流体矢量喷管重量轻,便于维修,应用前景可观。但二次流的存在造成了流场振荡,因此研究矢量喷管的流动特性具有重要的理论和工程意义。运用数值模拟方法,通过在二元收扩(2DCD)喷管的扩张段引入二次流,研究激波控制的流体推力矢量喷管的气动特性。利用分离涡模拟(DES)湍流模型进行矢量喷管非定常流场的数值计算,先后得到了流场的流线、涡量系数、密度梯度和熵的分布。结果表明:随着流动的发展,激波不断发生振荡,上、下壁面唇口处生成的涡沿着剪切层外侧不断向下游脱落;尾流内上剪切层的摆动角度和熵增皆大于下剪切层。

为提高逆流控制矢量喷管的气动性能,提出一种逆流控制矢量喷管的引射设计方案,在喷管外套管尾部沿切线方向引入一股射流,通过改变外套管内部流场及高速气流的卷吸作用,提高整个喷管的推力矢量角。运用数值模拟的方法,对原型喷管与引射式喷管(称为改进型喷管)在相同设计工况下进行计算,先后得到了流场的压力系数、马赫数、流线等分布情况并进行分析。研究表明引射会对推力矢量角及推力系数产生影响,与同等工况下的原型喷管相比较,改进型喷管的矢量角提高2.89°,推力系数提高0.72%;引射会增大主流两侧压差,同时对主流卷吸使其向上偏转;当引射压强增大时,改进型喷管主流两侧的压差也会随之增大,从而提高推力矢量角。

双喉道控制矢量喷管具有良好的推力矢量性能。为了进一步提高双喉道控制矢量喷管的性能,提出一种双射流双喉道矢量喷管的设计概念。在喷管的第二喉道处上壁面增加一个射流通道,给主流提供径向速度的同时也降低推力损失,既能增大推力矢量角,又能获得较大的推力系数。对该喷管二次射流设计参数进行数值模拟,结果表明二次射流流量比、入射角度都会对喷管的内部流态造成直接影响,从而影响推力矢量角、推力系数。由此方法得出的最佳推力矢量性能为最佳推力矢量角为16.5°时,相对应的推力系数为96.7%。

针对变直径圆捆打捆机液压系统结构复杂、工作效率低等问题,课题组设计了一套配合打捆机使用的液压系统,改进了打捆机压捆机构的结构。首先,分析变直径圆捆打捆机的结构和工作原理,优化压捆机构的结构;然后,依据液压系统中液压缸的运动与负载情况设计合适的液压回路,根据打捆机的技术参数,对液压系统进行计算;最后,通过AMESim软件仿真分析,验证所设计的液压系统的合理性。仿真结果表明:改进的压捆机构能够简化液压系统的结构,且满足打捆机的工作要求。

对国内外一体化机器人关节及协作机器人进行研究,概述国内外相关技术的发展现状,研制集高负质比减速机、力矩电机、力矩传感器、双编码器和智能驱动器于一体的多系列机器人关节,并开展了负载和精度测试实验,得出了多型号关节性能参数,以及基于驱动器电流和力矩传感器的关节负载特性。对机器人关节核心零部件进行分析,提出一体化关节的设计方法以及零部件设计选型经验。基于研制的一体化关节搭建了六轴和七轴机器人,实现机器人各关节分布式控制,为机器人的模块化和重构性问题提供了一种解决方法。

为提高巡检机器人行走稳定性及越障性能,解决煤矿井下非结构化和复杂未知环境的安全巡检问题,提出一种浮动式巡检机器人移动底盘的设计方案。阐述巡检机器人浮动式移动底盘的结构设计及工作原理,分析巡检机器人越障过程,推导巡检机器人质心位置,得到越障高度与移动底盘位姿关系。运用ADAMS建立巡检机器人虚拟样机,模拟机器人在井下各种复杂路面行走及越障过程。结果表明:所设计的浮动式移动底盘提高了巡检机器人在井下复杂路面行走的稳定性

以多臂型铸造机器人中的六自由度机械臂为研究对象,在关节空间中采用4-3-4多项式插值的方法对机械臂进行轨迹规划设计。在速度约束条件下,运用杂交算法对插值结果进行优化,进而得到机械臂运行的最优运动时间。相比于传统粒子群算法,杂交算法具有较高的收敛精度与收敛速度。通过MATLAB软件仿真得到了机械臂运动过程中各关节运动位置、速度、加速度曲线。结果表明,杂交算法可以准确地实现速度约束下时间最优轨迹规划。

针对铸造生产中广泛使用的串联式机器人在浇注作业中存在负载小、柔性度低和作业精度低等问题,提出一种新型的混联式重载浇注机器人;设计了一种基于2UPR-2RPU机构的3自由度并联工作臂,进行拓扑结构分析和自由度计算;通过建立并联工作臂运动学模型和静力学模型,分析机构支链长度随浇包转角的变化规律;分析支链受力状况、行程大小随支链在静平台上安装位置变动的关系,对并联工作臂的结构与参数进行优化设计。针对300 kg级浇包,优选出一组综合性能较好的结构参数,经过样机试制及测试,结果表明,并联工作臂的设计方案和结构参数较为合理。

TRIZ理论已成为工程领域技术创新的研究热点,本文针对双锚索下料机行程控制存在的问题,运用TRIZ理论描述了设计中存在的技术冲突和物理冲突,确定了对应的TRIZ冲突矩阵和解决原理,并应用物理矛盾分离原理及物场分析方法进行建模分析,给出了相应的结构设计方案,有效解决了双锚索下料机对行程控制器的结构紧凑、双锚索长度控制、不同长度需求等问题.

针对现在矿用锚索制作中使用的锚索下料机自动化程度不高和安全性低的问题,设计了一种防爆型矿用双锚索自动下料机控制系统,该系统包括液压系统、气动系统和电气控制系统,提高了自动化程度和安全系数,而且可实现下料机前单机切割、后单机切割和双机切割三种切割模式的选择和切换,控制简单便捷.