中国机械工程

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中国机械工程. 2017, 28(04): 0.

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汽心对汽心泵供油特性的影响研究

管华盛1;王彬1;邓卫华2;叶志锋1

中国机械工程. 2017, 28(04): 279-385.

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为研究汽心对供油特性的影响,对径向直叶片汽心泵进行了汽液两相非定常数值模拟。汽心大小可随进口节流活门开度和出口负载等变化,根据流量脉动情况分析了汽心对供油特性的影响规律；模拟了供油量对负载压力阶变的动态响应,据此获得汽心对流量动态性能的影响规律。结果表明,汽心不会造成供油量的显著脉动；活门开度在4~8mm范围时,汽心可减缓阶变对流量稳态值的影响,但使流量调节时间延长；2mm活门开度工况下,汽心接近叶轮出口,出口压力阶变越大,汽心调节后供油量脉动幅度也相应增大。

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微操作中操作者瞳孔的定位方法研究

陈国良;马辉;张钏钏

中国机械工程. 2017, 28(04): 385-390.

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针对微操作中操作者的眼球偏转小和眼睛图像灰度变化小的特点,提出一种瞳孔定位的快速算法,首先对眼睛图像提取特定的矩形区域,然后采用半精定位的方法缩小瞳孔所在区域,提高瞳孔区域的图像占比,最后利用Hough变换精确定位瞳孔。实验表明,该算法能快速、准确地定位瞳孔中心,适用于微操作中使用头戴式设备的瞳孔图像提取。

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考虑关节摩擦的3-UPS/PU并联机构模糊自适应滑模控制

张达;原大宁;刘宏昭

中国机械工程. 2017, 28(04): 391-397,403.

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为克服3-UPS/PU并联机构关节摩擦力突变现象带来的跟踪畸变问题,设计了一种模糊自适应滑模控制方法。首先在机构动平台工作空间内建立该机构的整体动力学模型。针对切换型滑模控制驱动力抖振以及自适应滑模控制(ASMC)对摩擦突变较敏感的不足,提出一种模糊自适应滑模控制(FASMC)方法,该方法以自适应理论为基础,可以在线估计包括摩擦在内的系统模型不确定项,自适应增益通过模糊逻辑系统实现了动态调整,相比ASMC可以更准确地逼近摩擦的变化情况,从而更有效地抑制摩擦力突变影响,增强了系统鲁棒性。由于无需依赖具体的摩擦模型以及简单的控制结构,FASMC适用于并联机构这类复杂不确定系统。仿真结果显示,所采取的控制方法能有效估计并克服机构摩擦干扰,提高了机构的控制精度,而且驱动力没有出现抖振现象。

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三排柱式回转支承非理想Hertz接触特性分析

冯建有;戚晓利;童靳于

中国机械工程. 2017, 28(04): 398-403.

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传统方法对三排柱式回转支承的滚柱与滚道间的接触分析都是基于Hertz接触理论,然而滚柱与滚道的实际接触超出了Hertz接触理论的范围。针对该问题,重点研究了滚柱与滚道的非理想Hertz接触特性,得出了接触变形及接触应力沿滚柱轴向的变化规律。结合McEwen关于圆柱体法向接触理论,推导了滚柱与滚道接触区内部的应力场各应力分量解析表达式,并讨论了滚道失效与应力之间的关联。最后,建立了滚柱与滚道接触的3D有限元模型,仿真结果表明,接触区的应力分布与解析解基本吻合,结论可为三排柱式回转支承的设计与制造提供参考。

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巷道超前支护装备双缸同步推移控制方法

谢苗;刘治翔;谢春雪;毛君

中国机械工程. 2017, 28(04): 404-409.

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考虑到综合掘进巷道液压迈步式超前支架的前进推移液压缸存在同步性能较低的问题,对双缸的电液伺服同步系统进行了设计,并提出了等状态交叉耦合模糊双缸同步控制方法。等状态交叉耦合模糊双缸同步控制方法是将模糊控制策略与交叉耦合控制进行结合的非线性同步控制策略,它避免了主从交叉耦合控制方法存在的因为上一个系统的信号波动对下一个系统产生影响,而下一个系统的信号波动不会反馈到上一个系统中而带来的系统较大的误差。最后通过实验分析研究了两种同步控制方法的性能,结果表明,等状态交叉耦合模糊双缸同步控制方法具有更好的同步控制性能。

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板带热连轧机活套控制系统优化

姬亚锋1;田敏2;郭鹏程1;胡啸1;刘光明1

中国机械工程. 2017, 28(04): 410-414,431.

