异形隧道盾构切削机构的奇异性与运动学分析

首次选择传统五杆机构的一种变异机构作为异形断面隧道盾构切削机构，并就切削机构的奇异性和运动学问题进行了详细的分析，从而为该核心技术在实际工程应用时，如何避免切削机构的瞬时运动不确定位置提供了必要的理论基础．同时，运动学的分析工作，也为动力学分析、杆长相互关系的组合与选择、切削机构刀盘位置布置及结构设计等分析提供了前期的理论分析基础．尤其对实现任意轨迹的要求，提供了两输入控制所需的数学模型基础．     

异形盾构管片原型试验混凝土裂缝宽度预测与可视化

预测和可视化监测异形盾构管片混凝土裂缝宽度和开展规律对站立式原型异形盾构管片加载系统的研发以及后续的异形盾构管片优化设计至关重要.通过梁荷载试验完善了体积率为2%的CF50钢锭铣削型钢纤维混凝土最大裂缝宽度理论公式,同时创新性地在原型管片结构试验领域引入非接触式应变光学测量系统,对管片拱顶内弧面关键区域进行裂缝实时监测.研究结果表明,基于三维数字图像技术(DIC-3D)可定义管片裂缝出现时机判定和裂缝宽度计算方法.管片裂缝宽度经历了初始、稳定和加速等三阶段发展过程,最终确定出异形盾构衬砌结构极限覆土深度为18.5 m.梁荷载试验所获最大裂缝宽度理论公式中的相关设计参数是有效的,未来可结合壳-弹簧模型计算管片内力结果进行异形盾构管片裂缝宽度的科学预测.     

双撑杆横张智能预应力梁设计参数数值分析

运用ANSYS软件计算分析了双撑杆横张智能预应力简支梁中智能伸缩杆的布置方式、预应力索的截面面积以及智能伸缩杆的顶升方式这3个因素对系统消耗的能量、智能伸缩杆的杆力和智能伸缩杆的伸长量这3个性能评价指标的影响.分析结果表明:智能伸缩杆的初始杆长越长,性能指标越好;智能伸缩杆应对称布置在梁跨度的1/4和3/4附近;预应力筋的截面抗拉刚度越大,性能指标越好;不同顶升方式之间,智能伸缩杆耗能的差别很小,可采用同步顶升.     

混合输入型五杆轨迹机构的分析与设计

混合输入型机构有两种类型的输入,一种由实时不可调速（ＲｅａｌＴｉｍｅＮｏｎ－Ａｄｊｕｓｔａｂｌｅ,ＲＴＮＡ）马达供给;另一种由实时可调速马达（ＲＴＡ马达）供给．ＲＴＮＡ马达提供主要的动力,ＲＴＡ马达则起运动调节作用．这样一种构型能实现可编程的输出运动且具有高的运行速度、承载能力和能效．文中以机构不产生死点位置为依据,对混合输入型五杆机构进行分类,并对每种类型机构的轨迹实现范围进行了研究．在混合五杆机构优化设计时,以实现一组轨迹输出时所需的最大ＲＴＡ马达的功率作为最小化求优的目标函数．举例验证了所提出的设计方法．     

3种用于混联机床并联机构的分析

分析了不同参数条件下3种可用于混联机床的并联机构:Stewart并联机构、动平台共用铰链机构以及中心伸缩杆机构,提出了虚拟工作空间和虚拟最大内接圆半径作为指标评价姿态实现能力.     

三作用多泵多马达输出转速和转矩的理论分析

为了实现定量泵可输出多种流量、定量马达输出多种转矩和转速的功能,设计了双定子结构的新型泵和马达,并提出了多泵多马达传动理论.在一定的马达进出口压差条件下,通过三作用双定子泵(马达)的不同连接以及泵和马达的多种组合连接,对泵的不同输出流量、马达输出转矩和转速进行了计算分析.结果表明,通过改变泵和马达的连接方式及其组合连接方式,在一定的范围内可以对马达的转矩和转速、泵的输出流量进行调节和控制,从而拓宽了元件的适用领域.     

