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2011年 第22卷 第21期    刊出日期：2011-11-10
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2011, 22(21):  0. 
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机械基础工程
流干扰下的水下机械手动力学建模分析
肖治琥, 徐国华
2011, 22(21):  2521-2526. 
摘要 ( )   PDF (552KB) ( )  
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研究了四功能深海电驱动机械手所受的水动力。以Morison公式为计算基础,利用拉格朗日方法,建立了流干扰下的水下机械手动力学模型。仿真研究了水阻力、浮力、定常流以及非定常流对水下机械手动力学的影响。结果表明,在各水动力影响因素中,浮力影响最大,流干扰次之,而水下机械手运动搅水引起的水动力甚微。
 
电涡流传感器误差修正技术研究
苗恩铭1, 2, 牛鹏程1, 颜焱1
2011, 22(21):  2527-2530. 
摘要 ( )   PDF (465KB) ( )  
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采用自回归分布滞后模型的软件补偿法对电涡流传感器进行误差修正,提高了电涡流传感器的测量精度。该方法具有成本低、效果明显的特征。通过与多元线性回归模型比较,验证了自回归分布滞后模型对传感器精度提升的优势。
基于粒子群优化算法的自由曲线双圆弧逼近
郑永前, 王云鹏, 王科委
2011, 22(21):  2530-2535. 
摘要 ( )   PDF (630KB) ( )  
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针对数控加工中常用大量直线段逼近平面自由曲线,刀具路径在误差、光顺性、程序数量等方面存在的问题,给出了基于粒子群优化算法的双圆弧逼近平面自由曲线方法。建立了优化的数学模型,并通过最大逼近误差和最大圆弧长度两个变量构造了适应度函数。使用粒子群优化算法确定双圆弧的节点,以达到逼近误差最小、圆弧数量最少的目标,进而对整条曲线的逼近进行优化。进行了试验设计,并与其他方法进行了比较,研究结果证实了方法的有效性与优越性。
聚光跟踪光伏光热一体机联动装置的研制
许志龙, 刘菊东, 王成志, 黄种明, 侯达盘, 张耀明
2011, 22(21):  2536-2540. 
摘要 ( )   PDF (539KB) ( )  
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针对聚光器跟踪太阳的准确度对聚光效率影响很大,提出了一种太阳跟踪联动装置。采用两根电动推杆驱动聚光器的方位角传动轴和高度角联动架,实现了多个聚光单元同步跟踪太阳高度角和方位角的变化。经分析跟踪误差并经实验验证,该聚光器跟踪装置运行稳定、传动精度高,聚光效率提高了5%,降低了光伏发电的成本。
滑块型直线驱动并(混)联机构新型驱动装置及其变胞性研究
沈惠平1, 赵海彬1, 邓嘉鸣1, 徐林森2, 杨廷力1
2011, 22(21):  2540-2545. 
摘要 ( )   PDF (566KB) ( )  
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提出将钢丝伺服驱动作为并(混)联机构的驱动方式,该驱动方式是一种新型的具有较高精度的直线驱动方式,其原理为：通过伺服电机驱动使钢丝绳规则有序地缠绕在卷筒上并拖动滑块平台实现较长距离的往复直线运动。设计了一种单轴钢丝绳伺服精密直线驱动装置,介绍了其结构组成和工作原理,建立了其运动学计算模型;同时还研究了滑块型直线驱动并（混）联机构的变胞性,即变胞的条件、变胞的内容与过程及变胞实现的方法。
 
