。因此需要对臂架末端轨迹科学合理的控制,提高其浇注精度。
  为便于泵车臂架末端轨迹控制的研究,将泵车臂架考虑为刚性臂架,基于遍历优化算法的泵车臂架末端轨迹控制方案进行设计,控制程序易编写,初步实现泵车臂架末端轨迹的精确控制。为了合理地控制泵车臂架末端运动轨迹,以臂架在控制过程中的运动平稳,减小冲击为优化目标,应用基于遍历梯度投影算法的控制方案对臂架末端轨迹控制进行优化,在理论上进行分析,证明了优化的控制方案能达到臂架控制过程中的优化目标,该种控制方案为实现泵车自动布料提供了理论支撑。为验证优化的控制方案对泵车臂架末端轨迹控制具有可行性及通用性,以泵车臂架系统为原型,利用“以电代液”的思想,设计制作一套臂架末端轨迹控制实验系统,对其进行实测验证,结果表明该种控制方案对混凝土泵车自动布料是可行的,研究结果具有一定的参考价值。
[硕士论文] 刘聪
机械制造及其自动化 西安工业大学 2018(学位年度)
摘要:全液压凿岩台车是集机械、液压及电气于一体的现代化凿岩设备,是矿山、隧道及地下工程采用钻爆法施工的一种重要机具。全液压凿岩台车不仅可以极大地减轻作业人员的体力劳动,提高凿岩钻孔效率,改善施工作业条件,而且在实际施工过程中更容易实现高效化和自动化。钻臂是凿岩台车最核心的机构,其功能就如同凿岩台车的“臂膀”,凿岩台车只有通过钻臂各关节的运动,才能完成定位、凿岩等动作。因此为了提高全液压凿岩台车施工的效率、稳定性、安全性,对钻臂的研究势在必行。本文的主要研究工作如下:(1)在深入研究全液压凿岩台车钻臂结构及组成的基础上,依据某型号全液压凿岩台车钻臂的设计尺寸,利用Pro/E建立了钻臂的三维模型,为后续的分析研究提供了模型基础。
  (2)将机器人研究中用到的运动学理论和钻臂的运动学分析结合起来,提出了一种将坐标系固定在实体上的D-H(Denavit-Hartenberg)法的改进方法——CFDH(Coordinate Fixed Denavit-Hartenberg)法。运用CFDH法建立了全液压凿岩台车钻臂的运动学方程,并利用MATLAB对钻臂的有效工作空间进行了求解。钻臂的运动学分析有利于更深入的了解各运动杆件的位置、方向及各关节位移之间的关系,是钻臂动力学分析及优化改进的基础。
  (3)将钻臂三维模型导入ADAMS中,经过相应处理得到了全液压凿岩台车钻臂的虚拟样机。对钻臂的三个危险工况进行了动力学仿真分析,绘制出各驱动油缸的速度、加速度、受力及各铰接点反力曲线,得到了钻臂的动力学性能并为有限元分析提供载荷信息。
  (4)在ANSYS Workbench中对钻臂进行结构静力分析及模态分析。通过结构静力分析绘制出钻臂核心构件的应力分布云图和位移变形图,验证校核了相关构件在危险工况下的强度。在结构静力分析的基础上对钻臂做了模态分析,得到了钻臂核心构件的固有频率值和模态振型图,验证了相关构件在振动载荷下的稳定性和安全性,为今后合理有效的避开共振区提供了依据。根据分析结果和实际施工中出现的问题对主臂座及推进梁进行了优化改进,提高了钻臂的可靠性和稳定性。
[硕士论文] 汪慧
机械电子工程 浙江大学 2018(学位年度)
摘要:盾构掘进机是一种集开挖、排碴、衬砌等功能为一体的大型复杂装备,大量用于公共交通中的隧道挖掘。它的制造和施工过程,是多学科交叉的集大成,包括机械、电气、液压、控制、激光导航、材料等多学科的应用。盾构掘进机具有传递功率大、距离长、负载大幅度随机变化的特点,目前在各种隧道施工中应用广泛。
  盾构机已广泛用于地铁、铁路、公路、市政、水电等隧道工程,与国民生活息息相关。由于盾构机是大型设备,本身的结构相当复杂,加上施工现场环境恶劣,导致施工时设备容易发生故障造成整机停工,影响现场工程的效率,因此对盾构故障诊断和可靠性的研究就显得尤为重要。因此提出了盾构健康管理的概念,主要讨论盾构机故障诊断和可靠性,由这两点数据的需求,进而对盾构监控系统进行研究。
