机械工程学报

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雷亚国, 韩天宇, 王彪, 李乃鹏, 闫涛, 杨军

机械工程学报. 2019, 55(16): 1-6. https://doi.org/10.3901/JME.2019.16.001

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预测与健康管理对保障机械装备安全服役、提高生产效率、增加经济效益至关重要。高质量的全寿命周期数据是预测与健康管理领域的基础性资源，这些数据承载着反映装备服役性能完整退化过程与规律的关键信息。然而，由于数据获取成本高、存储与传输技术有待发展等原因，典型的全寿命周期数据极其匮乏，严重制约了机械装备预测与健康管理技术的理论研究与工程应用。为解决上述难题，西安交通大学机械工程学院雷亚国教授团队联合浙江长兴昇阳科技有限公司，选取工业场景中典型的关键部件——滚动轴承为试验对象，开展了历时两年的滚动轴承加速寿命试验，并将获取的试验数据——XJTU-SY滚动轴承加速寿命试验数据集面向全球学者公开发布。该数据集共包含3种工况下15个滚动轴承的全寿命周期振动信号，采样频率高、数据量大、失效类型丰富、记录信息详细，既可为预测与健康管理领域提供新鲜的"数据血液"，推动故障诊断与剩余寿命预测等领域的算法研究，又可助力工业界智能化运维的"落地生根"。

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奇异值分解中考虑频率因素的矩阵维数

赵学智, 邵啟鹏, 叶邦彦, 陈统坚

机械工程学报. 2019, 55(16): 7-16. https://doi.org/10.3901/JME.2019.16.007

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Hankel矩阵的维数对于奇异值分解的信号处理效果有非常重要的影响，传统的维数没有考虑信号中的频率成分，这是不合理的。通过对频率因素的分析，提出一种确定矩阵维数的最小公倍数法，将原始信号中各频率成分的周期的最小公倍数作为基数，Hankel矩阵的行数和列数必须同时为这个基数的整数倍，并在这一必要条件下使Hankel矩阵的维数最大，由此通过优化得到了最佳的矩阵行、列数。对模拟信号和转子振动信号的处理实例结果表明，与传统的最大维数法相比，在最小公倍数法确定的矩阵维数下，奇异值分解的计算量要小得多，但是却可以获得波形误差更小的信号分解结果。

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T-S动态故障树分析方法

姚成玉, 饶乐庆, 陈东宁, 侯鑫, 吕世君, 于传宇

机械工程学报. 2019, 55(16): 17-32. https://doi.org/10.3901/JME.2019.16.017

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DUGAN动态故障树由静态子树和动态子树组成，静态子树为传统故障树并用与、或门等传统逻辑门描述静态失效行为，动态子树用优先与门、功能相关门、顺序相关门、备件门等动态逻辑门描述动态失效行为。相对于传统故障树，T-S故障树可以刻画任意形式的组合、多态等静态失效行为，但仍不能刻画系统的动态失效行为。为进一步增强故障树描述静、动态失效逻辑的能力，提出了T-S动态故障树分析方法，首先定义并提出了描述静、动态逻辑关系的T-S动态门及描述T-S动态门的时间状态规则和事件发生规则构建方法，进而提出了基于T-S动态门输入、输出规则算法的T-S动态故障树分析求解计算方法。T-S动态故障树的T-S动态门规则可无限逼近现实系统的失效行为，不仅可以描述DUGAN动态门所刻画的动态失效行为，还可以描述DUGAN动态门不能刻画的静、动态失效行为。最后，将T-S动态故障树分析方法分别与离散时间贝叶斯网络、Markov链和顺序二元决策图求解DUGAN动态故障树的方法进行对比，验证了所提方法的可行性和计算的简便性。

