定子铁心饱和以及电枢反应等因素极大地影响永磁无刷直流电机(BLDC)的过载能力,无法满足足式机器人运动时的转矩需求。因此,设计一台具有高过载能力的减速电机。从电机关键结构参数出发,分析极槽配合、齿槽宽度以及磁钢厚度对BLDC过载转矩的影响;进一步利用有限元及响应面法构建过载转矩和转矩波动的优化模型,并采用改进天牛须算法进行多目标优化设计;对比优化前、后电机的电磁性能和过载输出转矩,并分析行星减速器结构对电机影响。最后,根据电磁设计进行样机研制,并进行转矩转速试验。结果表明优化后平均过载转矩从1.99 Nm增加到2.05 Nm,转矩脉动从6.78%降低到6.34%,减小了0.44%,电机过载输出性能更好,且样机实验与仿真结果相接近,验证了所提方法的合理性。

以门式液压吊装系统中的主要承重核心——液压爬升机构为研究对象,针对液压爬升机构在承重4.10 MN后,出现不同程度的应力、形变以及几何结构质量较大的问题,在保证结构满足强度要求的情况下,利用SolidWorks软件进行三维建模,并结合ANSYS软件搭建仿真分析平台。以楔块、锚块的角度与楔块、锚块、方钢的厚度为设计变量,以液压爬升机构的最大应力、最大变形和质量为响应,基于响应面利用MOGA(多目标遗传)优化算法,对液压爬升机构进行多目标优化设计。结果表明优化后的液压爬升机构最大应力降低了26.47%,最大变形降低了26.26%,几何结构质量降低了2.05%。优化后既实现了液压爬升机构的轻量化,又能显著提高液压爬升机构的综合性能,能够快速有效获得液压爬升机构多目标优化的最优解。

以小型液压升降机系统中的皮囊式蓄能器组为研究对象,利用液压系统仿真软件对液压升降机系统的势能回收及能量释放进行仿真分析。介绍系统的工作过程,搭建液压升降机系统仿真模型,并根据设计的正交试验方案进行仿真。对试验结果数据采用多元线性回归模型中逐步回归分析方法,去除对试验结果不显著的参数,得到显著性影响因素回归系数并得到其与回收效率之间的线性回归方程,根据回归方程得到显著性参数的灵敏度排序。将5个显著性参数作为优化对象,利用RBF神经网络代理模型求得在整个试验范围内的全局结果,再通过NSGA-Ⅱ多目标遗传算法得到满足囊式蓄能器组回收效率和流量特性两个目标的Pareto最优解集。对参数优化前后的仿真结果进行了对比分析,验证了代理模型和优化结果的准确性。仿真结果表明显著性参数的灵敏度排序由高到低依...

目前,矿用开关电磁铁在本质安全和功率的双重限制下,依靠传统的电磁铁优化设计思路难以进一步提高输出力的匹配特性。以矿用电磁先导阀上的电磁铁作为研究对象,针对其输出电磁力与负载反力匹配性差的问题,通过有限元分析了电磁铁结构参数对输出力特性的影响,并采用有限元分析与多目标遗传算法结合的优化思路,对电磁铁输出力特性曲线进行了矫正。实验表明,极靴内径与衔铁外径尺寸匹配关系对电磁力特性影响显著,优化后的电磁铁力位移特性水平段增加了一倍,与负载反力匹配性得到明显提升。研究成果对提高综采工作面的跟机效率奠定了元件基础。

迷宫流道流阻特性的设计是迷宫式调节阀实现节流减压的关键。然而,迷宫流道结构较为复杂,流动介质中的沉积物易导致迷宫流道堵塞,影响节流减压性能。对迷宫流道的流阻性能和抗堵塞性能进行研究,分析不同结构迷宫流道的流场与颗粒运移规律,并优选特斯拉形作为基础迷宫流道结构。通过正交试验设计,阐明了特斯拉形流道结构参数与流阻系数、颗粒通过时间之间的影响关系,并建立多元非线性回归模型。采用基于NSGA-II的多目标优化算法,以流阻系数最大、颗粒通过时间最小为优化目标进行高流阻低堵塞迷宫流道优化设计。结果表明特斯拉形迷宫流道宽度和深度的减小可以增大流阻系数,出口段长度的减小可以降低颗粒通过时间;优化后特斯拉形迷宫流道流阻系数提高了55.3%,颗粒通过时间降低了1.58%,有效的提升了流阻特性和抗堵塞性能。

