2019年, 第30卷, 第6期　
刊出日期：2019-03-25

  

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机械基础工程
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  基于改进经验小波变换的机车轴承故障诊断

  段晨东, 张荣

  中国机械工程. 2019, 30(6): 631-637. https://doi.org/10.3969/j.issn.1004-132X.2019.06.001

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  机车轴承在噪声较大的背景下工作，发生故障时，难以有效地提取其故障特征，针对这一问题，提出了经验小波变换（EWT）方法。为克服经验小波变换方法中噪声分量干扰子频带划分的问题，提出一种采用信号时频峭度谱局部极小值划分频带的方法，基于子频带构造正交小波滤波器组对信号进行EWT分解。仿真实验和工程应用表明，改进后的EWT能够较好地克服噪声分量对子频带划分的干扰，有效地分离出机车轴承损伤故障的特征。
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  液动压悬浮抛光流场的数值模拟及抛光工具盘结构优化

  郑子军, 李攀星, 蔡东海, 文东辉

  中国机械工程. 2019, 30(6): 638-643. https://doi.org/10.3969/j.issn.1004-132X.2019.06.002

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  为对液动压悬浮抛光工具盘结构参数进行优化，首先通过正交试验和CFD数值模拟，利用方差分析法分析抛光工具盘各结构参数对加工区域流体动压力的大小和均匀性的显著性影响；然后使用多元非线性回归方法和遗传算法对正交试验样本数据进行优化，得出最优结构参数。数值模拟试验表明，优化后抛光工具盘产生的动压力均值和均匀性都比优化前抛光工具盘提高了30%。
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  垂直轴风力机叶片改进动态失速模型

  张立军, 赵昕辉, 马东辰, 米玉霞, 王旱祥, 姜浩

  中国机械工程. 2019, 30(6): 644-649,657. https://doi.org/10.3969/j.issn.1004-132X.2019.06.003

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  为研究垂直轴风力机叶片在动态失速下的气动性能，结合风力机的实际工作情况对常用动态失速模型——B-L模型和MIT模型进行了修正。以Sandia实验室17 m垂直轴风力机为例，计算了风力机叶尖速比分别为2.33和3.09时叶片的动态切向力系数和动态法向力系数。研究结果显示：MIT修正模型对风力机上风区的切向力系数和下风区的法向力系数的预测精度较高；B-L修正模型对风力机上风区的法向力系数和下风区的切向力系数的计算结果与实验数据较一致。
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  脂润滑条件下闸门底枢摩擦副磨损失效评价

  秦红玲, 郭文涛, 徐翔, 袁泽坤, 赵新泽

  中国机械工程. 2019, 30(6): 650-657. https://doi.org/10.3969/j.issn.1004-132X.2019.06.004

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  采用摩擦磨损试验机，获得了QAL9-4/40Cr和ZCuAl8Mn13Fe3/40Cr两种闸门底枢摩擦副在不同接触应力的脂润滑条件下的摩擦学特性，并运用灰色系统理论GM （1，1）模型对其达到许用磨损量的磨损失效进行了评价。低速重载条件下，两种摩擦副的实际接触应力在许用应力之下时，其磨损形式均以犁切为主，且磨损量随接触应力的增大而增大，摩擦因数随着接触应力的增大而减小；反之，其磨损形式均以黏着为主，且磨损速度、摩擦因数均会急剧增加。受同一接触应力作用时，QAL9-4/40Cr具有更好的耐磨性。理论模型对磨损失效的预测结果与实测值吻合度达到95%。
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  一种零耦合度三平移并联机构的设计及运动学

  沈惠平, 吴成琦, 许可, 赵迎春, 杨廷力

  中国机械工程. 2019, 30(6): 658-664,671. https://doi.org/10.3969/j.issn.1004-132X.2019.06.005

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  根据基于方位特征方程的并联机构拓扑设计理论和方法，设计出一种零耦合度且运动解耦的非对称三平移输出的并联机构（RP_a‖3R）2R+RP_a，分析了该并联机构的方位特征、自由度、耦合度κ等主要拓扑特性。由于该机构耦合度κ=0，因此直接导出其解析式位置正解。通过位置反解，分析计算了机构的工作空间及奇异性特性。由Jacobian矩阵导出了机构动平台质心的速度与加速度计算公式，并给出了其仿真曲线。
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  混凝土管端口打磨机器人设计及力学性能分析

  崔国华, 刘健, 马良, 崔康康

  中国机械工程. 2019, 30(6): 665-671. https://doi.org/10.3969/j.issn.1004-132X.2019.06.006

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  为提高预应力钢筒混凝土管道端口的打磨精度和效率，设计了一种新型的自行走式端口打磨机器人。基于构型演变法对该机器人进行了构型设计及结构设计，建立了其力学模型。以插口端打磨机器人应用于4 m口径管道为实例，求解了机器人运行过程中的极限载荷，并进行了有限元仿真分析，分析结果表明，该机器人在运行过程中，强度、刚度满足现场需求。现场试验验证了该机器人具有较高的打磨效率与工作可靠性。
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  活塞内冷油腔的振荡传热特性及位置的研究

