针对传统采用倾角传感器与测高传感器对液压支架支护姿态、支护高度进行解算存在的诸多问题,提出了基于立柱千斤顶行程、平衡千斤顶行程驱动的液压支架支护姿态与高度解析方法。基于液压支架的骨架结构参数模型,构建了液压支架主体结构件各铰接点的位置关系方程,通过分析液压支架各部件的运动参数关联关系,得出了液压支架支护姿态与支护高度的数学表达。分别采用牛顿-拉夫逊方法、弦割法、布罗伊登法对液压支架支护姿态与高度进行数值求解,开发了基于3种方法的液压支架支护姿态与高度解析算法。通过对比分析发现,牛顿-拉夫逊方法、弦割法的求解精度不受迭代初始参数影响,而布罗伊登法的求解精度则受初始参数影响较大,且牛顿-拉夫逊方法、弦割法的解算精度、解算效率、稳定性均明显高于布罗伊登法。牛顿-拉夫逊方法、弦割法的...

针对两柱掩护式液压支架初撑过程的机构演化机理不明问题,建立了两柱掩护式液压支架的平面运动学模型,得到了两柱掩护式液压支架发生机构演化的必要条件,提出了平衡千斤顶与立柱的主动协同控制策略。理论分析和试验研究表明:两柱掩护式液压支架初撑过程是否发生机构演化取决于顶梁的接顶姿态和平衡千斤顶状态;顶梁以仰头姿态接触顶板,顶梁由摇杆演化为“摇杆+滑块”,且平衡千斤顶为刚性件时,底座由机架演化为摇杆;平衡千斤顶为刚性件时,随立柱伸长,顶梁的运动形式为沿顶板向煤壁方向的滑移和向顶板方向的旋转,底座的运动形式为绕底座前端向煤壁方向的旋转,顶梁和底座的运动轨迹均呈二次函数变化,且顶梁仰头角度越大,顶梁前端滑移量和底座后端抬起量越大;平衡千斤顶为浮动件时,随立柱伸长,顶梁的运动形式为沿顶板的滑移和向顶板...

将记忆电机的概念运用到双凸极电机设计中，提出一种新型的双凸极永磁记忆电机。由于该电机中采用了具有高剩磁、低矫顽力的铝镍钴，使得在几乎不产生额外损耗的情况下就可以方便地实现在线调磁，从而实现真正意义上的弱磁。同时，该双凸极永磁电机的结构特点决定了电枢反应几乎不会影响永磁体的磁化状态，保证了永磁体工作点的稳定性。该文提出一种简化磁滞模型与常规有限元时步法结合的方法，计算分析了电机各项性能，并与样机的试验结果进行比较，验证了该电机的设计思想与分析方法。

设计了一种基于磁流变液的发动机悬置装置,并利用有限元分析软件Ansoft Maxwell进行了磁场仿真。介绍了磁流变发动机动力总成悬置系统的减振原理,并对其进行了动力学分析。建立了磁流变悬置系统的动力学解耦计算模型,并通过果蝇优化算法进一步优化磁流变悬置系统的结构参数。

在变重力环境下,采用啮合传动元件的行星探测器传动装置受柔性关节影响较大。此外,行星探测器在工作过程中不可避免地会有爬升或克服障碍的动作,会对传动系统中啮合部件造成较大磨损。因此,提出变重力环境下磁流变液剪切屈服应力计算模型,阐述了磁流变液传动装置(MFTD)的结构和原理并建立MFTD控制系统的传递函数,采用磁流变液作为工作介质可大大降低传动装置接触摩擦损失。另外,设计自适应模糊PID速度控制策略并比较了常规PID控制与自适应模糊PID速度控制方式的仿真和实验测试,实验数据显示自适应模糊PID控制能够有效减小传动系统速度波动、快速调整到期望速度值以及具有较高的运动稳定性等优点。

