关键词： 液压冲击机械   力学模型   波动力学   瞬态冲击特性  

摘要： 基于液压驱动的交变冲击破碎机械具有能量利用率高、使用范围广等优点,已经广泛应用于冶金、矿山等相关行业领域。目前,国内外对交变液压驱动冲击机械瞬态冲击动力特性的研究不充分,以致对冲击机械效率及疲劳破坏等方面的研究不够深入。针对这一现状,本论文基于冲击力学及波动力学理论,运用解析方法和试验方法开展了针对交变液压驱动冲击机械瞬态冲击动力特性较为全面的研究。论文首先根据交变液压驱动冲击机械的组成结构和工作原理,简化冲击系统获得力学模型;根据弹性杆一维波动力学理论,对工作过程中冲击部件的动力特性进行分析,并且获得冲击部件的动态响应函数;然后利用所求的动态响应函数,分析了单次撞击过程中钎杆的结构参数、活塞冲击速度对撞击过程中接触面撞击力、活塞反弹速度以及活塞能量利用率的影响。同时还分析了多次撞击过程中冲击部件结构以及运动参数变化对冲击系统动力特性的影响;最后,通过试验实测验证了交变冲击机械冲击碰撞模型及其动态响应函数特性的正确性。研究结果表明:液压冲击机械的冲击过程动力特性随钎杆结构参数和活塞初冲速度的变化而变化。在常用工程设计所确定的结构参数范围内,对于钎杆固定类单次撞击过程,增大钎杆直径,撞击力升高,活塞冲程速度降低,反弹速度升高,活塞能量利用率增加;增加钎杆长度,撞击力不变,活塞运动速度不变,活塞能量利用率增加;提高活塞初冲速度,撞击力升高,活塞运动速度升高,能量利用率不变;对于钎杆自由类分离过程,增加钎杆直径,钎杆轴力增大,活塞反弹速度增加,能量利用率增加;增加钎杆长度,钎杆轴力基本不变,活塞反弹速度降低,活塞能量利用率增加;提高活塞初冲速度,钎杆轴力增加,活塞反弹速度增加,能量利用率不变;在针对钎杆固定的多次撞击研究中,发现了集簇碰撞现象。上述研究结论,为进一步优化液压冲击机械的工作过程提供了一定的理论依据。

关键词： 工程机械   混合动力技术   控制策略技术   能量存储技术   系统控制策略  

摘要： 工程机械混合动力技术的核心部件包括动力分配机构、变频器和HV电池,关键技术包括混合动力单元技术、控制策略技术、能量存储技术.将混合动力技术应用到工程机械领域,不仅可以提高机械设备性能,还能起到降低能耗,节约能源的目的.应该进一步提升电池组系统性能,采取有效的系统控制策略,加强工程机械成本及质量控制,促进混合动力技术在工程机械领域更好发挥作用.

关键词： 核动力   机械设备   诊断   HMM  

摘要： 当前关于核动力旋转机械设备故障诊断的方法较多,本文主要对AIS和HMM故障诊断法重点进行论述。因此,本文通过对核动力旋转机械设备故障诊断方法的探讨,希望能够为我国核动力装置检测技术方法的发展具备一定的借鉴意义。

