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2016年 第27卷 第12期    刊出日期：2016-06-25
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2016, 27(12):  0. 
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机械基础工程
基于断裂力学的TBM撑靴液压缸O形圈断裂分析
李琳, 张峰榕, 陶建峰, 刘成良
2016, 27(12):  1563-1567. 
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为研究全断面岩石隧道掘进机（TBM）的撑靴液压缸中O形圈的断裂原因，采用断裂力学分析了不同泊松比和初始裂纹情况下，O形圈可承受的最大应力，并采用ANSYS仿真分析了在某型号TBM实际工作情况下的O形圈的受力情况。结果表明,在TBM工作过程中，由于工作条件的复杂，O形圈的局部应力会超出裂纹迅速扩展时能够承受的最大应力，进而使O形圈断裂。根据理论分析和仿真结果得出，为了避免O形圈断裂，TBM撑靴液压缸的O形圈应严格控制微裂纹并选择较大泊松比。
30kV·A液压型风力发电机组模拟实验台液压主传动系统效率分析
艾超, 陈立娟, 孔祥东, 李昊, 叶壮壮,
2016, 27(12):  1568-1572. 
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以30kV·A液压型风力发电机组模拟实验台为研究对象，简要介绍了该实验台的基本结构、组成和工作原理。为深入了解该模拟实验台的效率，推导了适用于此种机型的闭式液压传动系统效率公式，并基于风电机组的关键控制技术——最大功率追踪控制技术，对实验系统进行了效率实验研究。最终验证了理论计算公式的准确性。
混合动力挖掘机电回转系统储能容量的优化配置
郭浩, 王辉, 吴, 轩, 陈建文
2016, 27(12):  1572-1578. 
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为了解决混合动力挖掘机电回转系统中超级电容储能容量配置较大、价格昂贵的问题，提高整个驱动系统的性价比，提出了一种将超级电容应用于混合动力挖掘机电回转系统的功率匹配策略，并在此基础上将超级电容储能系统的性价比作为储能容量的优化目标。运用遗传算法对建立的系统数学模型进行容量优化配置。最后通过搭建系统的MATLAB模型进行了仿真验证，并对优化前后参数进行了对比。结果表明，该优化模型提高了混合动力挖掘机回转驱动系统的性价比，对于混合动力挖掘机电回转系统中超级电容容量的配置有一定的参考作用。
预应力淬硬磨削工件表面层质量试验研究
白斌, 修世超, 张修铭
2016, 27(12):  1579-1584,1590. 
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从抗疲劳制造与绿色制造的观念出发，融合预应力磨削与磨削淬硬技术原理，提出了将残余应力控制、表面淬火及磨削三者集成于一体的预应力淬硬磨削技术理论与方法。对45钢试件进行了预应力淬硬磨削加工试验，以工件淬硬层表面残余应力、硬度及粗糙度为研究对象，与相同条件下的磨削淬硬工艺试验结果进行了对比分析。结果表明：预应力淬硬磨削工艺可增大工件表面残余压应力，减小拉应力，其工件表面残余应力状态优于磨削淬硬工艺；预应力淬硬磨削工件表面硬度可以达到基体硬度的3倍左右，而工件表面粗糙度小于磨削淬硬工艺工件表面粗糙度。因此，在相同的加工条件下，预应力淬硬磨削工艺比磨削淬硬工艺具有更好的抗疲劳性、耐腐蚀性及表面完整性。
变频游梁式抽油系统动态仿真与实时频率优化
董世民, 李伟成, 赵晓芳, 赵然
2016, 27(12):  1585-1590. 
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针对变频控制游梁式抽油系统，考虑了频率实时变化对抽油机运动规律、杆柱纵向振动、悬点载荷、地面装置节点扭矩与功率的影响，建立了变频控制游梁式抽油系统动态参数的仿真模型。对实时频率函数进行傅里叶变换，并以其傅里叶系数为设计变量，以电动机输出功率的均方根值最小为优化设计的目标函数，综合考虑冲次不变、上下冲程时间分配、频率范围等约束条件，建立了实时频率优化设计的数学模型。仿真与优化结果表明：所建立的仿真模型具有较高的仿真精度，能够满足实际应用的要求；优化实时频率可以显著改善抽油机的动力性能,悬点载荷波动幅度降低,曲柄轴最大扭矩与扭矩波动幅度显著下降,电动机输出功率幅值与波动幅度显著下降，降低了系统输入功率，有功节电率为25.8%。
多平面锥形针接触建模与影响因素研究
李成刚, 林家庆, 申景金, 谢志红, 崔文, 侯小蕾
2016, 27(12):  1591-1597. 
