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几何参数对微型压缩机柔性板弹簧性能影响
周伟楠, 朱海峰, 陈雷, 丁磊, 刘少帅, 蒋珍华
当前状态:  doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200217
摘要(0) HTML(0) PDF 917KB(0)
摘要:
板弹簧技术是线性压缩机驱动的微型斯特林制冷机长寿命、高可靠运行的关键技术之一。本文中设计了3款不同形式的微型压缩机用柔性板弹簧,并基于有限元法展开了不同板簧厚度、涡旋槽宽度、涡旋臂数目这3个几何参数对板弹簧性能的影响分析,最后总结出几何参数对板弹簧性能影响规律。
全激励FE-SEA法在驾驶室噪声预测中的应用
王洪龙, 高云凯
当前状态:  doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200224
摘要(14) HTML(0) PDF 2977KB(0)
摘要:
根据某型挖掘机驾驶室噪声的频谱特性,确定其主要噪声成分为中频噪声。为了准确模拟该噪声水平,采用有限元-统计能量混合分析方法,建立FE-SEA仿真模型;通过计算,获取子系统的模态密度、内损耗因子及耦合损耗因子。利用试验方法测量驾驶室外声场的声压数据及悬置振动数据,作为激励施加在混合模型的相应子系统上。仿真计算驾驶室内部噪声,在200 ~ 1000 Hz中频范围内仿真误差仅为2.38%,验证了混合模型的准确性以及FE-SEA方法对中频噪声问题的适用性。据此结果,进一步分析驾驶室板件的噪声贡献度,找到驾驶室的声学薄弱部位,为优化改进指明方向。
超临界CO2透平机主轴冷却装置静动态特性分析
郑培培, 李伦, 李济顺, GurgenciHal, 李俊, 陈稳, 许世钰
当前状态:  doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200213
摘要(22) HTML(3) PDF 2049KB(0)
摘要:
以超临界二氧化碳(SCO2)透平机主轴冷却装置为研究对象,基于流体域圆柱曲面展开法建立了流体域压力分布的数学模型,推导出压力分布及承载力的函数表达式;采用CFD分析方法,针对进气压力、主轴转速、偏心率等不同条件下的流场压力、承载力、刚度进行了分析研究。研究结果表明:主轴低速对气膜压力影响极小,轴向压力以冷却装置轴向中心截面呈对称分布;相同偏心率下,承载力随进气压力的提高而增大;进气压力恒定条件下,气膜承载力随偏心率的增大逐渐增大;冷却装置刚度与偏心率呈非线性关系,随偏心率的增大,冷却装置刚度增大,到达极值点后开始减小,极值点出现在偏心率0.35位置。
海底电缆张力弯曲试验装置结构受力有限元分析
乐彦杰, 郑新龙, 黄崇武, 吕安强, 卢正通, 敬强
当前状态:  doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200226
摘要(7) HTML(0) PDF 4255KB(0)
摘要:
为了测试在大拉力载荷下,海底电缆张力弯曲试验装置是否能正常工作,本文利用有限元分析方法对鼓轮与海缆进行了建模与仿真,并对整个有限元模型进行了应力、应变和位移分析。结果表明,该张力弯曲试验装置在2×106 N的拉力载荷下,应力最大值达到1.05×108 Pa,并未超过碳钢的屈服强度,没有发生大变形,能够正常工作,装置设计方案合理。
OpenSim环境下人体下肢行走生物力学特性研究
郭超, 何育民, 孙朝阳, 汪朝晖
当前状态:  doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200225
摘要(24) HTML(3) PDF 2528KB(0)
摘要:
