中国机械工程

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中国机械工程. 2017, 28(08): 0.

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TC4钛合金在低温CO2冷却下的切削性能

肖虎;李亮

中国机械工程. 2017, 28(08): 883-887.

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TC4钛合金在高速车削时易出现刀具磨损快和缠屑等问题,难以保证表面加工质量。利用自行组建的强压液态CO2供给系统,将低温CO2混合物高速射流作为冷却润滑介质,研究了低温CO2射流下高速切削TC4钛合金时的切削温度、切削力、刀具磨损、表面粗糙度以及切屑的断屑情况,并将其与干切削状况进行了对比分析。结果表明,低温CO2射流可有效降低切削温度,减小切削力,减轻切屑缠绕,抑制刀具磨损并提高已加工表面质量。

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有色噪声激励下非线性吸振器的能量传递

刘丽兰;任博林;李淑超;张小静

中国机械工程. 2017, 28(08): 888-894.

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将双稳态振子作为非线性吸振器,建立了含非线性吸振器的主系统力学模型,给出了有色噪声激励下系统的控制方程并进行了量纲一化。借助数值仿真,研究了系统初值、调谐频率比、质量比、阻尼系数对主系统和非线性吸振器振动能量的影响规律。通过系统结构参数的逐步优化选择,获得了将主系统振动能量最小化并使非线性吸振器振动能量最大化的最优结构参数配置区间。

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面向特征库的整体叶轮刀轨规划方法

许少坤;阴艳超;姬常杰;牛红伟

中国机械工程. 2017, 28(08): 894-898.

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针对整体叶轮曲面曲率变化大、流道为特殊型腔的特点,提出了一种面向特征的刀轨规划方法。分析了整体叶轮加工型面的特征及加工难点,建立由叶片、流道、进出水边、叶根等不同型面刀轨构成的特征库。设计叶轮加工型面与特征刀轨库间的匹配规则,开发了整体叶轮加工型面特征刀轨规划系统。算例仿真表明,该方法可有效减少叶轮加工曲面的刀路数量,提高整体叶轮自由曲面叶片的加工质量和效率。

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轮-履双模式自适应机器人的设计与参数分析

李凡;张明路;吕晓玲;田颖;白丰

中国机械工程. 2017, 28(08): 899-904.

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基于被动自适应机理的研究,提出了一种具有轮-履双运动模式的移动机器人结构。该机器人能根据环境的约束产生被动变形并转换运动模式,跨越高于自身高度的障碍。通过建立移动机器人模型,对影响其变形的各机构参数进行了分析,并通过优化算法将各参数优化。最后对机器人变形过程进行仿真,验证了各机构参数的合理性。

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一种微操作平台的自适应运动跟踪控制

胡俊峰;郑昌虎;蔡建阳

中国机械工程. 2017, 28(08): 905-911,916.

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针对微操作平台的迟滞非线性和时变性,提出单神经元PID控制策略来对其进行运动跟踪控制,从而提高平台的运动精确性和响应快速性。采用RBF神经网络辨识器对微操作平台的梯度信息进行在线辨识,利用单神经元网络学习算法完成PID参数的在线自整定,实现微操作平台的自适应运动跟踪控制。为说明所提出控制方法的可行性,将其与普通PID控制方法进行了比较分析,实验结果表明,单神经元PID与普通PID控制的位移误差范围分别为-0.5~0.5μm、-2.5~2.5μm,调整时间分别为0.1s、0.4s,所提出控制方法具有更好的控制精度和响应快速性,并具有较强的自适应性。

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海上稠油热采井井筒安全设备及其性能研究

余焱群1，2;常宗瑜1;綦耀光2;薛鑫2

中国机械工程. 2017, 28(08): 912-916.

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针对海上平台有杆采油油管井筒空间的变化,设计了密封油管与抽油杆环空的井筒安全装置。基于体积不变性原理分析了密封橡胶筒的坐封和解封过程,建立了橡胶筒的力学模型,详细研究了不同油井压力下的开井力和关井力。设计的杆管环空密封的新装置,可解决海上稠油热采有杆举升新工艺的井筒安全问题。

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基于多孔装置的颗粒挤压试验研究

蒋清海;武凯;孙宇;杨栋

中国机械工程. 2017, 28(08): 917-923.

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对粉体挤压制粒过程的模拟条件进行讨论,分析单孔挤压装置的不足,设计了一套多孔挤压试验装置用于模拟环模制粒过程。通过分析挤压力曲线变化规律,对制粒成形机理做出了合理解释。试验研究了长径比L、含水率W和模具温度θ对挤压力F的影响规律,建立了相应的数学模型,通过生产对比试验验证了多孔挤压试验装置的有效性。

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基于分层任务网络的云制造任务分解方法

刘明周;王强;凌琳

中国机械工程. 2017, 28(08): 924-930.