关键词： 转子刷式密封系统   流场分析   non-Darcian多孔介质模型   刷式密封密封力   非线性动力学特性   稳定性  

摘要： 我国两机重大专项的实施,对燃气轮机的研发提出了更高的要求,刷式密封性能优越,能有效地提高其工作效率和推力。高温高压高速运行时燃机常发生一些复杂的动力学行为故障,严重影响了系统的安全性和可靠性,而密封力和油膜力是引起转子系统失稳的主要因素之一,深入开展燃气轮机转子-轴承-密封系统非线性动力学特性的研究显得越来越重要。当前国内外学者对刷式密封转子系统的动力学特性的研究,大都是通过CFD仿真或者针对某具体结构进行实验测试。但这些研究还不完善,刷丝的力学行为特性和流体流动特性的耦合,以及刷丝与转子表面接触、刷丝束内部流体对密封动力学特性的影响都有待进一步研究。本文为优化燃气轮机轴系密封结构(包括单环刷式密封与复合刷式密封结构),建立了相应的转子系统计算模型,考虑了密封的结构参数和运行参数对刷式密封流动特性、密封力以及系统非线性动力学特性的影响,提出了关键结构与运行参数的选取范围,为燃气轮机的动力学设计提供了理论支持。主要研究内容、方法和成果包括以下几方面:对刷式密封的流场进行了分析研究。采用基于non-Darcian多孔介质模型的Reynolds-averaged Navier-Stokes方程数值求解方法,并通过与参考文献的结果进行对比验证了本文方法的正确性。建立了CFD计算模型,分析了径向间隙、刷束厚度、刷束栅栏高度、压比以及转速对单环刷式密封泄漏流动特性的影响。对复合刷式密封泄漏流动特性及转子表面、刷束自由高度和刷束栅栏高度的压力、速度、湍流动能分布规律进行了数值研究,然后着重分析了径向间隙对复合刷式密封泄漏流动特性的影响,并与相同结构参数的平齿迷宫密封进行了相应对比。研究发现泄漏量随着径向间隙的增加而上升,转子表面的轴向压力和湍流动能从进口到出口呈现阶梯状递减趋势,刷束下半部分和后挡板保护高度对泄漏特性影响比较明显。采用计算流体力学方法对刷式密封的动力学特性进行了分析。通过建立刷式密封的CFD计算模型,分别讨论了刷束厚度、刷束栅栏高度以及径向间隙等几何参数和运行参数对单环刷式密封流动特性、气动力、刚度系数以及阻尼系数等动力学性能的影响。研究发现交叉刚度系数和直接阻尼系数都将随刷束厚度、径向间隙和压比的增加而增加。并分析了径向间隙对复合刷式密封动力学特性的影响。考虑了气流力与转子偏心的共同作用,并基于弯曲变形理论对转子-密封系统的受力进行了分析。通过伯努利-欧拉方程和叠加法进一步分析建立了气流力和转子偏心作用下的力学模型,分析了偏心距、摩擦系数、气流均布力以及刷丝倾角、初始位置角等不同结构参数和运行参数对单根刷丝以及整圈刷丝束作用下的转子受力的影响。并通过系数拟合得到了刷式密封受力的计算表达式。搭建了转子-密封实验系统实验台,通过实验测试分析了密封力对系统的临界转速和振动特性的影响。研究发现考虑气流均布力时转子受到的作用力要明显大于不考虑气流力的情况,且作用力将随气流力的增大而增加;理论计算结果与实验结果基本一致,验证了刷式密封力学模型的正确性。应用刷式密封力学模型建立了转子-密封系统非线性动力学模型。讨论了不同的结构参数和运行参数如转子转速、刷式密封安装间距、转子阻尼和转子质量等关键参数对系统非线性动力学特性的影响。发现在密封力的作用下系统的临界转速有所提高,低转速情况下无密封力作用时系统的振幅和功率谱要稍大于有密封力的情况,而高转速情况则正好相反;随着安装间距的增加,系统的振幅有所减小;增大系统阻尼和减小转子质量能有效地提高系统稳定性。采用了刷式密封力模型以及基于短轴承理论的非线性油膜力模型,以此建立单盘转子-轴承-密封系统和燃气轮机转子-轴承-密封系统的动力学模型。并采用四阶龙格库塔法求解无量纲运动方程。然后分析了转子转速、刷式密封安装间距、圆盘偏心距、圆盘质量以及轴颈质量等主要参数对系统振动响应与动力学特性的影响。研究发现随着转子转速的上升,转子-轴承-密封系统交替地经历了多种运动形式;转子振动幅度将随着刷式密封安装间距的增大而减小,随圆盘质量偏心距的增大而增加;低转速下随着圆盘质量和轴颈质量的增加,系统的非线性运动形式将变得更复杂;高转速或大圆盘质量情况下,油膜涡动与油膜振荡将更容易出现。

关键词： 特色课程   核动力机械人才   校企实验室  

摘要： 在中国核电"走出去"和核设施退役的新环境下,核类相关企业对核动力机械相关人才提出了新的要求。本文针对企业需求与课程教学内容存在的差异,对课程教学内容进行深入的探索,借助校企实验室的优势,提出改革措施,形成适应课程本身特点并符合学生能力需求的教学体系,为学生提供实践训练平台,提高学生的实践能力及创新能力。

关键词： 工程车辆   液力传动系统   动力性   分析  

摘要： 采用的液力机械传动可以增强地铁工程车辆对瞬间高强度负载的适应能力.当地铁工程车辆在高负载牵引运行情景下,为了有效增强其适应能力可以采用液力机械传动系统.本文分析了现有工程车辆液力机械传动系统所存在的问题,并从提高动力性及经济性的角度出发,提出了增加变速箱档位、设置自动换档和简化液力变矩器的改进方案.这些改进方案为传统液力机械传动系统的改进提供了一定的思路.