为了分析人体以不同速度和不同负重行走工况下的下肢生物力学特性,基于生物力学分析软件OpenSim建立一种人体下肢肌肉骨骼模型。利用逆向动力学,以地面支反力和运动控制点坐标为驱动,完成了人体以不同速度和负重工况下的步态行走仿真。得到人体以相同速度不同负重和相同负重不同速度行走工况下,踝关节、膝关节和髋关节的力矩变化曲线,分析了行走速度和负重与关节力矩之间的变化关系,得出行走速度和负重与关节力矩的变化呈正相关关系;给出了比目鱼肌、腓肠肌和胫骨前肌的肌肉活性变化曲线,讨论了行走速度和负重与肌肉活性之间的联系,得出肌肉活性随着行走速度和负重的增加而增加。
纳米粉体连续高压分散装置的特性研究
袁方洋, 崔政伟
当前状态:  doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20190270
摘要(923) HTML(9) PDF 1230KB(5)
摘要:
搭建了一种超微颗粒连续分散装置,实验发现纳米颗粒经连续喷射分散可被分散至初级粒径范围。为探讨该装置的机理及高压分散特性,数值模拟了纳米粉体的二级喷射分散过程。结果表明,数值与实验结果的压力动态曲线相符,颗粒数密度沿流动方向降低,实验数据较模拟结果更低。颗粒高压分散的喷嘴不宜过长,以避免颗粒在喷嘴内流动过程中再次团聚,喷嘴长径比在2.5左右可在射流出口产生最大的剪切率,获得最佳的颗粒分散效果。
改进的交互式卡尔曼滤波对雷达数据处理技术研究
刘全周, 贾鹏飞, 李占旗, 王启配, 王述勇
当前状态:  doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200111
摘要(34) HTML(7) PDF 5156KB(10)
摘要:
为了减少车载毫米波雷达数据中的噪声影响,本文采用了改进的交互式卡尔曼滤波算法对采集数据进行了处理,得到了目标运动状态的最优值。依据目标车辆的运行轨迹构建了运动状态方程,确定了不同状态下的状态矩阵和观测矩阵,同时设计了交互式多模型滤波器,借助于dSPACE场景仿真软件建立了虚拟交通场景,利用硬件在环技术实现了运动目标的数据采集,分析计算了雷达数据噪声,在滤波过程中,利用遗传算法对过程噪声和量测噪声进行在线优化,得到噪声的最优组合。通过激光雷达对目标的探测结果对算法的滤波性能进行了验证,滤波算法求得的数据平均误差小于0.1 m,对数据的噪声起到一定的抑制作用,提高了对目标车辆的定位与追踪能力。
缝纫机器人工作空间分析
王晓华, 王育合, 王文杰, 王进, 陶庆
当前状态:  doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20190260
摘要(35) HTML(14) PDF 1176KB(6)
摘要:
为确定符合缝纫机结构条件的缝纫机器人工作空间,提高机器人缝纫作业前的规划效率,应用旋量法建立运动学模型,并使用Adams软件验证了所建运动学模型的正确性。采用蒙特卡洛法结合控制变量法分析具有区域限制性的工作空间,确定出机器人各关节在实际工作环境中最佳的转角范围。利用MATLAB仿真得到机器人自由与受限情况下的工作空间云图,对比结果表明所确定的关节转角范围满足机器人实际的工作空间要求。
4-URPU多模式移动并联机构运动学与多目标优化
张春燕, 谢明娟, 卢晨晖
当前状态:  doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20190255
摘要(29) HTML(9) PDF 1944KB(5)
摘要:
为适应多重地形特征环境,本文提出一种集四足步行、蠕动和“全姿态”滚动等运动模式为一体的4-URPU多模式移动并联机构。利用螺旋理论分析了机构在各模式下的运动可行性,求解各模式下机构的位置解及速度雅可比矩阵,并建立多目标优化模型,得到一组相对最优解的集合。结果表明,行走过程中的速度性能指标的最大值低于机构在滚动过程中的速度性能指标,不同的工作环境有不同的最优解决方案。最后对机构进行样机试验,验证了该机构的理论正确性以及运动可行性。所提出的机构可应用于核电事故、野外、自然灾害等具有多重地形特征的地理环境中,有一定的应用前景。
改进狼群算法的SCARA机械臂自适应迭代学习控制
张长胜, 马泽楠, 李宽, 陈标发, 李伟, 杨俊