  文均, 王东方, 雷基林, 李浙昆, 温志高, 代云辉, 辛千凡

  中国机械工程. 2019, 30(6): 672-678. https://doi.org/10.3969/j.issn.1004-132X.2019.06.007

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  以一款非道路用高压共轨柴油机铝合金活塞为研究对象，在试验测试的基础上建立了活塞-内冷油腔耦合传热数值仿真模型，研究了发动机循环过程中内冷油腔的振荡传热特性，分析了内冷油腔位置对活塞温度场和热应力场的影响规律。研究结果表明：在发动机循环过程中，内冷油腔壁面换热系数随油腔中机油分布规律周期性变化；内冷油腔靠近活塞顶面和环槽底面时，能显著降低活塞最高温度及一环槽温度，内冷油腔设计时应在结构强度允许范围内，尽量靠近活塞顶面和环槽底面；内冷油腔过于靠近活塞壁面时，活塞第三环槽及内腔顶面区域出现较大的局部热应力。
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  做平面运动滚子从动件盘形凸轮机构的泛类尺寸综合问题

  林梦杰, 李延平, 常勇

  中国机械工程. 2019, 30(6): 679-683. https://doi.org/10.3969/j.issn.1004-132X.2019.06.008

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  以滚子中心C（u，v）为牵引变量，系统分析讨论了整程区域套Γ^*（x，y）/边界ðΓ^*（x，y）的性态多样性。通过引入简约遍历区域Σ_[2]和Σ_[0]的概念和离散-网格化处理方法，提出了并解区域Ω^*_[2/0]（u，v）/Γ^*_[2/0]（x，y）的概念和求解方法。构造坐标系Ouvr^**_0min，生成了三维曲面S^**，提取了性态特征——谷脊线J^**和谷底点P^**，揭示出最紧凑机构尺寸解的存在性并给出求解方法，解决了做平面运动滚子从动件盘形凸轮机构的泛类尺寸综合问题。
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  机械密封润滑膜分布的超声检测技术

  王建磊, 王晓虎, 张琛, 贾谦, 陈润霖, 刘凯

  中国机械工程. 2019, 30(6): 684-689. https://doi.org/10.3969/j.issn.1004-132X.2019.06.009

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  针对机械密封润滑膜分布检测问题，利用超声原理建立了机械密封润滑膜分布的多点测量模型。构建了由信号发生、超声发射-接收、数据采集及数据存储-显示等模块组成的润滑膜分布测量系统，并配备了模拟测量装置。在模拟测量装置上对厚度为5 μm、10 μm和20 μm的润滑膜进行了检测。结果表明：采用超声原理可对润滑膜分布进行精确测量，单点测量误差范围为0.2~1.1 μm，膜厚5 μm的检测精度最高。
智能制造
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  基于自适应前瞻和预测校正的实时柔性加减速控制算法

  李浩, 吴文江, 韩文业, 郭安

  中国机械工程. 2019, 30(6): 690-698. https://doi.org/10.3969/j.issn.1004-132X.2019.06.010

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  为了提高离散小线段的加工效率和质量，提出一种实时柔性加减速控制算法。该算法由三部分组成：前瞻处理部分利用加减速可行性判断条件，保证加减速可达和实时前瞻；速度规划部分在保证速度和加速度连续变化的条件下，实时计算下一插补周期的进给速度；动态修调部分对当前速度规划结果进行调整，及时响应加工中机床参数的改变。实验结果表明，该算法能够实现数控系统的实时柔性加减速控制，支持动态修调，满足实际加工的要求。
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  基于改进A^*算法的线缆路径规划方法

  姜康, 马世纪

  中国机械工程. 2019, 30(6): 699-708. https://doi.org/10.3969/j.issn.1004-132X.2019.06.011

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  针对复杂布线空间环境下虚拟线缆的路径规划问题，改进了传统A^*算法的估价函数，引入附加值因子来选择合适的路径节点，使用刚性因子评估连续弯折时的线缆路径，将线缆的位置纳入算法来调整线缆路径到最优。二维网格地图中的路径规划和三维模型中的布线结果均表明，改进A^*算法能产生合理的布线路径。
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  喷涂机器人静电旋杯的新模型

  刘洋, 赵臣, 王旭浩, 张佳俊

  中国机械工程. 2019, 30(6): 709-715,747. https://doi.org/10.3969/j.issn.1004-132X.2019.06.012

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  旋杯的累积速率模型以及涂料投射模型是喷涂机器人离线编程轨迹规划的重要基础。针对累积速率模型，建立了一种新的模型——双偏置β模型，该模型既能表示满月形模型，也能表示局部非对称的圆环形模型。在此基础上，分析了新模型的匀速喷涂厚度模型，为离线编程的轨迹规划做准备；针对涂料投射模型，推导出了涂料投射模型为任意函数模型时，工件曲面上某点累积速率与基准面上对应点累积速率的关系，并结合实验数据构建了基于正态分布的曲线投射模型。经证明，此模型更符合实际情况。
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  无线定位技术在移动式起重机中的应用

