电磁型微小管道机器人的研究

针对微小空间、微小管道实时探测的要求,研制成电磁驱动微小型管道机器人样机,对样机的移动机理及动作过程作了具体分析,并对影响机器人运行速度及步距大小的几个因素（如激励电压的幅值和频率、机器人驱动机构与地面的摩擦情况等）进行了分析讨论．最后给出了微小型管道机器人在不同材质表面上驱动运动的实验结果．试验结果表明,电磁驱动微小型机器人不仅能在上述材质表面上完成各项设定操作,并有足够的驱动力输出．     

四轮管道机器人的通过性能研究

针对市政管道的几何特点,以四轮管道机器人在弯道处的数学模型为基础,设计了四轮管道机器人.利用ADAMS软件对机器人进行了弯道通过性能分析,并绘制出了机器人运动的轨迹曲线.仿真分析结果表明,在满足数学模型的情况下,四轮管道机器人能顺利通过弯道,证明了设计的合理性.其中,过渡阶段轨迹曲线上的20mm微小跳动分析也为机器人的驱动控制研究提供了依据.     

弹性地基上具有初始构型的输液管动力稳定性

解决了研究弹性地基上任意初始构型输液曲管稳定性的难点.在以弧长为参数的自然坐标系中建立了弹性地基上可伸长任意初始构型输液管道力学分析的数学模型,采用微分求积法(DQM)和分块矩阵的方法求解输液曲管的固有频率以及临界流速,研究了弹性地基和初始构型对输液管道动态特性的影响.结果表明,弹性地基将增大输液管道的临界流速,且输液直管初始构型微小的变化将引起其临界流速较大的变化.     

基于VMD改进算法的气体管道泄漏检测

为提取气体管道声波信号中的泄漏成分并进行重构,提出一种结合VMD( VMD: Variational Mode Decomposition) 和误差能量算法的特征提取方法。该方法首先利用油气管道泄漏检测系统模拟气体管道的微小泄漏,并采集泄漏声波信号; 然后利用VMD 算法将采集到的泄漏声波信号分解为一系列带宽受限的固有模态;随后,使用误差能量算法选择有效模态; 最后,利用有效模态进行信号重构。通过仿真分析发现,该改进算法可以提取有效模态,利用该方法处理气体管道微小泄漏声波信号,能有效滤除噪声并重构原始信号。     

管道微机器人驱动器微小弹性啮合轮的传动力

为解决管道微机器人在微小空间内的交叉轴传动问题,研制了微小弹性啮合轮的传动机构．基于材料力学大变形理论,建立了微小弹性啮合轮传动机构的力学模型,推导了最大传动力的表达式,应用该表达式计算了所设计机构的最大传动力、在所研制的微小力测试实验台上进行了传动力测试实验．理论计算和实验结果表明,微小弹性啮合轮传动机构能够满足微机器人动力传递的需要．     

矩形截面弯曲管道中的二次流

本文研究矩形截面微小弯曲管道中的二次流,导出了二次流基本方程式並得到了数值解。     

基于Workbench的除尘管道流固耦合数值分析

以大型消音除尘进气管道为研究对象,对其内部流场及结构场进行流固耦合数值分析。根据流体力学基本方程和流固耦合基本方程,应用CFX对管道内部流场进行模拟仿真,得出管道内压力、速度云图。将流场计算结果导入Workbench,利用流固耦合理论,得出耦合后管壁的压力分布和等效变形云图。仿真结果表明,空气流经管道时,从进风口处到出风口处,管道中压力水头转化成速度水头,压力减小,流速增大,出风口处产生负压;耦合后管壁存在微小变形,管壁四个角的变形明显大于壁面变形。     

正方形截面弯管强制对流换热

本文研究流体在正方形截面微小弯曲管道中作充分发展流动和恒热流壁条件下的换热问题,导出了求解该问题的基本方程式,並求出了低De数下曲管与直管的阻力系数的比值和矩形弯管内外侧壁的N_u数。     

