中国机械工程

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2024, 35(07): 0.

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高压气动压力伺服系统的鲁棒控制

张迪嘉1, 2, 高路平2, 周少梁2, 高隆隆2, 李宝仁2

2024, 35(07): 1141-1150. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.07.001

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高压气动压力伺服系统的参数不确定性和未建模动态制约了其控制精度的提高，针对此提出了基于RISE的自适应鲁棒控制算法用于高压气动压力伺服系统的控制。考虑到核心元件高压电气伺服阀的控制性能对高压气动压力伺服系统高精度控制的影响，设计了交叉对比实验，实验结果表明，伺服阀位置控制算法有助于避免正弦信号失真、减小稳态压力抖动，系统压力控制算法能提高系统的响应速度和动态跟踪能力。

MoSe₂/石墨烯不锈钢自润滑材料的减摩机理

燕松山1, 肖正力1, 毛娅1, 胡瑞2

2024, 35(07): 1151-1155. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.07.002

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为克服不锈钢摩擦副零件摩擦因数大、易磨损的不足,利用粉末冶金不锈钢基体贯通孔隙特征和异质结纳米润滑剂超滑效应，采用真空浸渍和水热合成两步法工艺制备出了MoSe2/石墨烯不锈钢自润滑材料，并对其摩擦学特性与减摩机理进行了研究。研究发现：摩擦过程中，加入到基体孔隙的MoSe2/石墨烯异质结润滑剂在摩擦表面形成了均匀润滑膜，显著减小了摩擦副的摩擦因数和磨损率。在常温、载荷40 N、转速100 r/min工况下，MoSe2/石墨烯不锈钢自润滑材料的摩擦因数低至0.106，磨损率降至6.45×10-5 mm3/(N·m),与不锈钢基体相比，其摩擦因数和磨损率分别降低了86%和93%。

多闭环厚板折展蜂窝机构的几何设计与性能分析

畅博彦1, 2, 关鑫1, 金国光1, 2, 梁栋1, 2

2024, 35(07): 1156-1167. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.07.003

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基于厚板折纸理论设计出一种单闭环空间折展机构，并用螺旋理论对机构的自由度进行了分析。引入Myard类型约束和Sarrus类型约束，提出将机构自由度降低为1的2种方法，对应得到M型和S型折展蜂窝单元。将2种折展蜂窝单元的运动特征与平面镶嵌原理相结合，构造出M型和S型折展蜂窝机构。研究了设计参数对机构折展率的影响规律，并以提高折展率为目标对机构的结构进行了优化。研究结果表明，M型折展蜂窝机构完全展开后可形成单侧平整的表面；S型折展蜂窝机构的折展率更大。

基于位形相似性聚类的机器人参数标定研究

高文斌1, 2, 占庆元1, 2

2024, 35(07): 1168-1177，1187. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.07.004

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利用非几何参数误差引起的定位误差与机器人位形之间的相似性映射关系，通过聚类算法将机器人参数标定位形空间划分为多个子空间，并在各个子空间中完成参数标定；利用相似性关系将待补偿位形归类到对应的子空间，根据子空间的参数标定结果控制机器人运动，实现非几何参数误差引起的定位误差的有效补偿。以UR5机器人为标定对象进行试验，与普通标定补偿方法相比，采用所提方法标定补偿后的位置误差模的最大值和平均值分别减小了60.24%和66.62%。

航空高速齿轮泵齿轮端面摩擦副的润滑特性

陈源1, 熊典峰1, 李运堂1, 高永操2, 李传仓2, 王冰清1, 金杰1

2024, 35(07): 1178-1187. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.07.005

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针对航空外啮合齿轮泵齿轮端面摩擦副磨损严重的问题，在齿轮端面开设仿特斯拉阀型槽和椭圆孔组合的新型复合织构以改善润滑特性。基于流体动力润滑理论和有限元仿真计算方法建立齿轮织构端面摩擦副的润滑理论分析模型，分别在有无织构条件下仿真分析了端面液膜内流体的压力分布和速度分布，研究了工况和结构参数对齿轮端面开启性和密封性的影响规律。结果表明：织构产生的流体动压力可使齿轮端面摩擦副非接触运行，对减摩增效具有积极作用；综合考虑齿轮端面摩擦副的开启性和控漏性，织构结构参数即槽深取7~9 μm、高度差取5~6 μm、倾斜角取0°~10°、形状因子取0.4~0.5为宜。