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针对板带热连轧机传统活套控制策略不能满足实际生产需求的问题,给出活套电机力矩的计算方式和采用电流反馈信号的张力检测方式,提出基于软接触控制、防甩尾控制和流量补偿功能的活套优化控制策略。将优化后的活套控制策略应用于热连轧生产线,结果表明,对于3.0mm×520mm规格的带钢,活套角度波动范围可控制在±2°之内,活套电流在设定值的±5%波动,头部厚度偏差±40μm范围内厚度精度命中率能够达到98.7%,宽度偏差0~4mm范围内厚度精度命中率能够达到96.9%,带钢头尾尺寸精度显著提高。

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SODF-SPH方法及其在热传导问题中的应用

热合买提江·依明1;阿合买提江·伊明江1;买买提明·艾尼2

中国机械工程. 2017, 28(04): 415-420.

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在光滑粒子流体动力学(SPH)原理的基础上,通过泰勒级数展开提出了计算函数二阶偏导数的SODF-SPH方法。选用相等的粒子间距和相同的光滑长度对一维热传导问题进行了计算和模拟,与传统SPH方法进行了对比分析,结果表明新方法的精度高、收敛速度快且稳定性好；对二维和三维各种热传导问题进行了计算和模拟,与解析解进行了对比,结果表明新方法得到的计算结果与解析解吻合良好。新方法的计算过程能避免计算核函数导数,致使对核函数的要求降低,可选用更多的核函数且计算量较小,可在工程和数值计算中广泛应用。

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往复式压缩机十字头轴瓦温度无线光纤传感在线监测机理

曹驰;童杏林;陈亮;邓承伟;郭倩;周超然;张宝林

中国机械工程. 2017, 28(04): 420-424.

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针对石化行业往复式压缩机十字头轴瓦温度在运动过程中难以监测的技术难题,结合往复式压缩机十字头往复运动的特点,提出了一种往复式压缩机十字头轴瓦温度无线光纤传感在线监测方法,研究了它的无线监测机理、方法及无线信号输出特性,结果显示采用该方法在20%的能量耦合效率时仍可以进行温度监测,表明该监测机理具有可行性。

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基于极点对称模态分解和概率神经网络的轴承故障诊断

张淑清1;徐剑涛1;姜安琦2;李军锋1;宿新爽1;姜万录3

中国机械工程. 2017, 28(04): 425-431.

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针对复杂非线性的滚动轴承系统,提出了极点对称模态分解（ESMD）和概率神经网络（PNN）相结合的滚动轴承故障诊断方法。ESMD将固有模态函数的定义进行扩充,采用内部极点对称直接插值的方法替代外部包络线插值,引入最优的自适应全局曲线（AGM）的概念优化分解的趋势线,并由此确定最佳的模态分解次数。PNN是一种基于核函数逼近的神经网络分类器,将指数函数引入神经网络用来替代S型激活函数并进行重新构造,突出体现了梯度最速下降法的概念,减少实际和预测的输出函数之间的误差。通过对经验模态分解(EMD)、屏蔽经验模态分解(MEMD)和ESMD方法进行信号仿真分解对比,以及采用ESMD和PNN对故障数据进行处理,结果表明,该方法能够更加有效地对故障信号进行识别。

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基于边等距偏移的环切加工刀具路径生成方法

潘海鸿1，2;甘霖1;俞宗薏1;陈琳1，2

中国机械工程. 2017, 28(04): 432-437,450.

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针对由直线和圆弧组成的封闭轮廓生成环切加工刀具路径的问题,提出了一种基于边等距偏移的环切加工刀具路径生成方法。该方法分别从封闭轮廓的凸点和干涉凹点出发,结合边干涉检测程序和圆弧边分段处理方法对包含直线和圆弧的轮廓分别进行局部和全局无效区域检测,删除轮廓的无效区域后进行等距偏移,生成无干涉环切加工路径。利用自主开发的CAD/CAM软件实现了该方法,仿真实验结果表明,该方法能够准确、有效地生成无干涉区域的刀具加工路径,同时适用于带有孤岛的封闭轮廓偏移。

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NSFC机械工程学科2016年度科学基金管理工作综述

赖一楠;宋建丽;何柏岩;刘磊

中国机械工程. 2017, 28(04): 438-445.