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非线性超声混频检测技术在无损检测中的研究进展

苑博, 税国双, 汪越胜

机械工程学报. 2019, 55(16): 33-46. https://doi.org/10.3901/JME.2019.16.033

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作为新兴的无损检测手段，非线性超声混频检测技术因其具有空间选择、波形转换、频率可选、方向可控等独特优势，近年来得到了广泛的关注。该技术是利用两列波在介质中的非线性相互作用特性，实现对材料力学性能的无损检测。研究表明，非线性超声混频检测技术可有效检测出诸如材料塑性变形等早期力学性能退化情况，并能实现对缺陷的定位。由于该技术对材料损伤检测的独特优势，近年来国内外许多学者做了大量研究工作，并取得一系列成果。但目前对该技术的综述性工作还相对较少。为更好地理解非线性超声混频检测技术，从共线混频检测和非共线混频检测两个方面，综述该技术在材料无损检测领域中的研究现状及进展，阐述国内外学者对该技术的研究成果。对该技术的发展趋势进行展望，期望为后续非线性超声混频检测技术的进一步研究和应用提供参考。

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基于Lou-2013韧性断裂准则5182铝板成形极限研究

杨卓云, 赵长财, 董国疆, 陈光, 朱良金, 杜冰

机械工程学报. 2019, 55(16): 47-57. https://doi.org/10.3901/JME.2019.16.047

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以Lou-2013韧性断裂准则为理论基础研究5182铝合金板材的韧性断裂力学性能，设计圆孔试件、平面应变试件和平面剪切试件的拉伸试验来获取准则中的材料参数。通过该准则确定"断裂应变-应力三轴度"曲线，为ABAQUS软件中的韧性损伤材料模型提供损伤判据，构建5182铝合金板材的韧性损伤仿真模型。利用此模型对上述三个试件的拉伸过程，以及半球形凸模胀形试验过程进行有限元仿真，并通过数据分析绘制基础拉伸试验与半球形凸模胀形仿真相结合的5182铝合金板材成形极限图。试验与仿真表明，所建立的有限元材料模型能够准确地再现三种试件的力程曲线和断裂特征；通过基础拉伸试验与半球形凸模胀形仿真相结合求解出的成形极限图包含两条曲线：损伤成形极限曲线（Damage forming limit curve，Damage FLC）和断裂成形极限曲线（Fracture FLC）。与成形极限试验数据对比表明，采用Damage FLC判定板材破裂失稳偏于安全，为实测成形极限数值的下限，而采用Fracture FLC判定则偏于危险。

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考虑弹塑性阶段的结合面法向接触阻尼分形模型

陈永会, 张学良, 温淑花, 兰国生

机械工程学报. 2019, 55(16): 58-68. https://doi.org/10.3901/JME.2019.16.058

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结合面法向接触阻尼建模时，只考虑微凸体弹性变形时的弹性能和塑性变形时的损耗能是不完全的，因为微凸体存在弹塑性变形情况。将微凸体弹塑性变形时的法向接触载荷"分离"为弹性载荷和塑性载荷两部分，得到微凸体弹塑性变形时的弹性能和损耗能，建立更加完善、合理的结合面法向接触阻尼模型。将结合面法向接触动力学模型等效为弹簧和黏性阻尼器，建立包括微凸体三种变形状况的结合面法向接触阻尼损耗因子和法向接触阻尼系数的解析模型，并量纲一化处理。仿真结果表明，分形维数D和分形粗糙度G^*是影响结合面法向接触阻尼损耗因子和法向接触阻尼系数的最主要参数。在塑性指数ϕ不变，D小于拐点值（D=1.56）时，法向接触阻尼系数随着G^*的增大而增大；当D超过拐点值时，G^*越大，法向接触阻尼系数减小。当G^*不变，D<1.66时，ϕ越大，法向接触阻尼系数越小；当D>1.66时，法向接触阻尼系数随ϕ的变化很小。利用线轨滑台模态试验验证所建模型的准确与可靠性。

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多应变速率下尺寸效应对黄铜微尺度塑性变形本构及损伤演化的影响

冉家琪, 徐力, 王继来, 龚峰

机械工程学报. 2019, 55(16): 69-76. https://doi.org/10.3901/JME.2019.16.069

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准静态微尺度塑性变形中，特征尺寸效应与晶粒尺寸效应会直接影响韧性断裂的应变能及断裂强度，其直接原因是由于表面层自由晶粒所占比例随着样品尺寸的缩小或晶粒尺寸的增大而逐渐增加从而影响流动应力。在高应变速率下，特征尺寸效应和晶粒尺寸效应对金属流动应力和损伤的影响则较少被提及。通过分离式霍普金森压杆试验得出高应变速率下黄铜微尺度等温流动应力，以Johnson-Cook本构模型为基础构建了包含尺寸系数的微尺度高应变速率本构模型，并将其与Freudenthal非耦合断裂准则相结合，提出了多应变速率微尺度混合损伤模型，量化了不同应变速率下特征尺寸效应及晶粒尺寸效应对金属损伤的影响，为飞刀切削样品表面改善提供了理论依据。