当前状态:  doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20190227
摘要(46) HTML(7) PDF 1508KB(2)
摘要:
针对减小机器人重复运动的位置、速度跟踪误差的问题,给出一种基于狼群算法优化的机械臂自适应迭代学习控制策略。根据SCARA(Selective compliance assembly robot arm)机械臂驱动方程,设计动力学系统的迭代学习控制律。引入自适应步长的狼群算法,使狼群能够根据猎物气味浓度动态调整移动步长,提高了算法的收敛速度和精度。该策略对机械臂控制器参数KPKD进行寻优时,得到了良好的控制效果,实现了对期望轨迹的有效跟踪。实验结果表明,该算法灵活性好,对系统期望轨迹具有较高的跟踪精度,有效降低了双关节机械臂的位置、速度跟踪误差,具有较强的可行性与有效性。
转子调磁式磁力齿轮设计与分析
李开元, 朱姿娜, 吴鹏, 吴迪
当前状态:  doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20190254
摘要(50) HTML(10) PDF 1496KB(5)
摘要:
针对传统磁力齿轮高速运转时转子永磁体会破坏的缺点,提出没有永磁体的转子调磁式磁力齿轮。根据磁场调制原理建立了输入输出转矩与气隙磁场间的关系,使用二维有限元法分析其转矩传递能力;使用参数化扫描对不同的转子尺寸参数组合进行优化分析,得到输出转矩与转子尺寸间的关系,并探究各转子尺寸参数对输出转矩影响的原因。仿真结果表明:输出转矩与转子的尺寸参数有直接关系,存在最优尺寸使输出转矩达到最大值;优化后输出转矩增加了81.2%,低速转子尺寸对输出转矩影响最大。最后对气隙中磁密进行谐波分析,结果表明优化前后主要谐波的变化与转矩变化一致,验证了转子调磁式磁力齿轮设计分析的有效性。
机械动力学
线接触弹流摩擦副的动特性研究
夏伯乾, 高磊, 张绍林, 郭红
2021, 40(4): 493-499.   doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200127
摘要(59) HTML(9) PDF 1576KB(38)
摘要:
基于机械振动学和弹流润滑理论,将弹流油膜简化为弹簧阻尼,建立了线接触摩擦副的摩擦学、动力学耦合模型,用数值方法求解了摩擦副的振动响应,通过简谐激励下系统的阻尼环求得摩擦副的刚度和阻尼,分析了载荷、速度对摩擦副动力学特性的影响。结果表明:弹流油膜具有显著的刚度、阻尼特征;弹流状态下,当速度一定时,摩擦副的刚度、阻尼随载荷增加而几乎线性地增加;而当载荷一定时,摩擦副的刚度、阻尼随速度的增加而指数般减小。
永磁超环面电机结构参数对齿槽转矩的影响分析
刘欣, 王洪达
2021, 40(4): 500-507.   doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200082
摘要(24) HTML(6) PDF 3237KB(9)
摘要:
为了分析永磁超环面电机结构参数对齿槽转矩的影响,在分析该电机齿槽转矩产生机理的基础上,针对该电机空间螺旋变截面的结构特点,将齿槽转矩的产生分为自转和公转两个分量进行分析;运用磁共能法推导了该电机齿槽转矩与输出转矩的数学表达式,并采用有限元仿真验证了数学模型的有效可行性;分析了该电机重要结构参数对齿槽转矩削弱的同时对输出转矩幅值的影响规律。结果表明,内定子槽开口系数、行星轮齿的极弧系数和气隙值的合理选择,能够在削弱齿槽转矩波动的同时提高输出转矩的幅值,有效地提高永磁超环面电机的输出性能。
含有末端质量的竖直梁压电俘能器参数共振及其特性研究
邹政, 谢进, 马戈, 汪灿
2021, 40(4): 508-517.   doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200096
摘要(11) HTML(3) PDF 2718KB(12)
摘要:
为了改善参数共振压电俘能器的俘能特性,提出在竖直梁的自由端固结一个质量块。利用拉格朗日方程和高斯定律建立了系统的机电耦合方程,并进行了数值仿真。仿真结果表明,梁从竖直的单稳态系统转变为屈曲的双稳态系统的临界末端质量Mc为0.0509 kg。当梁的阻尼比为0.05,末端质量从0增加到Mc时,参数共振激励阈值从47.5 m/s2减小到趋向于0;当M大于Mc时,对于任何阻尼比的梁,激励阈值都为零,并且当外激励的幅值和频率使得梁处于两稳态势阱间的大幅周期运动时,俘能器才可以产生出较高的输出功率。
HMCVT段内无级跟踪调速控制研究
卢震, 鲁植雄, 程准
2021, 40(4): 518-526.   doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200101
摘要(12) HTML(5) PDF 4177KB(9)
摘要:
为了解决拖拉机在实际行驶过程中,由于马达转速的变化存在响应的滞后,造成各工况下拖拉机的车速并非最优值。设计了HMCVT泵控马达系统转速跟踪控制器,实现马达转速的实时跟踪。建立了HMCVT泵控马达系统的数学模型,采用模糊PID控制器对马达转速进行实时控制。提出了一种改进粒子群算法寻优的方法,对模糊PID控制器的参数进行寻优。根据寻优的最优系数,在MATLAB/Simulink中搭建HMCVT泵控马达系统的仿真模型并进行相关仿真。仿真结果表明:采用改进粒子群算法优化的模糊PID控制器能够很好地实现马达转速的跟踪控制,跟踪误差以及超调量很小,同时在系统受到外负载扰动时表现出良好的跟随特性。研究结果为制定拖拉机HMCVT的最佳燃油经济性和最佳动力性的段内控制策略提供了理论参考。
水力聚结器结构参数优选
邢雷, 蒋明虎, 赵立新, 高金明
2021, 40(4): 527-533.   doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200249
摘要(15) HTML(6) PDF 8949KB(9)
摘要:
为了增强水力旋流器对小粒径油滴的分离性能,基于旋流分离原理提出一种可通过增大油滴间碰撞机率使小油滴碰撞聚结的水力聚结器结构。借助正交试验方法对水力聚结器的主要结构参数进行优化设计,利用Euler-Euler模型与群体平衡模型(Population Balance Model,PBM)相结合的方法,开展水力聚结器结构参数对油滴分布特性及聚结性能的影响研究,得出聚结器内油滴粒度分布聚结性能受结构参数变化的影响规律,并获得了最佳的结构参数配比。结果表明:水力聚结器对油水混合液中的油滴呈现出了较好的聚结效果,聚结器的聚结内芯底径D3、锥段长度L4、出口管长度L5均会对聚结器内油滴粒径分布产生影响,且各参数对聚结性能影响显著性由高到低为D3 > L4 > L5。优化得出最佳结构参数配比方案为C3A2B2L4 = 600 mm、L5 = 100 mm、D3 = 10 mm),最佳结构参数条件下混合液中油滴粒度分布在25 ~ 55 μm时,经水力聚结器聚结后油滴粒度分布均值增加到524.7 μm,较初始结构聚结后的平均粒径增加了48.56%。
压裂液对四通管冲蚀磨损的仿真分析
钟功祥, 胥卜轩, 谢锐, 程柯文, 吴陈
2021, 40(4): 534-541.   doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200099
摘要(18) HTML(3) PDF 7834KB(13)
摘要:
在页岩气压裂开采过程中,为了提高压裂效率,部分井场在地面采用一种新型的高压管汇快接装置。针对该装置中四通管处的冲蚀磨损问题,基于DPM冲蚀预测模型,利用FLUENT软件研究水力压裂下快接管汇装置的四通部位的冲蚀磨损规律。结果表明,冲蚀集中面位于相贯线及其附近的管壁上;质量流不变的情况下,随着粒度的增大,相贯线上最大冲蚀率呈指数式降低,管壁上最大冲蚀率先增大后减小;质量流不变的情况下,随着黏度的增大,最大冲蚀磨损量增大,且随着粒径的增大,其变化规律由对数型向指数型过渡。
足踝关节复合运动模拟与测量
张春强, 吉晓民, 薛艳敏, 王旭鹏, 胡钢