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介绍了国家自然科学基金委员会(NSFC)机械工程学科2016年度科学基金项目的申请、评审、资助情况,以及2015年度科学基金项目的结题、进展情况,总结了项目执行过程中存在的问题,回顾了机械工程学科在学术交流与合作、人才培养与团队建设及项目布局等方面的管理举措,列举了2016年度该学科资助下我国机械工程领域取得的最新进展和典型成果,并对2017年度的工作进行了展望。

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高温含砂原油中等壁厚螺杆泵定子衬套磨损分析

韩传军;任旭云;郑继鹏

中国机械工程. 2017, 28(04): 446-450.

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为研究高温采油工况下螺杆泵定子衬套的磨损情况,将定子橡胶在高温含砂原油中进行摩擦学试验,测出橡胶的摩擦因数。运用有限元分析方法,对螺杆泵等壁厚定子橡胶衬套进行接触非线性计算,研究工作压差、过盈量以及摩擦因数等多因素对定子衬套磨损的影响。分析结果表明：在工作温度60℃、压差0.5MPa的工况下,橡胶衬套最大等效应力和等效应变出现在定子衬套外侧,最大等效应力和等效应变随着过盈量和摩擦因数的增大而增大,摩擦因数对定子橡胶衬套的磨损影响相对较小,选择合适的过盈量有助于减小磨损,提高效率。

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波登管2D压力伺服阀反馈装置的特性研究

左希庆1,2;阮健1;李胜1;刘国文2;孙坚1

中国机械工程. 2017, 28(04): 451-455.

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设计了2D压力伺服阀样机模型,利用波登管作为伺服压力反馈单元保持其输出压力恒定。针对波登管在特定范围内随压力线性变形的特性,在分析其变形机理的基础上,建立了数学模型,仿真分析了其受力变形过程,得到其结构参数对线性变形的影响。设计了波登管线性变形实验方案并搭建实验平台,实验结果表明：随着压力的升高,波登管的变形与压力升高基本成线性关系,16MPa时,其线性变形量为0.7mm；动态实验中波登管从受冲击开始到基本稳态耗时约0.9ms。实验结果与仿真分析基本一致,波登管的特性研究为其在2D压力伺服阀上的应用奠定了基础。

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磨削液供给参数对工件表面完整性的影响

张修铭;姜昂;史小亮;修世超

中国机械工程. 2017, 28(04): 456-461.

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针对不同磨削液供给参数,通过CFD软件构建磨削过程中磨削区处气-液两相的磨削液喷射模型,并对喷嘴的喷射参数进行仿真与计算。通过比较不同喷射速度、喷射方位和喷射角度对磨削液流场的质量流量的影响,以及它们对喷射过程中磨削液在整个磨削区的体积分数的影响,来确定合理的喷嘴喷射方位。最后通过磨削液喷射角度对工件表面完整性影响的试验研究,为确定相对合适的喷嘴方位提供试验依据,验证磨削加工过程中磨削液供给参数选择的合理性。

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开式变量泵控快锻油压机系统能耗特性实验研究

姚静1, 2, 3;任旭辉3;曹晓明3;赵劲松1,3;孔祥东1, 2, 3

中国机械工程. 2017, 28(04): 462-470.

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针对传统自由锻造油压机泵控系统发热大以及功率回收率较低等问题,提出了开式变量泵控快锻油压机系统,并根据系统的能量流流动状态,进行了能耗建模分析。以0.6 MN泵控油压机实验平台为依托,进行了常锻工况和快锻工况下的能耗特性实验研究, 得出了常锻工况下的能耗分布规律。实验结果表明：常锻工况下的有用功占系统能耗的50%,其有用功所占比值随负载力的增大而提高；快锻工况下的有用功占系统能耗的40%以上,其有用功所占比值随锻造频率的增大而提高；开式变量泵控快锻油压机系统具有较大的节能优势。

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大面积纳米压印揭开式脱模机理和规律

李延强;兰红波

中国机械工程. 2017, 28(04): 470-477.