钨极高压微电弧温度模型的建立与验证

李瑞君, 赵亮, 姚攀, 王勇俊, 杨晓婷, 夏果, 程真英

2024, 35(07): 1188-1193，1204. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.07.006

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为提高一体式微球形钨探针的制备成功率，对制备过程中高压微电弧进行了研究。建立了钨极高压微电弧的多物理场耦合仿真模型以计算电极间距在0.5~2.0 mm、电压在1~12 kV时的电弧温度分布；然后对仿真结果进行最小二乘拟合，进而得到了电弧温度与放电参数之间的数学模型；最后，基于Boltzmann作图法搭建了光谱测温系统，并对数学模型进行了验证。研究结果表明：电弧呈椭球形分布，近阳极区存在高温屏障，阳极温度远低于阴极温度；电弧温度与电压、电极间距之间均为类抛物线性关系；模型计算结果与实验结果的平均相对误差为3.3%。该模型可用于计算电弧温度，从而实现钨探针的可控制备。

考虑附加损伤和缺口效应的缺口件多轴疲劳寿命预测模型

程琴1, 高建雄1, 袁逸萍1, 朱鹏年2

2024, 35(07): 1194-1204. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.07.007

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针对利用局部应力应变法预测缺口件多轴疲劳寿命结果误差较大的问题，基于临界平面理论，综合考虑缺口的应力梯度和尺寸以及附加强化效应对疲劳寿命的影响，提出一种多轴加载下缺口件疲劳寿命的预估方法。采用3种不同材料的缺口件实验数据进行模型验证，并将提出模型与2种经典模型的预测结果进行对比，结果表明：提出模型的预测精度高于另外两种，预测结果几乎都在二倍寿命误差带内。

微量供油下的线接触副润滑增效分析

李书义1, 2, 郭峰1, 黄柏林2, 金薇1, 梁鹏1

2024, 35(07): 1205-1211. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.07.008

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实验发现亲/疏油交替供油的功能润湿表面能提高微量供油下有效润滑的成膜性能。基于此，建立了有限长滚子副润滑模型，分析了交替供油的亲/疏油带宽及工作参数对润滑性能的增强规律。研究发现，微量供油条件下可利用交替供油方式达到线接触副润滑增效的目的，但供油交替变换使接触区润滑性能不稳定，且润滑增效作用会受功能表面亲/疏油带宽和卷吸速度的影响。

基于网络权重参数敏感度分析的终身视觉回环检测方法

沈晔湖1, 李欢1, 张大庆1, 苗洋1, 赵冲2, 蒋全胜1

2024, 35(07): 1212-1221. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.07.009

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在基于视觉的同时定位和地图构建系统中通过回环检测判别机器人是否到达过先前的位置，可有效消除位姿估计造成的累积误差。随着数据量的增大，现有方法会导致网络模型泛化性能降低。为实现可持续回环检测，提出一种网络权重参数敏感度分析视觉回环检测方法，将残差神经网络与广义均值池化相结合来构建轻量化特征提取网络；设计了可变相似感知区域，将可变滑动窗口和相似度矩阵相结合来提取三重样本；提出的网络权重参数敏感度分析方法降低了网络模型的灾难性遗忘。与典型方法MAC相比，所提方法在Nordland等数据集的召回率提高了42%左右。

基于接触区域自适应调整的圆弧头立铣刀后刀面磨削轨迹精确计算方法

刘哲1, 杨德存1, 2, 阳智麾1, 江磊1

2024, 35(07): 1222-1231，1240. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.07.010

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为保证圆弧头立铣刀后刀面的加工精度，提出一种基于接触区域自适应调整的圆弧头立铣刀后刀面磨削轨迹精确计算方法。通过圆弧头立铣刀结构特征分解构建了后刀面的数学模型；通过计算砂轮和后刀面之间的磨削接触区域，自适应修正砂轮姿态，避免磨削干涉，实现了后刀面几何参数控制的准确性和一致性，并保证了曲面的光滑连接。最后，在VC++平台算法模块开发的基础上，通过加工仿真和磨削试验验证了该算法的有效性。