为研究微重力环境下矿山采煤取样设备中磁流变液的微观特性,首先,在微重力环境和外加磁场作用下对磁流变液磁性颗粒进行受力分析,建立了磁性颗粒的运动学方程;其次,研究了基于速度Verlet算法的磁性颗粒动力学仿真模拟策略和方法,并根据粒子动力学理论,对磁流变液微观结构进行了三维数值模拟;第三,研究了磁流变液在微重力环境和外加磁场作用下的微观结构实验方法,利用工业计算机断层扫描(CT)成像技术,搭建了磁流变液微观结构实验台;最后,研究了磁流变液在微重力环境和不同磁场作用下的微观结构。研究结果表明:在微重力环境中,磁性颗粒受外加磁场作用呈现链状或簇状结构排列;随着颗粒体积分数或外加磁场强度增加,链状结构会愈加明显;高颗粒体积分数磁流变液的颗粒链长度随着磁场强度增大而明显增加;磁流变液在微重力环境下可以表现...

针对钕铁硼永磁体在加工制作微型结构时成型困难且易脆的问题,采用磁流变液作为微型磁控机器人的驱动材料,设计一种用于人体胃部靶向送药的球形磁控机器人。根据磁流变液的流变机理,分析磁性颗粒在磁场中的力学关系,建立球形磁控机器人的动力学模型并进行仿真分析。搭建机器人运动图像获取系统,并利用霍夫变换圆检测算法计算该机器人的位移。最后,制作机器人样机并在具有空间磁场的实验平台中进行运动测试。结果表明,基于磁流变液的球形磁控机器人易于控制并且运动稳定、可靠。

为了提高静压轴承的承载能力和回转精度,提出一种基于磁流变液(Magnetorheological Fluid, MRF)润滑的静压轴承。对磁流变液静压轴承进行结构设计,并对其承载力和油膜刚度进行了计算;通过Maxwell仿真分析不同轴承材料、不同电流对静压轴承性能的影响规律;采用CFX流体仿真分析不同间隙对静压轴承承载力的影响。通过仿真分析,选择磁感应强度最大的铸铁作为轴承材料,以适应更大的负载变化,选择半径间隙为20μm以增大承载能力。通过ANSYS流固耦合仿真,验证设计的磁流变液静压轴承的优越性,相比普通静压轴承其承载力提高了11.6%,回转精度提高了17.4%。

为满足光束定向器方位轴内气体的密封要求,设计一种外筒分离式的磁流变液密封结构,主要由磁流变液、极靴、永磁体、外筒和内筒组成。利用Maxwell建立该密封结构的简化模型,仿真分析密封结构的磁感应强度及其分布情况。分析磁流变液密封结构中极齿形状对耐压值的影响,得出在密封间隙为0.12~0.22 mm时,单侧倒角齿形的磁流变液密封性能更好。采用正交试验法对密封间隙、齿宽、齿高、槽宽和单侧倒角等齿形参数进行优化,正交试验结果表明:密封间隙对磁流变液密封耐压值影响最大,其次是极齿宽度,槽宽、倒角角度和齿高对耐压值的影响较小。最终得到一组最优参数,优化后的磁流变液密封的密封性能提高了199.4%。

惯性力对液压支架这种重型机械的稳定性的影响不容忽视。基于达朗贝尔原理建立了液压支架稳定性力学模型,采用数值计算分析了支架静态稳定性和动态稳定性的影响因素,给出了增加支架稳定性的方案,对优化方案进行了验证。结果表明:顶梁质心位置对支架稳定性的影响最为明显,其他因素依次为掩护梁质心位置、前连杆质心位置、后连杆质心位置、支架高度;顶梁和掩护梁质心位置越靠近顶掩铰接点方向,越有利于支架的稳定性,但应兼顾支架的整体质心位置;前、后排立柱同时升降,且两者的加速度达到合理的匹配有助于提高支架的稳定性;采取滞后支护方式以缩短顶梁长度、立柱上腔加装单向锁和安全阀、保证系统稳压供液都能改善支架的稳定性。该研究为四柱液压支架的优化设计提供理论指导。