地面堆载对高后果区埋地管道承载能力的影响

为了分析地面堆载对高后果区埋地管道承载能力的影响,采用ANSYS workbench有限元软件建立了堆载-土壤-管道应力状态分析三维模型,采用堆载体直接加载在地基土壤上,分析管道在堆载下的承载能力响应,采用理论计算验证了模型的可行性,分别探讨了堆载高度、管道埋深、堆载距离、管径、壁厚和土壤泊松比因素对管道承载能力的影响。结果表明,堆载下管道应力最大出现在堆载下方,并且向管道两边递减,堆载范围内的承载能力明显减弱。堆载高度和堆载距离对管道承载能力的影响最大,堆载距离的微小改变可以明显提高管道的承载能力,堆载高度的增加同时又导致管道承载能力减弱,通过堆载高度和堆载距离的变化规律可以用来判断,在管道极限承载能力范围内,不同堆载位置下的极限堆载高度。在一定堆载高度下,管道存在一个临界埋深,此时管道承载能力最大。管径、壁厚和土壤性质对管道承载能力有影响但较小。通过本文的研究可以为判断高后果区埋地管道占压下安全状态提供指导。     

管道中锆粉云火焰传播的温度与速度特性

粉末状的锆金属不仅燃烧速度快,而且燃烧释放出的热量非常高,作为高能燃料被广泛应用在航天和军工领域.锆金属以粉尘云的形态燃烧时,大量微小悬浮锆颗粒燃烧会形成具有一定面积的火焰,采用实验方法研究锆粉云火焰在竖直管道中的温度和速度特性.研究结果表明,热电偶处的锆粉云最高火焰温度与瞬间火焰传播速度有相同变化趋势,都随锆粉云质量浓度增加先增大后减小.当锆粉云质量浓度为0.625 kg·m-3时,出现最高火焰温度,可达1777.81℃,在此条件下管道中最快火焰传播速度可达39.7 m·s-1.当质量浓度超过0.625 kg·m-3后,热电偶处的锆粉云最高火焰温度与瞬间火焰传播速度都会降低,主要是由于富燃料燃烧、管道中氧气不足而导致颗粒不能完全燃烧.实验得到了不同质量浓度锆粉云的最高火焰温度值与最快火焰传播速度.     

单相受热管移动参数模型的修正

在单相管移动参数模型的研究中仅根据时间常数来确定移动函数,不能恰当地反映实际状况。该文基于单相管理论传递函数,明确了动态参数在移动函数的选择过程中的决定性意义。借助于解析方法,发现原模型仅仅当动态参数在2左右时适用。对于不同的动态参数,需要采用不同的移动函数。因为动态参数越大则对象的纯延迟越大,所以要求移动函数的变化速度越快。以常用的高精度传递函数的响应曲线为参考比较了多种移动函数的特性。给出了由动态参数决定的移动函数的具体选取方式。结果表明,修正后的模型可以更准确地描述常用热工设备的运行状况。     

单相受热管移动参数模型的修正

在单相管移动参数模型的研究中仅根据时间常数来确定移动函数,不能恰当地反映实际状况。该文基于单相管理论传递函数,明确了动态参数在移动函数的选择过程中的决定性意义。借助于解析方法,发现原模型仅仅当动态参数在2左右时适用。对于不同的动态参数,需要采用不同的移动函数。因为动态参数越大则对象的纯延迟越大,所以要求移动函数的变化速度越快。以常用的高精度传递函数的响应曲线为参考比较了多种移动函数的特性。给出了由动态参数决定的移动函数的具体选取方式。结果表明,修正后的模型可以更准确地描述常用热工设备的运行状况。     

两环路核电厂试验支管振动疲劳研究

针对国内二代加的两环路核电厂试验用支管中存在的振动疲劳问题,提出了一种确定疲劳振动的测量和计算分析方法,并运用该方法对国内某两环路核电厂小支管进行了工况分析、振动测量和最大有效振动速度计算,同时采用结构力学有限元程序ANSYS软件对小支管的振动疲劳应力进行了分析.结果表明,该方法能够很好的诊断出小支管中存在的第一类敏感管和第二类敏感管,从而为判断在两环路核电厂中试验中支管是否是敏感管提供了理论依据.     