  第一章首先讲述了盾构的工作原理。对国内外健康管理的研究和发展做了详细叙述。针对目前盾构机健康管理研究中的不足提出了本文的研究意义和主要研究内容。
  第二章介绍了盾构机健康管理系统的特点和难点,提出了盾构机健康管理总-分-总的体系,收集盾构机施工中常见故障,针对盾构机主要子系统进行了故障树建模。
  第三章介绍了灰关联算法的原理,并将其应用于盾构施工故障的快速定位。选用螺旋机闸门开关不畅这一典型故障,用灰关联算法得出各底事件发生的概率,指导故障排查,并用MATLAB对这一过程进行了编程。
  第四章介绍了可靠性的基础知识。对盾构机主要子系统进行了定性分析和定量分析。针对各子系统的不同特性的定量分析,对推进液压系统跟用串联系统可靠性公式建模,对PLC系统和计算机系统用马尔可夫分析法建模,通过定性分析得到提高这些系统可靠性的有效方法。对管片拼装提升系统进行了可靠性定量分析,针对提升液压缸爬行这一典型故障,建立贝叶斯网络模型,并对模型进行了二次修正,计算出了故障的后验概率。同时应用桶消元方法,对顶事件发生时各基本事件的后验概率进行了计算,得出目的液压系统的薄弱环节,提出了维修建议。
  第五章针对前两章故障诊断和可靠性分析中对数据的需求,以盾构机试验台为平台,进行了状态监控,主要包括软件硬件结构设计,PLC系统设计和人机界面设计。
  第六章,对本论文的工作进行了总结,并对下一步的工作进行了展望。
[硕士论文] 伊岩
机械工程 山东大学 2018(学位年度)
摘要:推土机是现代建筑施工中一种重要的土方机械,自1904年发明以来,已经成为一种常用的工程机械。随着我国“一带一路”战略的实施以及各发展中国家贸易保护主义的抬头,国内工程机械厂家纷纷谋求海外投资建厂,在转移产能的同时实现本土化生产,推土机行业也顺应该趋势,积极寻求在一些重点市场建厂。
  本文源于S公司的一个海外建厂项目,根据通过市场调研确定的生产纲领、生产机型和部件来制订推土机工厂结构件生产车间的工艺规划,并采用价值流图,对推土机结构件车间的工艺规划做了改善。
  本文设定了推土机结构件车间的生产纲领、所要生产的结构件。重点分析了主机架、台车架、铲刀、推杆等推土机关键结构件的结构特点及工艺要求,在此基础上,设定了各结构件的工艺流程。分析及阐明了结构件生产的质量控制点。
  阐明了生产设备的选用原则,通过分析各结构件的工艺特点,结合产量,确定了设备选用的类型和型号。利用每个设备承担的工序总工时和年时基数,来计算设备负荷率,从而确定了各主要设备数量。
  研究了车间工艺布局的分类及原则,利用经验法绘制了工艺布局图。介绍了价值流分析法,总结了基于价值流的推土机结构件车间工艺规划优化方法,绘制了当前价值流程图。通过对当前价值流图的分析,改进了瓶颈工序,整合了工艺流程,并改善了车间工艺布局。通过利用价值流图改进,结构件车间有效作业时间得到提升,生产周期缩短,工艺平衡率得到提升。绘制了未来价值流图,使总的生产时间缩短89.6分钟,交货周期由原来的15.2天缩短至12.7天,减少了2.5天,节约了厂房面积约900平米,有效的改善了原有工艺规划。
[硕士论文] 杜振
机械工程 浙江大学 2018(学位年度)
摘要:作为现代桩基工程中的重要组成设备,旋挖钻机被广泛应用于油气开采、矿山挖掘、跨海大桥等众多领域。然而在旋挖钻机实际工作过程中时常会发生掉钻现象,因钻杆故障引发的旋挖钻机掉钻事故不在少数,因此对钻机钻杆进行故障识别从而实现对钻机故障的状态检测和诊断具有重要意义。基于以上目的,本文在实验室条件下对旋挖钻机钻杆的故障识别进行了相关探索研究,主要研究内容和工作归结如下:
  1)本文通过模拟钻机工作原理,以某型钻机为蓝本搭建了钻进实验平台,对钻进实验台的各组成系统进行了详细的方案设计与计算。对钻杆螺栓连接松动故障与钻杆存在破坏缺陷两种故障进行了模拟,并利用实验台完成了不同转速和不同工况的信号样本采集。
  2)研究了EMD算法原理与相关信号处理的谱分析方法,利用小波阈值去噪方法对实际钻杆信号进行了去噪。利用EMD方法实现了钻杆信号的自适应性有效分离,对钻杆信号的时频谱、AR谱、边际谱进行了分析。
  3)针对钻机钻杆故障识别提出了EMD-IMF能量、EMD-奇异值分解两种故障特征量的提取方法,对采集获取的不同工况样本信号进行特征值提取与对比,结果表明两种方法能够有效识别钻杆故障特征。
  4)研究了BP神经网络原理,采用EMD-IMF能量、EMD-奇异值两种特征提取方法分别对不同转速和不同工况下的信号进行了故障特征向量的构建,最后结合BP神经网络对两种工况进行了诊断分类。结果表明:两种基于EMD原理的故障特征量提取方法均可以用于钻杆故障特征量的提取,其中EMD-能量法对于钻杆松动工况具有较高的识别成功率,在实际工程中可以采用该方法对钻杆松动故障进行识别诊断。
[硕士论文] 刘宝
机械工程 天津工业大学 2018(学位年度)
摘要:鉴于正铲液压挖掘机承载能力大、作业效率高的特点,且国内对正铲液压挖掘机的研究相对较少。因此,本文主要对一种12杆3自由度大型正铲液压挖掘机工作装置进行了研究分析,主要分析了工作装置的动力学特性和动态强度。
  1、运用D-H法对工作装置进行了运动学建模,并分析了工作装置的位置正反解特性和角速度与角加速度。在混合挖掘和水平推铲两种工况下分别对位置正解和反解进行仿真,结果符合实际情况;角速度和角加速度分析结果表明斗杆关节对铲斗末端位置影响最大,工作装置具有良好的运动学响应,为动力学分析奠定了基础。
  2、利用虚功原理方法建立了工作装置动力学模型,在水平推铲后提升工况下得到了三组液压缸驱动力变化曲线。结果显示切向挖掘阻力对驱动力整体影响最大,驱动力变化趋势揭示了驱动力与铲斗末端位置和负载变化的规律。用ADAMS对工作装置进行动力学仿真,对比分析两种结果,误差在合理范围内,证明了两种动力学模型和分析结果的正确性。
  3、基于ANSYS对工作装置进行结构特性研究,着重对动臂和斗杆进行了模态分析和谐响应分析。对动臂和斗杆分别进行自由模态和约束模态分析,分析结果表明斗杆频率和变形都略大于动臂;通过谐响应分析得出动臂和斗杆容易发生共振的频率和响应幅值,为结构优化提供了参考。
  4、联合ANSYS和ADAMS研究分析了工作装置在典型作业工况和有冲击载荷下的动态强度。结果表明作业工况改变会引起驱动力震荡,冲击载荷对动臂的影响大于斗杆,冲击载荷的大小和作用时间对构件应力影响较大,作用时间越长,震荡时间越长;冲击载荷越大,震荡幅度越大。
[硕士论文] 徐晓冬
控制科学与工程 浙江大学 2018(学位年度)
摘要:盾构机在掘进的过程中,地面沉降控制一直以来都是盾构施工的技术重点和难点,而避免地表沉降的最有效方式就是保证开挖面的土压平衡。为了实现土压平衡,需要施工团队准确地控制密闭仓土压,使其与开挖面的前方水土压力相一致,保证开挖面的受力均衡,使得地下水土原本的应力场不致发生太大变化,从而避免地表出现塌陷等施工事故。可以看出,土压平衡(Earth Pressure Balance,简称EPB)作为一种稳定开挖面的技术,是需要自动控制系统的参与才能得以实现的。因此,为了合理且完整地实现盾构机的土压平衡控制,本文主要从建模与控制这两个方面分别进行研究。
