油罐清洗系统移动机构的研究

根据油罐清洗的要求和油罐壁面的特点,采用磁吸附三维移动方式,设计了油罐清洗装置的关键部件———移动机构。在对移动机构的静态和动态进行受力分析的基础上,确定了单个磁性吸附块的最小吸力参数。移动机构具有两大功能,即吸附功能和移动功能。设计中采用磁吸技术实现吸附功能,采用类似脚步行走的方式实现移动功能。在移动过程中,每4块磁1组,保证始终有4块磁与壁面处于良好的吸附状态,从而保证移动机构能可靠地吸附在罐面上。试验结果表明,该移动机构具有行走稳定,负载能力强的特点,适合在油罐中作业。     

针对风电维护任务的小型磁力爬壁车的设计

设计了一种小型磁力爬壁车,其主要任务是进行风电机组维护工作,能够完成从风电机组底座向上直达风力发电机的攀爬任务。该磁力爬壁车由机械系统和控制系统组成,机械系统由移动机构和吸附机构组成,主要包括轮爬壁车架、磁铁架、前桥、后桥等。该磁力爬壁车通过攀爬风电塔筒而取代了履带式吊车,无攀爬高度限制,极大的提高了风电维护的工作效率。     

磁感应游离磨粒线锯切割中磁系研究

根据磁感应游离磨粒线锯切割技术要求,设计了能在锯丝周围产生辅助匀强磁场的磁系.利用ANSYS有限元软件,分别建立了磁系的磁轭、磁极接头的有限元仿真模型,仿真确定了磁轭的截面尺寸和磁极接头形状.根据磁轭、磁极接头仿真结果并依据磁路设计原理组建磁系,对置于磁系中的锯丝周围的高梯度磁场特性进行了仿真研究,结果表明:所设计的磁系产生了匀强磁场并具有一定的聚磁效果;锯丝在所设计的磁系中能够形成高梯度磁场并按规律分布.搭建磨粒吸附观测实验平台,观测磁性磨粒在锯丝表面的吸附,实验结果表明:磁性磨粒吸附于锯丝表面,所设计的磁系能够产生良好的磨粒吸附效果.     

井架攀爬机器人的设计与仿真

针对石油井架的工作环境,设计了一种井架爬行机器人,以代替人工完成井架攀爬和检测任务。首先,通过工作需求确定了机器人的结构;其次,根据D-H(Diffie-Hellman)参数法求解了机器人机械臂转动以及越障的运动学方程,采用蒙特卡洛法计算得到机器臂的运动空间;最后,利用ADAMS(automatic dynamic analysis of mechanical systems)仿真得到攀爬机器人在静止检测时机械臂转动对履带车吸附稳定性的影响以及越障过程中电永磁吸附足的稳定性。研究结果表明,该井架攀爬机器人可以在井架上稳定工作,且速度快于同类爬行机器人,最大拖动负载为21 kg。在机械臂旋俯仰及旋转过程中,履带车质心的波动幅值均小于0.1 mm。越障过程中,前端电永磁吸附足均不会发生侧滑、倾覆以及下滑等现象。     

旋转磁场特性及其磁选行为影响规律

旋转磁场属于开放式磁场中一种特殊磁场形式,可有效降低强磁性矿物的磁团聚影响,提高分选效率.本文采用理论分析和试验验证的方法,设计了旋转磁场实验装置,仿真模拟了多种旋转磁场结构的磁场,根据不同结构方案在相同分选区域的磁场力分布特性,发现了较优的磁路方案;应用动力学相关方法,研究了旋转磁场中单一磁性颗粒的运动特性,揭示了磁性颗粒的运动规律;基于试验装置平台,分析了装置运转参数影响规律并进行了干式和湿式2种工况的试验验证,确定了分选装置关键结构及参数,为工业装置的结构设计及运转提供了理论参考.结合理论研究分析,设计了旋转磁场磁选装备并进行了工业应用,获得优异分选指标.     