径流涡轮机流道壁面冲蚀特性及对性能的影响

马超1, 2, 张健健2, 3, 王宁宁2, 3, 郭姗姗1, 2

2024, 35(07): 1232-1240. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.07.011

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碳颗粒作为内燃机燃烧的固有产物，随主流运动时会对涡轮机壁面产生冲蚀，在长时间运行后对性能产生影响。通过两相流数值仿真手段对某径流式涡轮机的壁面冲蚀特性进行了分析，并研究了多种关键参数对涡轮机冲蚀率及性能的影响规律。研究结果表明：颗粒尺寸会对壁面冲蚀分布特征产生影响，对性能的影响呈非线性变化规律；颗粒排放裕度和膨胀比对性能变化率的影响呈线性关系；涡轮机转速的变化对效率变化率的影响呈线性关系，对相似流量变化率的影响呈先快速增加后持续下降的规律。颗粒尺寸和涡轮机工况是影响涡轮机性能变化率的显著因素，比颗粒排放裕度及膨胀比对效率变化率和相似流量变化率的影响分别大5~7倍和19~24倍。

生成式预训练模型机器人及其潜力与挑战

张帆, 谭跃刚

2024, 35(07): 1241-1252. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.07.012

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机器人与ChatGPT的融合可形成具有人类智慧特征的“硅智能体”，定义为“生成式预训练模型机器人”。以ChatGPT和机器人的智能融合为对象，阐述了GPT-R的特点、技术趋势及在工业和人类生活中的应用。分析了GPT-R在体力、智力及与人类共融发展中存在的问题，从GPT-R的本体与智能、法律与安全、社会规则三方面给出相应对策。结合了ChatGPT和机器人技术的GPT-R将拥有越来越广泛的应用场景和越来越大的市场潜力，成为未来人工智能和机器人共融发展的重要方向之一。

基于点云的机器人焊缝自动化磨削系统与方法

葛吉民1, 邓朝晖2, 王水仙1, 卓荣锦1, 刘伟1, 陈曦3

2024, 35(07): 1253-1262，1268. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.07.013

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结构件的服役周期和动态性能受焊缝磨削精度和表面一致性的影响，目前，焊缝磨削主要依靠人工或轨迹示教的方式，存在均一性差、效率低、成本高等问题。鉴于此，开发了基于点云的机器人焊缝自动化磨削系统，采用焊缝点云二次精简方法准确获取焊缝表面的全局信息，基于采样点与邻域重心点之间的距离准确提取焊缝宽度、高度及中心线特征。系统提取后的焊缝高度、宽度误差约为0.09 mm和0.2 mm，磨削后焊缝最小残留高度约为0.17 mm，表面粗糙度Ra值可达0.498 μm。

航空导向器三维测点处理与喉道面积精确计算

王东方1, 蒋诚1, 龚博悦2, 李文龙1

2024, 35(07): 1263-1268. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.07.014

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导向器是航空发动机的重要部件，喉道面积作为其关键参数直接影响发动机动力性能。针对导向器喉道面积现有测量方法效率低、喉道面积估计不准的问题，提出了导向器三维测点处理与喉道面积精确计算的新方法，并在多联叶片导向器样件上开展了该方法与三坐标测量计算方法的对比实验。实验结果表明，所提方法得到的喉道面积更精确，且多次测量计算结果具有较高的一致性。

具有紧时、高能耗特征的混合流水车间多目标调度优化问题

常大亮1, 2, 3, 史海波1, 2, 刘昶1, 2

2024, 35(07): 1269-1278. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.07.015

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针对具有紧时、高能耗工序特征的混合流水车间调度问题，以优化产品暴露时间、最大完工时间和能源消耗为目标，建立混合流水车间调度模型，并提出一种改进的多目标粒子群算法进行有效求解。首先构建了基于ISDE指标的档案维护策略及局部邻域搜索策略，辅助算法跃出局部极值及减少生产阻塞。之后，提出一种基于模糊理论的决策分析方法选取最优调度方案。最后，通过仿真实验验证提出的多目标调度模型与算法的可行性和优越性。