超重型数控落地铣镗床立柱结构优化研究
吴凤和1, 2, 乔利军1, 杨育林1, 王跃宏2
2011, 22(21):  2546-2550,2603. 
摘要 ( )   PDF (611KB) ( )  
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通过有限元分析得出立柱受载荷后的变形和应力分布规律及各阶固有频率和振型;以静载荷作用下柔度最小为目标,以体积为约束,建立了立柱结构拓扑优化的数学模型;将各截面单元的灵敏度数值大小作为拓扑单元修改与去除的判据,通过灵敏度参数的归一化处理,加快了迭代收敛速度,避免了优化过程中载荷奇异的发生;综合考虑立柱结构铸造工艺等因素,给出了立柱结构拓扑优化建议,并通过有限元技术对优化效果进行了仿真验证。
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插齿刀凸曲前刀面磨削方法研究
李学光, 张树仁, 史国权, 宋林森
2011, 22(21):  2551-2554,2608. 
摘要 ( )   PDF (565KB) ( )  
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针对新构形硬质合金插齿刀凸曲前刀面的构形特点,运用空间曲面族求包络面的运动学方法和理论设计了凸曲前刀面的加工工艺方案,确定了各坐标轴的位置和运动关系,开发了插齿刀凸曲前刀面专用加工设备。针对正弦波形凸曲前刀面求解了数控加工刀位特征点并进行了砂轮加工轨迹拟合,进行了模数为5mm、齿数为21的插齿刀凸曲前刀面磨削实验,实验结果验证了所设计的加工方法及开发的机床能够满足加工要求。对21个齿前刀面进行了变参数磨削,通过对实验结果的检测与分析,得出了相对稳定的表面粗糙度区域所对应的3个砂轮转速及进给量区间。
深孔麻花钻变参数螺旋槽的数字建模研究
肖思来1, 2, 周志雄1, 左小陈2, 孙振梅2, 汤爱民1, 2, 蓝仁浩3
2011, 22(21):  2555-2559. 
摘要 ( )   PDF (507KB) ( )  
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以无瞬心包络原理为基础,建立了深孔麻花钻变参数螺旋槽的数学模型。应用B样条曲面插值算法和UG NX的三维实体建模工具,建立了变参数螺旋槽三维实体的数字模型,并对该模型进行了分析讨论。最后,给出了精确建立变参数螺旋槽三维实体模型的方法。切削实验证明：在加工深孔过程中,具有变参数螺旋槽的麻花钻可有效降低排屑阻力。
 
任务工时不确定的模具车间前摄性调度研究
吴立华, 陈新度, 陈庆新, 陈新
2011, 22(21):  2560-2566. 
摘要 ( )   PDF (666KB) ( )  
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由于模具生产属于非重复性生产模式,各工序的工时具有很强的随机不确定性,这给模具车间制定合理可行的作业计划带来了一定的困难。针对这一实际问题,提出了一种考虑任务工时不确定性的前摄性车间调度算法。首先,分析了模具精加工环节的两道关键工序对制造系统稳定性的影响,并基于工序的工时不确定特性,建立了任务工时不确定的离散概率模型;然后,以调度方案的稳定度作为优化目标,构建了两阶段流水车间前摄性调度模型,针对该模型,提出了一种变宽集束搜索求解算法;最后,将该算法与定宽集束搜索算法进行对比分析,结果表明该算法能很好地兼顾求解质量和计算时间。
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供应商参与产品协同开发的任务分配优化
景熠1, 王, 旭1, 李文川2
2011, 22(21):  2566-2571. 
摘要 ( )   PDF (468KB) ( )  
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从制造企业的视角出发,针对供应商参与产品协同开发的特点以及任务分配的一般要求,构建了基于双层规划的产品协同开发任务分配模型。分别以战略紧密程度最大化和开发时间最短作为模型的上下层目标,并以战略供应商战略地位、单个供应商所能承担的子任务数量、开发时间以及开发成本作为模型的约束条件。结合直觉模糊理论,将其转化为直觉模糊双层规划模型;并采用量子遗传算法对实例进行求解,实现了子任务的优化分配,不仅保证了产品开发的完成时间,而且确保了制造企业与供应商的紧密合作。
信息技术
基于粒子群优化的最小二乘支持向量机在时间序列预测中的应用
张弦, 王宏力
2011, 22(21):  2572-2576. 
摘要 ( )   PDF (486KB) ( )  
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为提高基于最小二乘支持向量机(LSSVM)的时间序列预测方法的泛化能力与预测精度,研究了一种基于粒子群优化(PSO)的LSSVM。该方法以交叉验证误差为评价准则,利用PSO对多个具有不同超参数的LSSVM进行基于迭代进化的优化选择,并以交叉验证误差最小的LSSVM作为最终优化后的LSSVM。时间序列预测实例表明,经PSO优化后的LSSVM的预测精度高于未经优化的LSSVM与传统时间序列预测方法的预测精度。
基于频谱细化和相位差校正的全息谱研究
 
