2020年, 第31卷, 第12期　
刊出日期：2020-06-25

  

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机械基础工程
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  基于最小包容区域的球度误差评定方法

  黄强先, 岳龙龙, 郭小倩, 程荣俊, 梅腱, 李红莉, 张连生

  中国机械工程. 2020, 31(12): 1387-1393. https://doi.org/10.3969/j.issn.1004-132X.2020.12.001

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  针对球度误差评定方法存在原理误差或模型误差，提出了一种符合最小包容区域定义的球度误差评定方法，即将几何搜索逼近算法与基于最小包容区域法的球度误差评定的几何结构和定义结合起来的准确评定方法。对仿真数据和其他文献中的数据进行了评定。所提方法与其他方法的评定结果表明，所提方法可以准确地找到最小包容区域球的球心并给出球度误差的精确解。
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  一种新型动态贝叶斯网络分析方法

  陈东宁, 侯安农, 姚成玉, 侯鑫, 邢然

  中国机械工程. 2020, 31(12): 1394-1406,1414. https://doi.org/10.3969/j.issn.1004-132X.2020.12.002

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  为充分发挥T-S动态故障树和动态贝叶斯网络分别在分析建模与推理计算方面的优势，提出了一种新型动态贝叶斯网络分析方法——基于T-S动态故障树的动态贝叶斯网络分析方法。将T-S动态故障树转化为动态贝叶斯网络有向无环图，再将T-S动态门及其描述规则转化为动态贝叶斯网络条件概率表，进而提出了正向推理叶节点失效概率、反向推理根节点后验概率和求解根节点概率重要度、关键重要度、风险业绩值、风险降低值、微分重要度与灵敏度的新型动态贝叶斯网络算法。通过与基于Dugan动态故障树的动态贝叶斯网络分析方法和静态贝叶斯网络分析方法对比，验证了所提方法的可行性。最后，用所提方法对液压缸同步系统进行可靠性分析，计算得到系统失效概率、根节点后验概率、重要度与灵敏度，为提高系统可靠性和进行故障诊断提供依据。
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  基于熵权模糊综合评价法的水润滑尾轴承性能评估

  欧阳武, 程启超, 金勇, 刘正林, 刘旭康, 王斌

  中国机械工程. 2020, 31(12): 1407-1414. https://doi.org/10.3969/j.issn.1004-132X.2020.12.003

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  为合理评估水润滑尾轴承的性能，提出了基于熵权模糊综合评价法的水润滑尾轴承性能评估模型。从摩擦、磨损、减振、摩擦噪声性能4个维度选取6个关键参数建立评价体系，构建专家偏好系数选择模型，并基于该系数对经过Kendall协同系数检验的主观权重和客观权重进行线性加权组合得到综合权重，选取合适隶属度函数求解模糊评价矩阵，在综合权重和模糊评价矩阵的基础上获得评估结果。研究结果表明：该评价方法不仅考虑了专家偏好主观性，还考虑了数据客观性，可实现对所有水润滑尾轴承的相对优劣评估，且该评价方法具有较广泛的适用性。
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  钛合金表面多磁极耦合旋转磁场光整加工特性

  石晨, 田业冰, 范增华, 周强

  中国机械工程. 2020, 31(12): 1415-1420. https://doi.org/10.3969/j.issn.1004-132X.2020.12.004

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  面向激光增材制造钛合金表面的光整加工需求，设计出一种多磁极耦合旋转磁场光整加工装置来研究光整加工特性。基于ANSYS Maxwell仿真软件分析了光整加工装置的磁场强度分布。搭建了实验光整平台，分析了主轴转速、C轴转速和加工间隙对表面质量的影响。结果表明，在主轴转速500 r/min、C轴转速160 r/min和加工间隙0.7 mm的加工条件下，表面粗糙度Ra由5.991 μm下降至0.793 μm。扫描电子显微镜（SEM）观测表明，光整后的钛合金表面沉积层消失，表面质量得到显著改善。
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  形貌重构砂轮磨削试验研究

  张高峰, 龚俊明, 李景焘, 谢国广, 孙昊

  中国机械工程. 2020, 31(12): 1420-1424,1436. https://doi.org/10.3969/j.issn.1004-132X.2020.12.005

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  设计了一种金刚石纤维切削装置，用其对白刚玉砂轮进行断续飞切来加工出断续微沟槽，从而实现砂轮的表面形貌重构。采用原始砂轮及形貌重构砂轮分别进行GCr15淬硬轴承钢的常温干式、浇注式磨削的对比试验研究，探讨了形貌重构砂轮的磨削性能。试验结果表明：相较于原始砂轮，在相同的试验条件下形貌重构砂轮在磨削时其磨削力和磨削温度均可以显著降低。通过常温干式、浇注式润滑条件下的磨削对比试验验证了形貌重构砂轮可以更有效地将磨削液带入磨削区进行润滑冷却。
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  基于射流冲击作用的舰机适配性数值分析与优化

  高富东, 王德心, 王海东, 曹建平

  中国机械工程. 2020, 31(12): 1425-1436. https://doi.org/10.3969/j.issn.1004-132X.2020.12.006