  模型建立部分,主要包括盾构机的土压平衡控制系统建模和EPB系统土壤参数建模这两部分内容。其中前者与控制器的设计结构相关,而后者则与控制的准确实现相关。对于盾构机的土压平衡控制系统模型而言,内部主要由液压传动系统、液压控制元件、液压执行元件等模型所组成,这些环节都包含着很多的非线性特征和不确定性特征,而在之前的研究中,基于机理模型所得的控制律均未考虑过这些特性,故本文为了更为准确地描述实际系统,建立了一个包含系统参数不确定性和多数量未建模不确定性的EPB非线性模型,其中主要考虑了土仓压力动态、螺旋输送机-液压马达动态和液压系统压力动态所组成的模型。对于EPB系统土壤参数模型而言,则主要解决了开挖面前方土压不能准确测定与获知的问题,故本文通过一个机器学习模型,对土壤参数进行特征提取,建立了一个统计回归模型,并且能够进行误差很低的土壤参数回归预测。
  控制算法部分,主要基于上述两个模型,提出了一种自适应控制算法,能够解决EPB系统中特有的参数不确定性和多数量未建模不确定性问题。其中,一种backstepping自适应控制算法被提出,并实现了较为理想的控制效果。然而,由于该算法的虚拟输入中存在着参数估计值未知以及偏导数不易计算这两个问题,故本文又对这一算法进行了优化,并提出了基于调整函数的鲁棒自适应控制算法和基于虚拟输入滤波的鲁棒自适应控制算法,很好地解决了最初提出的控制算法中存在的缺陷,同时,也在理论上给出了证明,保证被控系统的状态全局一致最终有界,可以实现瞬态性能与稳态跟踪误差的可调,且保证了参数估计值的收敛。
[硕士论文] 雷睿
机械设计及理论 浙江大学 2018(学位年度)
摘要:在对液压挖掘机工作装置的相关研究进展分析基础上,针对液压挖掘机挖掘过程土壤阻力获取的困难、液压挖掘机转移土石效率的优化研究存在的不足,采用任意拉格朗日欧拉算法(ALE)在LS-DYNA软件中进行了土壤阻力数值模拟,并结合计算机辅助工程技术和数学方法,得到了挖掘过程耗时。以斗容与挖掘过程耗时之比为挖掘过程效率,通过正交试验和代理模型技术对铲斗结构进行了优化,有效提高了液压挖掘机的挖掘过程效率。
  论文首先阐述了研究背景及意义,介绍了液压挖掘机工作装置的研究现状、土壤切削过程研究进展及代理模型技术的发展情况,确认了本文的研究内容及研究方法。然后针对研究目的,进行了基于ALE的典型挖掘过程土壤阻力数值模拟,并通过在ADAMS中建立了液压挖掘机虚拟样机,以典型土壤挖掘过程仿真得到的斗杆和铲斗油缸压力时间历程与真实挖掘过程油缸压力数据进行对比,验证了仿真结果和基于ALE的土壤阻力数值模拟的正确性。结合仿真获取的液压挖掘机工作装置油压变化时间历程和液压系统参数进行了考虑挖掘过程土壤阻力影响的典型挖掘过程耗时计算。通过正交试验得到了铲斗结构参数对挖掘过程效率的影响规律,获得了挖掘过程效率优于原始值的铲斗结构。针对正交试验存在的不足,通过拉丁超立方采样方法,建立和验证了以挖掘过程效率为响应、铲斗结构参数为设计变量的二次多项式响应面代理模型及其预测精度。通过差分进化算法对代理模型函数寻优获得了最优结构铲斗,经试验分析,得到了挖掘过程效率更高的铲斗结构。最后总结了全文的工作并对后续的工作进行了展望。
[硕士论文] 李梅
车辆工程 山东科技大学 2017(学位年度)
摘要:在现有的挖掘机液压系统中,主控阀消耗了大部分能量,导致系统的能量利用率极低,于是节能成为挖掘机性能优化的关键,本课题就是以节能为出发点,从改进液压系统节能方式方面,对液压挖掘机的回转液压系统进行了改进优化,能够大幅度的降低能量的损耗。本文针对挖掘机回转液压系统的节能方案进行深入研究,并做了以下工作:
  首先,阐述了对挖掘机进行节能研究的重要意义,综述了挖掘机节能的国内外研究现状,介绍了当前挖掘机应用比较广泛的节能技术。
  然后,以斗山DX215-9C为研究对象,在深入了解挖掘机及其回转系统组成的基础上,对挖掘机的典型工况、回转负载以及能量损失进行了分析和计算,并对挖掘机的传统回转液压系统进行了分析。