杜威, 汤宝平, 陈仁祥
2011, 22(21):  2577-2582. 
摘要 ( )   PDF (620KB) ( )  
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针对全息谱在频谱密集情况下精度会降低的问题,提出了基于频谱细化和相位差校正的全息谱分析方法。该方法采用复解析带通滤波器选带细化方法对以阶次频率为中心的局部区间进行细化分析,通过提高频率分辨率来消除密集频谱对精确获取幅值、相位信息的影响,运用相位差法对细化区间内的最大谱峰进行频率、幅值、相位校正,准确地提取出各阶次的幅值、相位信息,最后合成全息谱图。仿真及对柔性转子试验台振动信号的分析结果表明,基于频谱细化和相位差校正的全息谱能有效提高其分析精度,更加精确有效地诊断旋转机械的故障。
基于容错度自适应支持向量机的液压泵故障诊断
吴丹1, 2, 金敏1
2011, 22(21):  2582-2587. 
摘要 ( )   PDF (620KB) ( )  
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针对已有在线故障诊断方法在数据量大、噪声强条件下分类速度较低、分类精度不够高等问题,结合液压泵故障类别数目大、工作环境恶劣的特点,提出了一种适用于混凝土泵车液压泵在线诊断的状态识别算法——容错度自适应支持向量机。该方法主要从四个方面对分类速度做了改进：①引入容错度因子进行模型训练;②优先选择能将某一类故障样本单独分离出来的二分类器;③在满足②的基础上选择平均支持向量机少的分类器;④引入增量学习算法对参数进行自适应调整,提高多故障诊断中对新故障类别和新故障数据的适应性,保证系统的分类精度。通过对混凝土泵车的液压泵故障诊断,证明了该方法在明显提高分类速度的同时保证了较高的分类精度。
 
机械基础工程
复杂曲面五轴侧铣加工的运动学优化方法
张立强1, 王克用1, 王宇晗2
2011, 22(21):  2588-2593. 
摘要 ( )   PDF (678KB) ( )  
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针对五轴侧铣加工中刀轴的运动可能导致加工材料过切与效率低下的问题,提出采用多约束自适应的刀轴运动学优化方法来解决该问题。建立球头铣刀在刀具路段上的运动学模型,通过分析刀轴运动对刀刃微元去除材料的影响,确定刀轴运动优化的约束条件。在虚拟环境中仿真复杂曲面五轴侧铣加工过程,通过自适应控制器调整刀轴运动速度,使机床在多约束加工条件下最大限度地发挥其工作潜能。整个刀轴运动规划过程随刀具与工件接触区域的变化而不断优化,最后将优化结果存储在每个刀位点上。仿真与实验结果表明,刀轴自适应控制的运动学优化方法有效可行,为五轴侧铣加工过程提供了有力的分析工具。
面向速度各点异性的刀具运动扫掠体建模与仿真
杨建中, 杜璇, 黄科, 王宝山, 彭芳瑜
2011, 22(21):  2593-2597. 
摘要 ( )   PDF (545KB) ( )  
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根据刀具回转体的几何特点,考虑刀具运动时表面各点的速度差异性,建立了回转体的球体模型,计算了多轴数控加工的刀具扫掠轮廓线,进而获得了刀具扫掠包络面,并进行了加工过程仿真验证。算法考虑了多轴数控加工机床运动链和多轴刀具运动的速度特点,无需复杂的方程求解和数值分析,直接简单准确地确定了刀具运动扫掠体的几何表达。
 
