中国机械工程

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2011, 22(18): 0.

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多刚体系统运动仿真中选择自然坐标的自适应调节方法

张可维, 王波兴, 黄玉盈, 张云清, 陈立平

2011, 22(18): 2143-2147.

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通过自动调节多刚体系统中每个构件上自然坐标系的形态，达到自动选择自然坐标的目的。提出了自然坐标系的自适应调节方法：首先，为标准自然坐标系找出周边所有基点空位和矢量空位并对其加权;然后，剔除冗余空位并调整权值;接着，找出最多4个权值总和最高的可行空位;最后，标准自然坐标系调节自身形态以占据所有可行空位。调节结果是实际的自然坐标系,它为该构件提供12个合理的自然坐标。在多体动力学仿真平台InteDyna上实现了该方法,提高了自然坐标法的建模效率和建模质量。

双S弯结构应变计算与试验测量

路建武, 宋云涛, 奚维斌, 徐薇薇

2011, 22(18): 2148-2151.

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双S弯结构是ITER馈线系统的重要组成部分，主要用来吸收电缆由于降温收缩造成的位移变形，为了确定该结构在一定位移载荷下的变形情况，基于能量原理，采用单位力法计算出该结构轴向各位置的轴力、弯矩和应变分布。通过数值模拟和试验测量,应变的理论计算值与数值模拟所得值和试验测量值的相对差值都很小。可以认为：运用该方法计算类似结构的轴力、弯矩和应变分布是可行的，计算结果具有较高的准确度。

漂浮基带柔性铰空间机器人的动力学建模及奇异摄动控制研究

陈志勇, 陈力

2011, 22(18): 2151-2155.

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探讨了本体位置与姿态均不受控制情况下，漂浮基带一般柔性铰空间机器人的动力学建模与奇异摄动控制问题。结合系统线动量及角动量守恒关系，通过拉格朗日法建立了系统的动力学模型。为解除传统奇异摄动控制技术应用受关节柔性的限制，引入了一种关节柔性补偿器，以等效降低系统各关节铰的柔性。之后借助于奇异摄动理论，先后设计了漂浮基带柔性铰空间机器人关节空间、惯性空间期望运动轨迹跟踪的奇异摄动控制方案。该控制方案无关节柔性的限制，因此较适用于具有一般柔性铰空间机器人系统的控制。理论分析及仿真试验结果均表明控制方法可行。

针对多轴精密同步运动控制的并行计算架构设计

程鑫1, 2, 周云飞1

2011, 22(18): 2156-2162.

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针对光刻机工作台精密同步运动的需求，提出了一种适用于多轴精密同步运动控制的并行计算架构。介绍了运动控制系统的层次结构，自行定义内部总线协议，实现7块控制板卡间高性能数据传输,具有稳定的高带宽和纳秒级的传输延迟误差;根据工作台同步运动特征，设计并行计算周期规划和同步机制，实现分布式运行的多轴运动控制算法的严格同步。实验结果证明了并行计算架构的有效性。

基于贪婪算法的产品拆卸序列规划

刘志峰, 胡迪, 高洋, 张敬东

2011, 22(18): 2162-2166.

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分析了产品实际拆卸过程中的不确定性,将实际产品拆卸序列规划转化为一类贪婪算法求解问题。以最少工具更换次数为指标，构建了基于贪婪算法的产品拆卸序列规划调整的贪婪准则，进而给出了产品拆卸序列规划调整流程。最后,通过一个简化的计算机主机箱的拆卸说明该方法的可行性和有效性。

基于TRIZ的救援抢险车树木打冰除雪装置研究

刘江南, 赵世雄, 刘秋平

2011, 22(18): 2167-2170.

