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2012年 第23卷 第7期    刊出日期：2012-04-10
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2012, 23(7):  0. 
摘要 ( )   PDF (335KB) ( )  
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机械基础工程
粒度及其分布对颗粒介质摩擦副摩擦学特性的影响
王伟, 刘小君, 刘焜
2012, 23(7):  757-761. 
摘要 ( )   PDF (576KB) ( )  
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利用基于离散单元法的数值模型对颗粒粒度及其分布开展了理论研究,对宏微观尺度的力、能量、摩擦等特性进行了探讨。离散单元法的理论基础是非连续介质力学,这可使颗粒介质摩擦副在力学及摩擦学特性上的非连续、非均匀特点获得较好的展现,可以判断其内部存在的运动和力的随机性及结构突变。较大粒径的颗粒具有更大的承载力和摩擦因数,更容易形成准直线形的强力链,导致摩擦特性的随机现象和结构突变增加。粒径的均匀分布和高斯分布使颗粒间的力分布趋向均匀,摩擦副运动更加平稳,摩擦因数有所减小。
电镀单层CBN薄片砂轮磨粒分布的实验研究
梁国星1, 吕明1, 刘圣晨2, 李文斌1, 马麟1
2012, 23(7):  762-766. 
摘要 ( )   PDF (636KB) ( )  
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提出一种电镀单层CBN砂轮磨粒浓度和分布均匀性的评价计算方法,通过建立数学模型推导出磨粒在单层分布状态下的面积百分比浓度最大值。结合实验分析了脉冲占空比和植砂时间与砂轮浓度及分布均匀性之间的关系,得出不同的占空比和植砂时间下砂轮磨粒浓度及分布均匀性的变化规律。实验结果表明：当阴极均值电流密度取0.6A/dm2,且占空比为0.4~0.6时,磨粒分布的不均匀性主要表现形式为堆挤磨粒比面积在各观测区域的差异和未堆积磨粒在各观测区域数量上的差异;当阴极均值电流密度取0.2A/dm2,且占空比为0.1~0.3时,磨粒分布的不均匀性表现为未堆积磨粒在不同观测区域数量上的差异。此外,在均值电流恒定时,延长植砂时间可有效提高砂轮磨粒浓度,但磨粒分布均匀程度会显著降低。
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轮式起重机臂用直驱式容积控制系统及其节能特性研究
胡志栋, 王立海
2012, 23(7):  767-771. 
摘要 ( )   PDF (553KB) ( )  
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介绍了一种应用于轮式起重机臂的直驱式容积控制系统,分析了在驱动竖直负载情况下该系统独特的节能优势。该系统通过使用双联泵控制非对称缸,使得非对称缸表现出对称缸的运动特性,克服了非对称缸的一些不足之处,并通过仿真和实验对所得结论进行了验证。
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高压输电线路除冰机器人的除冰机构设计
魏书宁, 王耀南, 印峰, 杨易旻
2012, 23(7):  771-776. 
摘要 ( )   PDF (669KB) ( )  
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回顾了国内外高压输电线路除冰机器人的研究现状。针对不同除冰机器人的结构特点,设计了冲击式、铣削式和碾切式三种除冰机构;给出除冰机构切削力、功率等关键参数的理论计算结果,并设计了相应的除冰实验,验证了除冰机构设计的有效性。
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土压平衡盾构机行星减速器热平衡分析
吴晓铃1, 2, 陈立锋1, 3, 秦大同1, 陈会涛1, 虞正平4
2012, 23(7):  777-782. 
摘要 ( )   PDF (591KB) ( )  
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土压平衡盾构行星减速器热平衡分析对保证行星减速器的正常运行和盾构机的运行可靠性具有重要意义。忽略各构件内部温差对传热性能的影响,将传动系统各构件转换为节点,综合考虑各构件间的耦合关系,在对热传递过程中的热阻进行研究的基础上,基于热网格法建立行星传动系统的热平衡数学模型,并对土压平衡盾构机行星减速器的热平衡过程进行计算。结果表明,齿轮啮合次数对齿轮温升具有重要影响。将仿真结果与测试结果进行对比,结果验证了基于热网格法的行星减速器热平衡模型的正确性。
基于Monte Carlo方法的战斗部部件质心偏移量仿真分析
葛任伟, 欧阳勇, 李佳
2012, 23(7):  782-785. 
