塔式起重机载荷摆动特性研究

为了研究塔式起重机载荷摆动特性 ,寻找抑制载荷摆动的控制方法 ,本文基于非惯性参考系中质点相对运动动力学基本方程 ,建立塔式起重机同时进行变幅、回转、起升运动的情况下载荷摆动动力学模型 ,定量地分析载荷摆动的平衡状态 ,推导出线性化模型 ,对载荷摆动特性进行了计算机仿真。研究表明 :由于惯性力或离心力的作用 ,载荷摆动中心线发生倾斜 ,当载荷在倾斜的重力场内做空间摆运动 ,其摆动模型就是线性化模型 ,摆动中心线倾斜量就是平衡状态值     

运用VEGA软件实现塔式起重机载荷摆动仿真

在分析塔式起重机载荷摆动特性的基础上,将载荷摆动非线性动力学模型进行线性化处理,推导出载荷摆动表达式,并应用Matlab软件进行了载荷摆动特性仿真。在VC环境中利用Vega的函数编程实现载荷摆动,在虚拟操作系统中真实再现载荷的运动特性和摆动特性,增强了塔式起重机虚拟操作系统的真实性。     

基于齐次坐标变换的塔式起重机综合运动误差建模

通过研究塔式起重机各工作机构的结构形式和运行方式,分析了各工作机构的运动误差;在塔式起重机各工作机构上建立局部坐标系,使用齐次坐标变换法建立了塔式起重机的综合运动误差模型。所建模型不仅为塔式起重机各工作机构机械优化设计提供了理论依据,还为今后塔式起重机运动误差控制指明了方向。     

用数值法研究油缸与摆臂干涉问题

以静止坐标系为纽带,利用矩阵工具建立了相关两动坐标系之间的变换关系,实现了从一个动坐标系——摆臂坐标系上观测另外动坐标系——油缸坐标系内任意点的运动规律.用数值法预先判定油缸外轮廓以及关键点在摆臂刚体上的运动范围,为解决摆动油缸机构运动干涉建立了一种便捷方法,并用这一方法分析了一个典型的摆动油缸机构的运动干涉.     

塔式起重机刚柔耦合动力学模型研究

目前大多数塔式起重机的动力学建模研究的方法是将整机等效为多刚体系统,在综合考虑塔式起重机臂架的柔性变形和系统非线性运动的影响下,将臂架等效为Euler-Bernoulli梁并考虑自重和结构阻尼,基于拉格朗日方程建立了能够完整描述塔式起重机变幅、回转和起升运动的刚柔耦合动力学模型,并应用假设模态法得到了矩阵形式的离散方程。针对塔式起重机三种典型的运动形式,应用Maple数学软件对模型进行了数值求解,最后,为验证模型准确性,建立了ADAMS动力学仿真模型,将数值求解和仿真得到的重物的运动响应进行了对比。结果表明,建立的动力学模型可以较准确地反映塔式起重机的运动过程,而且还能近似地描述重物运动的响应,对跟踪重物的轨迹、研究重物的摆动规律也有重要的指导意义。研究结果对研究大长细比臂架类工作机构的动力学响应也具有重要的参考价值。     

塔式起重机载荷摆振模型

塔式起重机载荷摆振使载荷难以准确就位并给整个塔式起重机造成周期性的倾矩和扭矩。本文建立了塔式起重机载荷摆振的精确数学模型;在工程实用范围内导出了简化模型;依据模型对塔式起重机的动态特性做了定性和定量的分析。该模型可做为研究塔式起重机的动态特性、提高变幅速度和回转速度、寻找消除载荷摆振方法的工具。其中精确模型特别适用于计算机仿真。     

基于塔式起重机虚拟样机的起升工况动态分析

塔式起重机机构的频繁启、制动产生的惯性力引起结构振动和货物摆动,是引起塔式起重机疲劳破坏的主要因素,为研究结构振动和货物摆动的影响规律,基于ADAMS软件建立刚柔耦合的塔式起重机虚拟样机,对起升运动进行仿真,得到了结构振动和货物摆动曲线,并与试验数据对比。研究结果表明:在起升运动中,随着起升速度的增加,起升过程产生的动载系数随之增加,结构振动幅值增大,货物最大提升力和摆动幅度增大,达到平稳状态需要的时间也更长。     