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根据车载树木打冰除雪装置的功能模块,应用TRIZ理论，研究了设计中存在的技术冲突和物理冲突问题。采用常规技术特性参数描述了装置适应性技术冲突和击打力物理冲突，确定了对应的TRIZ冲突矩阵，找到了创新设计的多个可行方向。运用发明原理解决了装置适应性分别与装置复杂性、运动物体质量、操控难度之间的矛盾以及控制击打力的问题,最终找到了树木打冰除雪装置设计问题的多种创新方案特定解。

基于重心驱动的设计方法研究及其在高性能机床开发中的应用

关晓勇1, 刘春时1, 徐志祥2, 李焱1

2011, 22(18): 2170-2174.

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论证了双驱动系统并不是解决重心驱动技术应用的唯一性优化方案,提出了通过驱动力的方向选择、零部件重量的合理分布等使Steiner距离得到有效抑制以实现重心驱动的方法。在此基础上，将单驱动系统引入设计，丰富了重心驱动的内涵。最后,将基于重心驱动的设计方法应用于一款模具加工中心的改进设计，通过对其精度的分析，证明了所提观点的合理性。

分层隐Markov模型在设备状态识别中的应用研究

滕红智1, 2, 贾希胜1, 赵建民1, 张星辉1, 王正军1, 葛家友2

2011, 22(18): 2175-2181.

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与传统的隐Markov模型(HMM)相比较而言，应用分层隐Markov模型(HHMM)对设备进行状态识别有诸多优点，而且能以概率的形式更为精确地计算识别结果。针对模型参数随着设备状态的增加呈指数倍增这一问题，引入动态贝叶斯网络这一新的方法，由于该方法可以有效地降低模型的计算复杂度并缩短推理时间，所以将HHMM表达为动态贝叶斯网络，利用预处理的振动信号对设备的健康状态进行识别;针对现有状态分类方法的局限性，提出了基于K均值算法和交叉验证方法相结合的状态数优化方法;以齿轮箱全寿命实验为依据，对该模型实现状态识别的基本框架和计算过程进行了研究，研究结果为复杂设备的状态识别提供了新的思路。

兆瓦级风电叶片静力加载控制系统设计及试验

张磊安, 乌建中, 陈州全, 王伟达

2011, 22(18): 2182-2185,2208.

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设计了一套兆瓦级风电叶片全尺寸静力加载控制系统，阐述了其构成及工作原理。采用最小二乘法对传感采集数据进行拟合，提高了数据精度。基于控制器局域网（CAN）总线构建两级网络的分布式检测与控制系统，将耦合的多通道加载系统等效为多个具有干扰的单通道加载系统。基于AMESim和MATLAB/Simulink软件构建静力加载耦合仿真模型，首次将无模型自适应（MFAC）算法应用于静力加载过程的牵引力解耦控制。仿真结果表明：被控对象在一定的变刚度、变阻尼条件下，采用MFAC算法可有效减小牵引力耦合，保证牵引力误差小于2.0%，控制效果明显好于传统的控制算法。现场试验证明：静力加载控制系统可保证大柔度叶片远距离、连续、平稳、协调加载，特定阶段的加载精度优于1.0％（满量程），完全满足兆瓦级风电叶片全尺寸静力加载试验要求。

新型摇摆活塞式无油润滑空气压缩机的研究

耿爱农1, 耿葵花2, 李辛沫1, 陈君立3, 阮勤江3

2011, 22(18): 2186-2190,2202.

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提出一种新型摇摆活塞式无油润滑空气压缩机，利用活塞摇摆运动时与气缸形成的侧隙构成进气通道，并利用曲轴箱作为压缩机的进气消声室。新机型摒弃了易损件进气簧片阀，拓展了进气消声器容积，与传统摇摆活塞机型相比无故障工作时数提高约11%、噪声降低约5~6dB（A）。研究表明,气缸向压缩行程一侧适当偏置，同时辅以较大数值的曲柄连杆比λ,可以实现活塞侧隙进气,并能确保压缩行程时密封环对气缸的密封性,另外还可减小压缩机的体积;但是,为了缓解活塞对气缸的敲击,必须设置缓冲装置,而且需要强化连杆的散热和隔热,以减小连杆轴承的温升。

导管数字化制造集成框架研究

高战地, 唐承统, 贾美慧

2011, 22(18): 2191-2194.