大断面异形盾构衬砌结构纵向力学性能

首先通过建立异形盾构三维有限元计算模型研究了多种因素对异形盾构纵向力学性能的影响,数值结果表明,异形盾构纵向整体向下位移、变形模式符合三次多项式形式;纵向刚度有效率随横向刚度有效率的增加先减小后增大,但纵向刚度受横向刚度的影响较小,异形盾构横向刚度有效率设计建议值为0.65;纵向刚度有效率随埋深增加而减小,错缝拼装能明显提高异形盾构的纵向刚度;纵向刚度有效率随基床系数的增加呈线性增长,其对异形盾构纵向刚度的影响最为明显;纵向螺栓预紧力对纵向刚度有效率的影响呈线性增加关系,但对异形盾构纵向刚度的影响并不明显.基于实测环缝张开量值建立了适用于异形盾构的纵向等效刚度和纵向刚度有效率简化解析模型,解析模型计算结果与数值计算结果吻合,证明该理论模型的有效性.     

斜腹杆体外预应力杆-索结构刚度矩阵可逆性分析

根据线性代数理论,证明斜腹杆体外预应力杆-索结构刚度矩阵K的可逆性.把较为复杂的K的可逆性问题转换为简单矩阵的可逆性问题;对简单矩阵的行列式进行腹杆数分别为奇数和偶数两种条件下的恒等变形,得到由腹杆、索的方向角所确定的行列式.结果表明,当腹杆倾斜布置时行列式非0;当某一腹杆垂直布置时,对未定式通过洛比达法则求极限,其行列式也非0,即K的可逆性与腹杆、索的布置方向无关.杆-索结构刚度矩阵可逆性的证明为伸缩腹杆体外预应力加固技术在控制索应力的设计方面奠定了数学基础.     

软土地区土压平衡盾构反扭矩分析

基于土力学基本原理,综合考虑覆土、盾构自重及未脱开管片自重、千斤顶反力因素等产生的阻滞力矩,推导出在软土地层中盾构施工反扭矩理论计算方法。通过杭州软土地区盾构地铁区间实例分析,发现理论计算反扭矩为实测切削扭矩18.9到16.0倍,表明在盾构切削施工过程中,反扭矩足够保证盾构正常掘进而不会有产生侧翻的可能。在盾构始发掘进时,虽然理论计算反扭矩大于实测切削扭矩,但是安全系数较小。提出一种简单有效防止侧翻的措施并应用于实践。由于软黏土的黏滞特性,在刀盘切削扭矩作用下盾构体轻微回转,通过反向调整切削方向可以消除盾构回转角。     

钢筋混凝土拱桁架的最优化设计

本文对钢筋混凝土拱桁架进行优化设计,首先初拟断面尺寸,用刚架有限元进行内力计算.然后对每类杆用0.618方法进行优化设计.用优化的断面尺寸对结构进行内力重分析和对杆件再优化.依此迭代下去,直至收敛.此时可得出结构造价最省的断面尺寸和相应配筋.本文例举了三个实例说明拱桁架优化设计的经济效益.     

一种双作用多级液压缸的设计与应用

通过对一种双作用多级液压缸伸缩过程的分析,弄清了影响此种双作用多级液压缸动作顺序的几何要素和系统的力学要素,确定了此种双作用多级液压缸设计原则及液压缸正常工作的条件,为此种双作用多级液压缸的设计及应用提供了理论依据.     

水轮机筒阀电液同步控制系统数学建模与仿真

为了满足水轮机筒阀在启闭过程中的多缸同步和速度控制的要求,对筒阀电液同步控制系统中的主要液压部件。如电液比例方向阀、同步液压马达、比例节流阀和非对称液压缸进行动态数学建模分析,给出了水轮机筒阀电液同步控制系统非线性数学模型。针对筒阀在启闭过程中对同步性能和速度控制要求高的特点,提出一种双闭环（同步闭环和速度闭环）综合控制方式,该控制方式内环负反馈用于多缸同步控制,外环负反馈用于多缸速度控制。利用Simulink对系统进行仿真研究,并和试验结果进行了对比。结果表明,该系统和控制方式能满足水轮机筒阀在启闭过程中对速度和同步性能的要求。     

轻量化掘进机截割臂工作性能的离散元分析

针对纵轴式掘进机截割臂惯性大、结构稳定性差、姿态调节有限等问题,运用机器人拓扑结构分析设计出4RPU+R一平移三转动轻量化截割臂。针对截割臂遮护板遮护面积不足、缺乏保护等问题,运用TRIZ发明创造原理设计伸缩式遮护板。利用离散元数值模拟方法分析该机构对煤岩断面成形质量的影响,结果表明：矩形断面掘进成形率可达77.96 %,该一平移三转动轻量化截割臂用于矩形煤岩断面成形的效果较好,验证了机构设计的合理性,为掘进机截割部件轻量化设计提供参考,并对掘进设备的优化和支护环境的改善提出展望。     

