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2013年 第24卷 第07期    刊出日期：2013-04-10
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2013, 24(07):  0. 
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机械基础工程
6-PUS并联机构的运动学正解分析
王超群1, 2, 吴洪涛1
2013, 24(07):  853-856. 
摘要 ( )   PDF (467KB) ( )  
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对6-PUS并联机构的运动学问题进行了分析,着重研究其运动学正解的求解方法。对动平台的位姿变量进行解耦处理,将位置变量表达为姿态变量的函数形式;利用Cayley公式、位置向量的转换关系得到了3个关于姿态变量的约束方程;求解约束方程组得到姿态变量,进而求得位置变量。算例验证了方法的正确性和有效性。
悬架液压衬套的液固耦合建模及动态特性分析
马天飞1, 刘亚川1, 乔雪冰1, 王彦会1, 2
2013, 24(07):  857-861. 
摘要 ( )   PDF (630KB) ( )  
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传统橡胶衬套由于自身属性的限制,不能同时降低低频抖动和隔离高频振动,而液压衬套可以较好地解决这个问题。结合某乘用车悬架系统采用的液压衬套,介绍液压衬套的结构和工作原理,阐述其动态特性参数动刚度和阻尼滞后角的物理意义。在AMESim软件中建立该液压衬套的模型并进行仿真计算,利用MATLAB软件处理仿真结果并进行分析。在MTS831试验台上完成了该液压衬套的动态特性试验,试验结果验证了所建模型的正确性。最后利用该模型研究了液压衬套相关模型参数对液压衬套动态特性的影响。
连续进动气囊抛光行间距优化及实验研究
金明生, 计时鸣, 张利, 陈伟强, 蒋鑫鑫
2013, 24(07):  861-865. 
摘要 ( )   PDF (603KB) ( )  
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为提高和调控模具加工质量,针对行切法连续进动气囊抛光的行间距优化问题进行了仿真分析和实验研究。在取得优化进给速度和叠加次数的基础上,兼顾抛光效率与抛光效果,运用二分法原理,通过MATLAB仿真分析了行间距对气囊抛光材料去除特性的影响,获得了优化行间距D=8.2mm。基于建立的连续进动气囊抛光离线规划原型系统进行了实验对比验证,实验结果与仿真结果吻合。
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基于ADAMS的球体双自转研磨方式下研磨盘转速优化研究
郁炜1, 2, 吕冰海1, 姚蔚峰1, 袁巨龙1
2013, 24(07):  866-872,881. 
摘要 ( )   PDF (753KB) ( )  
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双自转研磨是一种获得高一致性精密球体的有效加工方法。为进一步提高双自转研磨方式下球面研磨轨迹的均匀性(研磨均匀性),以提高球体加工球度及批一致性,建立了基于ADAMS的双自转研磨方式下球体运动仿真模型,分析了下研磨盘内外盘转速曲线对盘与球接触点（研磨轨迹点）分布的影响,对研磨盘转速曲线组合进行了优化,得到了“双梯形-三角波”研磨盘转速曲线组合。在此转速条件下,球面研磨轨迹均匀性的标准差S大幅减小（从1.4409μm减小到0.9748μm）。实验结果也表明：在相同实验条件下,同一批次的G28毛坯球（最大球形误差0.7μm）,经3h研磨,采用双梯形-三角波转速曲线比“三角波”转速曲线的球形误差降低0.168 72μm（从0.388 04μm减小到0.219 32μm）;同一批次的G10球（最大球形误差0.25μm）,经相同条件和时间研磨抛光,采用双梯形-三角波转速曲线比三角波转速曲线的球形误差减小0.0308μm（从0.103 64μm减小到0.072 78μm）,实验结果与仿真结果均证明了转速曲线的优化效果。
联合收割机脱粒滚筒的双闭环负荷控制
李菊, 赵德安, 秦云
2013, 24(07):  873-877. 
