中国机械工程

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2013, 24(16): 0.

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基于TBS建模设计中的产品信息状态及其测度分析

甘屹, 陈烁烁, 张雪梅

2013, 24(16): 2131-2135.

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分析了基于TBS建模设计过程中,从顶层基本骨架到子级基本骨架,再到零件产品信息逐层扩充的传递过程。分析了该过程中产品所具有的顶层基本骨架、子级骨架、零件三种信息状态,产品信息状态之间的信息传递具有串联、并联结构。分别针对产品信息状态转化的串联、并联、多路径等结构以及变型设计,提出通过计算转移概率来测度产品信息状态间的信息距离,为基于TBS自顶向下建模设计过程提供制造信息学方面的依据。
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多约束双向自动平行泊车轨迹规划

李红1, 郭孔辉1, 2, 宋晓琳1

2013, 24(16): 2135-2140.

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针对不能满足后退式平行泊车要求的狭小车位,提出两种双向平行泊车方式：平移式双向平行泊车、自由式双向平行泊车。根据两种泊车方式车辆轨迹特点,分析泊车过程中存在的可能性碰撞,选择合适的轨迹函数变量,建立碰撞约束函数,以泊车车位尺寸最小化为目标,利用MATLAB软件非线性约束优化功能求解最小车位尺寸,以轨迹半径最大化为目标对某一泊车环境进行泊车轨迹规划。仿真结果表明相同的泊车环境下,两种方法均可实现小车位安全泊车,但相比平移式双向平行泊车,自由式双向平行泊车方法能实现车辆安全进入更小车位；相同泊车环境及车位大小情况下,自由式平行泊车能更轻便地完成泊车。

基于小波消噪与LMD的埋弧焊交流方波电弧信息提取

何宽芳, 肖思文, 伍济钢

2013, 24(16): 2141-2146.

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埋弧焊交流方波电弧电信号存在畸变,影响焊接过程电弧稳定性和焊缝成形质量,针对于此,在对采集的埋弧焊交流方波电弧电流信号进行小波包降噪后,利用局部均值分解(local mean decomposition,LMD)对电弧电流信号进行自适应分解,获得若干个具有真实物理意义的PF(product function)分量,并对PF分量集进行Hilbert变换及能量熵计算。结果表明,利用小波消噪与LMD能有效得到埋弧焊交流方波电流波形畸变的不同频率成分及其幅值在时间特征尺度上的变化特征,在此基础上通过Hilbert变换及能量熵计算可以有效提取反映焊接过程电弧稳定性和焊缝成形质量的电弧特征信息。

搅拌摩擦加工原位合成Al-Ti颗粒增强铝基复合材料的微观结构

陈玉华, 戈军委, 黄春平, 黄科辉, 柯黎明

2013, 24(16): 2146-2149.

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采用搅拌摩擦加工法进行了原位合成Al-Ti金属间化合物颗粒增强铝基复合材料的试验,研究了复合材料的微观组织和精细结构。结果表明,以纯Ti粉和纯铝板为原材料,采用搅拌摩擦加工的方法可以原位合成TiAl3金属间化合物颗粒增强铝基复合材料。在复合材料铝基体上,除了生成的TiAl3金属间化合物外,还存在一些纯Ti颗粒以及纯铝基体上的固溶体。经旋转摩擦挤压后,纯铝基体的晶粒得到细化,尺寸为200nm左右,生成的TiAl3晶粒尺寸约为200~300nm。

极端服役环境下的风电机组塔架结构参数优化研究

戴巨川1, 刘旋1, 杨书仪1, 文泽军1, 沈祥兵2

2013, 24(16): 2150-2156.

