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关键词： 锂电非标设备   可靠性   耐久性  

摘要： 在现代工业生产中，锂电池的需求不断增长，推动了生产装备的持续发展。锂电非标设备机械系统因其定制化设计，在满足特定工艺要求的同时，也面临着可靠性和耐久性方面的挑战。本文主要探讨如何通过科学的设计策略和先进的技术手段，提升锂电非标设备机械系统的可靠性和耐久性，以满足工业生产的高标准要求。

关键词： 履带式挖掘机   异常磨损   有限元仿真  

摘要： 履带式挖掘机是工程建设中常见的大型机械设备,然而,行走装置部件的异常磨损问题一直是影响挖掘机使用寿命和运行效率的关键因素。本文深入研究了履带式挖掘机行走装置部件异常磨损的原因,并结合有限元分析软件提出了相应的模拟分析和改进措施。研究得出结论,对严重磨损部位加以预防,可以有效降低履带式挖掘机行走装置的磨损程度,延长设备的使用寿命,提高工作效率和安全性。这为解决实际工程中的问题提供了有力的理论支持和技术指导。

关键词： 磨损   图像去噪   边缘检测   特征提取   识别分类  

摘要： 机械设备在运行过程中发生的磨损不仅导致零件材料的逐渐损耗,更会对设备的整体精度产生负面影响,进而增加故障发生的频率。磨损过程中不可避免的会产生磨粒并流入润滑油中,这些磨粒的特征参数可以作为判断设备当前磨损状态的重要依据,通过对磨粒特征参数的分析,能够及时了解和掌握设备的磨损情况,进而制定针对性的保养与维修措施。本文将图像处理与模式识别相结合,建立了基于滑油磨粒参数测量的磨损类型识别系统。主要从以下几个方面进行研究: (1)根据磨损类型与磨粒种类及其关系,设计磨损类型识别系统方案。针对所要研究的磨粒具有尺寸小,需要进行高分辨率成像的特点,对能影响成像效果的相机和镜头的关键参数进行性能分析,并对这两个设备进行选型,实现磨粒图像的清晰采集。 (2)针对采集到的磨粒图像上存在高斯噪声,根据K-SVD算法原理,采用相关系数匹配准则与噪声原子剔除方法,对K-SVD算法的稀疏系数的更新条件与字典矩阵进行改进,提高图像去噪后的信噪比;针对磨粒图像存在弱边缘问题,根据Sobel算子原理,采用分数阶微分算子对磨粒图像进行边缘检测,提高检测后边缘的完整性;对图像处理后的磨粒进行特征参数测量与分析。通过与均值滤波、高斯滤波和传统的K-SVD进行实验对比,证明本文所改进的K-SVD算子拥有更高的图像相似度与峰值信噪比。同时通过与Canny算法、Sobel算法和Lo G算法实验对比,验证本文所采用的分数阶微分算子对弱边缘有很好的检测能力。 (3)针对极限学习机存在的随机初始化权值、阈值所导致的磨损分类性能不佳问题,根据粒子群算法原理,采用粒子群优化极限学习机随机生成的参数,建立PSO-ELM磨损分类模型,提高了极限学习机的分类性能;针对粒子群算法存在收敛速度慢且容易陷入局部极值问题,根据粒子的适应度值与适应度方差对粒子群中惯性权重与群体极值进行优化,提高粒子群算法的收敛速度与寻找全局极值的能力,最后建立APSO-ELM磨损分类模型,提高极限学习机的收敛速度与分类精准度。 最后实验结果表明,PSO-ELM的平均准确率为93.33%,相较于SVM提高了5%、比BP神经网络提高6.73%、比传统的ELM提高了2.5%;APSO-ELM模型的准确率相较于ELM提高5.3%,比PSO-ELM提高2.5%,且训练时间低于PSO-ELM,进一步表明本文所提出的APSO-ELM模型在磨损分类中的有效性与实用性。