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为提高联合收割机系统的控制性能,保证收割机系统始终工作在合理的负荷范围内,提出一种采用脱粒滚筒的负载转矩来反映滚筒负荷的设计思想,并采用一种双闭环负荷控制系统,分别利用滚筒转速闭环和滚筒转矩闭环对脱粒滚筒进行控制;针对割台后传送带存在的时滞问题,提出传动系统中传送带的动力由联合收割机行走机构传递,使得传送带这一延迟环节近似为增益为1的比例环节;分析了脱粒滚筒负荷与喂入量的关系,建立了脱粒滚筒负荷系统模型。在此基础上建立了脱粒滚筒模糊PID双闭环负荷控制系统。仿真结果表明,该控制系统有效可行。
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复合连杆机构复演滚动轨迹的特性研究
马立峰, 王刚, 黄庆学, 楚志兵, 黄志权, 韩贺永
2013, 24(07):  877-881. 
摘要 ( )   PDF (582KB) ( )  
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通过对新型多自由度复合连杆滚动剪切机构的原理分析,建立了连杆剪切机构的位置环方程组,修正了导向杆与机架铰接位置的确定方法。以某大型钢厂的全液压滚切剪机开发为依托,对新型剪切机构的滚切运动轨迹进行了模拟仿真,模拟结果为电气液压伺服控制系统实现速度及位移的控制提供了精确数据,生产现场高质量的钢板剪切断面证实了合理的机构杆件尺寸是降低刀弧水平位移量、提高剪刃重叠量均匀度、实现高精度剪切的重要手段。
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改装超精密磨床的超精密车削试验研究
吴庆堂1, 2, 聂凤明2, 史国权1, 吴焕2, 李珊2, 郭波2
2013, 24(07):  882-885. 
摘要 ( )   PDF (451KB) ( )  
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对自主研制的T形结构超精密磨床进行改装,在超精密磨床的转台上安装单点金刚石圆弧车刀,进行了超精密车削试验研究。对超精密磨床和车床的结构、精度、刚度进行了分析和比较,确定在超精密磨床的基础上可以进行超精密车床的改造;通过调整静压导轨和刀具静压回转台的供油压力实现超精密车削刀具与工件回转中心高度的精确调整,可有效地实现工件回转中心区域的加工;利用刀具回转台的精密摆动实现刀具切削过程中切削刃位置的微调,为超精密车削提供可能。采用上述方法进行铝合金和无氧铜工件端面不同速度和不同进给量下的超精密车削试验,获得了表面粗糙度为10.8nm的超精密平面。
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超声电机微纳驱动参数调节机构设计
徐从裕, 孙雅琼, 方文琼, 罗洋, 袁航周
2013, 24(07):  886-889. 
摘要 ( )   PDF (536KB) ( )  
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为解决超声电机驱动轨迹及微行程纳米定位的可控问题,设计了一种基于双压电陶瓷驱动的调节机构,将双压电陶瓷驱动与超声电机驱动轨迹及微行程纳米定位控制关联起来,并利用ANSYS Workbench有限元分析软件对调节机构进行了分析。通过对双压电陶瓷施加0~54V调节电压的实验,证实了调节机构能够使超声电机驱动头在x和y两个方向上获得所需的微纳米调节功能,调节范围为,x方向±1.2~±2.36μm,y方向±4.0μm,调节分辨率1~2nm,满足超声电机对驱动轨迹及微行程纳米定位的参数控制要求。
钎焊金刚石砂轮高速磨削氧化铝的磨削比能研究
陈建毅1, 徐西鹏2
2013, 24(07):  890-894. 
摘要 ( )   PDF (572KB) ( )  
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采用自制的钎焊金刚石砂轮对氧化铝陶瓷进行高速磨削试验研究,重点探讨不同磨削参数对磨削比能的影响。结果表明：磨削比能随砂轮线速度的增大而增大,而随磨削深度、工件速度和材料去除率的增大而减小;磨削比能与单颗磨粒最大切削厚度有直接的关系;在磨削过程中,大部分磨削能量消耗于金刚石磨粒对陶瓷工件的滑擦与塑性耕犁。
游离磨料和固结磨料研磨后亚表面裂纹层深度研究
李标, 李军, 高平, 朱永伟, 罗海军, 左敦稳
2013, 24(07):  895-898,905. 