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Ti₂AlN薄膜的制备及性能表征

刘可心, 王蕾, 刘佳磊, 金松哲

机械工程学报. 2019, 55(16): 77-84. https://doi.org/10.3901/JME.2019.16.077

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三元氮化物Ti₂AlN因其优良的性能而广泛被科研工作者所关注，但对Ti₂AlN薄膜材料的制备及性能研究较少。采用多弧离子镀技术和真空退火工艺制备Ti₂AlN薄膜，同时对薄膜的耐腐蚀性和高温抗氧化性进行测试及机理分析。试验结果及分析表明：在优化制备工艺下可以制备出耐腐蚀性和抗高温氧化性较好的Ti₂AlN薄膜，与TiN薄膜进行耐腐蚀性能对比，发现Ti₂AlN薄膜具有更加优良的耐腐蚀性能；与TiN薄膜抗高温氧化温度极限值550℃相比，Ti₂AlN薄膜在800℃高温时仍具有明显的抗氧化性能，Ti₂AlN薄膜在高温时表面生成具有致密连续性的Al₂O₃氧化物，使其具有优于TiN薄膜的抗氧化性能，当超过800℃时，基体和氧化层之间产生较大应力差而导致氧化层的脱落和剥离。采用多弧离子镀技术和真空退火工艺可制备出耐腐蚀性和高温抗氧化性优良的Ti₂AlN薄膜，可为Ti₂AlN薄膜的研究提供理论支撑。

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含轴向对称裂纹锆合金包壳管断裂行为

刘肖, 王理, 包陈, 王恺晴, 赵宇翔, 王浩, 徐祺

机械工程学报. 2019, 55(16): 85-90. https://doi.org/10.3901/JME.2019.16.085

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作为装载核燃料的密封外壳，锆合金包壳管的断裂性能对于反应堆的安全运行至关重要。基于弹塑性有限元分析建立了TFAC试样的断裂韧度测试方法，完成不同氢含量锆合金TFAC试样的断裂韧性试验。研究结果表明，锆合金包壳管具有优良的抗裂性能，氢含量低于200 mg/kg时，其对包壳管断裂韧度的影响较小；当氢含量达到290 mg/kg时，包壳管的断裂韧度显著提高。研究可为锆合金包壳管在服役过程中的安全性评估提供数据支撑。

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考虑驾驶员操纵失误的车道偏离辅助人机协同控制

高振刚, 陈无畏, 谈东奎, 赵林峰, 汪洪波

机械工程学报. 2019, 55(16): 91-103. https://doi.org/10.3901/JME.2019.16.091

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人机协同控制车辆是降低道路交通事故的重要手段之一，针对因驾驶员操纵失误而引发的车道偏离问题，提出一种基于人机协同的车道偏离辅助控制方法。采用模型预测控制设计的车道偏离辅助控制器可保证车辆在不同速度下稳定地跟踪车道线，通过求解跨道时间并设定其阈值有效触发车道偏离预警，控制辅助系统开启与关闭。根据驾驶员状态、车辆状态、车路相对位置关系实时决策驾驶员与辅助控制器协同控制因子，并由协同因子决定辅助系统的转向力矩。CarSim/Simulink环境下的联合仿真及基于CarSim/LabVIEW RT的硬件在环试验表明：与驾驶员单独操纵相比，基于人机协同的车道偏离辅助系统在避免车道偏离的同时使横向偏差有所减小；与无协同控制相比，人机协同降低了控制器对驾驶员操纵的干预，充分说明所提出的人机协同车道偏离辅助方法提高了车辆行驶的安全性及驾驶舒适性。