摘要 ( )   PDF (456KB) ( )  
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针对导弹技术远程化、高命中率的发展趋势,为在设计阶段掌握质心偏移的情况,以尺寸误差为主要分析对象,探讨了质心偏移产生的原因。以某导弹战斗部部件为例,采用极值法与Monte Carlo方法计算了质心偏移量。结果表明,采用极值法计算得到的结果属于小概率事件,而Monte Carlo方法基于大多数机械化零件在公差范围内呈正态概率分布的事实,能够更真实地描述质心偏移的情况。
一种新型并联机器人的奇异性与工作空间研究
刘玮, 常思勤
2012, 23(7):  786-790. 
摘要 ( )   PDF (562KB) ( )  
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针对一种六棱锥式新型并联机器人的轨迹规划问题,基于具有反解选取准则的机构逆运动学方程,对奇异性和工作空间进行深入研究。由雅可比矩阵提出机构奇异判别方程,并引入可操作度性能指标进行奇异性分析。考虑运动副范围以及连杆干涉等约束条件,采用三维边界搜索法,给出机构在定姿态下工作空间的三维可视化描述。进行边界采样实验,实验结果表明了仿真的正确性。研究结果可为无奇异轨迹规划提供理论依据。
基于灰并联模态柔度曲率差的梁结构损伤识别
王天辉1, 马立元1, 贾继文2, 李世龙1
2012, 23(7):  790-793. 
摘要 ( )   PDF (480KB) ( )  
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运用提出的灰并联模态柔度曲率差方法对子结构进行了损伤识别。结果表明：该方法仅需低阶模态参数即可进行损伤识别,不论对单一位置损伤,还是多种损伤共存,均具有损伤定位的能力,并能定性反映损伤程度。与已有的柔度差、柔度差值曲率两种柔度指标的数值模拟进行比较,显示了该指标检测损伤的有效性和优越性。
船用起重机升沉补偿系统建模与仿真
张大兵1, 2, 乌建中1, 郑福来1, 来鑫1
2012, 23(7):  794-797,809. 
摘要 ( )   PDF (526KB) ( )  
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为了减小船用起重机在海上作业时风浪对吊装的影响,介绍了一种船用起重机的升沉补偿系统,建立了系统的动力学状态空间模型。取船的升沉运动位移作为系统输入量,通过选择不同的状态变量作为反馈量,仿真分析了悬停状态下被动补偿模式和主动-被动补偿模式下载荷位移的变化,最后根据仿真结果比较分析了两种补偿模式下的动态性能,确定了以串级控制方式作为主动-被动补偿模式的控制策略。
现代制造服务业的发展模式及中国的发展策略
李浩1, 2, 顾新建1, 祁国宁1, 纪杨建1, 陈芨熙1
2012, 23(7):  798-809. 
摘要 ( )   PDF (1050KB) ( )  
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在分析现代制造服务业务模式国内外研究与发展现状的基础上,阐述了我国制造服务业发展水平与发达国家的差距,指出了当前学者们提出的服务模式与发展策略的不足之处。给出了产品全生命周期各个阶段的制造服务,分别按照服务提供对象和服务阶段划分进行分类,重点总结了现代制造服务的基本模式。将面向制造业的生产性服务模式分为区域集群模式、生产服务提供商模式、分散型中小企业动态联盟服务模式和大型龙头企业服务模式,并给出了相应的系统结构和典型案例。将面向制造业的产品服务发展模式分为制造商延伸服务模式、用户自我服务模式、产品服务提供商模式和集成运营服务模式,并给出了相应的系统结构和典型案例。最后,基于现状分析和模式研究,
提出了中国制造服务业的发展策略,为加快我国制造服务业的发展提供建议。
广义设计资源模式下的新产品协同设计任务与资源匹配方法
李光锐1, 郭钢1, 邓晓刚2
2012, 23(7):  810-814,834. 
摘要 ( )   PDF (576KB) ( )  
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针对有供应商参与的新产品协同开发设计的特点,将主机企业、供应商的所有设计资源进行整合,以设计资源颗粒为分配单位进行统筹,
建立了广义设计资源模式下的协同设计任务模型以及设计资源颗粒分配给计划任务的模型。使用排队论的方法,提出了一种新的设计任务与设计资源的匹配方法,给出了设计资源不足时的冲突消解方法。
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面向多样性和绿色性需求满意的产品配置设计
鲍宏, 刘光复, 张雷, 王进京
2012, 23(7):  815-822. 
摘要 ( )   PDF (594KB) ( )  
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以优化客户对绿色产品的满意程度为目标,在构建绿色产品的客户满意度模型和配置过程模型的基础上,提出一种面向多样性及绿色性需求满意的产品配置设计方法。采用模块化思想和通用物料清单方法建立了绿色产品结构模型,并利用环境化质量功能配置方法实现客户需求、绿色产品特性与绿色模块类特性的映射转化;结合生命周期评价的思路与方法,分析模块类实例生命周期各阶段的绿色特性,在对分析结果进行处理的基础上,建立面向多样性及绿色性需求满意程度最大化的绿色产品配置优化模型。以食品搅拌机为例,验证了所提出方法的可行性和有效性。
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信息技术
面向设计资源协同的服务规划关键技术研究
万能, 赵杰, 阳阳
2012, 23(7):  822-828. 