摘要 ( )   PDF (603KB) ( )  
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不同研磨方式加工K9玻璃产生不同的亚表面裂纹层深度,亚表面裂纹层深度的测量对确定材料下一步的加工去除量和提高加工效率具有重要意义。利用磁流变抛光斑点法测量游离磨料和固结磨料两种方式研磨后的亚表面裂纹层深度,每种研磨方式选用粒径分别为W40和W14的两种磨料。结果表明：磨粒粒径为W40和W14的游离磨料研磨后K9玻璃的亚表面裂纹层深度分别为20.1μm和3.646μm,而对应固结磨料研磨后的深度分别为3.37μm和0.837μm。固结磨料研磨在加工过程中能有效减小K9玻璃的亚表面裂纹层深度,提高加工效率和工件表面质量,改善器件的性能。
信息技术
基于T-S模糊故障树和贝叶斯网络的多态液压系统可靠性分析
陈东宁1, 2, 姚成玉3, 党振3
2013, 24(07):  899-905. 
摘要 ( )   PDF (582KB) ( )  
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为解决T-S模糊故障树分析方法在液压系统可靠性分析过程中运算复杂和只能单向推理的问题,提出一种基于T-S模糊故障树与贝叶斯网络的多态系统可靠性分析方法。根据给出的T-S模糊故障树向贝叶斯网络转化的方法确定贝叶斯网络的模型结构与条件概率表,利用贝叶斯网络的推理算法计算顶事件发生概率、事件后验概率以及底事件重要度。该方法既能进行计算系统可靠性指标及重要度的前向推理,又能进行故障诊断的反向推理,而且计算公式简单。最后通过900t提梁机液压驱动系统工程实例验证了算法的可行性与有效性。
小型航空二冲程活塞发动机建模及控制器在回路仿真研究
张建良, 秦琦峰, 黄向华, 盛敬
2013, 24(07):  906-910. 
摘要 ( )   PDF (567KB) ( )  
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针对某小型航空二冲程发动机,采用机理建模和试验建模相结合的方法建立了该发动机的平均值数学模型,并在MATLAB/Simulink环境下对该模型进行了仿真研究,发现发动机转速、输出扭矩以及功率等外特性数据的仿真结果与实际的发动机台架试验数据基本吻合。在VC环境下编写仿真软件,通过调用MATLAB引擎实现了模型与控制器的对接,将原控制器和开发的快速原型控制器用发动机模型进行了硬件在回路仿真试验,并进行对比分析,结果表明,快速原型控制器和原发动机ECU喷油脉宽偏差不超过0.050ms。
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基于图像纹理的散料装车料位识别试验研究
田明锐1, 胡永彪1, 金守峰2
2013, 24(07):  910-914. 
摘要 ( )   PDF (928KB) ( )  
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针对散料自动装车中超声波料位检测方法不能反映料堆实际形态的缺点,提出了基于图像纹理识别的料位检测方法。首先,对原图像进行同态滤波及二值化预处理,以增强图像纹理并减小纹理特征提取计算量;然后,计算装车图像的共生矩阵纹理特征,并对所计算的特征进行主成分分析降维;最后,利用决策树分类算法对装车料位图像进行分块识别并拟合出直线料位。试验结果表明,所提方法料位识别平均偏差为6.5像素,料位识别率为96%,每帧图像处理时间约0.2s。算法基本满足散料装车料位实时检测的要求。
机械基础工程
直线伺服系统模型参数辨识及其实验研究
陶大锦1, 柯大观1, 袁柳斌2, 朱丹峰1
2013, 24(07):  915-921. 