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面向轮缘磨耗的动车组车轮型面多目标优化设计

崔大宾, 赵锐, 李俊, 佘家豪, 李立, 温泽峰

机械工程学报. 2019, 55(16): 104-113. https://doi.org/10.3901/JME.2019.16.104

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CRH1型动车组最初采用的LMA型车轮踏面不能很好地匹配列车的悬挂参数，影响了列车在直线和大半径曲线上运行时的稳定性，后被新设计的LMD型踏面取代。LMD型踏面为列车运行提供更好的稳定性，却出现了严重的轮缘磨损和钢轨侧磨现象。此次优化过程首先对LMA和LMD型踏面的综合性能进行理论分析，并依据当前两种型面使用中出现的问题，以保证车辆直线运行稳定性与减小通过小半径曲线时的轮缘磨耗为目标，建立数值优化模型，并采用改进的粒子群优化算法对模型进行了求解。结果表明，该方法具有较快的计算速度与收敛性；获得的新型车轮踏面可以保证CRH1型动车组较好的直线运行稳定性，小半径曲线通过时较小的轮轨横向力和轮对冲角。研究内容为车轮型面的多目标优化提供了可行方案，为改善CRH1型动车组综合服役性能提供理论参考。

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车辆纵-侧-垂向动力学统一建模及实车验证

张亮修, 吴光强, 王宇

机械工程学报. 2019, 55(16): 114-122. https://doi.org/10.3901/JME.2019.16.114

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目前车辆动力学模型多从各运动方向或关注的运动姿态来分别建立，缺乏纵-侧-垂向动力学统一建模思路。为全面描述车辆多系统耦合下的复杂系统非线性动力学行为，研究一种车辆纵-侧-垂向动力学统一建模方法。建立包含发动机动态特性、传动系统和车轮的动力传动系统模型，在分析车体运动学特性的基础上，采用拉格朗日分析力学方法建立同时反映车辆纵向、侧向和垂向运动特性的强非线性统一动力学模型，并建立悬架和轮胎模型求得作用于车体的广义力。利用某车型的标准数据和实测数据，进行车辆纵-侧-垂向动力学统一模型的多工况仿真验证和实车验证，所建立的车辆动力学模型能够精确模拟实际车辆的复杂动力学行为特性，验证了车辆纵-侧-垂向动力学统一建模方法的有效性和可行性。可为智能车辆控制系统设计和功能验证提供高保真度的仿真载体，缩短控制算法开发时间。

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PCR轮胎接地性态对噪声与滚动阻力影响研究

王国林, 乔磊, 周海超, 钱浩, 刘从臻

机械工程学报. 2019, 55(16): 123-131. https://doi.org/10.3901/JME.2019.16.123

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为研究轮胎接地性态对轮胎噪声、滚动阻力的影响规律，以型号为205/55R16的PCR轮胎作为研究对象，通过轮胎接地试验获取10个不同厂家生产的PCR轮胎的接地性态参数，对接地印痕进行细化分区以提取各分区接地性态参数，利用数值分析方法研究各分区接地性态参数与噪声、滚动阻力之间的定性、定量关系。结果表明：胎肩区域、过渡区域、中心区域对轮胎噪声值有较大影响；接地印痕长宽比、胎肩区域、过渡区域对轮胎滚动阻力影响较大；外内胎肩内侧长之比、外胎肩长、外过渡长为轮胎噪声、滚动阻力共同影响参数，且与轮胎噪声值、滚动阻力之间均呈负相关关系。利用主成分分析法建立了接地性态参数与轮胎噪声值、滚动阻力间的回归方程，拟合效果良好。研究结果为低噪声、低滚动阻力高性能绿色轮胎设计提供了理论指导。

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基于一种新混合法的车载尾气热电发电最大功率跟踪研究

李小龙, 谢长君, 黄亮, 全书海, 房伟

机械工程学报. 2019, 55(16): 132-140. https://doi.org/10.3901/JME.2019.16.132

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为提高车载尾气热电发电DC/DC最大功率跟踪算法的动态跟踪速率和稳态精度，提出一种新型改进电导增量法与自适应变步长BP人工神经网络法相联合的迭代跟踪算法。同时采用带有电压闭环的交错Buck变换器，在建立其小信号模型的基础上，设计补偿网络保证系统的高效率和稳定性。在两种不同的发动机稳态工况以及动态条件下，对提出的一种新的混合法和单独的改进电导增量法、单独的BP人工神经网络法，进行了对比试验。仿真和试验结果证明所提出的算法的可行性和有效性，相比传统的改进电导增量法、BP人工神经网络法，稳态时混合法跟踪功率最接近实际值，功率损耗最小，适于车载尾气热电发电场合。所研究的基于一种新混合法的最大功率跟踪技术，对设计稳定、高效的车载尾气热电发电系统具有极高的参考价值。

