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2016年 第27卷 第21期    刊出日期：2016-11-10
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2016, 27(21):  0. 
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机械基础工程
矩形管冷弯成形的辊花设计及成形规律
杜凤山, 付志强, 于辉
2016, 27(21):  2841-2845. 
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依据矩形管冷弯成形的多道次孔型轧制特点，考虑轧前圆管坯与轧后矩形管存在的拓扑等价关系，建立了两者之间的形心映射数学模型，实现了矩形管冷弯成形过程的辊花设计，并进行了轧制实验。轧后产品满足GB/T 6728-2002的要求。基于弹塑性有限元法建立了矩形管冷弯成形的仿真模型，研究了冷弯成形的金属流动、纵向延伸和残余应力分布，确定了变形过程开裂危险区位置。
基于退化过程的矿用自卸车货箱磨损预测分析
申焱华, 魏福林, 石博强
2016, 27(21):  2846-2850,2854. 
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利用离散元法和有限元法的联合仿真，模拟矿用自卸车的卸货过程，求取了卸货过程中货箱底板各单元滑动磨损的时间历程。将磨损高度的变化设为连续随机动态过程，利用几何布朗运动建立了货箱磨损的退化模型。应用极大似然估计法和贝叶斯后验分布，计算底板各单元磨损高度变化的漂移率和波动率，实现对货箱底板磨损行为的预测。
加工中心刀库系统可靠性强化试验方法
丛明, 韩玉婷, 刘冬
2016, 27(21):  2851-2854. 
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对某型号加工中心的刀库及机械手的早期故障进行分析后，假设了其主要的故障原因。为了加速试验过程并进一步验证假设的故障原因，设计了刀库系统的可靠性强化试验方案。首先选取了3个加速因子并确定了加速因子的大小，然后确定出试验的综合应力剖面，对刀库的3个位置的性能情况进行了监控。最后对试验发生的6次故障进行了分析，验证了假设的故障原因并提出对应的改进措施。
2PRS-2PSS并联机构的设计与运动学分析
张彦斌, 丁丁, 吴鑫, 王增辉, 赵浥夫
2016, 27(21):  2855-2861. 
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设计出一种两移动两转动的四自由度2PRS-2PSS并联机构。以该机构的4条分支运动链的主动移动副轴线与静平台的夹角为变量。首先根据方位特征集理论分析了该并联机构的运动输出特性；再基于矢量法对其运动学进行分析，推导出机构的位置和姿态的正解、逆解，进而推导出其速度和加速度方程；然后基于机构雅可比矩阵的奇异性，详细讨论了机构可能存在的奇异位形；最后，通过算例仿真验证了理论分析的正确性。
电液驱动3-UPS/S并联稳定平台的动力学参数辨识
郭菲, 李永泉, 李玉昆, 张宇, 张立杰,
2016, 27(21):  2862-2868,2876. 
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以电液驱动并联稳定平台为研究对象，对平台惯性参数和驱动关节液压缸摩擦参数进行了基于实验的辨识研究。利用关键点旋量等效原则和虚功原理构建了平台惯性参数辨识模型，以五次多项式改进的傅里叶级数构造了激励轨迹，并进行了优化；基于液压缸摩擦力模型，分离出模型中固有的摩擦参数，建立了摩擦参数辨识模型，并规划了辨识轨迹。通过辨识实验得到了惯性参数及摩擦参数的辨识结果，利用任意轨迹实验对结果进行了验证。
基于欧拉梁的准零刚度隔振系统动力特性分析
高双, 朱翔, 谌宗琦, 李天匀
2016, 27(21):  2869-2876. 
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将两端受轴向压力的欧拉梁和线性弹簧并联，组成一个具备高静刚度和低动刚度的准零刚度隔振器。通过对隔振系统进行静力分析，给出系统具备准零刚度特性所需的条件。利用谐波平衡法求解系统的振动微分方程，分析系统的幅频特性，给出了系统的力传递率，讨论了阻尼、激励力等参数对系统传递率的影响。最后分析了该隔振系统的跳跃频率。研究结果表明：激励力以及初始偏移量的增大会使系统的隔振效果变差，因此要控制激励力的大小并尽量避免超载；阻尼比的选取需要综合考虑高频的隔振效果和有效隔振频率范围。
Ti-6Al-4V合金激光辅助铣削的刀具磨损特性
高延峰, 肖建华
2016, 27(21):  2877-2883. 