2021, 40(4): 542-547.   doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200291
摘要(19) HTML(3) PDF 0KB(2)
摘要:
人体足踝关节复杂,其运动主要包含背伸、跖屈、内收、外展、内翻以及外翻等,建立足踝关节复合运动模型利于对人体足踝运动的正确理解和应用。结合距上关节、距下关节活动方式以及距骨形态特征,假设随距骨运动的距下关节斜行纵轴运动轨迹为球面等角螺旋线;采用球型连接和铰链连接结合,并通过构件形态设计约束足踝运动角度的方式,构建了一种新型简易的足踝关节复合运动模型;讨论了模型参数范围以及该模型模拟足踝运动特征的可行性,调整和设置模型的各项具体参数,通过动作捕捉测量足表面上点的实际运动数据,对比分析了运动仿真与测量数据的差异。结果显示足踝复合关节的运动模型与实际测量数据吻合,说明能够通过该模型描述足踝关节的综合运动。
电动式主动横向稳定器模型预测控制策略开发
刘世杰, 严天一, 贾兆功, 赵燕乐
2021, 40(4): 548-555.   doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200094
摘要(19) HTML(7) PDF 1355KB(16)
摘要:
为进一步提升高速行驶车辆侧倾稳定性,本文以永磁同步电机式主动横向稳定器为被控对象,设计该电动式主动横向稳定器模型预测控制器及其电子控制单元,并完成相关离线仿真和硬件在环性能试验。首先利用MATLAB/Simulink搭建九自由度整车动力学模型,并利用模型预测控制方法,构建电动式主动横向稳定器控制策略模型,然后设计基于英飞凌32位TC275主控芯片的电动式主动横向稳定器电子控制单元,利用自行开发的电动式主动横向稳定器性能试验台,分别在转向盘角阶跃工况和鱼钩工况下验证了电动式主动横向稳定器模型预测控制策略有效性。相关仿真和台架试验结果表明,电动式主动横向稳定器模型预测控制策略可有效提高车辆抗侧倾能力。
乘用车悬架静强度与疲劳载荷研究
邓小强, 胡浩炬, 余家皓, 郭绍良
2021, 40(4): 556-561.   doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200100
摘要(17) HTML(5) PDF 3200KB(14)
摘要:
为了快速获得平台悬架静强度与疲劳载荷,本文依据某A级平台5款量产车型试验场道路载荷数据,以前麦弗逊悬架为研究对象,先对轮心载荷幅值进行统计分析,根据应力-强度干涉模型,得到该平台前悬架的强度载荷边界,及其与车辆满载轮荷的G载荷系数。再通过研究5款车型车轮轮心疲劳伪损伤与轮荷的关联关系,得到该平台悬架的疲劳载荷。此方法可快速获得同平台悬架静强度与疲劳载荷,省去实车道路谱采集并提升了工作效率。
精密制造与加工
激光熔覆Ti-6Al-4V高速铣削切削力研究
张立峰, 王盛, 王宁, 唐杰, 陈鑫灿, 安海涛
2021, 40(4): 562-565.   doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200085
摘要(22) HTML(4) PDF 2395KB(10)
摘要:
为了研究激光熔覆Ti-6Al-4V这类材料的高速切削加工性能,探明高速铣削切削力的影响机制,采用硬质合金刀具侧铣工艺对激光熔覆和铸造钛合金进行高速铣削的对比实验研究。结果表明,激光熔覆Ti-6Al-4V铣削时出现明显的各向异性,其中沿熔覆轨迹0°方向铣削时切削力最大,90°方向铣削时切削力最小,且各方向铣削力均低于铸造型钛合金。钛合金铣削过程中,当切削速度超过400 m/min时,铣削主切削力呈明显降低趋势。此外,铣削参数每齿进给量和铣削深度是影响切削力变化最显著的因素。
深冷处理对钛合金力学性能及摩擦磨损性能的影响
雷达, 李永刚, 李文辉, 李秀红, 杨胜强, 王瑶
2021, 40(4): 566-571.   doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200078