  其次,介绍了目前常用的液压仿真软件及其用法,对传统回转液压系统进行了仿真分析,计算得到回转液压系统的能量损失,说明挖掘机回转液压系统有很大的能量回收空间。
  再次,在分析能量回收系统类型和液压系统设计要求的基础上,提出两种能量回收利用方案,并对两种方案的工作原理进行了详细说明,对两种方案中的主要液压元件进行了计算选型。
  最后,对两种方案分别进行建模仿真,并对仿真结果进行分析:基于蓄能器的能量回收方案,能量回收率约为8.9%,由于增加了蓄能器,需要对蓄能器的控制策略进行设计,同时需要并联能量回收油路,对液压系统改动较大,成本也高;基于负载敏感变量泵与溢流阀的能量直接利用方案,能量回收率约为12.4%。两种方案都达到了一定的节能效果,基于负载敏感变量泵与溢流阀的能量直接利用方案,节能效果更好,而且对液压系统改动不大,也没有高成本的储能元件,改造成本相对较低。
[硕士论文] 黎慧珊
建筑与土木工程 河北工程大学 2017(学位年度)
摘要:近些年来,预应力锚索被广泛应用于隧道、高边坡、深基坑和坝基等工程建设中,受复杂岩土环境影响,锚索容易发生腐蚀而产生破坏,对锚固工程整体安全构成极大的威胁。本文以预应力锚索的腐蚀规律及耐久性为研究对象,以锚索腐蚀破坏理论为基础,采用室内加速腐蚀试验,研究锚索在不同影响因素作用下的腐蚀规律;基于预应力锚索健康评价体系,结合现场开挖试验和室内检测试验,综合评价预应力锚索的健康状况,并取得了一些有益于理论和实践的研究成果。
  (1)通过查阅大量相关文献,分析了引起预应力锚索腐蚀破坏的影响因素,主要分为内部因素和外部因素,内部因素主要与锚索材料本身及防腐工艺有关,外部因素主要为环境因素所主导。
  (2)根据锚索腐蚀破坏的基本特征,并结合锚索具有的环境特征、结构特征及受力特征,揭示了预应力锚索的主要腐蚀类型为应力腐蚀断裂、氢脆断裂、孔蚀、缝隙腐蚀、腐蚀疲劳等,并对这些腐蚀破坏类型进行理论分析,根据不同腐蚀类型所对应的腐蚀原理,提出相应的腐蚀控制措施。
  (3)通过室内加速腐蚀试验,研究了钢绞线在不同介质环境下的腐蚀形貌特征,进一步分析了钢绞线的腐蚀机理。结果表明,不同pH值溶液中,钢绞线经历了不同的腐蚀阶段,发生了不同类型的腐蚀。当溶液pH=2时,钢绞线发生孔蚀;当溶液pH=7时,钢绞线发生均匀腐蚀;当溶液pH=12时,钢绞线发生缝隙腐蚀,且钢绞线的腐蚀类型与腐蚀形貌特征与溶液是否含有Cl-及Cl-浓度有关。
  (4)根据不同影响因素作用下钢绞线单位长度腐蚀量的变化规律,分析了Cl-浓度、pH值和时间对钢绞线腐蚀的影响特点以及不同影响因素之间的相互耦合关系。结果表明,钢绞线单位长度腐蚀量随着Cl-浓度的增加而先增加后减少,随着时间的增长而增加,随着pH值的增大而减少。pH值因素与Cl-浓度因素对钢绞线腐蚀的耦合作用最强,时间因素与Cl-浓度因素的耦合作用较强,时间因素与Cl-浓度因素的耦合作用相对较弱。
  (5)依据预应力锚索健康评价体系,以环境指标、腐蚀状况、化学性能、力学性能、变形特征和时间因素为评价指标,通过现场开挖无粘结预应力锚索,并结合室内化学和力学试验,从宏微观上综合评价无粘结预应力锚索的健康状况。结果表明,本次开挖试验的预应力锚索不同部位在不同防腐措施下腐蚀程度不同,而力学性能基本无变化,且具有稳定良好的化学性能。内锚固段砂浆包裹体能提供足够的锚固力而不产生相对滑移或裂缝,完好的砂浆包裹体有效避免了锚索因腐蚀而破坏。在弱腐蚀岩土工程环境中,服役年限不长的预应力锚索健康状况基本良好。
[硕士论文] 唐剑波
机械工程 广西大学 2017(学位年度)