摘要 ( )   PDF (726KB) ( )  
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为了使伺服驱动系统具有较好的控制性能,对系统建模与辨识、系统性能进行了研究。传统方法建立的直线伺服系统数学模型误差大,为了求出精确的系统模型参数,将基于最小二乘的阶跃辨识法应用在直线伺服系统的模型参数辨识中,并计算出实验数据与仿真数据的拟合误差（0.0018）和相关系数（0.9970）。仿真与实测结果表明,该模型辨识算法可行,对输出测量噪声不敏感,鲁棒性好。采用极点配置法设计了位置控制器,并对其进行了实验研究。通过合理配置系统极点的位置,显著地减小了摩擦力对系统性能的影响。
凹槽形仿生针头减阻试验及机理分析
弯艳玲1, 2, 丛茜1, 齐迎春1, 齐欣1
2013, 24(07):  922-925,931. 
摘要 ( )   PDF (540KB) ( )  
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从仿生学角度出发,依据蚊子口器的形态结构,设计了凹槽形仿生结构针头。采用激光表面毛化处理机加工出凹槽形仿生针头,对仿生针头的穿刺阻力进行了测定,并对其刺入机理进行了分析。试验表明：凹槽形仿生针头较光滑针头具有减阻效果,且减阻效果随凹槽数量的增加而增大,凹槽宽度对针头的减阻效果呈先增后减的趋势;针头与刺入介质接触面积越小,针头减阻效果越好;凹槽结构在刺入过程中产生涡流效应,使滑动摩擦变为滚动摩擦,减小了摩擦阻力。
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基于集总经验模式分解和支持向量机的液压泵故障预测研究
田海雷, 李洪儒, 许葆华
2013, 24(07):  926-931. 
摘要 ( )   PDF (610KB) ( )  
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液压泵的性能直接影响整个液压系统的正常工作,为此需要对其进行状态监测和故障预测。采集液压泵的振动信号,运用集总经验模式分解(EEMD)和平滑能量算子解调相结合的方法进行包络解调;采取小波包分析方法得到了故障特征向量;在研究支持向量机回归估计基本原理的基础上,建立了小波包分解和支持向量机相结合的预测模型。采用液压泵历史数据对模型进行了验证,结果表明,基于支持向量机的预测模型和故障映射模型可以有效地对液压泵进行故障预测。
玻璃覆晶封装中导电粒子弹性模量对节点电阻的影响
陈显才, 陶波, 尹周平
2013, 24(07):  932-936. 
摘要 ( )   PDF (553KB) ( )  
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玻璃覆晶（COG）封装中,导电粒子的非线性力学行为对封装节点的电性能精确建模提出了挑战。提出了一种结合内聚力模型的位移-静电场顺序耦合方法,分析了玻璃覆晶封装中不同弹性模量导电粒子在键合压力和温度共同作用下的破裂与接触行为,探讨了节点电阻的形成机理与非线性变化规律,揭示了导电粒子弹性模量对节点电阻和机械可靠性的影响规律,进而提出了导电粒子最优弹性模量范围。研究结果表明：当弹性模量较小时,导电粒子与凸点/焊盘的接触面为圆环,使得节点电阻过大;随着弹性模量的逐渐增大,接触面会变为实心圆,但封装节点机械可靠性变差。
涡流传感器斜偏对输油管道涂层厚度测量精度的影响及斜偏矫正
张东利1, 王召巴1, 陈振茂2, 李勇2
2013, 24(07):  937-942. 