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针对平面锥形针在组织接触变形阶段受力变化难以分析的现状，根据弹性组织与针接触时的变形特点，建立了多平面锥形针的接触模型，并重点探讨了该阶段针的受力与穿刺性能问题。接触模型揭示了在穿刺深度相同的情况下，锥形针的接触受力受组织剪切模量、针形半顶角和针的平面数三个因素共同影响。通过实验对接触模型进行验证，发现实验曲线和理论曲线能够较好地吻合，表明该模型是有效可行的。由研究可得：为减小平面锥形针的接触受力、提高针的穿刺性能，可选择较小剪切模量的组织、减小针形半顶角或减少针的平面数。
阿基米德斜撑离合器楔块型面修形设计及其性能分析
严宏志, 赵聪, 刘志辉, 张诗颖, 王祎维
2016, 27(12):  1598-1602,1608. 
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在建立不同初始内楔角阿基米德型面模型基础上，对离合器接触性能（Hertz应力、周向应力、总变形）进行了分析，并与三圆弧型面离合器进行了对比。为了提高阿基米德型面斜撑离合器承载性能，通过增大其初始内楔角对阿基米德楔块型面进行修形，并对修形后离合器的接触性能进行了分析。分析结果表明：增大修形系数μ能减小接触应力，提高离合器强制连续的临界扭矩。此外，从自锁条件分析得到了最大修形系数μmax。
基于ISOMAP降维的复杂轮廓异常点识别方法
聂斌, 李京亚, 姚雪海
2016, 27(12):  1603-1608. 
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高维复杂轮廓异常点识别方法研究是目前过程轮廓监控的重要课题之一。以高维复杂轮廓为研究对象，建立非参数轮廓矩阵模型，将基于测地距离的ISOMAP非线性降维技术与χ2控制图相结合，提出新的轮廓异常点识别方法，以实现高维复杂轮廓异常点的准确识别。仿真实验和实际案例的应用分析结果证实该方法在异常点识别的准确性方面具有良好的性能。
智能制造
基于主动学习GASVM分类器的连铸漏钢预报
方一鸣, 胡春洋, 刘, 乐, 张兴明
2016, 27(12):  1609-1614. 
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针对在小样本数据情况下训练的连铸漏钢预报模型难以获得较高预报准确率的问题，提出了一种基于主动学习遗传算法-支持向量机（GASVM）分类器的漏钢预报算法。该算法首先将采集到的连铸结晶器坯壳温度数据进行预处理，并将有效数据进行标注；然后利用标注后的小样本数据和遗传算法来优化SVM的经验参数，训练并得到支持向量机模型；最后利用某钢厂采集到的连铸结晶器坯壳温度数据进行测试。测试结果表明，在利用小样本数据进行训练的情况下，所提出的基于主动学习GASVM分类器的连铸漏钢预报算法具有较高的漏钢预报率（预报精度）和100%的漏钢报出率，验证了所提漏钢预报算法的有效性。
机械基础工程
孔系钻削振动信号特征波动可视化研究及其应用
周友行, 杨文佳, 谢赛元, 张俏, 章本毅
2016, 27(12):  1615-1620. 
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为解决工程应用中切削参数一致的孔系加工质量一致性评估的难题，提出了一种基于振动信号特征波动可视化的聚类分析方法。首先采用振动传感器监控孔系钻削过程，提取各孔振动信号小波包能量谱和高阶统计量特征；然后利用雷达图得到各孔振动信号特征矩阵分布图，提取信号特征雷达图多边形重心特征；最后采用模糊C-均值（FCM）算法对雷达图平面重心点集进行聚类分析。理论分析结果与人工检测结果对比表明：该方法可直观呈现孔系钻削质量分布情况，简便、可靠地实现孔系钻削质量的一致性评估。
航空发动机整体叶盘刀具性能灰色综合评价
贾玉佩, 赵威, 李亮
2016, 27(12):  1621-1625. 