摘要:随着城镇化建设不断推进,城市建设中的小型土方工程也日益增多。由于小型挖掘机具有移动灵活,功能多样等特点,十分适合在人口密度大、交通复杂的城市环境中作业。因此,小型挖掘机是城市建设中不可或缺的工程机械。然而,目前大部分工程机械都以柴油机作为动力源,利用液压系统控制工作装置,不仅存在油液温升,漏油等问题,由于液压管路较复杂,还导致日常维护保养十分繁琐;同时,液压系统的可靠性及适用范围受作业环境影响和限制较大,同时液压精密元件的制造成本也较高,部分核心液压元器件依旧依赖进口,这些情况都制约了小型液压挖掘机的技术发展和市场推广。
  针对液压挖掘机存在的上述问题,本文以挖掘机为研究对象,提出了一种新型变胞挖掘机构,通过锁定变胞方式减少了驱动源数量,在不影响工作特性的前提下,缩小了可控机构式挖掘机工作装置的安装空间,使得结构更加紧凑。用电动缸代替液压缸作为驱动源,不仅免去了复杂的液压管路系统,彻底解决了液压工作系统存在的诸多问题,使得维护保养更加方便,还有效地解决了传统挖掘机能耗高,尾气污染严重的问题。
  本文具体工作内容包括以下几个方面:
  (1)基于图论对传统挖掘机进行了构型综合,从得到的78种拓扑结构中筛选出最优方案,并对其进行改进,从减少驱动源的目的出发,提出了一种锁定变胞方法,得到本文的新型变胞挖掘机构,并对其进行了三维建模;利用邻接矩阵法对该机构的拓扑结构变换进行了分析,计算了各构态自由度,并通过运动简图描述了各工况运动。
  (2)利用闭环矢量法建立了该机构各个构态的运动学数学模型,得到了各个构态下位姿、速度等的正逆解方程;将运动学方程的数值计算结果与利用三维软件Creo得到的仿真测量值进行对比,验证了该机构运动学数学模型的正确性。
  (3)利用拉格朗日方程对该机构的满斗提升工况、铲斗挖掘工况和斗杆挖掘工况进行了刚体动力学分析。以玉柴YC08-8的作业系统参数(见附录)作为参考,通过动力学方程得到驱动力矩及电动缸驱动力的表达式。
  (4)利用ANSYS Workbench中的瞬态动力学模块(Transient Structural),将该机构简化为刚柔耦合多体系统,进行了冲击载荷作用下的力学分析。将挖掘工况分解为斗杆挖掘和铲斗挖掘两个动作进行分析,证明了该机构在满足强度设计要求的前提下,能够顺利完成传统液压挖掘机的动作。
[博士论文] 邵诚俊
控制科学与工程 浙江大学 2017(学位年度)
摘要:全断面大型掘进装备是用于地铁、基础设施与国防工程等地下作业的重要施工设备,具有非常广阔的市场前景。而掘进装备的掘进过程自动化控制与地质适应性优化运行,是实现掘进装备安全、稳定和高效掘进的关键。
  本论文以掘进过程地质适应性控制与掘进装备的轨迹纠偏控制为目标,深入分析了机电液多系统间的耦合规律,建立掘进装备闭链结构约束下多系统耦合模型,分析刀盘主驱动系统工作原理实现刀盘转速精准控制,实现地质适应性的优化运行;考虑掘进装备纠偏能力及安全约束,研究掘进装备的纠偏轨迹规划与轨迹纠偏控制;并在前述研究工作的基础上,针对地质条件复杂多变等现象对掘进面压力带来的强冲击问题,研究面向掘进面压力稳定的掘进过程多系统协调控制策略。
  本学位论文中的主要研究内容和创新点如下:
  1、将撑靴-推进-主梁之间首尾相接视为多个具有闭合运动链的结构,基于各闭链结构,分析撑靴系统、推进系统、主梁等各杆件铰链和缸体的运动学,获得Tunnel Boring Machine(TBM)整体闭链结构的运动学描述;建立瞬时横向速度为零的运动约束方程,以及维持瞬时横向速度为零的侧向力分析方程,得到近似描述围岩-盾体侧向约束的作用力;分析滚刀与岩石产生的作用力受切深、围岩特性与滚刀参数等的影响关系,得到推进-主驱动-围岩的相互耦合作用规律,并结合推进-调向多缸系统的闭链结构运动学-动力学耦合,建立多系统之间的耦合影响关系;基于拉格朗日动力学建模方法,建立了TBM机电液多系统耦合动力学模型,为轨迹纠偏控制和刀盘主驱动转速控制奠定研究基础。