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针对传统经验弯管无法满足航天技术日益提高的需求问题，研究导管数字化制造技术。在分析导管数字化制造需求分析的基础上，建立了导管数字化制造集成系统功能结构与集成框架，并研究了基于知识的工艺性分析、基于数值建模与仿真的质量预测以及弯管过程快速仿真建模技术等关键技术。根据该集成框架，开发了基于导管弯曲工艺库且集导管工艺设计、质量预测及加工过程仿真等功能于一体的导管数字化制造系统，该系统已经应用于某航天部门多个型号产品上，效果明显。

求解批量流水线调度问题的离散蜂群算法

桑红燕1, 2, 高亮1, 李新宇1

2011, 22(18): 2195-2202.

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针对批量流水线调度问题,提出一种离散人工蜂群算法来优化最大完成时间。研究了计算最大完工时间的前向和后向方法，并提出插入邻域快速算法。与传统的人工蜂群算法不同，离散人工蜂群算法采用工件序列编码，运用扩展的NEH方法产生初始种群，使用自适应的移动选择策略和路径链接方法生成新解，利用基于插入邻域快速算法的局部搜索来加强局部开发能力。同时为了保持种群的多样性，防止算法陷入局部极小，当种群相似度达到一定值时进行算法重启。仿真实验表明该算法可行、高效。

基于SPC与EPC集成的制造过程质量监控与调整

王佩, 张定华, 陈冰, 王明微, 李山

2011, 22(18): 2203-2208.

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针对质量监控与调整中噪声信息对测量数据质量影响的问题，提出了一种基于统计过程控制（SPC）与工程过程控制(EPC）集成的制造过程质量监控与调整方法。建立了基于波动状态的统计过程控制与工程过程控制集成模型，实现了在质量监控的同时进行波动补偿。在质量监控阶段，首先采用

Kalman滤波方法对含有噪声信息的测量数据进行滤波处理，估计得到波动状态，再依据滤波状态建立指数加权移动平均控制图进行质量监控，通过平均运行长度验证了该质量监控方法的性能。在质量调整阶段，基于波动状态对制造过程进行了调整。运用生产实例验证了方法的有效性和准确性。

整体叶盘多通道电解加工工具运动轨迹及加工参数分析

龚婷, 徐正扬, 徐庆, 朱荻

2011, 22(18): 2209-2214.

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整体叶盘扭曲叶片型面加工至设计要求之前，毛坯的叶间通道加工是不可缺少的工艺。针对整体叶盘多通道电解加工三轴运动的特点，先将叶片理论型面的参数转换成整体叶盘的叶间通道的参数，再利用最小二乘法生成通道型面的拟合直线，进一步确定管状工具的运动位置。工具的运动轨迹是三轴组合运动的结果，根据工具的运动状态逆向推算即可获取联动三轴各自的加工参数。最后在整体叶盘多通道电解加工机床上开展试验研究。试验表明，运行上述参数可以加工出符合要求的叶间通道。

基于稳健优化的真空断路器弹簧操动机构分闸弹簧设计

孙波1, 陈刚1, 刘晓明2, 王尔智2

2011, 22(18): 2214-2218.

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将稳健设计思想和优化设计思想相结合，将加工误差等因素引起的影响考虑在设计变量的容差之中，寻求弹簧刚度系数误差最小化，且以弹簧结构参数在其容差内变化时弹簧刚度系数的最大波动量的最小化为优化目标，建立了具有多目标、两级优化的分闸弹簧稳健优化设计数学模型。提出了系列求解该数学模型的优化策略。将稳健优化设计数学模型应用于10kV、12.5kA真空断路器弹簧操动机构中的分闸弹簧的设计，有效改善了分闸弹簧的力特性及真空断路器的分合闸速度特性。

基于主成分分析的产品外观设计决策模型

杨程, 孙守迁, 刘征, 柴春雷

2011, 22(18): 2218-2223.