摘要(14) HTML(4) PDF 7994KB(8)
摘要:
为了探究深冷处理对TC4钛合显微组织,力学性能及摩擦磨损性能的影响,采用显微硬度计测定钛合金的表面硬度,光学显微镜观测钛合金经深冷处理后微观组织的变化,万能拉伸试验台测定其拉伸性能,利用摩擦磨损仪研究了深冷处理前后钛合金的磨损性能及利用SEM、EDS分析磨痕的微观形貌和化学成分。结果表明:深冷处理可以提高TC4钛合金的显微硬度,深冷处理时间为11 h时其显微硬度可以达到最大值361 HV1,比初始时提高了3.7%。经过深冷处理后不规则的晶体边角破碎,晶体内的组织均匀化提高;深冷处理可以显著提高材料的抗拉强度,屈服极限及弹性模量,提高材料的力学性能;深冷处理后摩擦系数增加,磨损加剧。
图像与图形动态配准的误差检测方法
单东日, 徐建聪, 高立营, 李龙
2021, 40(4): 572-578.   doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200102
摘要(10) HTML(5) PDF 2726KB(3)
摘要:
针对零件加工精度检测要求较高、检测环境复杂,提出了一种新型的加工精度检测方法。通过动态调整被检测零件的三维设计图形的空间位姿,使调整后的图形空间位姿与工业相机采集到的被检测零件的高质量图像处于同一拍摄角度,保存零件此时的三维设计图形的空间位姿图像,使用改进后的SIFT-Harris算法将采集到的零件高质量图像与保存的空间位姿图像实现配准, 进而实现零件与其对应的三维设计图形尺寸的对比检测。通过实验测试表明:本文提出的图像与图形动态配准的误差检测方法,具有较高的精度和速度,并且检测精度符合误差分布概率,对加快误差检测技术的发展具有一定的推动和探索意义。
PCA-TOPSIS法在不锈钢电弧增材工艺参数优化中的应用
姜宇杰, 陈菊芳, 赵彩虹, 李小平
2021, 40(4): 579-585.   doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200086
摘要(11) HTML(0) PDF 830KB(4)
摘要:
为了提高不锈钢电弧增材工艺的增材效率,利用308不锈钢丝材在304不锈钢基体上进行电弧增材。利用正交试验法设计工艺参数,运用光学显微镜分析增材组织的形貌,通过显微硬度计测试增材组织的显微硬度分布。依据熔覆层的熔池尺寸,采用PCA-TOPSIS法作为评价方法。以熔宽、余高最大,熔深最小为优化目标,通过MATLAB计算得出最佳工艺参数为电弧电流I = 200 A,焊接速度Vs = 42 cm/min,送丝速度Vf = 180 cm/min。结果表明,该工艺参数下的熔覆层与基体呈现良好的冶金结合,无气孔和裂纹等缺陷。
仪器、仪表科学与技术
电火花深孔加工中螺旋电极对间隙流场影响研究
常皓, 王文建, 王昕妍, 刘宇, 张文超
2021, 40(4): 586-591.   doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200081
摘要(17) HTML(4) PDF 11033KB(5)
摘要:
针对电火花深孔加工过程中排屑问题,提出采用螺旋电极改善加工间隙的流场环境。为探究螺旋电极的螺旋角和电极的旋转方向对排屑产生的影响,利用Fluent软件建立不同螺旋角电极下间隙流场的流体动力学模型,分析了螺旋电极不同螺旋角及不同旋转方向对间隙流场及电蚀产物运动的影响。结果表明,采用45°螺旋角的螺旋电极进行加工其排屑效果最好,螺旋电极正向旋转加工更有利于电蚀产物排出加工间隙。
减震稳扭旋冲钻井提速工具可变节流口特性分析
赵建军, 赵晨熙, 崔晓杰, 胡群爱
2021, 40(4): 592-597.   doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200083
摘要(9) HTML(1) PDF 1102KB(3)
摘要:
底部钻具组合耦合振动,不仅降低了钻头的稳定性和攻击性,还易造成钻具疲劳破坏,诱发井下事故。目前,大部分常规的辅助破岩工具只能抑制单一形式的钻具振动,针对多种振动形式耦合的复杂工况,提速效果有限。为此,提出一种减震稳扭旋冲钻井提速工具,该工具集复合冲击和减震稳扭功能于一体,可有效抑制钻头不规则振动,保证钻头平稳快速钻进。以该工具冲击能量发生单元为研究重点,建立了动静阀盘可变节流口数学模型,基于MATLAB仿真模型数值分析得到了可变节流口过流面积与节流压差之间的关系,确定了动静阀盘的几何结构参数。最后完成样机试制和地面性能测试,节流压差测试结果与仿真分析结果相符,满足现场应用需求。
多时间尺度下依据深度学习的前馈扰动预测
宋震, 李俊良, 周萌, 刘贵强
2021, 40(4): 598-603.   doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200095
摘要(7) HTML(5) PDF 883KB(6)
摘要:
为加强过程自动化控制中前馈控制系统的稳定性与可靠性,降低控制过程中时滞的影响。提出一种基于LSTM深度学习网络组合多时间尺度对扰动信号进行预测的方法,在考虑精度的同时也注重预测误差波动对系统产生的冲击。预测结果显示均方根误差(RMSE)在0.0013 ~ 0.0074之间,满足的工程实际要求。其次使用峭度来评定预测误差序列在各时刻的变化波动。最后保证预测精度满足工程要求的同时,通过组合时间尺度的方法来调整预测误差序列在各阶段冲击波动变化,使其在具体的工程应用中达到更优的控制效率与更低的风险
用于旋转环境的磁致伸缩振动能量收集方法研究
晚冬, 刘慧芳, 张靖, 赵强
2021, 40(4): 604-608.   doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200093
摘要(16) HTML(6) PDF 1284KB(10)
摘要:
随着无线传感器的功率消耗从mW级降到了μW级,对无线小功率设备的供电有了新的可能。本文设计并实验了一种新型的基于磁致伸缩材料(铁镓合金)的振动能量收集装置。可以应用于对低频旋转环境中存在的振动进行收集并转换为电能,工作转速范围为0 ~ 150 r/min。搭建了实验平台,进行实验分析。实验结果表明,偏置磁场摆放在最佳位置,添加5 g的自由配重块,系统可以产生最高电压为320 mV,最大功率为232 μW。
运载工程
并行排序蚁群算法规划仓库AGV路径研究
于军琪, 李若琳, 赵安军, 余紫瑞, 王均峰
2021, 40(4): 609-618.   doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200103
摘要(11) HTML(2) PDF 12065KB(10)
摘要:
针对智能仓库中的AGV路径规划问题,提出了一种基于并行排序蚁群算法的路径规划方法,该方法通过多个子蚁群之间较优蚂蚁释放的信息素交互,提高蚁群整体的搜索能力。建立以路径最短和AGV转弯次数最少为优化目标的多目标函数模型,用并行排序蚁群算法求解,再对生成的初始路径通过减少中间节点的方式进行平滑处理。在MATLAB上进行多次仿真,对比实验结果表明,该算法在进行仓库AGV路径规划时收敛速度更快,稳定性更好,且平滑处理后的路径更优。
分布式驱动电动汽车复合制动控制研究
杨璐, 谭迪
2021, 40(4): 619-626.   doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200118
摘要(12) HTML(4) PDF 2336KB(15)
摘要:
针对分布式驱动电动汽车制动模式切换条件限制能量回收的问题,制定了一种制动工作模式切换条件,设计了一种复合制动控制策略,其中,制动转矩分配采用分层控制的方法,上层控制器计算需求制动力矩,选择制动工作模式,下层控制器根据制动控制策略分配各轮的液压制动力和电机制动力。在建立分布式驱动电动汽车复合制动模型的基础上,利用AMEsim与Simulink在各种行驶工况下进行联合仿真,对所提出的复合制动控制策略进行验证。结果表明,本文所提出的复合制动系统能够准确地切换制动工作模式,在保证车辆的制动效能和稳定性的同时最大程度回收制动能量。