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对激光辅助铣削钛合金Ti-6Al-4V进行了实验研究，分析了切削力、切屑形貌和刀具的磨损特性。结果表明，与普通铣削相比，激光辅助铣削条件下，刀具切向的切削力明显减小，刀具径向的切削力略有增大；随着激光功率的增大，钛合金切屑呈现出从锯齿形向连续形过渡的特征，不再具有明显的绝热剪切带；与普通铣削时刀具崩刃的损伤不同，激光辅助铣削时刀具的磨损主要表现为后刀面磨损;激光辅助铣削可以减小后刀面的最大磨损量，但并不能改善后刀面平均磨损量。激光辅助铣削时，刀具寿命得到了延长，当后刀面的平均磨损量在0.15~0.20mm之间时，可以降低刀具的磨损速度，从而延长刀具的使用寿命，但激光辅助铣削并不能降低刀具的初期磨损速度。
基于Hilbert变换的全封闭压缩机转速测量
沈希, 孙哲, 徐鸣, 顾江萍, 金华强
2016, 27(21):  2884-2889. 
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近年来，制冷工业对制冷压缩机转速的测量精度要求日益增加，传统的直接测量法对压缩机本身都具有破坏性，而基于外壳振动的间接测量方法，对测试条件要求高，且测量误差较大。为提高测量精度，满足工业需求，提出一种基于Hilbert变换的信号提取方法，针对压缩机的活塞运动规律和感生电动势变化间接反映的压缩机转动特性进行信号提取。该方法精确度高、抗干扰强。与可视压缩机直接测量对比，其转速误差小于2r/min。
偏心摆动油气混输泵的动力特性研究
吉效科, 梁, 政
2016, 27(21):  2890-2894,2901. 
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介绍了偏心摆动油气混输泵的工作原理及结构特点，建立了其运动部件的动力学模型，并对已建立的动力学模型进行了数值计算，最后用实验对理论模型进行验证。结果表明：作用在摆轴上的压差作用力所形成的阻力矩是影响混输泵轴功率的主要因素；进出口压差为1.2～3MPa时，计算功率与实验功率的相对偏差为1%~38.2%。
智能制造
TFT-LCD表面缺陷检测中一维DFT方法中邻域r的自动选取
张腾达, 卢荣胜, 党学明
2016, 27(21):  2895-2901. 
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在TFT-LCD平板表面缺陷检测中，为了自动获取一维DFT方法中的邻域r，首先将无缺陷的TFT-LCD平板表面图像的每一行经过预处理，再计算其灰度共生矩阵，然后提取灰度共生矩阵的均匀度，最后计算不同r时的均匀度差值。最大差值所对应的r就是最佳邻域。搭建了TFT-LCD平板检测实验系统，实验对不同长度的非整周期、整周期、非整周期补整的图像进行处理。从获取的r可知，在相同环境下，非整周期补整后的r和整周期的r相同。将这一结果应用到实际缺陷检测中，系统可以准确地检测出缺陷。
机械基础工程
基于组合赋权的机床加工工艺参数多目标综合决策方法
邓朝晖, 孟慧娟, 张华, 万林林
2016, 27(21):  2902-2908. 
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针对机床加工过程的复杂性，提出了考虑传统决策指标和资源环境属性决策指标的多目标决策方法。依据层次分析法和指标相关性的指标权重确定方法对各指标进行主客观组合赋权，采用TOPSIS设定正负理想序列，分别采用欧氏距离法和灰色关联法对各实验组(工艺参数组合)进行排序，剔除两种方法下排序差异大的方案，得到了折中的最优工艺参数。最后，以平面磨床磨削实验为例对该方法进行了论证。
多级离心泵叶轮口环磨损监测方法研究
马波, 朱俊, 张明
2016, 27(21):  2909-2914. 