  李劼人, 徐莉, 徐青山, 王建民

  中国机械工程. 2019, 30(6): 716-721. https://doi.org/10.3969/j.issn.1004-132X.2019.06.013

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  针对现有起重机作业无法进行高精度动态定位的问题，提出了一种基于超宽带定位原理的起重机无线定位算法。研究设计了无线定位算法模型、硬件框架和控制系统，进行了仿真分析和整机试验。试验结果显示该无线定位系统满足设定的性能要求。
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  渐进多焦点镜片的设计与慢刀伺服车削

  牛恒泰, 康敏, 王兴盛, 杨军

  中国机械工程. 2019, 30(6): 722-727. https://doi.org/10.3969/j.issn.1004-132X.2019.06.014

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  为解决自由曲面眼镜片设计加工的难题，进行了渐进多焦点镜片的设计和加工。提出了渐进多焦点曲面的参数化设计方法，通过控制曲面曲率来控制曲面的面型，避免了复杂的数学计算。在对曲面光焦度和像散分布进行计算的基础上对曲面进行评价。提出了离散曲面的刀触点生成方法，将慢刀伺服车削技术用于该渐进多焦点曲面的加工。实验结果证明了设计方法的正确性和加工方法的可行性。
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  叶片表面粗糙条件下钝尾缘翼型优化设计

  张旭, 张孟洁, 王格格, 李伟, 阮江涛

  中国机械工程. 2019, 30(6): 728-734. https://doi.org/10.3969/j.issn.1004-132X.2019.06.015

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  利用粒子群算法结合XFOIL软件，进行了钝尾缘翼型型线优化设计。平移优化后，在翼型吸力面距前缘0.1c（c为弦长）处添加一高0.015c、宽0.04c的凸台，得到表面粗糙钝尾缘改型，并数值研究其升阻力系数、升阻比、压力系数和流场特性。结果表明：粗糙S812翼型钝尾缘优化后，尾缘厚度为0.039 8c，尾缘厚度在上下翼面的分配比为1：13.16；升力系数在计算攻角范围内显著增大，升阻比在17.2°攻角之前显著增大，最大升阻比增大明显；钝尾缘处的漩涡对吸力面的气流造成下洗作用。
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  两端式自动化立体仓库布局堆垛机调度

  蔡安江, 薛晓飞, 郭师虹, 蔡曜, 郭宗祥, 赵项利

  中国机械工程. 2019, 30(6): 735-741. https://doi.org/10.3969/j.issn.1004-132X.2019.06.016

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  针对两端式自动化立体仓库出/入库任务序列的分配方式和堆垛机的调度路径展开了研究。以堆垛机执行出/入库任务的时间为存储效率的评价标准，考虑货物出/入库台的分配问题，建立了单一命令与复合命令两种作业方式并存的堆垛机调度模型。运用涡流搜索算法优化堆垛机的调度路径，获得了堆垛机调度模型的最优解，实现了存储效率的最优化。仿真验证表明，该方法可以有效分配货物的出/入库台，优化堆垛机调度路径，提高仓库的存储效率。
先进材料加工工程
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  差厚拼焊板零件焊缝线偏移的控制方法

  龚志辉, 赵树武

  中国机械工程. 2019, 30(6): 742-747. https://doi.org/10.3969/j.issn.1004-132X.2019.06.017

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  基于差厚拼焊板成形时由于板料发生塑性变形从而不可避免地会出现焊缝线偏移现象，采取预先对坯料焊缝线进行调整优化的方式来缩小成形后焊缝线与设计焊缝线的偏差。先在压料面或填补的孔洞上延伸合并分离的焊缝线，然后将焊缝线离散成系列点后通过网格映射法建立设计焊缝线、坯料焊缝线及成形后焊缝线三者之间的位置映射关系，然后通过仿真计算获取成形后焊缝线与设计焊缝线各对应离散点之间的偏差，并依据偏差值对坯料焊缝线离散点进行相应的偏移，获得坯料理想的曲线焊缝。在此基础上对曲线焊缝直线化，并根据直线焊缝坯料的仿真计算结果对坯料焊缝进行适当的偏转和平移，从而缩小成形后焊缝线相对于设计焊缝线的偏差。冲压试验结果表明该方法是有效的，同时也揭示了成形后焊缝线相对于设计焊缝线有偏差主要是因为坯料选用了直线焊缝。
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  镁合金非对称应力载荷下的低周疲劳损伤演化和寿命预测

  陈凌, 张贤明, 刘飞, 欧阳平, 贾艳艳

  中国机械工程. 2019, 30(6): 748-755. https://doi.org/10.3969/j.issn.1004-132X.2019.06.018

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  将弹性模量、等效模量、总应变能密度及平均应变的变化作为损伤变量，对镁合金非对称应力载荷下的低周疲劳损伤演化进行分析，建立了相应的寿命预测模型。结果表明：选取总应变能密度或平均应变的变化作为损伤变量可以描述镁合金非对称应力载荷下的低周疲劳损伤演化，相应的寿命预测模型预测效果较好；选取平均应变的变化作为损伤变量所得损伤曲线具有更好的代表性。