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针对大面积纳米压印脱模工艺,开展了揭开式脱模机理和规律的研究。基于界面黏附能理论,建立了气体辅助揭开式脱模力预估模型；基于应变能法和脱模过程中能量守恒定律,建立了气体辅助揭开式脱模临界脱模速度模型。利用ABAQUS工程数值模拟软件,分析得到纳米压印工艺参数（脱模力、脱模角度、脱模速度）对揭开式脱模的影响规律。

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基于系统约束的重型汽车动力学建模及分析

黄康1;段松林1;甄圣超1;徐锐1;薛永昌2

中国机械工程. 2017, 28(04): 478-486.

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针对传统方法建立汽车整车动力学模型中存在的过程复杂、约束难以确定等问题,以重型汽车整车为对象,应用Udwadia-Kalaba理论提出了一种基于系统约束的离散化模型,并进行了动力学分析。该模型考虑了汽车在正常行驶过程中路面对4个轮胎的真实激励情况,重点研究了整车z向的动态特性。通过MATLAB仿真得到空载和D级路面激励情况下的振动特性,并将该模型与传统方法建立的模型进行比较,验证了模型的正确性,同时分析了车身关键位置及驾驶员位置动态特性曲线。

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基于模型预测控制的协同式自适应巡航控制系统

孙涛1;夏维1;李道飞2

中国机械工程. 2017, 28(04): 486-491.

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在城市交通工况中,车辆的驾驶行为对其乘坐舒适性及燃油消耗有着很大的影响。因此提出一种在包含交通灯等信息的交通工况下的协同式自适应巡航控制系统,通过减少不必要的速度保持或加速来提升性能。系统通过处理当前交通信息的数据判断跟踪目标类别,运用模型预测控制来预测前车或车队未来状态,对不同的前方目标采用不同的权值来计算最优控制输入。通过控制车辆保持安全距离并在优化速度下行驶以实现多目标的优化。利用CarSim和Simulink联合仿真,仿真结果显示该控制系统在保证安全的前提下实现了主动的速度调节及目标的切换,在指定仿真工况中对比线性二次调节算法,加速度峰值、加速度变化率峰值及燃油消耗均有所降低,乘坐舒适性和燃油经济性得到较大提升。

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汽车液压制动系统气液两相流流型的识别

李孝禄;梁思伟;王文越;赵进慧;朱俊江;李运堂

中国机械工程. 2017, 28(04): 492-496.

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建立了汽车液压制动系统中气液两相流流型检测装置,根据压差波动信号,利用Hilbert-Huang变换(HHT)对制动液两相流流型进行识别,并利用高速摄像机采集不同工况下制动液的气液两相流流型图像。结果表明,制动时车轮转速越高,压差信号幅值越大,幅值主要集中在0～50Hz区域；识别制动时的制动液流型为一种泡状流。高速摄影的结果验证了液压制动管路中制动液为泡状流；制动转速越高,气泡越小。结论揭示了制动时汽车制动液的气液两相流流型,说明利用测量制动液的压差波动信号进行HHT就可以识别其流型。

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矿用自卸车牵引变流器的振动测试及仿真

丁杰1,2;张平1

中国机械工程. 2017, 28(04): 497-503.

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针对矿用自卸车无振动试验标准参照的现状而导致核心部件牵引变流器结构可靠性难以评估的问题,对某型号矿用自卸车牵引变流器安装部位进行了振动加速度数据采集,并进行了数据检验、功率谱密度计算和数据归纳,得到了空载和满载两种工况不同振动方向的实测振动加速度谱密度曲线。为进一步解决振动试验台在验证时无法按照产品使用寿命长时间运行的问题,对实测谱进行了加速计算,将振动量级提高而试验时间大幅度缩短。对牵引变流器进行了有限元建模、模态分析和基于加速实测谱的随机振动分析,得到了表征结构应力水平的1σ应力分布,最终确定了牵引变流器的结构疲劳寿命满足使用要求。振动测试及仿真分析方法可为同类产品开发提供参考。

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中国机械工程. 2017, 28(04): 504.

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2017年, 第28卷, 第04期　
刊出日期：2017-02-25

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