摘要 ( )   PDF (685KB) ( )  
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为了解决分布式设计资源在复杂产品协同工作中的组合重用问题,建立了设计资源的协同服务体系结构,以协同服务封装可被重用的设计资源。面向不同领域建立共享本体,面向领域内设计资源建立私有本体,实现异构资源间功能与数据的互操作。划分了协同服务规划的不同阶段,给出了服务规划方案的生成算法,以获得服务组合的可行规划方案集合。最后以航空发动机中压气机设计为例,给出了原子服务的本体描述实例,并验证了协同服务规划算法的有效性。
基于动态控制元结构的制造信息系统建模及特性研究
张小花1, 陈玮2
2012, 23(7):  829-834. 
摘要 ( )   PDF (553KB) ( )  
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将分形理论引入到制造信息系统的建模过程中,提出以动态控制元结构为分形元,找出系统产生分形结构的构成规则,通过分形迭代产生具有自相似性质的系统分形结构模型。对模型的功能特性、控制特性、可重构性进行分析。结果表明该模型可以清晰而正确地表达制造信息系统的运行情况,揭示系统内在规律,表现系统的动态运行特性,从而揭示制造信息系统各功能结构之间的非线性耦合关系。最后将该模型与其他模型的特点进行了对比。
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基于小波变换和ICA的滚动轴承早期故障诊断
吴强, 孔凡让, 何清波, 刘永斌, 李鹏
2012, 23(7):  835-840. 
摘要 ( )   PDF (651KB) ( )  
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滚动轴承早期故障诊断的关键在于如何从低信噪比混合信号中检测出显著的轴承故障特征频率。提出以连续小波变换（CWT）和独立分量分析(ICA)相结合的方法来诊断单通道信号的滚动轴承早期故障,提出按频谱等间隔选取伪中心频率的小波分解尺度,并对ICA处理后的信号进行包络频谱分析以确定故障类型。最后,利用实际的滚动轴承实验数据对该方法进行了验证。
不同挤压速度下冷挤压内螺纹振动信号研究
梁瑜轩, 黎向锋, 左敦稳, 张敏
2012, 23(7):  840-843. 
摘要 ( )   PDF (479KB) ( )  
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研究了在不同挤压速度下,冷挤压内螺纹振动信号的变化规律,进而从振动信号方面解释不同挤压速度对冷挤压内螺纹的挤压扭矩的影响。研究结果表明,随着挤压速度的增大,挤压丝锥的振动也相继增大,振动信号的频率从低频向高频移动,振动信号能量主要分布在625～1250Hz范围内,且在振动信号中,该频率所占的能量越多,越有利于挤压扭矩的减小。
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机械基础工程
基于SDT的三维公差域建模方法研究
王移风1, 曹衍龙2, 徐旭松3, 杨将新2
2012, 23(7):  844-846,880. 
摘要 ( )   PDF (468KB) ( )  
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以自由度和变动理论为基础,研究了基于SDT的平面特征公差数学模型表示方法。首先研究了三维公差域参数化表示方法,基于新一代产品几何规范标准体系(GPS),将几何偏差分为本质偏差和方位偏差,研究了三维公差域参数化建模方法,并基于运动自由度分析的SDT方法分析了三维公差域建模的一般步骤。最后以平面特征的公差建模为例,对不同类型的平面分别建立了数学模型。
区间参数平面弹性连杆的动力特性分析
魏永祥1, 2, 陈建军1, 景军清2, 马洪波1
2012, 23(7):  847-851. 
摘要 ( )   PDF (481KB) ( )  
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应用区间因子法分析了具有区间参数的弹性连杆机构的固有频率,将系统的刚度矩阵和质量矩阵分解为具有相同区间因子的矩阵之和的形式,利用区间因子法将区间变量表示为其区间因子和确定性量的乘积,再从求解系统固有频率的瑞利商公式出发,应用区间算法,推导出了系统固有频率上下限与均值的计算表达式。通过算例,分析了机构物理参数和几何尺寸的不确定性对机构固有频率的影响。
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基于Markov对策的码垛机器人三维路径规划
刘久富, 陈魁, 苏青琴, 梁娟娟, 王志胜
2012, 23(7):  851-855. 