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以大型风电机组塔架为对象,开展了极端服役环境下的塔架结构参数优化设计研究。采用壁厚分段式线性变化结构对塔架进行描述,介绍了基于BEM理论的风电机组气动载荷分析方法,运用有限元仿真分析塔架结构参数与极限载荷作用下的应力以及结构参数与固有频率的关联特性,采用支持向量机(SVM)方法分别构建了结构参数与应力、固有频率的快速计算模型。以质量最小为目标,强度、固有频率和边界条件为约束对塔架结构参数进行了设计优化,引入遗传算法(GA)进行优化求解。对某2MW风电机组塔架进行实例设计研究,结果表明优化后的塔架质量减小3.5%。
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基于改进ABC算法优化的LSSVM多分类器组机械故障诊断模型

李鑫滨, 陈云强, 张淑清

2013, 24(16): 2157-2164.

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为了提高复杂机械故障诊断的确诊率,提出了一种基于改进人工蜂群算法(improved artificial bee colony,IABC)优化LSSVM多分类器组的故障诊断模型。该模型利用多特征提取方法,获取了较为完备的时频域特征信息,同时选择具有较强搜索能力和快速收敛性的IABC算法优化了LSSVM分类器的参数,提高了分类效率,在诊断决策层,利用评估矩阵进行了多分类器诊断结果的融合决策。通过与传统方法的对比表明:该诊断模型不仅能获取完备的故障特征信息,而且能更快地获取LSSVM最优分类参数；同时,基于评估矩阵的融合决策能够充分考虑各子分类器的性能差异,保证了诊断决策的高效精确。多种数据仿真表明,该诊断模型适用于机械故障诊断。
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双前桥转向系与悬架运动协调性分析及优化

刘振声1, 赵亮1, 2

2013, 24(16): 2164-2167.

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针对企业反映的某四轴重型车双前桥转向时出现的轮胎严重磨损和跑偏现象,通过建立该车的转向和悬架系统数学模型,对悬架与转向杆系的运动干涉计算方法进行了研究,并分析了双摇臂机构的运动规律。对悬架与转向杆系运动不协调量,以及轮胎做非纯滚动的趋势进行了优化设计,从而减小了轮胎磨损量,改善了悬架和转向杆系的运动干涉,使车辆的行驶性能更加优越。

智能四驱汽车分动器壳体有限元分析与模态试验

陈黎卿1, 2, 陈无畏1, 王钰明1, 4, 胡芳1, 黄民峰3

2013, 24(16): 2168-2172,2194.

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基于有限元分析和模态试验方法进行了智能四驱车辆分动器设计分析。首先将模态试验和有限元分析相结合,进行了分动器的模态
试验,并验证了模型的准确性;接着基于建立的分动器模型,利用Romax软件进行了不同工况下分动器壳体的轴承受力分析,加载更为精确的边界条件,进行了准确的分动器壳体的静力学和疲劳分析。实例分析结果表明,该款分动器在极限工况时的最大主应力达到196.8MPa,超出了材料的许用应力。对分动器结构进行了改进,通过改进前后的对照分析,发现改进后模型的应力和位移量明显减小,符合设计要求。

基于计算力矩的助行腿机器人神经网络补偿控制

冯治国

2013, 24(16): 2173-2179.

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在建立“机器主动”训练模式时助行腿机器人在跑步机上的步行动力学模型的基础上,设计了基于计算力矩加PD反馈的神经网络控制系统,并采用Lyapunov方法分析了控制系统的稳定性和收敛性。通过虚拟样机协同仿真平台进行了控制系统的仿真实验和样机系统测试验证,结果表明,该控制方法有效地消除了系统建模误差影响,提高了助行腿机器人轨迹跟踪能力。
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快速出药系统升降平台动力学特性分析

刘相权, 左云波

2013, 24(16): 2179-2184.

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在分析快速出药系统升降平台传动系统动力学特征的基础上,建立了升降平台传动系统垂直方向上9个自由度的动力学模型,推导出该系统的动力学方程。按照升降平台运行速度反解求得了激励矩阵,利用MATLAB对升降平台传动系统动态方程进行了数值求解,分析比较动态响应的变化规律。求解了系统的低阶固有频率,研究了低阶固有频率受升降位置、负载的影响。
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VC与DTC策略下传动系统转矩响应特性的对比试验研究

石晓辉1, 许传贺1, 施全1, 邹喜红1, 余勇2

2013, 24(16): 2185-2188.