爬壁机器人磁吸附组件优化设计与试验研究

针对工业生产需求,以安全吸附和灵活行走为设计目标,提出可吸附在钢制结构物壁面作业的爬壁机器人.阐述爬壁机器人机械结构及相关的工作原理,分别论述磁吸附爬壁轮、清洗回收组件等子系统的结构原理;为了防止机器人发生滑移、倾覆,分析爬壁机器人不同的失稳形式,建立爬壁机器人的静力学模型,得到爬壁机器人抗失稳的磁吸附力;为了确保磁吸附组件的质量最小、磁吸附力最大,通过引入磁质比,分析结构参数对磁吸附组件性能的影响,得到最优的结构尺寸.通过实验获取磁吸附组件的吸力特性和爬壁机器人的负载、运动特性,验证磁吸附组件优化设计的可行性.     

径向充磁圆筒型永磁直线电机的有限元分析

圆筒型永磁直线电机作为线性驱动装置,需要从旋转运动到直线运动的机械结构转换,同时磁场沿轴向均匀分布,起动推力易受到电压波动的影响,因此其设计与分析的方法与传统的旋转电机有所不同.以Ansys软件为工具,对径向充磁圆筒型直线电机的磁场分布和电磁推力进行了计算,并将其计算结果与轴向充磁圆筒型永磁直线电机的计算结果进行了分析比较.结果表明,径向充磁圆筒型直线电机的控制平稳性能更高.     

磁致空气分离技术的研究进展

系统回顾了磁致空气分离领域的主要研究进展,磁致空气分离是一种新兴的空气分离方法,它主要利用氧氮气体的磁化率差异实现分离.按照装置结构特点可以分为吸附富集法、轨迹偏转法、磁环法3种,通过不同方法的组合级联形成了形态多样的磁致分离系统.总结归纳了利用梯度磁场进行空气分离的技术要点及适用范围,磁致分离方法装置简单、预处理方便、能耗低,与传统分离方法相比,更适宜于低纯度氧气的生产.展望了磁致空气分离的发展趋势和应用前景,为了获得更高纯度的富氧空气,可以将磁致空气分离方法与传统低温精馏、膜分离方法有机结合,花费较少的代价来有效地提高传统方法的分离效率.     

环境磁场对磁记忆检测信号的影响

通过对一铁磁性试件进行磁记忆检测实验,选择手机信号作为干扰源,研究不同环境磁场下试件磁记忆检测信号的变化情况.同时,对试验过程中的环境磁场对磁场强度变化的影响进行了机理分析.研究结果表明:对不同程度的环境磁场干扰,检测得到的试件磁记忆信号差别显著;周围有放置手机但不通话时,环境磁场的干扰程度不大;随着周围环境的通话手机数量逐渐增多,环境磁场的干扰程度不断加大直至足以影响检测精度.     

磁化的燃油和空气对油燃烧影响的试验研究

通过建立的小型燃油磁化燃烧试验装置,探讨了不同磁化时间、磁化级数对燃油磁化燃烧效果的影响规律,设计了三种磁化装置并比较了其对燃烧后烟气中有害气体含量的影响,试验研究了燃油和燃油、空气同时磁化对燃烧的影响效果。结果表明不同的磁化方式具有不同的磁化效果,磁化方式的选取相当重要;对于一定流速的燃油,当磁化时间大于磁饱和时间后,或者磁场长度大于磁饱和时间所对应的磁场长度后,将对燃烧没有太大的影响;燃油和空气同时磁化比单一燃烧磁化更有利于改善燃烧状况,降低燃烧污染物排放。     

新型除锈爬壁机器人附壁建模与仿真

设计了1种永磁真空混合附壁的船舶壁面除锈爬壁机器人,该机器人负载大、本体重,机器人的附壁面法向存在水射流反冲力和真空负压压力.建立了机器人下滑和后翻两静态模型,结合船壁面法向的3种受力状态,分别对下滑模型和后翻模型进行了分析,并将两模型永磁单元所需吸附力进行了对比.仿真和实验结果表明,真空负压提高机器人附壁能力明显,可以较大地降低永磁吸附单元所需吸附力,减小机器人负载,较低的真空负压可实现辅助永磁良好附壁,在保证灵活运动的前提下吸附可靠.     