An in-pipe micro robot actuated by piezoelectric bimorphs

A novel in-pipe micro robot providing stable and accurate locomotion inside a tubular structure with diameters ranging from 16 mm to 18 mm is presented in this paper. Driven by impulsive voltages, deflections of the piezoelectric bimorphs are generated and then converted into translational locomotion by the principle of the Impact Drive Mechanism （IDM）. Theoretical analysis of the proposed system is performed based on a simplified mechanical model. Then dynamic simulations of the dynamic behavior are performed. Finally, an experiment is conducted to investigate the moving ability of this device. The results demonstrate that a maximum translational velocity of 3.5 mm/s can be obtained under an im- pulsive driving voltage with peak value at 50 V and frequency of 1100 Hz. Both theoretical analysis and experimental trials prove that the principle of IDM actuated by piezoelectric bimorphs is feasible and robust for achieving accurate locomotion of the micro robot in pipes with diameters of less than 20 mm.     

超精密磨削辅助工作台及结构静动态特性研究

研制了一种基于高刚度PZT作动器的超精密定位工作台，其特点是采用弹性铰链预紧和提供工作台侧向刚度，结构简单，动态响应速度快，分辨率高，为防止PZT作动器受到过大弯力作用和动平台弯曲变形，在动平台与PZT作动器间加入弹性缓冲环节和辅助弹性隔离板，另外，对工作台输入同特性，静动态刚度和模态振型，以及受外力的作用时产生的静态位移误差进行了试验研究，试验数据表明，该工作台可作为精密磨床的辅助工作台，极大地提高机床的定位精度。     

3-PRS型并联机床的配重平衡法

针对3-PRS型并联机床由于运动部件质量较大,要3个驱动电机输出较大的驱动力来克服运动部件的自重,需要动态平衡的问题,提出利用配重法,通过在三条支链上配置滑轮平衡机构,在动静平台之间配置平行机构来实现空间平衡.通过理论推导和实例计算得出:在每条支链上添加的两个配重的质量分别为31.09 kg和57.69 kg,平衡动平台所需的配重质量为157.36 kg.经仿真验证表明,平衡后驱动杆的最大输出力约为10 N,远远小于平衡前的驱动输出力1 100 N,平衡效果很好.     

微小型沟槽式热管制造的新方法——犁削/拉拔法

在分析小型热管制造的旋压法和犁削法的原理、特点的基础上,提出了一种制造微小型热管的新方法——犁削/拉拔法.该方法能经济、方便地制造出各种外径尺寸的微小型热管.     

应用于锅炉检测机器人的一种新型复合车轮

为了使检测机器人能够在具有螺旋型鳍片的锅炉热交换器承压管道表面上行走,设计了一种新型的复合车轮.该复合车轮由2个链轮和多个鼓形小轮复合组成,能实现平行于管道方向和垂直于管道方向的移动.同时,对鼓形小轮的共轭轮廓曲线及其圆弧轮廓曲线进行了讨论,并对圆弧轮廓曲线的误差进行了分析.结果表明,采用圆弧轮廓的鼓形小轮可以满足检测要求.     

偏正无关光纤干涉仪及其微位移测量应用

提出了一种与偏振无关的新型光纤干涉仪,采用端面镀膜的光纤自聚焦准直器,结合球凸透镜构成共光路光纤干涉仪,其探测光与参考光在同一根普通单模光纤中共光路传输,有效消除了偏振衰落影响。通过理论建模分析,并采用高精度的压电陶瓷作为稳定信号源,搭建了微位移测量平台,实测了三角波驱动电压信号与对应的干涉信号。研究了不同扫描电压下,压电陶瓷位移和驱动电压的关系。实验结果表明,该光纤干涉仪可实现微小位移的精密测量,在超精密机床振动、微型机械、传感等方面具有应用价值。     

SHS陶瓷内衬复合弯管一种自动化生产设备

:介绍一种制备SHS陶瓷内衬复合弯管的自动化生产设备 ,给出了其工作技术路线、功能实现方法以及用该设备生产出的陶瓷内衬复合弯管的组织与性能。实践证明以 89C5 2单片机为核心智能部件组成的点火、检测、控制与执行系统对实现陶瓷内衬复合弯管的工业自动化生产是可靠有效的 ,所制备的复合弯管内衬陶瓷壁厚均匀 ,组织性能可满足工程用管材的要求 ,从而为该技术的产业化提供了设备保证和技术支持。