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采用计算流体动力学理论对多级离心泵整机流场进行了建模,分析了多级离心泵口环间隙对整机流场的影响,得到了多级离心泵效率随口环磨损变化的曲线,引入了轴向振动指标,将效率与轴向振动相结合,提出一种口环磨损量实时监测评估方法。建立了多级离心泵实验台,将实验结果与模拟结果相对比,验证了所提出方法的可行性。通过实验分析了口环磨损故障与叶轮腐蚀以及堵塞故障的特点,排除了叶轮腐蚀及堵塞对口环磨损实时监测的影响,完善了所提出方法。
智能制造
基于自适应微分跟踪器的位置伺服系统
陆浩, 胡建华, 王云宽, 郑军, 秦晓飞
2016, 27(21):  2915-2919. 
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为兼顾永磁同步电机位置控制的快速响应能力和无超调特性，在分析传统微分跟踪器的基础上，设计了一种自适应微分跟踪控制器。该控制器用微分跟踪器对位置指令安排过渡过程，采用最小二乘法拟合滤波因子h和输入阶跃脉冲数s的一次函数关系。此外，该控制器可以在运行过程中根据不同范围的阶跃信号自适应地选择最优过渡过程参数，实现了对阶跃指令大范围无超调的快速响应。实验结果验证了该控制器的可行性及优越性。
机械基础工程
固定-导向柔顺杆件6R伪刚体模型
刘凯, 曹毅, , , 葛姝翌
2016, 27(21):  2920-2925. 
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为提高固定-导向型伪刚体模型的计算精度，基于伪刚体模型的原理提出了一种固定-导向6R伪刚体模型。建立了该模型的运动学方程，并根据逆运动学分析方法及优化算法求解了模型的4个最优特征半径系数和3个扭簧刚度系数。通过数值算例模拟固定-导向6R伪刚体模型的末端动作路径，并将其与固定-导向2R伪刚体模型及柔顺杆件的末端路径进行对比。结果表明，固定-导向6R伪刚体模型能够更加精确地模拟相应柔顺杆件的末端动作过程，且其相对误差几乎为0。最后，通过ANSYS有限元分析实例验证了该模型在实际计算中的精确性。
浮动平底推杆共轭凸轮机构的狭义/广义第Ⅱ类机构综合问题
常勇, 吴秋平, 李延平
2016, 27(21):  2926-2934. 
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引入“往程/返程”和“F型/P型机构”等关键性概念，划分了“主/副凸轮机构”，展开了分割独立性研究，给出了副凸轮机构的“瞬时一维直线区段”生成原理图和v′C1-θ1、v′C2-θ1和u′K-θ1曲线。提出了满足许用压力角和凸轮轮廓外凸条件的机构解的存在性(态)，阐释了副凸轮机构与主凸轮机构的差异，揭示出最小跨距D*min的客观存在性，解决了浮动平底推杆共轭凸轮机构的狭义/广义第Ⅱ类机构综合问题。
弹性约束下颗粒碰撞阻尼器的理论与实验研究
杜妍辰, 秦婧
2016, 27(21):  2934-2938. 
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为进一步研究弹性约束颗粒碰撞阻尼器的减振性能，提出了该阻尼系统的动力学模型，并模拟了该阻尼器对悬臂梁的减振效果。同时，对5种不同刚度的弹性约束颗粒碰撞阻尼器的减振效果进行了实验研究。结果表明：理论计算与实验的结果基本吻合，证明所建立的弹性约束下的颗粒碰撞阻尼系统的计算模型是可靠的；在弹性约束下的颗粒碰撞阻尼系统中，其刚度比对减振效果的影响是非线性的，且弹簧刚度对该碰撞系统的共振点存在影响。
量纲一化的悬架参数设计及评价方法
柴天, 韩旭, 丁飞, 雷飞
2016, 27(21):  2939-2943,2981. 
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提出一种量纲一化的悬架参数设计及评价方法。将悬架系统性能评价指标进行量纲一化描述，并分析了量纲一算子对簧载质量加速度、悬架动挠度、轮胎动态压缩的影响。考虑悬架刚度和阻尼非线性与簧载质量不确定性因素，结合雷达图评价了多种参数组合下的悬架的折中性能，从而获得最佳的参数组合。结果表明，该方法可对具有参数非线性和质量不确定性悬架系统的性能进行有效的综合评价，对实际工程设计具有指导意义。
可持续制造
基于工艺参数响应曲面的干式铣削机床能效分析
赵刚, 王强, 阮丹, 张学豪
2016, 27(21):  2944-2948. 