High-performance wall-climbing robot for inspection and maintenance

A wall-climbing robot that can continuously work on many types of wall surfaces has been developed. This robot based on low-vacuum adsorption principle consists of a locomotion mechanism, a sealing device, a fluid machine and a detecting system. The adsorption force is analyzed in details and its influencing factors are given. The robot prototype, which has the features of high adhesion efficiency, light body in weight, small size in structure and good capability in payload, is tested in outdoor and indoor environments. Through the experiments, the influences of the impeller slit and the seal clearance are discussed. In addition, the robot functions such as adsorption performance, locomotion performance and wall adaptability are tested by experiments. The experiments have verified that the robot not only can climb on many types of wall surfaces, but also has outstanding locomotion ability and payload capacity.     

新型爬壁机器人越障机理及能力研究

爬壁清洗机器人是在危险的高层建筑环境下替代人进行清洗工作的机械,其可靠性和稳定性尤为重要. 在分析传统爬壁清洗机器人弊端的基础上,针对玻璃存在的窗框障碍物,设计一种四旋翼摆臂式爬壁清洗机器人.机器人基于履带式底盘结构,通过旋翼旋转产生推力提供壁面行走所需的吸附力,并设计相应的机器人摆臂变形机构,增加机器人的壁面越障能力. 从运动学角度分析机器人越障时的运动机理,建立机器人壁面攀爬的运动学模型. 在RecurDyn的Track LM模块环境下,对机器人越障过程进行运动学仿真,得到驱动轮的驱动转矩、旋翼推力随时间变化曲线;对Y轴重心位置和加速度变化曲线分析,机器人在越障过程中能够保持良好的平稳性,论证了四旋翼摆臂式爬壁清洗机器人的越障能力和越障过程中的平稳性.     

模块化小型爬壁机器蠕虫

针对现有爬壁机器人吸附装置的体积和功耗大,难以适应爬壁机器人小型化等问题,提出一种蠕虫型爬壁机器人。对该机器人结构进行了模块化、小型化的设计,并进行了爬壁实验。     

壁面爬行机器人本体的设计

针对爬壁机器人作业环境和作业性质,提出了机器人的性能要求.并针对这些要求进行了本体结构及传动机构的设计,确定了驱动方式,实现了机器人在壁面上稳定行走和可靠作业.     

推力吸附爬壁机器人的优化设计与试验

介绍共轴式双旋翼推力吸附爬壁机器人,通过优化推力吸附机构和机架,增强负载能力、降低能耗、增加续航时间. 采用控制变量法控制推力吸附机构的气动参数如叶片数、桨叶安装角、间距比等,建立不同气动参数下机器人气动模型并进行流场仿真。基于仿真结果,完成推力吸附机构的优化设计;基于拓扑优化用构建响应面叠加多目标遗传优化算法（MOGA）、直接单目标自适应优化算法（AS-O）优化,完成机器人机架结构参数优化设计。与初始结构相比,机架上、下层板质量分别降低了55.62%、25.39%. 试验推力吸附机构和机器人攀爬能力,结果表明,推力吸附机构气动仿真结果可靠,上、下层旋翼旋转中心轴偏差与推力吸附机构性能关系密切,机器人具备良好壁面攀爬能力.     

管道内壁四足爬壁机器人的运动学与步态规划

研究用于检测气体绝缘金属封闭开关（GIS）内部的负压吸附管道内壁四足爬壁机器人. 分别对机器人的腿部和机身进行运动学分析,采用改进的牛顿迭代法解决机身正运动学求解困难的问题. 对机器人沿管道轴向和圆周方向的爬壁运动进行步态规划,提出运动过程零冲击的轨迹规划方法. 使用Adams进行运动仿真,并在四足爬壁机器人样机上进行水平和垂直管道的全方位爬壁实验. 结果表明：机器人的运动轨迹与所规划的步态一致,运动过程中速度与加速度无突变,运动平稳,无明显冲击,运动学模型的正确性和所规划步态的合理性得到验证. 在GIS管道的实际检测应用中,实现机器人在不同工况下的平稳爬壁运动与检测.     

微小型双体爬壁机器人的研制

研制了一种双体爬壁机器,介绍了该机器人的机械结构和控制系统,并对其平面运动、面面转换、越障碍等三种运动方式进行了分析。