基于线调频小波路径追踪阶比能量解调的齿轮轮齿裂纹故障诊断
 
陈向民, 于德介, 任凌志, 皮维
2011, 22(21):  2598-2603. 
摘要 ( )   PDF (593KB) ( )  
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针对变速下齿轮裂纹故障信号微弱,难以提取这一特点,提出了基于线调频小波路径追踪的阶比能量解调算法,并将其应用于变速下的齿轮裂纹故障诊断。该方法先采用线调频小波路径追踪算法提取齿轮的啮合频率分量,由此得到转速信号;然后利用转速信号对原始信号进行等角度采样得到角域平稳信号;接着对角域平稳信号进行带通滤波和角域平均运算以消除干扰噪声的影响;最后使用能量算子解调求取瞬时频率和瞬时幅值,根据瞬时频率和瞬时幅值进行故障诊断。应用实例表明,该方法能有效地提取变速下的齿轮裂纹故障。
 
基于高阶改进方法的层合板固有频率分析
黄凌志, 吴锦武, 李明俊, 高若雷
2011, 22(21):  2604-2608. 
摘要 ( )   PDF (474KB) ( )  
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针对一般的计算层合板振动特性的方法过于繁复的问题,采用了一种高阶改进方法来计算复合材料层合板的固有频率。建立了高阶改进方法的层合板动能和势能表达式,利用哈密顿原理构建了层合板的自由振动方程并计算了层合板的固有频率。在此基础上,通过该方法计算了铺设角度、跨厚比和弹性模量比对层合板固有频率的影响。结果表明：该算法可以有效地计算出反对称铺设层合板和正交铺设层合板的固有频率,同时也可以计算任意形式铺设的层合板的固有频率。
 
空气螺杆钻具定转子啮合动力学仿真分析
祝效华, 石昌帅, 童华
2011, 22(21):  2609-2612,2632. 
摘要 ( )   PDF (599KB) ( )  
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为研究空气螺杆钻具结构参数与其工作效率及使用寿命的关系,建立了空气螺杆钻具一个导程的非线性动力学模型。采用橡胶Mooney-Rivlin双参数模型,考虑橡胶衬套材料非线性、内压及转子惯性对橡胶衬套的作用,对空气螺杆钻具进行了动力学仿真。研究了过盈量、偏心距变化对空气螺杆钻具定子衬套应力应变和摩擦阻力矩的影响。结果表明,过盈量和偏心距的变化对空气螺杆钻具摩擦阻力矩及定子衬套所受应力应变均有影响,而过盈量变化的影响作用更加明显,合理调整过盈量和偏心距可以提高空气螺杆钻具的工作效率和使用寿命。
基于可变粒度的服务工作流系统服务质量可控性研究
郭春丽, 李海波
2011, 22(21):  2613-2618. 
摘要 ( )   PDF (695KB) ( )  
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通过分析业务频率对服务质量(quality of service,QoS)的影响,以及服务粒度和系统性能之间的关系,提出一种服务质量可控的、多粒度的服务动态组合方法,并给出了相应的算法。该方法在候选服务集少的情况下,根据业务的发生频率,可对系统结构做自适应的调整,进而把系统的整体服务质量控制在一个最优的水平。仿真实验结果表明该方法完全可以持续改善服务工作流系统的运行效率。
基于本体的转子故障知识建模研究
张会福, 狄雪兰, 文宏, 陈安华
2011, 22(21):  2619-2623. 
摘要 ( )   PDF (565KB) ( )  
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针对目前转子故障诊断知识表示对领域中的术语、问题及其相互关系的描述通用性不强,对复杂故障概念及其之间关系的推理能力和灵活性不足等问题,提出了转子故障知识体系模型和基于本体的转子故障知识表示模型。构建了包含转子故障类型、振动特征、敏感参数、故障原因,以及治理措施的转子故障知识本体。采用基于属性和准则的方法,结合上下文语义环境,实现了转子故障知识本体的进化。通过设计类间关系的继承算法和类间的相离关系算法,验证了转子故障本体知识的一致性。
材料工程
喷射电解加工小孔的数值模拟与实验研究
张华1, 徐家文2, 赵建社2
2011, 22(21):  2624-2627. 
摘要 ( )   PDF (462KB) ( )  
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喷射电解是一种有别于传统电解加工的无成形阴极、无进给量的加工方法。针对该方法,基于电场理论,建立了二维数学模型,并进行了数值模拟与实验验证,同时通过工艺对比实验研究了喷射孔径、加工电压和电流方式对加工质量的影响。研究结果表明：在进液压力和加工间隙一定的条件下,喷嘴孔径越小,喷射电解加工小孔质量越高;其加工电压应在120V以上;与直流电源相比,使用脉冲电源能有效减小孔的锥度、提高加工精度。
 