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利用主成分分析对产品外观设计方案进行多目标决策,回避了设计评价中常用的评价指标模糊权重系数求解,增强了设计决策的客观性。首先，根据设计师访谈、用户调研和国内外的设计评价研究泛选产品设计评价指标;通过评价指标的公信度评测、重合度评测和效用度评测，消减重复、低效的设计评价指标，确定产品设计评价指标体系;基于主客观指标赋值，建立评价矩阵;最后，计算评价矩阵的相关系数矩阵，求解其主成分及其贡献率，构建综合评价函数。通过具体设计方案评价实验，各主成分代表的意义符合工业设计师的认知，最终评价结果与市场和用户综合评价基本一致。该研究在一定程度上增强了设计评价的客观性和科学性，对产品外观设计决策有实际价值。

通用机械产品售后质量反馈信息网络化协同处理支持系统

尹超, 胡勇, 刘飞, 尹胜

2011, 22(18): 2224-2230,2235.

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针对通用机械产品售后质量反馈信息现有串行处理方式处理效率低、响应速度慢、客户满意度低等问题，构建了一种从通用机械产品售后质量反馈信息受理、采集、传递、处理到监控的整个质量反馈信息处理周期的网络化协同处理支持系统，并对基于Web Services的网络化协同处理流程配置与重用、网络化协同处理动态监控等关键技术进行了研究。该系统已成功应用于重庆某通用机械制造企业，取得了良好的应用效果。

废油再生装置冷却设备涡旋压缩机结构参数优化

张贤明1, 陈国强1, 王立存1, 2, 牟瑛1, 李萍1, 陈彬1

2011, 22(18): 2231-2235.

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涡旋压缩机结构参数直接影响到润滑油分子蒸馏再生装备的效率。以基于泛函通用涡旋型线构成的变壁厚涡旋盘为研究对象，建立了以能效比为目标函数的结构参数优化模型。分析了涡旋压缩机压缩过程中由排气容积变化引起的热能变化及能效比变化。以能效比为目标函数,以涡旋盘结构参数及型线方程为变量，利用遗传算法得到能效比最优化时的变量。给出具体算例，并与等壁厚的涡旋型线构成的压缩机进行性能比较，得知前者更优。基于泛函的通用涡旋型线为涡旋压缩机型线设计拓展了思路。

风力发电机在地震-风力作用下的载荷计算

吴春艳1, 2, 金鑫1, 何玉林1, 王磊1, 刘桦1

2011, 22(18): 2236-2240.

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为了对风力发电机在地震-风力作用下的受力情况进行仿真计算,采用多柔体系统动力学理论建立了风力发电机结构动力学分析模型,并在FORTRAN下编程实现;采用动态入流理论进行气动载荷计算,用Euro code 8生成地震谱。以某企业开发的大型风力机为对象，应用该方法，首先进行了模态分析和地震载荷谱计算，同权威计算软件GH Bladed计算结果的比较表明,建立的计算模型正确可行;然后，对该风力机在地震-风力联合作用下的载荷进行了计算,结果显示,此时风力机所受载荷比正常情况下高出许多。

磁流变液动态性能分数阶建模研究

汤琴, 黄宜坚

2011, 22(18): 2241-2245.

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建立了磁流变液测试系统的分数阶模型,并利用分数阶微分方程的数值解和最小二乘法拟合了该分数阶模型，探究了不同转速磁流变液的动态性能。实验结果表明：分数阶模型能更准确、更细微地描述磁流变液的动态性能和黏弹特性;磁流变液的阻尼特性随转速和羟基铁粉含量的提高而明显增强;所建模型阶数的范围在0到2之间，且其是否大于1与弹性项和惯性项的比值变化有关。另外，羟基铁粉的含量和转速大小对磁流变液黏弹特性都有较大影响。

轴类零件大面积堆焊残余应力及组织性能分析

宋守许, 赵吉儒, 刘涛

2011, 22(18): 2245-2248.