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  准确分析和控制射流冲击对航母甲板环境的影响是新型喷气偏流板设计和布局的关键所在。为了确定射流冲击影响最小的偏流板布局，运用有限体积法，采用分区混合网格方案，结合雷诺时均纳维斯托克斯（RANS）方程和SST k-ω湍流模型对喷气偏流板在不同布局下的射流冲击效应进行三维数值模拟。选取舰载机双发动机全加力状态时喷气偏流板与发动机距离不同、喷气偏流板倾角不同共12种布局组合进行射流冲击效应的对比计算，计算结果显示了喷气偏流板各布局下的流场参数、传热特性、尾喷口温升、冲击力和力矩等分布规律。定性和定量分析了燃气射流冲击下温度场和速度场的危险区域，结果表明，偏流板与发动机距离5 m、偏流板倾角45°时的布局更有利于将燃气射流向上引导。在此基础上，基于倾角最小化原则及二次导流原理优化设计了一种导流隔热性能好、工作稳定性高的被动隔热式喷气偏流板装置。
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  含变自由度力自适应复位组合柔顺副的汽车门锁机构

  王明远, 杭鲁滨, 刘哲, 黄晓波, 陈勇, 缪宏

  中国机械工程. 2020, 31(12): 1437-1443. https://doi.org/10.3969/j.issn.1004-132X.2020.12.007

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  基于提出的新型变自由度组合柔顺副，构建了具有奇异位置运动确定和力适应复位特征的变自由度柔顺五杆机构。根据不同驱动方式和不同限位边界，该柔顺机构可实现铰链四杆机构、平面五杆机构、曲柄摇块机构和摆动导杆机构4种运动模式及模式间切换。为了单驱动实现电动开启、电动保险，新型柔顺机构构造的电动开启支链通过多运动模式完成汽车门锁的多工况确定运动及复位运动。各工况下柔顺副扭簧中心槽内的漂移量作为机构柔顺适应性指标，可衡量柔顺支链与其他支链的运动兼容性。
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  差动结构的平面二维时栅位移传感器

  杨继森, 牟智铭, 李路建, 邵争光, 田青青

  中国机械工程. 2020, 31(12): 1444-1451,1460. https://doi.org/10.3969/j.issn.1004-132X.2020.12.008

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  为了解决采用两套高精度一维传感、装置测量二维位移时存在的测量系统复杂、检测同步性难保证和解耦运算复杂等问题，提出了一种基于差动结构的二维感应信号直接解耦方法，用于研究一种平面线圈型二维时栅位移传感器。立足于传统电磁式时栅技术，构建了二维位移直接解耦测量模型，并设计了传感器的基本结构。利用ANSYS Maxwell建立了传感器三维结构模型并进行了电磁仿真，并对仿真结果进行误差分析和溯源。基于此研制了传感器样机并进行了实验。实验结果表明：样机在79.2 mm×79.2 mm测量范围内，X方向误差为91 μm，Y方向误差为74 μm，可实现二维位移同步检测和直接解耦测量，且测量系统结构简单、体积小，对研究更高性能的二维时栅具有重要参考价值。
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  不同液压能耦合模式下蓄电池轨道工程车的加速功率特性

  李顺, 刘桓龙, 陈冠鹏

  中国机械工程. 2020, 31(12): 1452-1460. https://doi.org/10.3969/j.issn.1004-132X.2020.12.009

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  为降低轨道工程车辆加速时的电功率，以电-静液压串联混合动力系统为研究对象，提出基于泵进出口压差调节的泵入口流量耦合加速方式。分析了泵入口流量耦合、泵出口流量耦合、并联马达扭矩耦合三种加速方式下系统液压参数和动力学参数对电功率的影响关系，探讨了不同液压能耦合模式下轨道工程车加速时的节能特性。AMESim与MATLAB/Simulink联合仿真和实验结果表明：在并联马达扭矩耦合与泵入口流量耦合模式下加速时降低电功率和节能效果明显，但前者存在较大的系统冲击，对车辆底架空间要求更严苛，成本更高，而泵入口流量耦合模式则兼具较好的节能性、稳定性及经济性，具有更好的综合性能。
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  基于均匀切换的并联数字阀控系统位置控制策略

  高强, 朱玉川

  中国机械工程. 2020, 31(12): 1461-1468,1480. https://doi.org/10.3969/j.issn.1004-132X.2020.12.010

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  针对并联数字阀控系统在脉数调制（PNM）控制下易出现低速定位精度低的问题，提出一种复合控制策略，即低速工况采用差动脉宽调制（PWM）控制策略，其余工况采用基于模型的PNM控制策略。各开关阀切换次数的差异程度在PNM控制下较大，且差异程度被差动PWM控制进一步放大，因此，为减小各开关阀切换次数的差异程度，基于循环滑动方法分别对PNM和PWM信号进行切换优化。实验结果表明，液压缸的平均定位误差从0.528 mm减小至0.032 mm，最小定位误差从0.221 mm减小至0.003 mm，开关阀切换次数的分布均匀性得到了显著提高。
可持续制造
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  分时电价下多目标绿色可重入混合流水车间调度