摘要 ( )   PDF (592KB) ( )  
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针对涡流传感器斜偏影响钢管涂层厚度测量信号的情况,提出了传感器斜偏的矫正措施以及消除斜偏影响的信号处理方法,为涂层厚度测量时传感器的对中和垂直度调整提供理论指导。采用电磁场数值仿真方法,研究了传感器斜偏对提离检测精度的影响程度,以及不同提离距离、不同管道尺寸情况下传感器斜偏的影响规律,根据提离信号的变化规律提出了传感器斜偏的矫正措施和斜偏信号的校正方法,解决了传感器斜偏对检测精度的影响问题。数值仿真结果表明,通过对传感器斜偏的矫正以及信号处理,可有效减小传感器斜偏对提离检测信号的影响,提高了涂层厚度的测量精度。
静水压力驱动取样器的设计与实验研究
秦华伟1, 陈建桥1, 王建军2, 朱敬如1, 陈鹰2
2013, 24(07):  942-945. 
摘要 ( )   PDF (487KB) ( )  
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在分析静水压力驱动取样器工作原理的基础上,通过对基于取样管支撑反力控制的“静水压力驱动取样”工作模式触发机制的研究和对基于驱动单元中配流阀阀芯位置控制的“静水压力驱动取样”机理的研究,设计了一种用于海底沉积物取样的新型静水压力驱动取样器。对该取样器机械结构进行了设计,完成了样机制作,最后进行了海试。海试结果证明了该取样器设计的合理性。
梯形结构的大应变传感性能研究
沈小燕1, 林玉池2
2013, 24(07):  946-951. 
摘要 ( )   PDF (610KB) ( )  
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以弓形曲梁式梯形结构为研究对象,首次应用单位荷载法推导了梯形结构的大应变传递灵敏度模型,推导过程简单,模型表达式明晰。建立了梯形结构的ANSYS有限元分析模型, 模拟计算得到的应变传递灵敏度与推导的理论模型一致。采用光纤光栅作为结构的小应变测量元件,制作了大应变计试样。电动平移台给定待测大应变,光纤光栅监测仪测量光纤光栅的波长信号,实验结果显示：试样实际传感结果与理论分析结果相符,试样在实验中获得的正向应变范围为0~33.3%,负向应变范围为0~-16%,其线性度在1%以内,重复性和迟滞误差分别为1%和0.9%。
多目标一维下料决策方法研究
刘林, 葛菲菲, 刘心报
2013, 24(07):  951-955,963. 
摘要 ( )   PDF (549KB) ( )  
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研究目标为最小化原料浪费、最小化下料方式数和最小化可用余料返回的多目标优化下料问题。运用多目标优化和多属性决策相结合的方法设计下料决策方法,即先用改进的非支配排序启发式进化算法求出问题的Pareto最优解集,再采用综合主客观赋权法计算各优化目标的权重,最后运用多属性决策方法选出一个满意解作为下料方案。实验结果证实所提方法对多目标下料决策是有效的。
车辆工程
吸能防爬器吸能元件轴向动力屈曲影响因素及轴对称变形方管设计
晋萍1, 2, 聂宏1
2013, 24(07):  956-963. 
摘要 ( )   PDF (673KB) ( )  
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通过对薄壁方管轴向动力屈曲的作用机理进行研究,提出了轴对称变形方管的设计方法,主要用于地铁吸能防爬器吸能元件的设计。揭示了薄壁方管轴对称动力屈曲的动载荷特性,建立了平均撞击力和塑性横波、纵波传播速度的数学模型,指出薄壁方管的变形模式是由塑性应力波的传播速度和薄壁方管全长的弯曲刚度两者共同决定的,解释了轴对称变形方管较圆管易于设计的原因。设计了一定撞击力要求的轴对称变形薄壁方管,吸能防爬器上吸能元件可由不同壁厚、材料、截面的薄壁方管进行并联设计。建立的数学模型可以指导轴对称变形方管的设计,能节省大量的人力、财力和时间,对于工程实践具有重要指导意义。
增程式纯电动汽车后碰撞安全性仿真和试验研究
苏忠根1, 龙江启2, 周斯加2
2013, 24(07):  964-970. 