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针对残余应力、组织成分对再制造堆焊层质量的影响,运用仿激光焊技术,采用H13CrMoA焊丝,在变速箱主动轴上整周堆焊不同厚度的焊层,用X射线残余应力分析仪测试堆焊层表面的残余应力,电解抛光堆焊层，分析堆焊层的应力梯度和界面应力，通过X射线能谱仪（EDS）分析堆焊层界面处成分分布，用扫描电镜（SEM）观测其组织形貌，结果表明：堆焊层表面峰值应力为拉应力，且随厚度的增加变化不大;沿垂直于单条焊缝中心线至轴心线方向所测的应力存在一定应力梯度,A0和A1界面处残余拉应力较大,A2界面处为较小残余拉应力;堆焊层界面处组织成分分布较均匀。

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普通液压机半滑动式液压胀形汽车桥壳的工艺研究

王连东, 陈国强, 杨东峰, 韩晓亮

2011, 22(18): 2249-2252.

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提出适合制造汽车桥壳大型复杂管类件的半滑动式液压胀形工艺：缩径后的管坯经两次液压胀形成形，采用由中间固定模块、左右滑动模块组成的半滑动式模具，管坯单次胀形量大、管壁减薄量较小，有效减小了合模力及滑动模块与模具导向板之间的摩擦力。给出了适合终胀形的预胀形管坯形状的确定方法。针对某小型汽车桥壳，设计了普通液压机上的液压胀形模具，进行了工艺试验，试制出合格的样件，得到了适合的预胀形及终胀形的加载路径。

商用车多刚体动力装置-悬置系统振动模态特性与系统匹配分析

王亚楠, 吕振华

2011, 22(18): 2253-2258.

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以商用车动力装置-悬置系统为研究对象，分别建立了动力总成-空调压缩机-悬置系统模型和动力总成-传动轴-悬置系统模型，计算了以上两种多刚体-弹性系统的振动模态，进行了动力总成的刚体振动模态频率关于耦合子系统参数的变化历程分析。

计算和实验结果表明：空调压缩机通过其传动带与动力总成的耦合对动力总成的刚体振动模态有显著影响，使得动力总成-悬置系统的刚体振动模态频率提高了，不利于隔振设计目标的实现，但传动轴的影响较小。据此提出了关于动力总成-空调压缩机-悬置系统的弹性耦合刚度匹配改进建议。

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混联式混合动力客车全局优化控制策略研究

林歆悠, 孙冬野, 秦大同, 尹燕莉

2011, 22(18): 2259-2263.

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为提高一款新型混联式混合动力客车的整车燃油经济性,制定了能量管理控制策略，以电池功率为控制变量，电池荷电状态(soc)为状态变量,为合理均衡使用电池功率，把每阶段时间内使用的电池功率等效为相应的燃油消耗量，并把每阶段电池的等效燃油消耗量和发动机燃油消耗量的总和作为目标函数，采用离散动态规划算法进行优化，基于MATLAB/Simulink仿真平台建立整车数值模型，在典型城市循环工况下对所建立的基于动态规划的功率均衡全局优化控制策略进行仿真验证。结果表明:其燃油经济性与采用瞬时优化控制策略相比提高了6%左右，与原型传统客车相比提高了35%。

国产轿车变速器啸叫噪声源的识别与控制

郭栋1, 邓斌1, 石晓辉2, 施全2

2011, 22(18): 2264-2267.

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对一款国产轿车变速器存在的啸叫问题进行了研究。首先进行了车内噪声实验和NVH半消声室台架实验，利用阶次分析找到了主要的阶次，然后利用声贡献量分析最终确定了啸叫特征阶次。计算发现该问题较为特殊，由于设计不当出现了不同传动部件阶次一致的情况。针对阶次一致的传动部件,通过接触斑点分析,最终确定了啸叫的噪声源。最后以实际接触斑点的位置和形状为依据,对齿轮进行了齿向修形设计，啸叫声降低约5dB(A)。

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