塔式起重机在变幅运动过程中货物的摆动规律

塔式起重机变幅机构的加、减速运动引起货物摆动和整机结构的振动,从而影响吊装效率和整机结构的稳定性,为此,研究塔式起重机在变幅运动过程中货物的摆动规律。针对小起升高度或附着式塔式起重机,在不考虑塔身变形的情况下,将塔式起重机-小车-货物系统简化为悬臂梁-移动质量-球摆系统,基于Lagrange方程推导悬臂梁-移动质量-球摆系统的动力学方程,揭示了小车运动、货物摆动与起重臂振动的相互作用规律,利用Matlab软件计算分析在变幅运动过程中加、减速参数和起升钢丝绳长度对货物摆动的影响规律。仿真结果表明:小车运动加速度使货物摆动的平衡位置发生倾斜,倾斜的角度随着加速度幅值的增加而增大,加、减速运动时间影响着下一个运动阶段货物的摆动初始角度,货物摆动的频率随着钢丝绳长度的增大而减小。     

六足机器人的动力学建模与鲁棒自适应PD控制

分析了六足机器人的运动学特性,建立了摆动腿的动力学模型并采用鲁棒自适应PD控制算法对各关节位置和速度进行了轨迹跟踪仿真研究。首先,根据六足机器人的结构特点定义了机体坐标系及各腿跟关节坐标系,建立了单腿运动学D-H模型,运用数值仿真软件对足端运动空间进行了仿真研究。其次,运用拉格朗日方法建立了六足机器人摆动腿的动力学模型,并对其进行了规范化处理。最后,采用鲁棒自适应PD控制算法对六足机器人的关节位置、速度进行了轨迹跟踪控制的仿真研究。仿真结果验证了该算法对此类机器人关节位置、速度轨迹跟踪控制的有效性。     

火箭喷管运动视觉测试精度的校准与实验

基于新型双轴摇摆直线升降运动校准装置,提出了一种喷管运动视觉测量系统的校准方法。首先,将校准装置提供的摆心、摆角的标准值与视觉测量系统的测量值在空间上对应起来,通过校准装置提供给喷管模型2次不同轴的摆动,推导出视觉运动测量系统的世界坐标系与喷管摆角坐标系之间的位姿关系。然后求解出二者位姿矩阵和平移向量,在视觉运动测量系统中建立喷管的摆角坐标系;通过时间同步系统向校准装置和视觉运动测量系统发送同步时间基准信号和同步触发信号,同步二者的采样时间,实现标准值与测量值在时间上的对应关系,完成摆动动态数据的直接比较。最后对喷管运动视觉测量系统进行了校准实验,分析了喷管在±12°的摆动空间内不同位置的摆心、摆角的测量误差。实验结果表明,在运动范围内摆角的最大测量误差为0.093°,摆心的最大测量误差为0.832mm。     

平衡阀对破拆机器人液压位置闭环系统影响的研究

破拆机器人为提高定位精度其臂系常采用液压位置闭环系统，然而，在负负载情况下当负负载和闭环增益增大时系统存在明显振荡。因此，通过AMESim软件建立了平衡阀及臂系液压位置闭环系统的模型，且实验验证了模型的正确性；仿真分析了不同负负载、闭环增益、平衡阀先导压力和压力流量系数等参数对闭环系统振荡的影响规律，提出了通过平衡阀及其关键性能参数的设置来抑制系统振荡的方法。仿真结果表明了该方法的正确性，为破拆机器人定位精度的提高提供了理论参考和技术途径。     

阶跃载荷下气体轴承-转子系统瞬态特性流固耦合分析

以气体轴承-转子系统为研究对象,基于流固耦合法,对系统在铣削过程中受到阶跃载荷瞬间转子位移动态响应、气膜流场压力变化等瞬态特性进行研究。研究结果表明：在流固耦合作用下,转子最终达到稳定平衡状态,在不同阶跃载荷下,转子均出现偏心倾斜,转子末端及刀头处出现振荡过程;阶跃载荷越大,系统超调量、上升时间、转子偏斜位移越大,而超调时间变小;与稳态阶跃载荷相比,矩形阶跃载荷下系统因预载荷导致超调量减小,稳定时间缩短;矩形阶跃载荷超调时刻的压力变化较小且高压区域波动平稳,有利于提高转子瞬态响应特性。     

Load and dynamic characteristic analysis of wind turbine flexible blades

Aiming at the Megawatt (MW) scale wind turbine, a dynamic analysis and simulation method is presented to research blade loads and dynamic characteristics. To consider blade flexible deformation, the whole blade was divided into a number of units. Each unit was treated as a rigid body, the flexible connection between two adjacent units is considered. A nacelle coordinate system, a rotating shaft coordinate system, and a blade coordinate system were employed to describe the wind turbine blade. In those coordinate systems, blade inertial load calculation model, centrifugal force load calculation model and gravity load calculation model are established. Combining load model with the whole model of wind turbines, the real-time dynamic simulation model of blade loads was established in Simulink circumstance and a numerical simulation was performed. Based on the simulation analysis, some research results were obtained. When the large instantaneous fluctuation of electromagnetic torque of generator happens, rotor speed does not appear to have large fluctuation due to the inertia of the wind rotor, but the blade vibration speed changes obviously. Gravity has a periodic variation in the process of blade rotation and has a large influence on the edgewise moment. The research results provide a helpful reference for the structure design, operation, and control of wind turbines.     