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地铁司机室噪声与钢轨波磨关系的试验与仿真研究

郭建强, 朱雷威, 刘晓龙, 韩健, 肖新标

机械工程学报. 2019, 55(16): 141-147. https://doi.org/10.3901/JME.2019.16.141

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地铁司机室的声学环境对于司机的身心健康以及行车安全至关重要。司机室处于在转向架上方，其噪声主要来源于轮轨噪声，而钢轨波磨是地铁中常见的问题，严重的波磨会显著增大轮轨噪声，从而影响司机室的声学环境。众所周知波磨与车内噪声存在正相关的定性关系，但两者之间的定量关系尚不明确。因此深入地研究钢轨波磨与司机室车内噪声之间的关系，对司机室车内噪声控制至关重要。本文采取了现场试验与仿真计算相结合的研究方法，分析了有无波磨对司机室车内噪声的影响，以及司机室车内噪声与钢轨波磨之间的定量关系。

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低附着路面条件的线控转向系统路感模拟与回正控制研究

谢有浩, 赵林峰, 陈无畏, 刘彦琳

机械工程学报. 2019, 55(16): 148-158. https://doi.org/10.3901/JME.2019.16.148

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线控转向取消转向盘与转向车轮之间的机械连接，车辆转向阻力矩无法直接反馈给驾驶员。在分析传统车辆路感产生原理的基础之上，利用电流传感器测得的转向电机电流来等效路面负载，实现对线控转向系统路感的自行设计。通过建立线控转向系统模型并利用回正力矩信息，考虑车辆自回正力矩在低附着路面上会显著降低的特点，提出一种新的回正控制策略，该策略运用扩展卡尔曼滤波算法，对路面附着系数进行估计，并根据不同的路面附着系数来设计不同的回正电流，以使得所设计的线控转向系统在各种路面上都具有较好的回正性能。最后，对所提出的方法进行仿真和硬件在环试验分析，其结果表明，所设计的路感能够很好地满足驾驶员的操纵需求，并且所设计的回正控制策略在低附着系数路面上能够明显改善驾驶员对路感的感知。

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扣件支撑长度对车轮-轨道耦合振动的影响

关庆华, 张丹熙, 王鹏, 温泽峰, 金学松

机械工程学报. 2019, 55(16): 159-169. https://doi.org/10.3901/JME.2019.16.159

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根据轨道结构的链式特征，提出考虑扣件支撑长度的车轮-轨道系统振动的传递矩阵分析方法。对轨道系统的垂向固有振动特性、簧下质量作用时的轮轨垂向振动特性及扣件支撑长度的影响机理进行了分析，结果表明，轨道系统的第1、2固有振动模态分别为钢轨和轨枕的同相和反相共振，其频响特征由钢轨抗弯刚度和分布质量、轨枕质量及扣件和道床的刚度和阻尼决定，不受扣件支撑长度的影响。扣件支撑长度对钢轨pinned-pinned共振和反共振影响显著，随着扣件支撑长度的增加，钢轨的pinned-pinned共振和反共振效应逐渐削弱。簧下质量作用时，轮轨系统的振动主要以P2共振的形式出现，其频率明显低于轨道系统的第1固有频率，轨道系统的振动在pinned-pinned共振区受扣件支撑长度的影响显著。轮轨冲击响应分析表明，轮轨撞击过程中体现了明显的P2共振特征，在撞击初始阶段存在高频P1力波动，显著的轮轨冲击会引起以P2共振频率为基频的高频振动。扣件支撑长度的增加可显著降低pinned-pinned共振区轮轨加速度，但对车轮和轨枕的位移影响不显著。