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以某型航空发动机钛合金整体叶盘的数控铣削为研究对象，提出了一种面向航空发动机整体叶盘的数控铣削刀具性能灰色综合评价方法。首先设计涵盖航空发动机整体叶盘难加工特征的基准件模型，然后基于灰色关联度分别构建了粗精加工刀具性能灰色综合评价模型，最后进行基准件的切削试验并应用所建立的灰色综合评价模型对刀具性能进行综合评价。研究结果表明，所构建的基准件模型和灰色综合评价模型可以快捷、有效地评价刀具性能。
智能制造
基于遗传算法的三坐标测量机测量路径规划方法
周开俊, 肖轶, 周小青
2016, 27(12):  1626-1631. 
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针对现有三坐标测量机检测路径规划方法的不足，提出和构建了零件检测特征群数学模型和求解流程，在此基础上，根据检测工作平面、检测测头及检测测针变动次数和检测路径构建优化目标函数，从宏观和微观两个层面分别应用矩阵交叉遗传算法和序列规划遗传算法进行零件检测特征路径的优化求解。最后以Hexagon公司检测零件为例，说明了零件初始检测信息的获取以及算法的优化求解过程。实践证明，该方法快速有效，且具有良好的工程应用价值。
机械基础工程
基于主动磁轴承的切削颤振稳定性分析及控制
乔晓利, 祝长生, 钟志贤
2016, 27(12):  1632-1637. 
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提出了基于主动磁轴承的铣削颤振主动控制技术。用有限元法分析了主动磁轴承等效刚度与等效阻尼对铣削稳定性区域的影响，并对铣削过程中的颤振进行了主动控制。结果表明:主动磁轴承的等效刚度能够改变电主轴转子的临界转速，但对铣削的临界切削宽度影响很小；相反，主动磁轴承的等效阻尼能够较大幅度地增大铣削的临界切削宽度，但对电主轴转子的临界转速影响不大。颤振的控制效果表明，调节主动磁轴承的等效刚度和等效阻尼能够减小铣削过程中颤振的振幅。
一种新型液压脉冲发生器的试验研究
胡勇, 季宦玉, 王贡献
2016, 27(12):  1638-1642. 
摘要 ( )   PDF (592KB) ( )  
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提出一种适用于冲击碰撞试验的锥形间隙小孔组合节流液压脉冲发生器。通过调节节流面积和碰撞速度等参数，运用试验方法研究了脉冲发生器的负载自适应性、运动负载制动的高效性、脉冲波形可调性以及油液温升特性等机械动态特性。试验结果表明，采用开环控制方法调节节流口的通流面积来实现脉冲波形的调节正确可行，脉冲发生器可以满足相应冲击试验的要求。
智能制造
异形坯连铸离线动态二冷控制模型的研究与开发
黄文, 连天龙, 张兴中, 杨拉道, 高琦
2016, 27(12):  1643-1647. 
摘要 ( )   PDF (581KB) ( )  
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针对异型坯连铸二次冷却过程，基于凝固传热理论建立其二维凝固传热模型，采用非等间距网格离散空间区域，采用显式有限差分算法离散传热方程。以铸坯温度为控制目标建立了PID反馈控制模型。应用Visual Basic 6.0程序设计语言，开发了连铸二冷区离线动态配水控制软件，在铸坯拉速、浇铸温度和钢种发生变化后，该配水控制软件能够对进入二冷区的铸坯信息实行全程跟踪、记录、显示并动态地分配二冷各区的水量，保持铸坯温度分布的稳定。该软件界面友好、通用性强，运行结果证明其控制效果良好,从而为异型坯二冷水量实时动态控制系统的开发奠定了基础。
机械基础工程
一种三自由度支链嵌套并联机器人末端残余振动的主动抑制
柯辉, 王晓慧, 张建军, 李为民
2016, 27(12):  1648-1655. 