半挂汽车列车横向失稳的非线性动力学机制

半挂汽车列车载运工况变化较大,横向失稳机制复杂,给整车及稳定性控制系统的开发设计带来困难。应用非线性动力学的相关理论,研究半挂汽车列车在极限操纵工况下的平衡点分岔、相轨迹和Hopf分岔特性以及与载运工况的关系;在此基础上,结合不足转向梯度和系统阻尼特性对不同横向失稳形式的发生机制进行探讨。结果表明,载运工况的变化可能导致系统出现鞍结分岔、Hopf分岔和同宿轨道等非线性动力学现象;牵引车后轴侧滑而导致折叠是半挂汽车列车主要的横向失稳形式,挂车甩尾与折叠密切相关,挂车甩尾会同时加剧牵引车侧滑而加剧折叠,横向摆振与Hopf分岔密切相关,一般仅在载重较大且半挂车质心显著靠后才可能发生,且横向摆振失稳一般都会进一步发展到折叠而完全失控,选择牵引车横摆角速度和挂车侧偏角为控制变量设计稳定性控制系统有望取得较好的效果。     

Shear properties of articular cartilage of a bovine knee joint subjected to moderate and high loads: an experimental study.

Freshly excised bovine knee joints were subjected to oscillation under constant load on a specially designed knee joint articulating machine with the joints subjected to moderate and high loadings of 1471.5 and 2943 N respectively. Instantaneous and equilibrium shear moduli of the articular cartilage obtained from the experimental knee joints were measured on a mechanical indentor (DuPont 943 TMA) and compared with the corresponding values of the shear moduli of the cartilage obtained from the control knee joints. At moderate load, both the instantaneous and the equilibrium shear moduli exhibit significant increase in their values. However, at high load the constant shear moduli showed a decrease in its value whereas the value of the equilibrium shear modulus was observed to increase slightly.     

水平轴海流能发电机组独立变桨非对称载荷控制方法

海流的湍流特性、剪切作用等会在叶轮平面内引起非对称载荷。以120 kW水平轴海流能发电机组为对象,对基于Fuzzy PID参数自整定的独立变桨载荷控制策略进行研究以降低叶轮的非对称载荷。建立叶片旋转坐标系和叶轮固定坐标系,将叶片所受力和力矩转换到叶轮,得到叶轮的俯仰力矩和偏航力矩。对线性化后的机组载荷模型进行Coleman变换,将叶根弯矩变换到d-q坐标系,从而完成叶轮俯仰力矩和偏航力矩的解耦,独立变桨控制系统简化为SISO系统。桨距角控制器通过Fuzzy PID控制得到d-q坐标系下的桨距角输出信号,并经Coleman逆变换后输出给变桨执行机构,实现独立变桨。最后基于建立的海流发电机组Matlab/Simulink模型,对控制策略进行了仿真研究,仿真结果表明所提载荷控制方法可以有效地降低机组的非对称性载荷。     

Frictional self-oscillations in a variable-mass system

A model of a collecting device for extraction of useful minerals from seabed soil is considered. The model consists in a single-mass oscillation system, in which the mass of a load dragged on a stationary bottom increases subject to the traversed path. It is shown that unwanted frictional self-oscillations can occur owing to the forces of friction on the ground.     

液压柔性机械臂等效模型的鲁棒控制

针对液压柔性机械臂的等效动力学模型——柔性负载电液位置伺服系统,提出了滑模控制和自适应反演控制相结合的鲁棒控制器设计方法。基于Lyapunov稳定性理论的系统稳定性分析,证明系统跟踪误差将收敛至零,同时控制了柔性负载的振动。仿真实例表明了设计方法的正确性。     

基于连续行走的人行荷载模型参数实验

为建立人行荷载的傅里叶级数模型,采用新型微电子机械系统AH100B加速度传感器得到201人次、1 407条连续行走在楼板上的荷载曲线。根据姿态角形成的姿态矩阵可将载体坐标系下的三轴加速度转换到自然坐标系下,通过快速傅里叶变换计算人行荷载纵向、侧向和竖直方向前4阶动力荷载因子及相位角,得出用于解决结构振动舒适度问题的三向傅里叶级数荷载模型。采用小波变换得到单条荷载曲线的时频图,反映出单人在行走过程中行走频率的变异性。将荷载模型与已有的其他模型进行比较,验证了荷载模型的合理性及可行性,为解决大跨度结构人行激励产生的振动问题提供了参考。