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提出了一种基于顺序任务分解的云制造任务分解算法。首先给出云制造任务描述模型以及任务约束结构的相关定义,对制造任务粒度分析方法、制造任务内聚性度量方法和制造任务相关性度量方法进行了研究。然后,采用递归分解算法对任务进行优化分解,并在分解过程中考虑任务的资源匹配问题。最后,以某变速箱试制任务分解为实例验证了所提方法的可行性和有效性。

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基于融合特征约减和支持向量机的控制图模式识别

赵春华;汪成康;华露;郑思宇;梁志鹏

中国机械工程. 2017, 28(08): 930-935.

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为提高产品加工过程中质量监测的智能化程度,在运用控制图描述质量波动的基础上,提出了一种基于融合特征约减的KPCA-SVM控制图分类方法。先通过蒙特卡洛模拟生成控制图数据集,提取统计特征和形状特征,并将其与原始特征相融合,运用核主成分分析对高维融合特征降维,再使用遗传算法优化支持向量机的参数。通过仿真实验,将降维前后、不同分类器的识别精度进行了比较,结果表明运用所提方法能够得到更好的识别效果。

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先验概率与曲线概率阈值分割相结合的消噪方法

张玉存1;徐飞1;付献斌2

中国机械工程. 2017, 28(08): 936-940,945.

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针对二维激光扫描仪获取的原始点云数据存在噪声点而影响测量精度的问题,提出了基于先验概率算法与曲线概率阈值分割的点云数据消噪方法。以异形截面环形件为实验对象,运用该消噪方法对原始数据进行处理,分别采用原始数据和消噪数据计算了环件台阶轴的高度,并将其与环件的真实值进行了对比。对比结果表明,消噪后数据的计算值更接近环件的真实值,从而验证该算法能有效提高测量精度。

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参数化模型到直接建模的模型转换方法

陆鹏;闫崇京;谷秋实

中国机械工程. 2017, 28(08): 941-945.

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参数化建模和直接建模方法是当前主流的两种三维几何建模方法,两者在功能上有较强的互补性。为了实现两种模型之间的转换,更好地体现设计者的设计意图,提高设计效率,提出了基于曲面重构的转换方法。通过对参数化模型表面点集做Delaunay三角剖分,求解出模型表面几何方程,拟合重构出直接建模模型,并以包含特征信息的三角网格单元的跟踪标记和数据更新来实现直接建模操作。实验表明,该转换方法适用于大多数特征模型的转换,且具有较高的转换效率。

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气流聚焦静电喷雾喷射行为实验研究

刘海燕1;潘引波1;姜佳昕2;张恺2;郑高峰2;柳娟2

中国机械工程. 2017, 28(08): 946-952.

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为提高射流喷射的稳定性和薄膜成型效率,设计开发了具有气流聚焦功能的静电喷雾装置。仿真研究了喷雾空间电场和气体流场的分布特性,开展了静电喷雾实验研究,分析了喷雾射流喷射行为,讨论了静电喷雾薄膜沉积面积和纳米颗粒直径的控制规律。结果表明,辅助气流的加载能够有效提高喷嘴处射流的喷射速度,促进射流拉伸细化,对减小纳米颗粒直径、提高颗粒均匀性都具有很好的促进作用。

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全柔性杆空间机械臂动力学与运动L2增益抗扰鲁棒反演控制

张丽娇;陈力

中国机械工程. 2017, 28(08): 952-957.

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讨论了全柔性杆空间机械臂系统动力学、运动L2增益抗扰鲁棒反演控制。结合拉格朗日方法、动量守恒关系和假设模态法对系统进行动力学分析,获得了系统的动力学方程。基于系统双时标模型,采用奇异摄动法,将系统降阶分解为两个子系统：描述关节刚性运动的慢变子系统,描述柔性杆振动的快变子系统。为慢变子系统设计了对外部有界干扰具有抑制作用的鲁棒反演控制器,使外部有界干扰对系统性能输出的L2增益小于给定值；基于线性系统最优控制理论实现了快变子系统的控制,以抑制由臂杆柔性引起的振动。数值仿真说明了所设计混合控制器的可行性和有效性。

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3-UPS/S并联稳定平台满载工况误差分析与运动学标定

李玉昆1,2;李永泉1,2;佘亚中2,3;张立杰2,3

中国机械工程. 2017, 28(08): 958-965.

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当负载达到一定数值时,并联机构的变形误差相对于几何误差对动平台输出精度的影响是不可忽略的。以电液驱动型3-UPS/S并联稳定平台为研究对象,分别建立了稳定平台几何误差与变形误差的传递模型,并通过线性叠加得到了总的误差传递模型。基于几何误差传递模型,建立了稳定平台满载工况下的运动学标定模型。在满载工况下进行了运动学标定实验,测量了动平台参考点的位置,计算得到动平台姿态误差δH0,通过分离变形误差δH1得到了几何误差δH,通过最小二乘法完成了稳定平台几何误差参数标定。

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基于自抗扰控制的自动泊车路径跟踪

赵林峰;徐磊;陈无畏

中国机械工程. 2017, 28(08): 966-973.