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针对矢量控制(VC)和直接转矩控制(DTC)控制策略下传动系统转矩响应特性,通过搭建转矩非闭环传动系统试验台,在不同转速工况下,以阶跃输入方式,对两种不同控制策略下传动系统的转矩响应进行测试,并从控制理论的角度对转矩响应进行了分析与评价。研究结果表明：VC控制策略下,有明显的超调现象,但低速、50%转矩负载工况下传动系统的转矩响应较快；DTC控制策略下,无超调,且中低速工况下传动系统的转矩响应较快；相同工况下,DTC控制要比VC控制的转矩响应快,但低速时稳定性较差。

基于遗传算法的“人-多台单机”柔性作业调度

刘洪伟, 刘智辉

2013, 24(16): 2189-2194.

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研究了一类有并行联系的多台单机模型调度问题；考虑了机器工作中人员操作的因素,在人员数量及其作业速度差异的约束下,研究了如何合理安排员工工作和产品工序加工顺序；用遗传算法求解该问题,提出了基于员工和产品工序的混合编码方法,避免了遗传操作过程中不合理解的产生,并用MATLAB编程进行实例求解,得到了满意的结果,同时对比了不考虑人员因素的单机模型的情况,验证了研究的有效性。
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基于双层遗传编码的柔性作业车间自适应重调度研究

李平1, 2, 唐秋华1, 夏绪辉1, 陈平和3

2013, 24(16): 2195-2201.

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针对不确定环境下的柔性作业车间调度,设计了能适应订单异动、操作延时和机器故障等3种常见扰动类型的重调度方法。通过设置可用机器集和操作时间等基本参数,制定各扰动单独或组合发生后基本参数的更新策略,建立了面向3种不确定扰动类型的自适应重调度框架；结合工序码和机器码形成了一
种双层染色体编码,该编码能有效表征上述系统参数,实现自适应重调度;利用遗传算法,通过选择算子寻优及交叉变异算子的种群拓展实现全局优化。400个具有不同规模的实例证明了该重调度方法所得方案可信,计算时间可控,能有效应用于生产实际。
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云制造环境下基于动态描述逻辑的制造服务匹配研究

杨男, 李东波, 童一飞

2013, 24(16): 2202-2207.

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为解决云制造环境下制造服务显著的异构性、动态性给云制造服务匹配带来的难题,提出了一种基于动态描述逻辑的制造服务匹配方法。建立了基于动态描述逻辑的动作描述理论,给出了复杂动作在描述、拆解、组合过程中需要遵循的原则,提出了“五层三阶段”的云制造匹配策略。用基于DDL的六元组对云制造服务进行建模,该模型能够准确地描述云制造服务的输入、控制和输出,为云制造服务匹配提供语义表达基础,同时,给出了匹配策略下的制造服务匹配规则及初步匹配算法实现。最后,通过对已有锻造系统的云化改造,证明了该方法能够有效地完成云制造环境下制造服务匹配工作。

基于分形接触模型的齿轮接触强度影响参数分析

陈奇, 黄康, 张彦, 孙浩

2013, 24(16): 2208-2211.

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根据基于分形接触模型的齿轮接触强度理论,讨论了影响齿轮接触强度大小的几个参数：粗糙度幅值参数、材料的特性参数、分形维数和表面粗糙度。结果表明：减小粗糙度幅值参数、增大材料的特性参数有利于提高齿轮接触强度;分形维数和表面粗糙度与接触强度之间不是线性关系,而是存在一个最优值。
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振动条件下图像显示性能分析系统关键技术

侯阳1, 赵歆波1, 马钟1, 陈敏华2

2013, 24(16): 2212-2215,2222.