高速开关阀控液压缸的位置控制半实物仿真研究

为研究基于高速开关阀的液压缸位置控制问题,设计了基于高速开关阀和换向阀组合控制液压缸的回路,并采用PWM驱动高速开关阀.建立了控制系统的Simulink离线仿真模型,采用基于卡尔曼滤波的PID控制算法完成液压缸的位置跟踪仿真.最后借助Matlab/xPC Target搭建了高速开关阀控液压位置系统的半实物仿真测试平台,仿真与实验结果表明所设计系统结构的正确性,以及采用卡尔曼滤波的PID控制算法可有效提高液压缸的位置控制精度,借助半实物仿真技术可以提高高速开关阀控位置系统的设计效率.      

一种高效节能液压缸试验台设计

分析了当今流行的几种液压缸试验台的设计方案,指出了传统液压缸试验台所存在能耗较大、温度控制精度不高的缺陷,由此提出了一种高效节能并带有新颖温度自动控制装置的液压缸试验台的设计方案.经过实验检测,该方案既能起到高效节能效果,又能够控制试验所要求油液温度的精度范围.     

液压四足机器人髋关节的鲁棒自适应动态面控制

液压四足机器人髋关节由伺服阀控缸系统构成,是机械腿的关键组成部分.它的控制性能直接影响着机械腿甚至机器人的运动控制精度.因为髋关节工作情况的复杂性和阀控缸系统自身的非线性,使得传统控制算法无法满足机器人运动性能指标的要求.由此,本文对液压四足机器人髋关节伺服阀控缸系统的控制方法进行了研究.首先通过对髋关节工作条件的分析完成了伺服阀控缸的数学建模,然后基于鲁棒自适应动态面的控制算法设计了伺服阀控缸系统的控制器,并从李雅普诺夫稳定判据的角度证明了系统的稳定性.最后通过Matlab与AMESim的联合仿真,对鲁棒自适应动态面与传统PID及普通动态面的控制效果做出对比,证明了所研究算法的有效性.      

集成式电液制动系统建模仿真与压力控制

为实现对集成式电液制动系统(integrated-electro-hydraulic brake,IEHB)压力的精确控制,通过MATLAB/Simulink软件建立了包含机械系统和液压系统的IEHB整体仿真模型,研究分析了IEHB系统具有多个控制对象且相互耦合的特点,设计了电动主缸、助力电机、增压阀、减压阀以及电动泵的控制策略,从而实现主缸压力和轮缸压力的协调精确控制,并对IEHB系统和压力控制方案建模.最后,在3种不同工况下对IEHB模型和压力控制策略进行仿真实验.结果表明:所建立的IEHB模型可以较好地模拟实物系统,所设计的IEHB压力控制策略与传统的比例-积分-微分(proportional-integral-derivative,PID)控制相比具有更好的跟踪响应表现和更强的鲁棒性.     

凸轮转子叶片马达的过渡曲线中心角参数优化

提出了针对凸轮转子外轮廓过渡曲线段的参数优化设计方法.通过对马达关键参数解析式推导及分析,得出了压力角、叶片干扰转矩、流量脉动、泄漏量与过渡曲线中心角之间的关系.通过解析计算及仿真,得出了该类型叶片马达凸轮转子设计的理论依据和优化参数.经过实验验证,基于该中心角优化参数设计的凸轮转子叶片马达取得了良好的伺服精度,证明了凸轮转子过渡曲线段中心角参数优化设计的正确性和可行性.     

切纸机传动系统设计

分析切纸机传动工艺过程,对变频控制方式和伺服控制方式进行精度计算,得出变频控制技术方案不能满足切纸机切纸精度要求,只有采用伺服控制才能够保证切纸精度。采用安川伺服控制器设计完整的切纸机控制系统。     

液压仿真系统中的同步控制策略研究

现役的水下发射装置,经常采用单液压缸驱动,这样会产生滑套上的倾覆力矩.为了消除这种现象,现采用双伺服阀控制双液压缸代替原来的单缸驱动.而双缸控制系统中有两种控制方式,即主从方式和等同方式.比较了两种方式的各自特点,最终选用等同方式来设计这个系统,并给出了这个系统的仿真曲线和对比结论.