为替代工人进行水泥灌料时的插袋作业,并解决出现的袋体破损或遗漏、生产效率低下、作业环境恶劣等问题,设计开发了一种水泥灌料自动插袋机械手。在介绍插袋机械手工作原理和结构功能的基础上,使用D-H法建立其机械结构的运动学方程,推导了机械手的运动曲线,分析了其与水泥包装机料口运动轨迹的组合关系;通过Matlab软件中的Robotics Toolbox工具包对机械手的运动学模型进行仿真与分析,验证了理论分析结果的正确性;最后,通过试验设计(Design Of Experiment,DOE)验证实验表明,水泥灌料自动插袋机械手能够精准实现袋体的抓取及插袋作业。验证了其本体结构的合理性,解决了现有插袋设备的局限性和低精度等问题。

以燃气表中O形圈为研究对象,研究O形圈在旋转动密系统中长效密封性能;从密封机制及特点出发,对O形圈失效机制进行分析。以时间和转速作为研究主要影响因素,以压缩永久变形作为密封性能定量评价指标,进行全面试验与分析,并以二次多项式回归分析获得预测模型并进行试验验证。结果表明试验用O形圈长期密封性能可靠;使用时间与转速对O形圈压缩永久变形影响均显著,其中使用时间的影响大于转速;转速一定时,时间越长,压缩永久变形越明显,时间相同时,转速越大压缩永久变形越明显。预测模型能够较好地预测不同条件下燃气表旋转动密封性能,可应用于工程实践设计。

为提高塔式起重机(塔机)的修正效率,提出了一种基于响应面的有限元模型修正方法。在合理的修正参数选取和试验设计基础上,拟合得到结构响应与修正参数之间的显式函数关系以替代传统的有限元模型,通过迭代优化实现机械结构的有限元模型修正。以悬臂梁及塔机为例,实现了基于响应面法的有限元模型修正,并对比了不同响应面模型的拟合精度和修正效果。分析结果表明,利用响应面模型替代复杂的塔机有限元模型进行结构有限元模型修正可以极大地提高计算效率和修正精度。同时,对于塔机结构,基于二次多项式响应面的模型修正相较于基于高斯径向基函数响应面的模型修正能获得更好的修正结果和修正效率。

由于在大型塔机的模型修正中为简化计算,往往忽略了边界条件的不确定性,导致修正结果精度不够或修正计算收敛困难,为此提出一种考虑边界条件不确定性的塔机有限元模型修正方法。首先,以某型塔机为研究对象,进行整机风致振动实测,获取结构的实测动态特性;其次,建立考虑边界条件不确定性的塔机有限元模型,基于二次响应面法对该有限元模型进行修正;最后,将模型修正前后的计算结果与实测值进行对比。结果表明,考虑边界条件的影响能有效提高修正的精度,对结构的边界条件进行修正后的有限元模型能复现实测频段内的模态,也能以一定精度预测实测频段外的模态,证实了所提出的考虑边界条件不确定性的修正方法的有效性。

大型工程施工涉及大量的设备和多个环节,其过程存在很多复杂、潜在的风险.将模糊理论与失效模式及影响分析（Failure Modes and Effect Analysis,FMEA）结合,以天津港某岸桥加高工程为例,建立模糊语言集和与其对应的模糊数,将不同的专家知识和经验进行有效的应用,尽力消除了不同专家评价时的主观因素对于结果的影响偏差,以提高FMEA的准确性.利用最低合理可行准则,从众多潜在失效模式中,分级确定危险程度,以便在施工过程中监控各危险源.

针对具有较强非平稳性和易被强烈背景噪声干扰特点的滚动轴承振动信号,提出了基于短时傅里叶变换和卷积神经网络的故障诊断方法,实现了端到端的故障模式识别。首先,对滚动轴承振动信号进行短时傅里叶变换,得到时频谱样本,分为训练集和测试集;然后将训练集输入卷积神经网络中进行学习,不断更新网络参数;最后,将学习好参数的卷积神经网络模型应用于测试集,输出故障识别结果;通过滚动轴承故障模拟试验,进行可行性和有效性的验证。结果表明提出的方法对不同类型故障有着很高的识别精度,并可以通过增加故障数据种类和数量的方式来提高此方法的鲁棒性,是一种适应于处理“大数据”的故障诊断方法。

从单臂架起重机吊重高度补偿的数学模型出发,求解分析得到了一种总体结构形式,并结合差动减速箱的传动方式,实现用一个减速器完成单臂架起重机的变幅和起升,在此基础上通过ADAMS/cable绳索模块仿真分析了系统变幅过程中吊重高度位移变化,并与数学模型MATLAB仿真结果对比,验证所设计的差动减速器满足工程实际需要。

针对气动人工肌肉推广应用的问题，提出了一种轻小型气动人工肌肉的制作方案，并对其不同压力下的力学性能进行了试验和测试。试验结果表明，该气动人工肌肉具有高收缩率和大输出力的特性。基于该气动人工肌肉的运动特性，设计了一款欠驱动的多自由度灵巧手，并进行了多项抓取实验，验证了其多种状况下的工作能力。基于气动人工肌肉的灵巧手具有适应性强和抓取力大的特点，对气动人工肌肉的应用和机器人末端执行器的开发具有参考价值。

轮式装载机包含紧密耦合的液压系统和执行机构，很难在单一的软件平台中准确实现其动力学仿真。建立了装载机AMESim液压系统模型及ADAMS虚拟样机模型，利用上述两个软件进行联合仿真，使液压系统和机械系统可以实时交互作用。最后，将联合仿真结果与仅使用ADAMS进行的动力学仿真结果进行了比较，证明联合仿真结果是合理的。

以近海施工的液压冲击打桩锤为研究对象,基于刚体动力学、牛顿碰撞理论以及液压-气动理论,建立某型海洋打桩锤机械冲击系统和液压系统模型,并通过AMESim和ADAMS软件,建立了打桩锤的虚拟样机,完成了液压冲击打桩锤机-液系统的多次沉桩过程的仿真分析.沉桩仿真结果与现场沉桩记录充分接近,验证了所建立模型仿真分析的合理性.