摘要 ( )   PDF (762KB) ( )  
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针对三自由度支链嵌套可连续回转并联机器人末端残余振动问题，提出了基于经典正脉冲输入整形和最优S形轨迹曲线相结合的主动控制方法。首先采用拉格朗日法对刚性杆柔性部件组成的支链嵌套并联机器人进行刚柔耦合动力学建模，并通过动态特性分析确定对末端残余振动影响较大的低阶模态。结合实验分析和仿真获得共振频率和阻尼比，并根据线性化二阶欠阻尼系统在脉冲序列作用下的残余衰减振动模型，采用前反馈正脉冲输入整形与最优S形轨迹曲线相结合来改变驱动器的输入信号，从而达到对支链嵌套并联机器人末端残余振动的主动抑制。最后通过实验和数值分析对该方法进行了验证。实验结果表明，应用该方法后此种支链嵌套并联机器人末端残余振动的衰减时间缩短了14%，最大振幅降低了22%，有效提高了并联机器人在高速高精度硅片搬运过程中的定位精度和轨迹精度。
基于模糊信息粒化与小波支持向量机的滚动轴承性能退化趋势预测
陈法法, 杨勇, 陈保家, 陈从平
2016, 27(12):  1655-1661. 
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针对滚动轴承的性能退化指标及其波动范围难以有效预测的问题，提出了一种基于模糊信息粒化与小波支持向量机的滚动轴承性能退化趋势预测方法。首先以一定的时间间隔采集滚动轴承运行过程中的振动信号序列，提取各个振动信号序列的特征指标，对特征指标序列进行模糊信息粒化，进而提取各个粒化窗口的有效分量信息；随后通过构建小波支持向量机对各个指标分量分别建立预测模型，实现对滚动轴承性能退化指标的退化趋势及波动范围的预测。实验结果表明，该预测方法可以有效跟踪滚动轴承性能衰退指标的变化趋势，并对其指标的波动范围进行有效预测。
高压断路器自卫延时阀的研究
张建卓, 杜之淳, 王洁, 隋心
2016, 27(12):  1662-1666. 
摘要 ( )   PDF (541KB) ( )  
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为保证高压输电网的安全稳定运行，高压断路器需要具备自卫延时功能，现有高压断路器操动机构自卫延时是通过辅助开关、时间继电器等方式实现的,存在延时结构复杂、可靠性差等问题，为此，提出了一种基于操动机构自身液压系统的延时机构，通过调整延时阀阀芯运动位移实现延时时间的无级调节。采用优化设计和正交仿真试验的方法对其结构参数进行优化，根据优化结果加工两台试验样机并进行实验研究，实验测得延时时间范围是41.6~59ms，能够满足电网安全运行要求。
智能制造
随机工时下的多目标柔性作业车间鲁棒调度问题
朱传军, 邱文, 朱孟周, 陈光, 张超勇
2016, 27(12):  1667-1672,1678. 
摘要 ( )   PDF (595KB) ( )  
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针对工时不确定条件下的多目标柔性作业车间调度问题，采用2个不确定参数描述随机工时的波动程度和约束条件允许违背程度，将不确定条件下的柔性作业车间调度问题模型转换成确定条件下的鲁棒对等问题模型。在算法设计中采用全局非支配解集保存每代进化过程中产生的非支配解，并选择全局非支配解集中的个体参与变异操作。在交叉和变异操作之后，设计了一种基于变邻域结构的局部搜索策略。最后，运用该算法求解经典基准算例，验证了其有效性。
先进材料加工工程
不同模具组合对0Cr21Ni6Mn9N不锈钢管数控弯曲成形质量的影响
鲁世强, 方军, 唐金星, 王克鲁
2016, 27(12):  1673-1678. 