关键词： 热连轧机组   抗振性能   振动能量   能量调控   功率流耗散率  

摘要： 热连轧机组振动问题一直是世界范围内冶金行业轧制领域面临的一项技术难题,至今尚未彻底解决。国内外学者对这一现象的研究和认识正逐渐深化,但仍然缺乏统一的公认结论。 本研究以世界首条薄板坯全连续铸轧流程的5机架热连轧机组为研究对象,通过改进机械设计来提升轧机系统的抗振性能。首先,研制轧机耦合振动在线监测系统,对轧机振动能量进行在线采集与分析,确定轧机振动能量的特征和规律;然后,建立热连轧机组的动力学模型,提出了7种可能的激振模式下,求解热连轧机组机械系统幅频特性抗振响应,并对振动最大的F3轧机振动模态耦合响应贡献量分布规律进行了分析。其次,基于能量法进一步揭示了7种激振作用下,振动能量耗散规律,并探究了多因素影响下轧机振动能量耗散变化规律。最后,引入振动功率流进行了振动能量传递的可视化研究,获得了可通过改变轧机局部机械结构的方法来提高轧机机械系统的抗振性能,为轧机的抗振优化设计提供了理论依据。主要研究内容如下: (1)针对该热连轧机组频繁出现严重振动现象,研制并投入轧机振动能量在线监测系统。对轧机垂直系统振动能量和主传动系统扭振能量进行实时在线监测,获得在轧制过程中各机架振动能量的变化与规律,其中F3机架振动能量最大,F1和F2机架次之,F4和F5机架振动能量最小。 (2)建立了热连轧机组有限元机械动力学模型,在轧机的辊缝、液压压下缸和主传动电机激振源7种组合的可能激振作用下,揭示了热连轧机组中不同机架在幅频特性上表现出不同的响应,特别是在共振频率下的幅值差异,以此来评定轧机的抗振性能,即在同样的激振下共振频率幅值低的为抗振性能好,共振频率幅值高的为抗振性能较差。获得了 F4和F5机架抗振性能优于F1-F3机架。同时,进一步分析了振动模态贡献量分布状态,确定了正贡献量最大的模态通常是与幅频特性共振频率最接近的模态,即该模态在幅频特性响应共振频率的幅值中起主导作用。 (3)基于振动功率流理论,以振动功率流耗散率为热连轧机组振动能量消耗为评定指标,揭示了热连轧机组振动功率流耗散特性好坏是导致轧机机械系统抗振性能差异的本质,获得了影响轧机振动功率流耗散率的多种因素。研究结果表明,振动功率流耗散率指标可以作为抑制热连轧机组振动的一种判定标准,为抑制轧机振动提供了新思路。 (4)求解了轧机整体振动功率流,提出了改造振动最为强烈的F3轧机机械局部结构来抑制振动幅值的措施,探究了7种激振作用下轧机振动功率流分布规律。研究结果表明,适当采取改变辊系配辊模式、增厚牌坊和减小主传动系统减速机速比甚至去除减速机等措施可以有效地削减热连轧机组振动幅值,与F1-F3轧机相比,F4和F5轧机的主传动系统没有减速机,这使得它们具有更好的抗振性能,从而有助于降低轧机振动。

关键词： 自然膝重构   曲线拟合   膝关节假体设计   关节磨损分析  

摘要： 全膝关节置换术(total knee arthroplasty,TKA)是当前治疗膝关节骨性关节炎的主要手段,术中关节假体的磨损性能是影响术后关节寿命的极其重要的因素,而其磨损性能主要取决于各结构的几何参数。首先,本文根据自然膝CT图像在Matlab中进行特征曲线拟合,建立了高匹配度的膝关节假体模型;其次,运用有限元分析法分析了两组四个不同特征参数全膝关节假体模型的接触特性与磨损性能;最后基于仿真结果对假体结构进行了优化设计,并对优化后模型的接触特性与磨损性能再次进行了分析验证,本文主要研究内容: (1)自然膝关节结构力学特性分析与模型重构。再对自然膝生理结构与力学特征以及运动学与动力学特性分析的基础上,基于扫描的自然膝关节CT图像,进行自然膝关节3D建模,借助Mimics和Geomagic软件进行图像处理,将平面图像转化为实体曲面模型,并进行表面的修复处理,为后文的假体设计提供尺寸依据。 (2)膝关节假体特征参数提取、设计及模型重构。假体建模需根据(1)中重构的自然膝关节模型,进行股骨内/外髁长度、股骨髁后端宽度、胫骨平台横径、内外侧前后径等关键参数的测量,完成特征曲线的拟合与提取,进而将特征曲线转化为设计参数,复原自然膝关节生理特征,并以此作为设计输入实现水平型、后倾型两组四个假体设计建模,从而保证假体与人体膝关节的匹配吻合度。 (3)水平型和后倾型膝关节假体模型的磨损仿真。基于Archard磨损模型,运用ANASYS平台的瞬态动力学分析模块,在标准步态周期下对不同材料的两组四个假体接触与磨损性能进行了模拟:发现矢状面轮廓大的胫骨部件磨损性能更好,后倾型比水平型假体磨损性能更好,UHMWPE材料的假体磨损性能更好。 (4)假体结构优化设计及性能验证。对比两组四个模型的接触特性及磨损性能,选择单曲线后倾型假体模型,从冠状面尺寸角度进行优化设计。结合有限元数值模拟分析法,对比优化前后假体性能,结果表明内侧髁圆曲线半径增大磨损体积增大,外侧髁椭圆长轴增大,磨损体积先减小后增大。 本文建立了一种全膝关节假体,分析了假体在步态周期内的接触与磨损性能,得出了假体的磨损规律。论文的研究成果对膝关节假体设计、假体磨损规律分析具有一定的理论参考价值。