关键词： 复合行星齿轮传动系统   时变啮合刚度   固有特性   动力学响应特性  

摘要： 随着航空航天技术的发展,要求提高空间机械臂的平稳性、安全性,这就对空间机械臂关节系统提出了更高要求。行星齿轮传动系统,作为现代广泛使用的传动系统之一,以其承载能力大、可靠性高、结构紧凑、传动比大、寿命长等显著优点,应用于多种长寿命周期的大型空间机械臂关节设备中。因此,本文以复合行星齿轮传动系统作为研究对象,研究其动力学特性,为设计具有优良动力学性能的机械臂关节提供指导。进行传动系统动力学分析,需要考虑啮合刚度、阻尼等非线性因素,建立系统动力学模型。本文对齿轮时变啮合刚度进行研究,基于齿条刀具范成法加工齿轮原理,推导精确齿廓曲线。采用APDL语言,建立具有精确齿廓的齿轮啮合模型,对模型进行接触区网格细化,通过计算不同相位的齿轮啮合刚度,得到一个啮合周期的齿轮时变啮合刚度。分析不同扭矩条件下的时变啮合刚度变化,为行星齿轮动力学研究提供精确的参数。综合考虑构件支撑刚度、啮合刚度、阻尼、啮合综合误差等因素,利用集中参数法分别建立复合行星齿轮传动系统中不同传动形式的平移—扭转耦合动力学模型。基于模块化思想,建立通用的四级模块,通过集成各级模块生成复合行星齿轮传动系统的非线性动力学微分方程组。基于模块化思想,对复合行星齿轮传动系统固有特性进行研究。将传动系统质量矩阵和刚度矩阵按照传动形式分为三个模块。编写具有通用性的固有特性计算程序,并以空间机械臂关节用复合行星传动系统为例,计算其固有频率和振动矢量,并分析固有频率的参数敏感度。分析复合行星齿轮传动系统的动力学特性,使用数值积分法求解传动系统的动态响应,基于MATLAB的GUI模块设计应用于机械臂用复合行星齿轮传动系统的模块化动力学仿真平台。该传动系统模块化动力学仿真平台集动力学模型建立和动力学特性计算于一体,并以复合行星齿轮传动系统为例验证仿真平台的适用性。

关键词： 碳化硅   化学机械抛光   分子动力学   刻划  

摘要： 碳化硅(SiC)是一种原子晶体,是近年来发展迅猛的第三代半导体材料,拥有禁带宽度大、热导率高、击穿电场强度高、介电常数低和抗辐射能力强等特性,广泛应用于MEMS、高能半导体器件等领域。碳化硅硬度极大,加工困难,而化学机械抛光(CMP)是目前唯一能实现全局平坦化的加工手段。CMP的切削深度为纳米级或亚纳米级,由于尺寸效应,传统的切削理论无法很好的解释CMP过程中材料表面变化。分子动力学(MD)仿真技术具有超高的时间空间分辨率,是探究原子尺度过程和微观机理的理想研究方法,目前MD仿真广泛应用于纳米力学,摩擦学,晶体学等领域。首先,通过建立金刚石磨粒与立方碳化硅基底的原子模型,将CMP过程简化为嵌入抛光垫中的磨粒对工件的刻划行为,以此利用分子动力学手段进行仿真研究,获得原子层面上刻划过程中的材料形貌变化、晶体结构变化、温度、切削力和势能变化,同时调整抛光参数,如刻划速度,刻划深度,磨粒大小,分析相关宏观量的变化,并提取脱离工件表面的原子数量进行去除率分析,得出如何提高去除率,保证材料表面质量的方法。其次,考虑施加不同外界因素对碳化硅CMP过程的影响:建立以立方碳化硅为基底,无定型二氧化硅层为表面层的原子模型,模拟抛光过程中生成氧化膜对刻划效果的影响,对比温度、切削力等宏观量变化,分析材料变形机理;再通过对磨粒施加简谐振动,模拟超声振动加工对抛光效果的影响,分析振动频率及振幅变化对切向力、法向力、工件表面沟壑形貌的影响规律;对已加工的工件表面进行长时间弛豫仿真,分析弛豫现象对工件势能及表面质量的影响。最后,进行纳米压痕、刻划实验和宏观刻划实验,得出探针压入深度与载荷之间关系及探针受载荷与摩擦力的关系,同时观察工件表面形貌,综合各个尺度下的刻划现象与仿真结果对比结合分析,验证仿真结果。