  2、分析敞开式TBM推进系统及撑靴系统的组成及工作原理,基于建立的TBM机电液多系统耦合动力学模型分别建立推进系统水平调向纠偏动力学模型和撑靴系统三维纠偏调向动力学模型;根据装备机构特征及施工约束,计算TBM最小拐弯半径,基于最小拐弯半径法求得TBM在各种不同偏离设定轴线情况下的纠偏规划轨迹;基于自适应鲁棒控制算法,分别为推进系统调向和撑靴系统调节设计TBM纠偏调向控制器,通过仿真实验表明,设计的Adaptive Robust Control(ARC)纠偏控制器在两种模式下均能快速、平衡、精准地将装备纠回到设定轴线上。
  3、分析TBM刀盘主驱动系统的工作机理,针对齿轮啮合过程中存在的死区现象提出死区拟合函数,建立刀盘主驱动系统动力学模型;设计TBM刀盘主驱动系统带有遗忘因子自适应观测器,对齿轮啮合齿隙等参数进行参数估计,提出的带有遗忘因子的自适应观测器对齿隙变化具有精确的预测能力,能快速平滑地跟踪实际值的变化,且具有很强的抗干扰能力;基于自适应鲁棒控制算法为刀盘主驱动系统设计了ARC控制器,实现对刀盘转速的精准调控。实验结果表明,设计的ARC控制器能对刀盘转速进行快速精确的跟踪控制。
  4、分析土压式盾构机密封舱压力和掘进速度、螺旋输送机转速、注塑系统添加剂注入量之间的影响规律,建立土压式平衡盾构机密封舱压力平衡动态模型;基于预测函数控制算法设计密封舱压力平衡控制器,与传统PID控制器相比,PFC控制器能更快速更精准地跟踪密封舱压力设定值轨迹,且能有效克服模型的变化;在上海地铁17号线隧道施工中的土压式平衡盾构机上对设计的PFC控制器进行了实验验证,实验结果表明设计的PFC控制器和盾构机原有的PID控制器均能快速有效地跟踪上密封舱压力设定值,但是PFC的控制性能要明显优于PID控制器,压力波动更小,抗干扰能力更强。
  在论文的最后,对研究的工作内容进行了总结,并对未来后续的研究进行了展望。
[硕士论文] 高拥军
工业工程 山东大学 2017(学位年度)
摘要:随着科技的飞速发展,工程机械功能越来越全面,其结构复杂程度也日益增加。在各种因素的影响下,工程机械设备会产生各种故障,影响其使用功能,还会造成一些事故的发生,并造成一定的经济损失。因此,确保机械设备运行的安全性,降低事故发生率,是非常紧迫的问题,这就体现了工程机械故障诊断的重要性,因此,企业有必要建立工程机械故障诊断树及故障诊断系统。以诊断树为依据进行流程建模,实现实际操作中的工程机械故障诊断。其目的在于为用户诊断过程提供指导和为维保技术人员提供技术储备,用户根据诊断树的提示进行故障诊断,提供文字指导和图片指导两种形式。
  针对工程机械故障具有复杂性和多样性的特点,研究分析了推土机故障现象、原因与排除方式,结合对象特点,进行流程建模,建立了推土机故障诊断树。
  基于诊断型专家系统原理,通过数据与算法的分离,设计开发了故障诊断辅助软件。实现了以语言文字输入对故障现象节点进行相似或近似搜索,对机械故障进行快速诊断,并得到了应用验证。同时,研究了故障诊断的两种模式,即从故障诊断树顶点进行逐层诊断模式以及采用文本比较算法进行故障征兆搜索并快速定位模式。
  本论文研究了专家系统开发过程中的关键技术。探讨了CLIPS、VC++的交互方法,并分析了其局限性,提出了一种改进的交互方法。
  本文研究了软件注册码授权方法。课题采用RSA非对称公钥加密注册码授权。用户在安装软件后,软件会根据用户计算机的C盘序列号,生成一个注册码。一旦生成,用户再将这个码发送给相应的软件供应商,供应商利用激活码生成软件再生成一个二次激活码。用户输入此二次激活码,软件系统便会自动完成授权。
  最后,以变矩器高温故障进行了诊断演示。本课题的研究方法和成果为开发工程机械故障诊断专家系统提供了理论依据和实践经验。
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