摘要 ( )   PDF (677KB) ( )  
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采用有限元法研究了不同模具组合下0Cr21Ni6Mn9N不锈钢管数控弯曲应力应变分布、壁厚变化和截面畸变规律。研究结果表明：在弯曲模、夹块和压块组成的基本模块的基础上，添加防皱块会导致等效应力、切向拉应力和切向拉应变增加，而切向压应力、等效应变和切向压应变减小；添加芯棒会导致切向应力和等效应变减小，而等效应力和切向应变增大；同时添加防皱块和芯棒则会导致等效应力、切向应力和切向应变增大，而等效应变减小。添加防皱块会导致弯管截面畸变率增大，但对壁厚变化率影响不大；添加芯棒能够有效抑制弯管截面畸变，且壁厚减薄率仅为9.0%~9.15%，远小于15%的航空标准。综合考虑0Cr21Ni6Mn9N不锈钢管数控弯曲成形质量和生产成本，可确定出最优的模具组合为弯曲模+压块+夹块+芯棒。
基于智能算法的铅带轧制过程负荷分配系数优化
蒋澄灿, 芮延年, 廖黎莉, 管淼, 沈铭
2016, 27(12):  1679-1682. 
摘要 ( )   PDF (463KB) ( )  
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针对铅带连轧过程负荷分配优化问题，以均衡分配为目标，通过对遗传算法和变尺度（BFGS）混合优化算法的研究，提出了基于变尺度混合遗传算法(MSHGA)的铅带轧制过程负荷分配系数优化计算方法。通过仿真实验对算法的可行性进行了验证。结果表明，在保证铅带轧制板形、厚度、精度和性能指标参数不变的情况下，优化后的总轧制力较经验负荷算法的相应结果减小了10.7%。该技术方法的研究为铅带轧制节约电能提供了参考。
工程前沿
中国车企海外发展战略
赵福全, 刘宗巍, 王悦
2016, 27(12):  1683-1688. 
摘要 ( )   PDF (536KB) ( )  
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当前中国汽车产业迎来了海外发展的高峰期，但中国车企“走出去”的道路并不平坦，面临诸多挑战。如何确定明晰和适宜的海外发展战略并有效实施，无论对于企业还是国家而言都具有重要意义。从企业发展阶段性规律出发，阐述了车企海外发展的战略必然性和重要价值，以思维框图和三圆交汇法梳理了汽车企业海外发展的相关要素，提出了海外战略思考及决策的方法论，并对中国车企海外发展给出了具体建议，也指出了进入美国市场的特殊意义和机遇，可为中国实现汽车强国建设目标提供借鉴。
机械基础工程
温度影响下汽车波纹管疲劳分析
黄泽好, 姜广志 , 郑风云, 袁光亮
2016, 27(12):  1689-1693. 
摘要 ( )   PDF (553KB) ( )  
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从汽车波纹管的工作环境出发，充分考虑温度影响下材料的非线性特性，对波纹管进行了疲劳特性分析。首先，根据波纹管疲劳试验要求设置模型中的边界条件；然后从考虑屈服强度变化和不考虑屈服强度变化两种情况对波纹管危险位置的应力进行研究，找出温度变化对波纹管应力影响的特点；最后，在应力分析结果的基础上，采用局部应力应变法对波纹管进行疲劳寿命分析，得到不同温度阶段下的波纹管的疲劳寿命，并从中得出温度变化对波纹管疲劳的影响特点。
学科发展
柔性机械臂动力学建模理论与实验研究进展
谷勇霞, 张玉玲, 赵杰亮, 阎绍泽
2016, 27(12):  1694-1703. 
摘要 ( )   PDF (745KB) ( )  
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总结了国内外学者在柔性机械臂建模理论及其相关实验等方面的最新研究进展，系统地阐述了柔性机械臂的变形描述方法、关节动力学建模、柔性机械臂系统的动力学建模方法、臂杆的刚化和软化效应、柔性机械臂实验方法等方面的研究现状，提出了现阶段机械臂动力学理论与实验研究存在的问题与不足，预测了柔性机械臂动力学研究的主要方向和核心技术，详细分析了柔性机械臂最佳模态阶数选取、基于动力学特性的柔性机械臂系统参数优化、关节驱动规律的确定、柔性机械臂在高速运转下刚化与软化效应、柔性机械臂关节精细建模、空间柔性机械臂超低速运行时爬行现象等待解决的关键技术问题。
英文目次
2016, 27(12):  1704. 
摘要 ( )   PDF (79KB) ( )  
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