超声喷丸换能器的高电压阻抗匹配设计

研究了超声喷丸换能器在不同电压下的阻抗特性，设计了针对高电压驱动工况的阻抗匹配方法。首先，采用功率放大器和示波器获取高电压下换能器两端的电压、电流以及相位差，计算得到阻抗特性曲线；其次，以工作频率下的阻抗为基准，计算并联匹配和串联匹配时的电感值，通过对比优选负载电路呈纯阻性的匹配方式，实现有功功率的最大化；最后，将匹配电路结合自制的驱动电源设计了超声喷丸成形驱动系统，利用激光位移传感器对比了匹配前后喷丸枪撞针振幅的变化。结果表明，当以2.6 mH电感串联匹配时测得接入匹配电路后喷丸撞针冲击振幅由2.7 mm升至4.9 mm，验证了所提匹配方法的有效性。     

超声电机定子热机电耦合特性

应用于极端环境的超声电机会受到温度场、应力场和电场的共同作用,定子在热机电耦合激励下的响应与电机工作特性密切相关.以行波型旋转超声电机为对象建立定子的能量泛函,采用假设模态的方法得到了热机电耦合动力学模型.运用有限元方法对热机电耦合作用下的定子进行仿真,分析了与理论计算结果的差异.建立了定子热扫频试验平台和热变形试验平台,测定温度对定子稳态形变、模态频率和振幅的影响,对理论模型的分析方法进行了评价.理论分析和试验结果揭示了超声电机定子在热机电耦合作用下的振动行为的变化规律,为下一步极端环境超声电机的设计和优化提供了依据.     

超声电机在磁悬浮飞轮锁紧装置中的应用

为了保护卫星发射阶段磁悬浮飞轮系统,设计了一种超声电机驱动的锁紧装置,实现了锁紧和解锁功能,达到保护飞轮的目的.锁紧装置包括机械结构部分和驱动控制部分.机械结构部分使用旋转型行波超声电机做驱动源,传动部分采用蜗轮蜗杆带动执行机构锁紧飞轮转子.驱动控制部分的核心为单片机和超声电机驱动电路,并进行了超声电机驱动的锁紧装置试验.试验表明:锁紧和解锁过程中电机的输入功率分别为7.6W和6.7W,电学输入参数稳定;在许用范围内电机温升4℃;锁紧装置可在沿飞轮径向产生171 N锁紧力.超声电机驱动的锁紧装置具有重量轻、占用空间小、简化了传动部分设计的优点,为磁悬浮飞轮系统的进一步小型化提供了可能.     

行波型旋转超声电机的低温特性

将行波型旋转超声电机的定子环形体等效为压电复合梁模型,考虑温度分别对压电材料和定子金属基体的影响,引入温度影响系数得到温度对超声电机共振频率影响的数学模型,通过对模型进行计算机仿真,分析了电机共振频率随温度的变化。建立了超声电机在低温下的试验测试系统,测试了低温环境下电机的机械特性,以及摩擦材料对电机转速稳定性的影响。对比常温和低温下摩擦材料表面的形貌显示,低温对磨擦界面的影响较小。总之,目前研制的行波型旋转超声电机在低温下的性能有所下降,在超低温环境中性能变化则较大。     

运用超声电机的燃油调节器活门顶杆机构

设计了一种基于超声电机的燃油调节器活门顶杆机构.该机构通过滚珠丝杆与旋转型行波超声电机(traveling-wave rotary ultrasonic motor,简称TRUM)的输出轴相连,将电机的回旋运动转化成执行元件即活门顶杆的直线运动,通过控制PSoC产生脉冲信号的个数实现了超声电机的步进驱动,可以精确调节油门的大小.针对机构的工作环境对现有的TRUM型超声电机进行了密封性改进,使其可以适用于油压工况.建立了活门顶杆的数学模型,对其进行动力学分析,并通过样机试验进行验证,得到的结果与理论分析基本一致.试验表明,该机构样机可以达到设计要求并实现纳米级的定位精度.     

用于微型飞行器的高转速超声电机

为了探索和实现超声电机在微型飞行器领域的应用,提出了一种微型高转速超声电机。该电机利用定子的面外弯曲振动模态,依靠接触摩擦驱动转子旋转,进而带动与之固连的旋翼高速运转。定子主体由基板和碳纤维管组合而成,碳纤维管竖直安置于基板中心,具有放大定子基板振幅的作用,碳纤维管的两端锥面作为电机的驱动面来驱使转子旋转,激励原件为四分区的环状压电陶瓷。利用有限元软件Ansys15.0对电机定子有限元模型进行了分析,并对电机尺寸进行了优化,确定了定子的工作模式并模拟了定子驱动端面质点的三维运动轨迹。实验样机的机械特性实验结果表明,在驱动频率为30.9kHz、电压为350V_(p-p)激励信号下,电机最大转速可达到5 520r/min,产生的最大升力达到14mN。结果表明,该超声电机具有高转速、高稳定性的特点,为进一步应用于微型飞行器奠定了基础。     

油田地面管线施工管理问题与对策分析

目前我国大多数油田已经逐渐进入了生产开采的中后期阶段,在这一阶段的改革过程中地面工程建设会面临着各种新问题,这些问题必然会对油田的生产开发产生一定的影响,本文主要针对油田地面工程施工管理过程中存在的各种问题进行了探讨,并针对实际问题提出一些可行的解决措施,希望以此来保障油田地面工程建设能够实现可持续发展。     

高速大行程电磁驱动装置结构设计与实验研究

在工业自动化生产制造和机器人应用的许多场合都涉及到工件抓取、捕捉以及剔除等执行机构。大行程,快响应是该类机构的重要指标,直接影响到工业生产效率与系统可靠性。针对这一应用背景设计了一套高速大行程电磁驱动装置,该装置由直流电磁铁、导向单元和执行单元组成。首先对其机械结构进行设计,充分发挥电磁铁的简洁、快速性能;其次,对该装置进行建模得到二阶系统模型,并从理论角度探讨其快速响应的可行性;最后,在自制的实验平台上进行实验研究,通过调节延时时间来研究电磁铁的响应时间和行程的关系,并用高速摄像机捕捉快速动作画面,直观反映实验过程,使效果评价更为方便可靠。研究结果表明该装置可以满足高速度大行程的要求。