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铁道车辆吸能式防爬器垂向屈曲研究

周和超, 包泽宇, 徐世洲, 张济民, 涂昊昀

机械工程学报. 2019, 55(16): 170-175. https://doi.org/10.3901/JME.2019.16.170

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为抑制列车碰撞时的相互爬车程度，列车端部均安装吸能与防爬功能一体的吸能式防爬器。然而，列车碰撞事故调查发现吸能式防爬器有时会出现明显的垂向屈曲，导致其碰撞吸能和防爬能力大幅度降低。为此，提出多刚体动力学和有限元理论相结合的仿真分析方法，再现吸能式防爬器垂向屈曲失效的动态过程。此外，仿真计算表明随着碰撞列车之间差异加大，相邻车辆爬车速度明显增加，其最大爬车速度可以达到1.5 m/s。与此同时，吸能式防爬器发生明显的垂向屈曲，导致相互啮合的防爬齿发生脱离、失去防爬约束能力。不仅如此，相比于理想条件下的纵向压溃，发生垂向屈曲后的吸能式防爬器吸能能力大幅度降低，其平均压溃力由566.3 kN降低至348.1 kN，减少了38.5%，碰撞吸能量也由367 kJ降低至169 kJ，减少了53.9%。

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铁路工况识别软件的开发

陈道云, 孙守光, 李强, 林凤涛, 肖乾

机械工程学报. 2019, 55(16): 176-184. https://doi.org/10.3901/JME.2019.16.176

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为了实现典型工况载荷谱的编制，研究铁道工况识别软件的开发方法。分析原始数据的存储格式并将相关代码写入软件，实现由软件读取原始数据。研究各典型工况下信号波形的特征，提取出各典型工况的特征波形并由此建立各工况识别的核心算法。将VB.net与Javascript语言结合，编写软件核心代码。将谷歌卫星地图及OpenStreetMap模拟地图引入软件中，分析实测经纬度坐标和地图墨卡托坐标系之间的转换方法。进行实测数据典型工况识别，软件处理结果表明该软件能成功识别各工况数据，各工况线路识别结果与卫星图所示实际运行工况线路吻合，最后将所有识别的工况结果列表并分析了实测线路总体工况特征。

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面向节能的工艺规划与调度集成问题建模研究

孟磊磊, 张超勇, 邵新宇, 任亚平

机械工程学报. 2019, 55(16): 185-196. https://doi.org/10.3901/JME.2019.16.185

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工艺规划和车间调度是离散制造车间中的两大关键环节，将两者集成优化有助于提高车间生产效率、降低能源消耗。研究以节能为目标的工艺规划与调度集成（Integration of process planning and scheduling，IPPS）问题，基于空闲时间与空闲能耗两种建模思想，建立3个考虑关机\重启节能策略的混合整数线性规划（Mixed integer linear programming，MILP）模型。从模型尺寸复杂度、计算复杂度等方面对这三个MILP模型进行详细的对比评估。通过使用CPLEX求解器对IPPS调度实例进行求解，证明了所提出MILP模型的正确性与有效性。试验结果表明基于不同建模思路的MILP模型尺寸复杂度、计算复杂度差别很大，基于空闲能耗的MILP模型求解效果好于基于空闲时间的MILP模型。

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FAST液压促动器液压系统管路可靠性增长试验研究

赵静一, 朱明, 王启明, 蔡伟, 茹强, 李文雷, 司少朋

机械工程学报. 2019, 55(16): 197-204. https://doi.org/10.3901/JME.2019.16.197

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500米口径球面射电望远镜（Five-hundred-meter aperture spherical tadio telescope reflective，FAST）落成后，针对个别FAST液压促动器液压系统管路存在的振动噪声问题，搭建了可靠性试验台，对其进行可靠性增长试验研究，找出故障原因后，对原系统进行可靠性优化设计，并对改进结构设计进行流场分析，确定优化设计方案。采用Duane原则，制定了合适的液压系统管路可靠性增长试验方案，通过可靠性增长试验得到样机B类失效统计，从而得到FAST液压促动器液压系统管路的累积MTBF及其可靠性增长模型。运用ASMAA模型对FAST液压促动器液压系统管路可靠性增长进行趋势检验，得到试验截止时可靠性水平的瞬时MTBF和置信区间，验证可靠性优化设计达到计划要求，为促动器整机可靠性增长和促动器群可靠性增长研究提供参考。