基于正交试验的金属薄壁材料激光切割工艺优化

翟兆阳1, 李欣欣1, 张延超1, 刘忠明2, 杜春华1, 张华明3

2024, 35(07): 1279-1289. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.07.016

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激光切割后，金属薄壁类零件的材料基体与下方的支撑板易产生粘连，严重影响切割质量。采用光纤激光对304不锈钢和GH605高温合金薄板进行切割实验，分析了激光切割不同材料发生粘连的机理。采用单因素试验法分析了激光切割工艺参数对热影响区及毛刺堆积量的影响规律。加工结果显示，在加入微连工艺的前提下，激光功率为165 W，切割速度为5 m/min，辅助气体压力为1.2 MPa时，切缝边缘光滑、无变形及残留黏附现象。

Ni中间层对6061T6铝合金板/08Al异种金属电阻点焊接头的力学性能及组织的影响

彭宇欣1, 2, 3, 刘省1, 2, 3, 胡心彬1, 2, 3

2024, 35(07): 1290-1298. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.07.017

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通过在钢板上添加Ni中间层，成功实现了6061T6铝合金板与08Al钢板的可靠连接，显著提高了铝/钢点焊接头的力学性能。研究结果显示，采用预制Ni中间层工艺可控制Ni中间层在钢板上的厚度与分布，减少Al-Fe脆性金属间化合物的形成；相较于直接添加Ni箔中间层，预制Ni中间层工艺能有效增大焊核直径;钢板上激光熔覆Ni层的铝/钢电阻点焊接头最大拉剪力较高，比无中间层的接头最大拉剪力增大了35.5%。

考虑车轮多边形的动车组车轴疲劳寿命预测

靳智超1, 梁红琴1, 卢纯1, 胡文1, 许珂1, 陶功权2, 温泽峰2

2024, 35(07): 1299-1307. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.07.018

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以某型高速动车组车轴为研究对象，基于考虑轮轨柔性的车辆轨道刚柔耦合动力学模型、轮对有限元模型和多轴疲劳模型，以实测多边形磨耗为输入，在速度300 km/h下分析了多边形磨耗对车轴疲劳损伤的影响。研究表明：在多边形磨耗的影响下，轮对受载状态剧烈波动并具有显著的周期性，且受载波动情况与多边形磨耗阶次相关。在18阶多边形磨耗影响下，高速动车组车轴的服役寿命降低至22年，小于《铁路动车组运用维修规程》规定的车轴设计寿命。

船用起重机多柔索减摇系统的动力学分析与工程应用

孙茂凱, 王生海, 韩广冬, 陈海泉, 孙玉清

2024, 35(07): 1308-1317. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.07.019

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针对船用起重机在高海况下普遍存在的工作效率低、风险大、吊装定位精度低等问题，设计出一种船用起重机多柔索减摇系统。将多柔索减摇系统简化成船舶运动和风载荷激励的约束摆模型，利用MATLAB/Simulink对多柔索减摇系统的动力学特性进行仿真分析，并在船用起重机多柔索减摇系统的实验样机上进行了验证。实验结果表明，多柔索减摇系统的平均减摆比可达78%，证明了多柔索减摇系统的有效性。

煤矿掘进机自定位截割控制方法及试验研究

刘送永1, 吴洪状2, 程诚2, 宋明江1, 3, 崔玉明4

2024, 35(07): 1318-1329. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2024.07.020

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开展了掘进机自定位截割控制方法及试验研究，提出了掘进机自定位截割控制策略，使用基于单目视觉与深度学习的掘进机机体六自由度位姿检测方法，以及具有规定性能的双层模糊自适应反步控制方法实现了掘进机自定位截割，并将其用于机体任意位姿下的截割头循迹跟踪控制。在掘进机两种不同的机体位姿下进行了截割头循迹跟踪控制试验，试验结果显示最大轮廓误差分别在48 mm和52 mm（约2.14%与2.32%）以内，验证了提出的掘进机自定位截割控制方法的有效性。

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2024, 35(07): 1330.

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