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基于计算机视觉技术研究在振动环境下图像显示设备显示性能自动化检测与分析的关键技术。首先针对系统在振动环境下的图像采集设计了一套移动测量减振平台,然后引入视频运动补偿方法,
以减小拍摄图像时由于摄像机的轻微振动导致的图像模糊和偏移,最后利用亚像素线段提取技术对目标图像进行了检测与分析。实验结果表明,系统能够减少振动对拍摄图像的影响,通过视频运动的补偿操作,可对目标图像进行亚像素精度检测,从而实现图像显示设备显示性能的客观分析。
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基于多体系统理论的汽车凸轮轴磨削几何误差建模与辨识技术理论研究

范晋伟1, 梅钦1, 彭浩2, 金爱韦1, 宁堃1, 李海涌1

2013, 24(16): 2216-2222.

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针对汽车凸轮轴磨削加工中存在的精度问题,从提高MKS8332A数控凸轮轴磨床几何精度出发,以达到提高凸轮轴磨削精度和加工效率为目的进行了相关研究。运用多体系统运动学理论,分析并建立了该磨床磨削高精密凸轮轴过程的几何误差模型,推导出了该磨床精密加工运动约束条件方程；在多体系统理论误差参数辨识模型基础上,结合球杆仪测量原理所提出的辨识方法,能够很好地对该磨床的几何误差参数进行辨识；在此基础上研究了精密数控指令和逆变凸轮廓形的求解算法、理想数控指令的生成方法、砂轮轮廓误差的计算方法；最后给出了凸轮廓形曲线的拟合方法和刀具路线的计算方法。
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客户协同产品创新中目标重要度的确定方法

马家齐1, 杨育1, 李斐1, 谢建中1, 2

2013, 24(16): 2223-2231.

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为解决客户协同创新中目标重要度难以准确量化的问题,提出了一种创新目标重要度的确定方法。首先,构建了客户协同产品创新目标体系的基本框架,以保证创新目标的整体性与系统性;其次,提出了三阶定量分析方法,该方法融合了AHP与熵值法相结合的主客观赋权法、多粒度非平衡语义处理方法等,对目标重要度进行计算及修订。最后,通过某手机的客户协同创新设计实例验证了该方法的可行性与有效性。
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数控系统上下位机通信的研究与开发

吴栋栋, 周向东

2013, 24(16): 2231-2234.

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针对以太网通信、串口通信和总线通信在上下位机模式的数控系统中的应用,分析了上下位机之间通信的功能需求,提出了合理的通信模式和通信层次结构。通信模式采用的是客户端/服务器模式。客户端和服务器都包括通信引擎层、通信抽象层、通信接口层/通信服务层。通过对通信服务层中的变量服务、命令服务、报警服务以及文件服务分别进行分析,提出了每一种服务相应的设计方案。最后,通信模块的测试结果表明该通信模型既可以采用不同的通信介质通信,又可以实现不同平台间的通信。
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基于贝叶斯网络和理想解动态群决策的故障诊断方法

姚成玉1, 陈东宁2, 3, 冯中魁1, 吕世君2, 3

2013, 24(16): 2235-2241.

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为综合利用多属性信息和历次故障搜索结果反馈信息进行故障诊断,提出一种基于贝叶斯网络和理想解动态群决策的故障诊断方法。以砼泵分配阀液压系统为例,利用贝叶斯网络对系统进行分析并求解根节点的后验概率和关键重要度；根据本次诊断成功与否对下次最优搜索决策影响程度的大小,定义出启发函数求解启发式信息价值；考虑后验概率、关键重要度和启发式信息价值等因素,利用基于熵权的理想解法求取搜索方案的群体理想解和逆理想解,得到故障搜索最佳方案；考虑历次故障搜索最佳方案对当前搜索方案的影响,最终求得故障搜索的最佳方案序列。该方法克服了单属性决策和群决策方法的不足,提高了故障诊断的可行性和诊断效率。
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数控机床早期故障消除技术

范秀君1, 许静林2, 张根保1, 许智1

2013, 24(16): 2241-2247.