摘要： 膝关节炎是一种常见的退行性疾病，其发病率随着人口老龄化而逐渐升高，严重影响患者的日常生活质量。该病主要表现为膝关节软骨的退化性损害，导致疼痛、僵硬等症状，严重时甚至影响行动能力。本文旨在探讨膝关节炎的病因、病理机制及其对行走和其他日常活动的影响，并提出有效的治疗与管理策略。通过对膝关节炎症状与诊断方法的分析，强调早期识别与干预的重要性。同时，本文详细讨论了膝关节炎患者在日常生活中面临的挑战，并提供了康复建议，以帮助改善患者的生活质量，为他们提供实用的信息支持。

关键词： 机械系统  

ISBN: (纸本)9787040614497

摘要： 本书以现代制造工业广泛使用的机械装备和汽车为典型机械系统，阐述了机械系统设计的特点和规律，全面介绍了机械系统设计所涉及的基本知识和基本技能，深入分析了机械系统设计中必不可少的重点内容，还对机械设计与制造相关新技术、新工艺、新材料等的发展趋势做了简要介绍。内容包括绪论，机械系统总体设计，动力系统设计，传动系统设计与执行系统设计，支承与导轨系统设计，操控系统设计，润滑、密封与冷却系统设计，人机工程学与机械系统设计，机械感知系统设计，机械系统设计过程管理，计算机辅助机械系统设计等。本书在阐述机械系统设计规律和理论时均突出应用性，并强调实用性。

关键词： 树脂基摩擦材料   摩擦系数   热衰退   摩擦磨损性能   摩擦膜  

摘要： 重型车辆在交通运输行业中起着非常重要的作用,由于车辆质量大,特别是在长大纵坡道路上行驶时易产生刹车失效,产生交通事故的伤害程度要比小型汽车更加严重,因此对其制动摩擦材料的性能要求更加严格。目前重型车辆主要使用的是树脂基制动摩擦片,根据重型车辆的制动特性,其制动摩擦片需要具备更高的摩擦系数和更强的抗热衰退性能以保证充足的制动力,还需要更稳定的动态摩擦系数防止切换工况时发生突变,并且对原材料环保性的要求也更加严格,但是实际使用的摩擦材料存在着摩擦系数不高,抗热衰退性能差、磨损率大、环保性差的问题。本文针对重型车辆摩擦材料制动性能存在的问题,通过试验研究、理论分析和仿真分析,研发了更加绿色环保的新型树脂基摩擦材料。系统研究了新型树脂基摩擦材料的组分设计、摩擦系数模型定量分析、磨损机理和热衰退机理。研究内容和成果如下: （1）钛酸钾晶须是一种在摩擦材料里普遍应用的增强组分,但其在生产加工和制动工作时会被吸入人体危害健康。选择四种不同形状的钛酸盐增强材料进行了摩擦磨损性能、力学性能、摩擦表面微观形貌观察等对比试验,发现了片状钛酸钾镁和两种长径比的棒状钛酸钠钾都可以代替钛酸钾晶须,成为更环保的摩擦材料增强组分,其中片状钛酸钾镁在降低磨损率和摩擦系数稳定上的表现最佳。 （2）通过摩擦磨损试验和观察摩擦材料的磨损形貌变化规律,建立了适用于制动摩擦材料的摩擦系数模型。该模型系统利用摩擦材料的力学性能参数和磨损形貌表征参数对摩擦系数进行了完整表征,通过改变摩擦条件和材料组分验证了该模型的准确性。基于此摩擦系数模型发现了玄武岩纤维对摩擦系数的增益效果极佳,10%以上的玄武岩纤维增强的试样在达到热衰退温度之前的摩擦系数可到达0.44以上;少量的片状钛酸钾镁对摩擦系数的变压力稳定性有益,高含量的片状钛酸钾镁对稳定动态摩擦系数有益,10%的片状钛酸钾镁综合稳定性最佳。 （3）根据摩擦系数模型分析了摩擦系数随温度和摩擦材料热衰退性能的变化机理,并利用玄武岩纤维增强了摩擦材料的抗热衰退性能,10～16%的玄武岩纤维增强的试样在350℃热衰退时,仍能够保持0.42以上的摩擦系数,降温恢复系数也均在95%以上。揭示了摩擦材料的热衰退的主要机制是表面摩擦膜的强度严重下降,并且摩擦材料的力学性能也随温度升高出现热衰退。玄武岩纤维增强抗热衰退性能的机理是高温下对剪切强度的增益大于对抗压强度的增益,弥补了一部分摩擦膜强度下降造成的摩擦系数下降。 （4）研发了玄武岩纤维和片状钛酸钾镁共同增强的新型摩擦材料,并且用仿真软件模拟了新型摩擦材料在实际制动工况下的温度场和应力场分布。新型摩擦材料在环保性、摩擦系数、磨损率、抗热衰退性能和摩擦稳定性上均有优异表现,其中以14%玄武岩纤维搭配10%片状钛酸钾镁试样的综合性能最佳,热衰退前各温度下的摩擦系数在0.43以上,热衰退后的摩擦系数也能达到0.40以上,热衰退后的摩擦系数波动率仅为0.013,平均磨损率为0.143×10-7cm3/（N·m）,可以充分满足重型车辆制动要求。