关键词： 高速电机   转子   机械应力   动力学特性  

摘要： 高速电机具有功率密度高、体积小和动态响应快等优点,对于减少装备体积和重量,提高设备性能等方面具有重要的意义,已在机械工业和国防工业等各方面获得了广泛认可和应用。由于高速电机转速非常高且转速有待上升的趋势,这给电机设计中涉及到转子部件应力的准确计算和动力学特性分析带来了一定的难度。因为如果设计不合理非常容易导致转子部件破坏和碰磨甚至共振故障的发生。因此,研究高速电机机械应力及其动力学特性对于保障高速电机的安全可靠运转是非常有必要的。本课题以两台不同类型电机为研究对象,分别针对电机转子的机械应力和动力学特性问题进行深入的分析和研究。首先,综合考虑转子部件接触处的过盈量、转子旋转时承受本身质量引起的离心力和温度场对转子部件应力的影响,根据材料力学和弹性力学的理论知识建立转子部件在不同状态下的应力解析模型,在此基础上以转子两部件间的动态过盈量大于零为限制条件,结合材料强度准则提出并确定了转子极限参数解析表达式。其次,以一台异步电机为算例,采用建立的转子部件应力解析模型,来研究该电机转子部件在不同状态下的应力分布规律,不同参数对转子护套与短路环间的接触压力及护套最大米泽斯(Mises)应力的影响规律;运用极限参数解析表达式求解该算例电机转子极限参数,对比算例电机参数值,证明了极限参数解析表达式的正确性。采用有限元法对该电机转子部件在不同状态下所承受的应力及其分布规律进行仿真,并与解析法计算的结果进行对比,通过对比分析,证明了建立的高速电机转子部件在不同状态下应力解析模型的正确性。最后,以一台永磁同步电机为算例,利用ANSYS软件建立了高速电机转子动力学特性分析的计算模型,运用该模型计算并分析了转子系统临界转速、在临界转速下的振型和不平衡响应。在此基础上研究不同参数对转子系统临界转速和不平衡响应的影响。通过试验模态方法和传递矩阵法测量和计算电机转子在自由-自由状态下的前三阶弯曲固有频率,验证了转子动力学特性分析的计算模型在该状态下的正确性。通过电机整机振动测试试验,验证了转子系统不平衡响应分析的正确性。