摘要 ( )   PDF (633KB) ( )  
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通过有限元软件分析国内某款增程式纯电动汽车的后碰撞安全性,利用得到的分析结果来指导和优化整车后碰撞安全性的设计。针对该款增程式纯电动汽车的结构特点,建立车辆后碰撞有限元分析仿真模型,进行了有限元理论分析计算,得到了车辆安全性能优化方案;对比增程式纯电动车型和原型车的弯曲模态、扭转模态和扭转刚度,对现有车型的车身结构方案和整车后碰撞安全性进行优化和改进设计。经实车后碰撞试验验证,改进后的设计安全结构方案完全可以满足设计要求。
轨道车辆电气耦合轮对导向机理与仿真
孙效杰1, 陆正刚1, 周文祥2
2013, 24(07):  970-974. 
摘要 ( )   PDF (553KB) ( )  
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首次将电轴技术应用于独立车轮中构成一种新型的电气耦合的耦合轮对型式。理论分析了新型耦合轮对的耦合能力及其影响因素,确定其耦合能力可调节。从数学上推导了电气耦合轮对的导向机理,它采用的是以左右车轮相对转角差为反馈量的主动控制技术。建立了独立车轮转向架轻轨车辆动态仿真模型,仿真结果表明：车辆导向性能方面,电气耦合轮对车辆优于独立车轮车辆,同弹性阻尼耦合轮对车辆相当;选用低速大扭矩的电机和合适的公共电阻都能有效提高车辆自导向能力。
满足侧翻安全性的客车车身轻量化设计
阮诚心1, 2, 曹立波, 石向南, 徐正
2013, 24(07):  975-979. 
摘要 ( )   PDF (511KB) ( )  
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按照欧洲ECE R66法规，基于管内填充方法，以车身轻量化为优化目标，对某客车的车身骨架结构进行了优化设计。采用均匀试验设计方法对车身侧围立柱和顶横梁的壁厚及管内填充长度等设计变量进行了仿真实验设计和侧翻碰撞仿真模拟，采用SAS软件对仿真结果进行回归分析并建立了回归函数，利用MATLAB软件对设计变量进行了优化。结果表明，客车车体在满足ECE R66法规对生存空间要求的情况下，侧围立柱和顶横梁优化后的结构比原结构质量减轻了23.7%，实现了车身结构轻量化。
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学科发展
超声激励-光纤光栅检测技术的研究与发展
孟丽君1, 谭跃刚1, 周祖德1, 梁宝逵2, 杨文玉3
2013, 24(07):  980-988. 
摘要 ( )   PDF (669KB) ( )  
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超声激励-光纤光栅检测技术兼具光纤光栅的抗电磁干扰、分布式传感及超声波的方向性好、穿透能力强等多项优点,国外已有很多高校和研究机构对此展开研究,而国内还未见相关报道。总结了超声激励-光纤光栅检测技术的三个关键问题——超声激励下光纤光栅的高速解调技术、光纤光栅的应变传递特性和敏感特性的研究进展及该技术的应用概况,分析了存在的问题及发展方向。
超声波测量接触刚度的研究进展
王世军, 孙夏思, 赵金娟, 于雷
2013, 24(07):  988-993. 
摘要 ( )   PDF (502KB) ( )  
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介绍了超声波测量接触刚度的基本理论、实验方法和影响因素,对超声波测量接触刚度的研究历史和现状进行了分析和总结。超声波的波长远大于微凸体接触尺寸,接触表面的反射系数和入射系数是接触刚度的函数,根据实验获得的入射系数或者反射系数可以计算出接触刚度。超声波的频率、接触压力和材料的物理性质对接触刚度的测量有一定影响,接触压力较大时,纵波的反射系数和透射系数对载荷的变化不敏感,在这种情况下用横波检测比较好。利用超声波测量的接触刚度与理论计算出的刚度具有较好的一致性,表明超声波方法可以用于测量接触刚度并且具有一定可靠性。指出了超声波测量接触刚度研究中存在的问题和困难,展望了该技术在机械接触刚度测量方面的发展趋势。
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2013, 24(07):  994. 
摘要 ( )   PDF (80KB) ( )  
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