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针对国产数控机床可靠性差的问题,从故障率浴盆曲线建模分析入手,量化确定了机床的早期故障区,深入分析了早期故障产生的原因,结合可靠性试验技术,阐述了早期故障消除技术的机理,在此基础上建立了早期故障消除的技术体系, 阐述了早期故障消除过程,即故障收集、故障分析、可靠性试验、故障消除阶段的研究思路、内容和方法。最后将该技术运用到数控机床生产企业,案例表明,该技术可以有效提高数控机床的可靠性。
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40Cr冷滚打成形中位错密度变化研究

王晓强1, 崔凤奎1, 燕根鹏1, 李玉玺2

2013, 24(16): 2248-2252,2256.

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为揭示40Cr在高速冷滚打中的成形机理,将40Cr宏观应力变化和位错密度变化机理相结合,得到了40Cr位错密度变化曲线；基于位错密度变化的微观组织演变模型,建立了40Cr位错密度变化模型,并验证了该模型的正确性；利用XRD实验得到40Cr在不同变形条件下的XRD图谱,结合Dunn公式求得40Cr在不同变形条件下各个晶面及晶面整体位错密度变化。通过模型验证和试验分析,进一步从微观角度解释了40Cr在冷滚打成形过程中的变化规律。
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灰铸铁表面原位合成TiC/Al3Ti复合涂层的组织及耐磨性

阮鸿雁1, 沈琪1, 宋振达2

2013, 24(16): 2253-2256.

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采用铸造反应合成技术在灰铸铁表面原位合成TiC/Al3Ti复合涂层材料,对复合涂层的显微组织、硬度和耐磨性进行了研究。结果表明:Al-Ti-C体系完全反应后可制备出纯净的TiC/Al3Ti表面复合涂层材料,该表面复合材料组织致密,并随着涂层中TiC含量的增加,材料的硬度有所提高,表面复合涂层的硬度明显高于铁基体的硬度,磨损性能也要优于铁基体,明显改善了铸铁的表面硬度和摩擦性能。
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复杂花纹轮胎湿滑路面制动距离FEM仿真分析及评价

臧孟炎1, 段扶摇1, 周涛2, 于善虎1

2013, 24(16): 2257-2261.

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以205/55R16型子午线轮胎为研究对象,对配有ABS系统的汽车在湿滑路面上的制动距离进行了仿真研究。基于制动过程离散分析方法,使用有限元商业软件ABAQUS仿真研究了不同复杂胎面花纹及不同胎面材料轮胎在1.5mm深积水路面、各离散速度下的制动情况。然后根据各有限元仿真结果,使用相关分析方法,获得了轮胎的制动距离。仿真结果均与对应的试验结果趋势一致,证明了轮胎湿滑路面制动性能仿真评价方法的有效性。

基于响应面法的液压平板车车架结构优化

王新彦1, 戈余丽1, 桂天2, 张胜文1, 王琪1

2013, 24(16): 2261-2265.

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针对传统机械设计以应力强度为基础,其结果往往不是最优解的问题,采用应力试验法及有限元分析法获得了车架的危险部位,即车架横梁之间的腹板孔口倒角处存在明显应力集中。因此取车架腹板开孔孔长、宽及倒圆半径为设计变量,对车架结构进行了优化设计。采用回归的正交设计理论,结合ANSYS液压平板车车架的参数化有限元模型,得出了车架腹板最大应力的响应面函数。运用MATLAB优化工具箱得到可靠度指标,最终实现了以可靠度为目标的车架结构优化,优化结果使得结构在安全可靠的前提下更轻。
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基于行人保护的轿车前部造型特征研究

曹立波, 龙腾蛟, 张冠军, 刘适

2013, 24(16): 2266-2271.

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以汽车造型特征为研究对象,提取了紧凑型轿车前部造型特征线进行统计分析和参数化研究,通过建立基于特征和特征线的轿车造型特征参数描述模型,赋予造型特征以碰撞安全属性。建立了轿车与行人碰撞的多刚体模型并进行了仿真实验研究,根据仿真结果数据构造二次回归模型分析轿车前部造型特征对行人损伤的影响,并进行了参数优化。研究结果表明：拥有宽大且低矮的保险杠、较高及坡度平缓的发动机罩前缘且发动机罩长度适中的轿车前部造型有利于行人保护。
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2013, 24(16): 2272.

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