关键词： 劳动力价格   经营规模   农机作业服务市场   农机服务需求   农机装备需求   机械化方式选择  

摘要： 建国以来,中国农业机械化的发展经历了曲折的过程,改革开放前以国家为主导推进农业机械化的方式并没有取得成功。家庭联产承包责任制确立以后,农民逐渐成为农机投资和使用的主体,农业机械化的进程也逐渐符合客观规律。进入21世纪,我国农业生产中的劳动力价格开始上升,从2004年开始更是进入增长的“快车道”;与此同时,我国经营规模表现为总体小但局部分化的特征,形成了大多数小农户与少部分规模户并存的局面。虽然我国的农业机械化取得了很大的进步,但在发展过程中存在诸多的不平衡问题,包括地区间的不平衡、作物间的不平衡以及作业环节间的不平衡,现阶段的农业机械化难言完善,离全程机械化的目标更是有不小的距离。农业的现代化离不开机械化,在劳动力价格增长趋势不可逆转以及推进规模经营成为我国农业发展的重要路径之后,农业机械化将承载更多的使命,而政府应该如何支持农业机械化未来的发展就显得至关重要。农业机械化支持政策的制定需要建立在充分了解我国农民的机械化需求及选择的基础之上。与很多农业机械化的先行国不同,我国农业机械化的独特之处在于形成了农机作业服务市场。因此,在讨论中国农业机械化的问题时,应该要将这一市场作为重要的前提。那么,在农机作业服务市场存在的条件下,劳动力价格和经营规模会对农民的农机服务需求产生怎样的影响?农机作业服务市场的出现又是否会改变农机装备需求的作用机制?如果我国农机装备需求的作用机制存在特殊之处,劳动力价格和经营规模对农机装备需求的影响又将怎样?当一部分农户扩大了经营的规模,他们的农业机械化选择会表现出哪些特征?又会和经营规模有怎样的关系?围绕这些问题,本文对农机服务需求、农机装备需求和机械化方式选择三个主题进行了理论分析和实证检验,对上述问题的回答,有助于充分理解我国农民机械化需求及选择的客观规律,并为政府的政策选择提供依据。本文将以粮食生产为例,利用宏观和微观两个层面的数据对上述问题展开分析,主要研究内容和相关结论如下:研究内容一:劳动力价格、经营规模对农户农机服务需求的影响。本部分内容的研究目标是确定在农机作业服务市场存在的前提下,劳动力价格、经营规模对农户农机服务需求的影响,以帮助分析未来我国农业生产对农机服务的需求情况。本研究首先借助诱致性技术变迁理论分析了农业劳动力价格对农机服务需求的影响,然后结合我国农机作业服务市场的发展,分析了经营规模的作用,并构建了理论模型。利用我国25个省份2004-2012年的面板数据进行实证分析的结果显示:劳动力价格上涨,能够显著促进农户的农机服务需求,表现为农业生产中机械支出的提高;经营规模并没有表现出对农机服务需求的促进作用,但是农机作业市场却显著增加了农户机械支出,可以理解为我国农机作业服务市场的发育削弱了经营规模对农民采用农机的影响;此外,农产品价格和农民受教育程度的提高能够有效刺激农机服务需求。研究内容二:劳动力价格、经营规模对农机装备需求的影响。本部分内容的研究目标是确定在农机作业服务市场存在的前提下,劳动力价格、经营规模对农机装备需求的影响,以帮助分析未来我国农机装备的变化。在研究内容一的分析和实证结果基础上,该部分阐释了我国农机装备需求的作用机制,中国农机作业服务市场的出现使得农机装备需求主体出现了分化,而这导致以往分析农机装备需求影响因素的理论模型无法适用于中国的现状。在根据中国的现实构建了农机装备需求的理论模型之后,利用宏观层面的省级数据和联立方程模型进行实证分析的结果显示:农业劳动力价格并不直接影响农机装备需求,而是通过影响农机服务需求间接作用于农机装备需求;经营规模对农机装备需求具有显著的直接效应,尤其是有利于大型农机的购买,但是对农机装备需求的间接效应并不显著;农机价格和农机使用成本对农机装备需求产生了显著地抑制作用;农机购置补贴政策对提高大型农机的购买有促进作用;农业种植结构也是影响农机装备需求的重要因素。研究内容三:经营规模对农户机械化方式选择的影响。本部分内容的研究目标是确定在农机作业服务市场存在的前提下,农户经营规模的变化会对农业机械化的方式产生怎样的影响,对这个问题的研究能够为我国推进规模经营后,如何制定农业机械化的支持政策提供依据。本研究对比了购买服务和自用农机的优缺点,并认为经营规模是决定农户机械化方式选择的核心因素。利用对江苏省农户调查数据进行实证分析的结果显示:经营规模与农户自用机械之间存在倒U型关系,随着经营规模的扩大,农户会倾向于选择自用机械;但如果经营规模超过某一临界值,农户又会增加对服务的购买;随着家庭农业劳动力数量的增多,农户更倾向于自用机械;土地细碎化不利于农户自用机械,使农户更倾向于购买农机作业服务;农机作业服务价格以及农产品价格的上涨会促进农民自用机械。综合对上述三个主题的研究,可以得到以下结论:宏观层面,劳动力价格的提高增加了农户的农机服务