  耿凯峰, 叶春明, 吴绍兴, 刘丽

  中国机械工程. 2020, 31(12): 1469-1480. https://doi.org/10.3969/j.issn.1004-132X.2020.12.011

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  针对多目标绿色可重入混合流水车间调度问题（RHFSP）的特点，在机器分配和工序排序的基础上引入分时电价机制，构建了以最小化最大完工时间、总能耗成本和碳排放为目标的绿色调度优化模型，提出了一种改进的多目标文化基因算法（MOMA）来求解该问题，通过数值实验验证了所设计的MOMA算法的可行性。实验结果表明MOMA算法在非劣解的收敛性、多样性和支配性指标方面都显著优于多目标蚁狮优化算法（MOALO）、多目标粒子群优化算法（MOPSO）和带精英策略的非支配排序遗传算法（NSGA-Ⅱ），四种算法的分布性指标无显著差异。所提出的模型能够使企业有效避开高电价时段作业，合理转移用电负荷，达到降低总用电成本和碳排放的目的。
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  基于改进引力搜索算法的铣削加工参数低碳建模及优化

  詹欣隆, 张超勇, 孟磊磊, 洪辉

  中国机械工程. 2020, 31(12): 1481-1491. https://doi.org/10.3969/j.issn.1004-132X.2020.12.012

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  针对数控机床铣削加工特点，考虑刀具寿命、加工表面质量、切削速率和铣床工艺性能等条件，以铣削加工过程中的单位体积碳排放、单位体积生产成本和加工时间为目标，以切削速率、每齿进给量和切削宽度三参数为优化变量，建立了铣削加工参数多目标优化模型，并提出了一种改进的非支配排序引力搜索算法对该多目标模型进行求解。在所提出算法中采用精英保留策略和位置更新回退操作，引导群体质点向真实Pareto最优解集区域靠近。在遗传算法的交叉操作启发下，提出精英-精英交叉策略和精英-非精英交叉策略，增加了群体多样性。最后与原始非支配排序引力搜索算法和教学优化算法进行对比，验证了所提改进算法的优越性和可行性。采用灰色关联度法在获得的Pareto最优解集中选择满意解，为面向绿色制造的切削参数优化提供了一种新的思路。
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  数据驱动的机床等待过程节能方法研究

  张朝阳, 吉卫喜

  中国机械工程. 2020, 31(12): 1492-1499. https://doi.org/10.3969/j.issn.1004-132X.2020.12.013

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  为了降低机床等待过程中的能耗，提出了一种实时数据驱动的机床等待时间预测与节能控制方法。首先，建立了射频识别驱动的生产进度评估方法，并以生产进度数据作为输入，构建了基于堆栈降噪自编码的机床等待时间预测模型；其次，依据预测的机床等待时间，提出了机床状态切换方法，以降低机床能耗；最后，通过一个电梯零部件制造车间的案例分析，表明该方法的预测误差仅为4.1%，同时将机床等待过程能耗降低了57%，实现了制造车间的节能减排。
工程前沿
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  飞机零部件自适应装配系统研究

  石章虎, 邓珍波, 罗勇, 毕修文, 殷国富

  中国机械工程. 2020, 31(12): 1499-1503. https://doi.org/10.3969/j.issn.1004-132X.2020.12.014

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  针对当前飞机零部件装配型架自动化程度低、装配过程可控性差等问题，研究了一种飞机零部件自适应装配系统。该系统集成了虚拟技术、激光跟踪仪检测技术与柔性定位技术，采用了基于力与位移的全闭环控制方法，借助虚拟装调系统实现关键部件的自适应定位与装夹。系统采用某型机机头锥作为自适应装配验证对象，完成了对该部件的自适应精确装调，保证了安装精度，实现了装配过程中力与位移的监控。
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  一种加速多体动力学模型虚拟迭代的载荷谱编制方法

  葛文韬, 黄晖, 刘洲, 邱星, 贾慧芳

  中国机械工程. 2020, 31(12): 1504-1511. https://doi.org/10.3969/j.issn.1004-132X.2020.12.015

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  为加速多体动力学模型的虚拟迭代，提出了一种能够完整保留长里程路面载荷谱损伤值、幅值特征和频率特征的编制方法，采用路面时域信号分割以及路面片段组合优化等手段，使得比利时路单次循环路面里程由2.61 km缩减至1.49 km，生成了用于虚拟迭代的加速谱。对比了下摆臂及转向节分别在比利时路原始谱和加速谱作用下的疲劳损伤，结果显示缩减前后损伤分布一致，摆臂和转向节的最大损伤比值分别为1.081和1.205，表明了加速谱能够替代原始谱。运用该方法对耐久规范中的越野路及山路长里程路面进行了同样的里程缩减处理，并对摆臂和转向节进行了疲劳分析预测，分析结果显示其寿命能够满足疲劳性能目标，并通过了实车道路耐久验证。所提出的载荷谱编制方法为加速多体动力学模型的虚拟迭代提供了一种解决途径。