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建立了基于电动助力转向系统的自动泊车系统动力学模型,考虑汽车动力学约束及泊车防碰撞约束,基于两段弧规划路径,使用反正切函数来拟合路径；应用非时间参考的路径跟踪控制策略生成目标转角,采用自抗扰控制（ADRC）方法进行转角跟踪,并通过硬件在环试验进行验证。结果表明,反正切函数拟合的路径曲率连续无突变,非时间参考的路径跟踪效果较好；所提出的ADRC转角跟踪算法比PID控制具有更高的泊车精度和响应速度。

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磨损状况下聚晶金刚石钻头切削齿的切削参数求解

马亚超1;黄志强1;李琴1;彭世金2;谢豆1

中国机械工程. 2017, 28(08): 973-978.

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针对磨损状况下PDC钻头切削齿的切削参数预测方法尚未建立,无法很好地开展等磨损布齿设计的问题,建立了磨损齿的几何模型,并提出了求解切削参数的零点遍历法。基于MATLAB平台对零点遍历法进行编译,并对切削齿的切削弧长、切削面积和切削体积进行求解。结果表明,提出的零点遍历法能够用于磨损齿和未磨损齿的切削参数求解（误差在2%以下）；结合切削齿的受力与磨损模型,能够预测PDC钻头每颗齿的磨损趋势。

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车载液压发电机行车工况发电稳速控制

李昊1;杨玉强2

中国机械工程. 2017, 28(08): 979-982,990.

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车载液压发电机在驻车工况下发出电能的质量较高,但在行车发电工况下,行驶负载的扰动使得发电机转速不稳定,发出的电能质量较差。针对行车发电稳速控制展开研究,构建了行车发电工况下变量泵-定量马达闭式调速系统的数学模型,分析了输出转速波动的机理,采用前馈补偿加直接闭环反馈的方法对马达输出转速波动进行抑制。仿真和实验结果表明,补偿控制能够使系统在行车工况下具有较高的控制精度和鲁棒性,输出电力品质满足军用Ⅱ类自发电电站标准。

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介观尺度磷青铜薄板韧性断裂和变形行为的尺寸效应

王蕾1;胡道春2

中国机械工程. 2017, 28(08): 983-990.

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借助单轴微拉伸试验研究了磷青铜薄板力学性能和韧性断裂的尺寸效应。结果表明,屈服强度与材料厚度t、晶粒尺寸d之间均存在着第Ⅱ类尺寸效应,但与t/d之间却存在着第Ⅰ类尺寸效应。断口形貌显示,随着t的减小,断裂机制由韧窝-微孔聚集断裂向滑移分离过渡；随着d的增大,韧窝逐渐变大变深,但当t/d<1时,拉伸过程过早形成微裂纹,导致试样迅速断裂。最后,基于表面层模型构建了介观尺度磷青铜薄板的混合本构方程。

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开卷过程钢卷内部应力及张力优化技术

白振华1，2;李麒麟1;刘亚星1;崔亚亚1;郭振胜3;宋章峰3

中国机械工程. 2017, 28(08): 991-995.

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针对带钢开卷工序存在的松卷与层间滑移缺陷,考虑开卷机组设备与工艺的特点,通过理论研究与现场试验,建立了钢卷开卷过程中内部应力的分布模型,实现了对开卷过程钢卷内部应力分布的预报。在分析松卷与层间滑移缺陷产生机理的基础上,采用开卷层滑因子来定量描述松卷与层间滑移缺陷程度,结合钢卷开卷过程中的内部应力分布模型,开发了钢卷开卷过程中开卷张力的综合优化设定技术,达到了综合防控开卷过程中钢卷松卷与层间滑移缺陷的目的。

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基于6σ稳健性的轧制差厚板车门优化设计

朱茂桃1;朱彩帆1;郭佳欢1;钱洋2

中国机械工程. 2017, 28(08): 996-1001.

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目前,对车门结构优化的研究多数没有考虑车门不确定性因素的影响。为了提高结构优化后车门性能的稳健性,将轧制差厚板应用于车门,同时考虑板料厚度和材料参数的波动对各约束响应稳健性的影响。结合拉丁超立方试验设计和径向基函数模型,采用蒙特卡罗模拟和改进型非支配遗传算法相结合的双循环优化策略,提出一种基于6σ稳健性的轧制差厚板车门多目标优化设计方法。研究结果表明,该方法在获得最优妥协解的同时,能提高设计变量的可靠性和目标函数的稳健性。

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基于解析方法的轮胎磨损颗粒物运动轨迹分析

轩闪闪;黄海波;刘金朋;刘清国;卢轩

中国机械工程. 2017, 28(08): 1002-1007.

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轮胎磨损颗粒物的运动轨迹分析对磨损颗粒物的捕集具有非常重要的理论意义。建立了轮胎磨损颗粒物的运动微分方程,分析了车速和磨损颗粒物粒径对其运动轨迹的影响,设计试验验证了模型的正确性。结果发现：较小粒径（10μm）的磨损颗粒物与较大粒径（500μm）的磨损颗粒物的飞扬区间变化较小,粒径100μm左右的磨损颗粒物的飞扬区间变化较大。覆盖件150～250mm的高度区域是轮胎磨损微小颗粒物（小于100μm）的散射聚集区域。

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中国机械工程. 2017, 28(08): 1008.

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2017年, 第28卷, 第08期　
刊出日期：2017-04-25

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