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针对干式切削加工能耗相对较高的问题，通过对数控铣床干切削加工过程的实时功率进行数据采集，采用响应曲面方法描述和分析了数控铣削加工各主要工艺参数与单位切削能耗和机床能效之间的定量关系。通过工艺参数对单位切削能耗和单位机床能耗的响应曲面及降维平面进行了分析，结果表明，增大工艺参数和材料去除率对于提升机床能效具有积极作用。此外，降低机床基础能耗占比、提高切削能耗占比，能有效提高干式切削机床能效。
机械基础工程
基于反演识别法的有限元模型校正
陈永亮, 刘德帅, 刘玉坤, 彭涛
2016, 27(21):  2949-2955. 
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提出了一种在动态分析中对机构的结合面进行参数识别的方法。建立机械结构的有限元模型并将其关键结合面以弹簧-阻尼单元代替，将模态计算的结果与实验结果相结合建立目标函数；通过BP神经网络拟合、遗传算法参数寻优，得出最优结合面参数。以立式圆台磨床为例，运用该方法，对其结合面参数进行了识别。结果表明，通过该方法进行有限元模型中结合面参数的识别是可行的。
先进材料加工工程
20CrMnSiNi2MoA凿岩用钢等温自由锻模拟及试验研究
潘光永, 余新平, 马修金
2016, 27(21):  2956-2961. 
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针对凿岩钻头用钢20CrMnSiNi2MoA，基于JMatPro软件模拟计算材料的应力应变曲线，并线性回归出材料的流变应力方程；基于DEFORM-3D有限元软件对材料进行了不对称V型砧锻造法等温自由锻造压缩，并预测了微观组织变化趋势。研究结果表明：原始奥氏体晶粒随着压缩量的变大，发生了动态再结晶，晶粒尺寸得到细化；温度一定时，随着变形速率的提高，晶粒平均尺寸变小。将通过不对称V型砧锻造法等温自由锻及热处理得到的钻头成品的机械性能与国外同类产品的机械性能进行了对比。
钻头冷镦参数建模及成形工艺优化
周宏明, 张衡, 张祥雷, 彭姣娇, 张翔翔
2016, 27(21):  2962-2966. 
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针对40Cr钻头冷镦时废品率高且需预先进行热处理的问题，提出一种优化的冷镦成形工艺方法，即通过优化冷镦参数来减少热处理工序。通过分析冷镦过程的影响参数，建立了冷镦工艺参数的数学模型并进行了数值分析，得到了最优的冷镦参数。分别运用有限元模拟和试验的方法，对所得冷镦参数进行了验证。研究结果表明：运用该方法优化冷镦参数指导冷镦加工，材料无需进行热处理即可加工出符合要求的冷镦钻头。
机械基础工程
汽车防抱死制动系统液压控制单元的建模与仿真
张晋, 孔祥东, 姚静, 王娟, 常立颖
2016, 27(21):  2967-2974. 
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为改善汽车防抱死制动系统（ABS）整体性能，从ABS液压控制单元（HCU）的主缸、轮缸、增压阀、减压阀、蓄能器、电机以及回油泵等元件的工作原理及结构出发，建立了各元件的数学模型；基于MATLAB/Simulink仿真软件，结合电磁场分析、流场分析和实验辨识多种手段，得到模型中的未知参量，建立了各元件准确的仿真模型，进而构建HCU参数化仿真模型。通过对试验和HCU系统仿真结果进行对比，验证了所搭建的HCU系统仿真模型的准确性，为进一步建立ABS虚拟样机奠定了基础。
智能制造
基于PSO-RBF神经网络的锂离子电池健康状态预测
张任, 胥芳, 陈教料, 潘国兵
2016, 27(21):  2975-2981. 
摘要 ( )   PDF (657KB) ( )  
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针对传统方法估计锂离子电池健康状态(SOH)时内部参数测量困难等问题，提出一种基于粒子群优化径向基函数神经网络的锂离子电池SOH预测方法。通过对锂离子等效模型的研究，结合充放电过程的实验数据，确定了影响锂离子电池SOH特性的几个关键参数。将试验数据输入仿真模型进行网络训练和校验。仿真证明，相比BP神经网络和普通RBF神经网络，该算法的预测精度可提高20%，节省66.7%以上的优化时间。

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2016, 27(21):  2982. 
摘要 ( )   PDF (83KB) ( )  
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