以减小阀芯在工作中所受的液动力为目标,以阀芯的外形结构参数为优化变量,对液压伺服阀阀芯结构优化的方法进行了研究。使用SPEA2算法对阀芯的结构进行了多目标优化设计,获得了Pareto最优的阀芯结构设计方案。利用CFD仿真软件计算了优化前后阀芯流场和压力分布,验证了优化效果。搭建了一套实验平台,对优化前后的阀芯液动力进行测试,通过测量阀芯在工作时的速度以及受力情况等参数,计算出阀芯在工作过程中所受的稳态液动力。测试结果显示,经结构优化后的阀芯在不同开口位移下所受的液动力均出现了下降,稳态液动力平均下降14.86%,其变化趋势与仿真计算一致,均在阀口开口位移为0.6 mm时具有最大的优化效果,进一步验证了优化方案的可行性。

为解决以液压凿岩台车为代表的钻爆法施工装备无法基于定制化需求的快速模块化配置选型的问题,研究了一种基于综合需求的钻爆法施工装备模块化配置设计方法.在装备模块化设计的基础上,将装备综合性能、成本和货期作为优化目标,隧道施工和客户个性化需求作为模块配置约束条件,构建了装备配置优化模型,采用改进型非支配排序多目标遗传算法(non-dominated sorting genetic algorithm-II,NSAG-Ⅱ)对模型求解,可快速生成满足定制化需求的装备最优配置方案.以基于定制化综合需求的液压凿岩台车模块化快速配置设计为例,验证了方法的可行性和有效性.

提出一种非对称1T2R型UPS-RPU-PU并联机构,并基于该机构设计一种新型液压支架试验台,以期为解决现有试验台面临的技术难题提供新思路。应用矢量方程法推导出并联机构位置逆解方程;采用方位角和倾摆角描述机构偏置式动平台输出轴的姿态。以螺旋理论为数学工具,建立机构运动/力传递性能指标的解析数学模型。在此基础上,给出优质传递姿态工作空间(GTOW)、全域传递性能指标(GTI)及其波动性能指标的定义和计算方法。依据液压支架加载试验实际需求,建立并联加载装置尺度参数昂贵约束多目标优化模型。采用第2代非支配排序遗传算法(NSGA-II)求得多组Pareto最优解,以供工程设计备选。选择综合性能较优的一组折中解,设计新型液压支架试验台虚拟样机,并利用ANSYS进行3种典型工况下的仿真试验。研究结果表明:基于并联机构的新型试验台具有良好的运动性能...

为提高离心压气机变流量工况下的性能,基于三维流场分析研究了离心压气机叶片几何参数对其变工况气动性能的影响规律;基于相关性分析建立了降阶的优化设计变量空间,采用拉丁超立方试验设计、Kriging模型和NSGA.Ⅱ算法进行了离心压气机叶轮变流量工况多目标优化。优化后,叶轮设计流量的压比提高6.43%,效率提高3.99%;小流量时压比提高5.62%,效率提高3.52%;内部流动损失减少,喘振流量减小2.7%,阻塞流量增加6.85%,稳定工作范围得到扩宽。

根据RV减速器传动原理及其结构上的特点，建立了二级传动零部件的尺寸链，在满足RV减速器装配精度要求的前提下，以剩余的零部件数量最少为目标，建立了RV减速器选配问题的数学模型，利用多目标遗传算法对该问题进行了优化求解，最后通过实例对该方法进行了验证，提高了装配成功率，对RV减速器的批量化生产具有重要的参考意义。