小型通用热锻模具精密喷射成形装置
禹威1, 程永奇1, 孙友松1, 肖思农1, 黎沃光1, 莫东强2
2011, 22(21):  2628-2632. 
摘要 ( )   PDF (598KB) ( )  
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基于喷射成形基本原理设计了热锻模精密喷射成形装置,阐述了其关键技术及模具成形特点。该装置冶炼系统采用高频感应炉,取消了中间包,钢水直接从熔炼炉中流出雾化,减少了温度损失和能量消耗;雾化喷嘴采用限制式、单环缝、垂直式结构,并设有6个辅助气孔;沉积系统使用陶瓷母模作为雾化液滴的沉积装置,并采用了水冷式接收器。蜗轮蜗杆传动系统可控制工作台的X向运动及接收器的Z向移动、旋转运动,通过喷嘴的偏置和3个自由度的组合,喷射成形模具可以形成矩形和回转体型面。该装置可用于各种小型回转体和矩形型腔模具的成形。初步试验结果表明：该装置具有结构简单、造价低、加热快、通用性强的特点,适合小型模具精密喷射成形的研究工作。
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应变强化奥氏体不锈钢力学行为研究及应用
韩豫1, 2, 陈学东1, 2, 刘全坤1, 钱凌云1, 陈从升1
2011, 22(21):  2633-2637. 
摘要 ( )   PDF (562KB) ( )  
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针对奥氏体不锈钢塑性和韧性优良但屈服强度低的问题,提出采用应变强化工艺来提高奥氏体不锈钢的屈服强度。研究了应变强化工艺中的两个关键工艺参数——应变量和应变速率对材料力学行为的影响。对应变量的研究结果表明,将奥氏体不锈钢的应变强化量控制在10%左右,材料的屈服强度可以得到显著提高。由此可大幅减薄压力容器的设计壁厚,实现压力容器的轻型化设计。与此同时,在10%左右的形变量下,因形变诱发的马氏体量很少,材料仍保持了较好的塑性和韧性,为压力容器的安全设计提供了保证。对应变速率的研究结果表明,在准静态条件下,奥氏体不锈钢材料力学性能指标对应变速率不敏感,但过小的应变速率会导致材料出现锯齿形屈服,产生Portevin-Le Chatelier(PLC)效应。
车辆工程
基于主动限滑差速器的ZL50装载机四轮驱动仿真分析
 
吴跃成, 季小伟, 谢, 佩, 傅丽贤
2011, 22(21):  2638-2641. 
摘要 ( )   PDF (520KB) ( )  
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设计了电液式主动限滑差速器及其控制系统,根据ZL50装载机四轮驱动系统的特点推导了驱动过程的动力学模型。以增量式PID为控制算法,建立了前后差速器独立控制的整机仿真系统。在非对称路面上的仿真结果表明: 电液式主动限滑差速器能够有效限制车轮打滑,提高整机的驱动性能。
 
基于灰色关联分析的操纵装置操纵舒适性评价
刘明周, 龚任波, 扈静, 葛茂根
2011, 22(21):  2642-2645. 
摘要 ( )   PDF (408KB) ( )  
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针对操纵装置操纵舒适性定量分析与客观评价困难的问题,通过对人机接触界面操纵力力学特征的分析,以均方差最小为选取原则,提取操纵舒适性特征参数,形成操纵舒适性评价指标集。在此基础上,运用离差权法和灰色关联分析法建立操纵舒适性评价模型,以实现对操纵舒适性的客观评价。最后,通过实例验证了该方法的可行性与合理性。
 
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