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基于TRIZ理论的深海水液压电磁阀

杨友胜, 唐顺军, 王晓东, 冯辅周

机械工程学报. 2019, 55(16): 205-212. https://doi.org/10.3901/JME.2019.16.205

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水深压力直接影响着海洋机电装备的性能及可靠性。以深海水液压电磁阀为例，运用TRIZ理论的物质-场模型及冲突矩阵，阐述水深压力补偿方式，提出水深压力硬补偿的方法。建立硬补偿式深海水液压电磁阀的模型，研制初试样机及试验平台，对其性能及影响因素进行研究。结果表明：①硬补偿式深海水液压电磁阀性能良好：仿真及试验结果基本一致；电磁阀开启压力小，约为0.3 MPa；密封性能优异，关闭状态下，阀的泄漏量为零；阀口全开时压力损失小，额定流量（7 L/min）下的压力损失约为0.25 MPa；动态响应特性良好，开启时间t₁ ≤ 30 ms，关闭时间t₂ ≤ 63 ms。②硬补偿方法能有效补偿水深压力：水下（2 km以浅）工作时，电磁阀的相对启闭压力、响应时间等与系统工作压力有关，而与水深无关。可为海洋机电装备的水深压力补偿系统的设计提供新方法。

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闭式泵控液气储能重载举升机构特性研究

郝云晓, 夏连鹏, 权龙, 赵斌, 程珩, 熊晓燕

机械工程学报. 2019, 55(16): 213-219. https://doi.org/10.3901/JME.2019.16.213

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采用变转速泵控缸闭式系统的重载举升机构，在超越负载工况下，若不采用制动电阻或能量回收装置，系统将由于电机不能支撑反向负载而失控。但制动电阻消耗电机的发电能量，降低系统能效，增加系统散热负担。针对上述问题，提出一种基于液气储能的重载举升机构闭式泵控三腔液压缸系统，并将其应用于液压挖掘机动臂。液压泵与三腔液压缸的无杆腔和有杆腔连接，控制动臂运行；配重腔与蓄能器连接平衡挖掘机执行机构的重量，直接回收利用执行机构的势能。研究中，首先确定三腔液压缸和蓄能器的参数，然后设计系统的控制策略，最后构建闭式泵控三腔液压缸的挖掘机动臂试验系统，验证系统的可行性。试验结果表明，合理设置蓄能器的压力，不仅可以实现动臂势能的直接回收利用，而且可以使电机始终处于电动状态，提高系统的可控性和能量效率，与负载敏感控制的三腔液压缸系统相比，液压泵输出能量降低27.2%。

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基于块结构性质的花粉算法求解可重入作业车间调度问题

孙在省, 钱斌, 胡蓉, 张梓琪, 张长胜

机械工程学报. 2019, 55(16): 220-232. https://doi.org/10.3901/JME.2019.16.220

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针对可重入作业车间调度问题（Reentrant job shop scheduling problem，RJSSP），提出一种基于块结构性质的花粉算法（Flower pollination algorithm based on block structure properties，FPA_BSP），用于最小化总加权延误时间（Total weighted tardiness，TWT）。首先，建立RJSSP基于析取图的数学模型，并证明在确定析取弧方向后，该模型的对偶模型为最大费用流问题模型。其次，设计扩展RSOV （Reentrant-smallest-order-value，RSOV）编码规则，将花粉算法的实数矢量个体转变为排列矢量，使其可对问题解空间进行全局搜索，以发现存在优质解的区域。然后，定义8种邻域结构，并基于最大费用流问题特性分析块结构内部性质，得到前4种邻域结构能改进TWT的判定条件，可用于避免对无效区域的搜索，进而提出融合多种邻域的高效局部搜索，对全局搜索发现的优质解区域进行细致搜索。试验和算法比较验证FPA_BSP的有效性。提出RJSSP的块结构性质，并将其与花粉算法结合得到求解RJSSP的有效算法FPA_BSP，首次将花粉算法用于求解车间调度问题。

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2019年, 第55卷, 第16期　
刊出日期：2019-08-20

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