摘要 ( )   PDF (541KB) ( )  
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针对码垛机器人应用环境状况较复杂、不确定条件较多的问题,使用基于Markov对策的算法对多关节码垛机器人进行路径规划。首先根据实际的工作环境设定机器人的运动范围,并选择经常出现的动作组合作为机器人运动的基本行为集,给出各种情况可能获得的报酬值,依据多智能体Q值学习算法更新每个关节的报酬值,反解出对应最大报酬值的动作组合,选择部分动作组合可以减少各关节之间的协调关系,降低算法的复杂度。仿真绘制出最佳动作组合时的运动轨迹,以及机器人运动环境中无障碍与放置球形障碍物时的三维运动轨迹,并确定轨迹的误差。最后经过实验验证表明,多智能体Q值算法能有效地控制各个关节的协调运动,实际运动的误差在允许的范围内,满足使用要求。
产品设计过程结构分析与优化
容芷君, 陈奎生, 应保胜, 刘悦
2012, 23(7):  856-859. 
摘要 ( )   PDF (421KB) ( )  
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分析了产品设计的层次化过程,对设计建模之后的设计因素进行层次化构造,建立了设计过程结构规划控制模型。提出了节点、层次化概念和设计过程的层次结构,并应用一个基本的液压系统设计过程说明结构模型,提出了设计过程结构模型的构建方法。应用一个算例验证了结构模型构建方法的可行性。
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基于混合元胞自动机的柔顺机构多目标拓扑优化方法
倪昀1, 占金青2, 朱大昌3
2012, 23(7):  860-864. 
摘要 ( )   PDF (512KB) ( )  
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采用无梯度优化方法——混合元胞自动机方法进行体积约束下柔顺机构多目标拓扑优化设计。以应变能最小化和互应变能最大化为目标,以结构体积为约束,采用标准化方法定义多目标拓扑优化的目标函数,消除不同性质目标函数在数量级上的差异。将混合元胞自动机方法用于多目标优化问题的求解,以比例控制作为局部控制规律。数值算例结果表明,该方法用于柔顺机构多目标拓扑优化设计是有效的,优化迭代次数较少,且结构不易出现单节点铰链现象。
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钢丝绳三维接触模型及丝间应力分布研究
马军1, 葛世荣2, 张德坤2
2012, 23(7):  864-868. 
摘要 ( )   PDF (740KB) ( )  
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建立了1×19IWS钢丝绳三维接触模型,该模型采用Splitting-pinball算法进行接触位置搜索,采用Augmented-Lagrangian算法进行接触载荷计算。对模型施加拉伸载荷,应用有限元进行了计算。分析计算结果,得出了钢丝沿轴线方向及在钢丝横截面内的应力分布规律;对照摩擦因数分别取0.10、0.11、0.12时的计算结果,得出摩擦因数对钢丝应力的影响规律,摩擦因数对钢丝切应力影响显著。分析了5个不同捻距倍数的钢丝绳计算结果,得出了捻距倍数对钢丝应力的影响规律,钢丝von Mises应力随捻距倍数增大而增大,但增大不明显,钢丝切应力随捻距倍数增大而减小,且在捻距倍数较小时变化幅度较大。进行了钢丝绳拉伸变形试验,试验结果与计算结果一致,说明所选用的模型是合理的。
车辆工程
基于工况识别的混联式混合动力客车控制策略研究
林歆悠, 孙冬野
2012, 23(7):  869-874. 
摘要 ( )   PDF (637KB) ( )  
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为进一步提高新型混联式混合动力客车燃油经济性,根据城市循环工况的特点选定了四种典型的城市工况,采用学习向量量化(LVQ)神经网络模型对各工况特征参数进行训练学习以进行实时工况识别,结合基于动态规划的全局优化结果来提取功率均衡控制规则并存储于控制模块中以供不同工况选择,制定了基于工况识别的控制策略。以MATLAB/Simulink为平台建立基于工况识别的控制策略整车前向仿真模型,仿真结果表明,与普通控制策略相比,采用基于工况识别的控制策略的燃油经济性提高7%。
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基于MATLAB的菱形客车平顺性研究
张义, 莫旭辉, 钟志华
2012, 23(7):  875-880. 
摘要 ( )   PDF (598KB) ( )  
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建立了菱形客车十一自由度整车模型,分析各设计因素对整车平顺性的影响,并以随机路面下各个乘员的垂直加速度为优化目标,各个悬架的动行程和各个车轮的相对动载为约束条件,运用遗传算法NSGA-Ⅱ对悬架参数进行优化设计。优化后菱形客车平顺性得到了提高,以此时的悬架参数为基础分析了菱形客车在脉冲路面下平顺性的变化规律。
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