材料科学
V形辊辊式矫直过程分析及压下量设计
郭一行, 孙东明, 王斌
2021, 40(4): 627-632.   doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200079
摘要(6) HTML(3) PDF 4009KB(7)
摘要:
基于弹塑性变形理论,利用ANSYS LS-DYNA建立了V形辊的七辊矫直机的三维有限元模型,对V形辊辊式矫直过程进行分析。进行了下压量的参数设计,并分析了不同下压量下,菱形型材在矫直过程中的变形及矫直后的残余应力分布规律。结果表明:菱形型材被矫直后残余应力主要分布在边界处,随着下压量的增大最大残余应力先减小后增大。通过有限元仿真确定了截面尺寸为22 mm×22 mm菱形型材的最佳下压量。结果表明:该下压量下,被矫直件矫直后的平直度满足精度要求,且仿真结果与实验结果相一致,验证了理论模型的正确性。
航空、宇航工程
航空发动机整体叶盘回转式滚磨光整加工数值模拟与分析
李鹏, 李文辉, 李秀红, 杨胜强, 郭鹏辉
2021, 40(4): 633-640.   doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200089
摘要(10) HTML(4) PDF 7719KB(4)
摘要:
为探究航空发动机整体叶盘回转式滚磨光整加工的作用机理,基于离散元法对加工过程进行仿真计算。以叶片表面的Archard磨损量和累积接触能量为评价标准,研究滚抛磨块装入量和滚筒转速对加工效果的影响。结果表明:叶片型面的加工效率受工艺参数的影响较大,且叶背、叶盆呈现出明显的差异。回转式滚磨光整加工可以有效保证不同叶片间的加工均匀一致性,且在50%装入量、60 r/min转速条件下,同一叶片不同区域的加工均匀性最好。综合考虑加工效率与加工均匀性,优选以下参数范围:50%~60%装入量;0.65nmax~0.8nmax转速。
飞机蒙皮检测爬壁机器人结构设计与运动分析
诸葛晶昌, 曾昭鹏, 徐鋆, 吴军
2021, 40(4): 641-648.   doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200084
摘要(18) HTML(2) PDF 2611KB(8)
摘要:
针对传统的飞机蒙皮检测技术效率低、工作周期长、识别率差等问题,提出了一种能够自主完成飞机蒙皮检测工作的螺旋桨推力吸附式爬壁机器人。首先,以爬壁机器人应用背景为基础,进行了机器人的机械结构设计,以履带传动作为其移动机构,设计了相应的履带变形机构,提升其自适应越障性能,并利用螺旋桨提供其反向运行吸附力;其次,分析了其爬坡运动稳定性;最后,建立了机器人的运动学模型,分析了其越障能力,论证了其应用于飞机蒙皮检测的可行性。
航空宇航工程
BGA算法在备件库存控制策略优化中的应用研究
张守京, 秦小凡
2021, 40(4): 649-656.   doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200088
摘要(12) HTML(3) PDF 861KB(6)
摘要:
建立一个考虑备件重要度库存控制模型,并运用提出的BGA算法(BAS-Genetic algorithm)实现运算收敛快,获得总成本更优。首先以库存成本最小化为原则,建立库存模型的目标函数,其次建立了以基于重要度的服务水平为约束条件,构建库存控制模型。最后根据考虑维修备件重要度的库存控制策略模型。提出BGA(BAS-Genetic algorithm)算法用于最优库存控制策略解的查找。结果表明,BGA算法的收敛比GA(Genetic algorithm)收敛的速度快,且计算的目标函数成本值更小,不易陷入局部最优。
六自由度工业机械臂运动学仿真研究
云洋, 宋华, 徐炳吉
摘要(2464) PDF 0KB(951)
摘要:
为了解决传统插补方法机械臂运行缓慢的问题,采用一种构造雅可比函数的方式来对目标曲线进行插补,根据目标曲线计算出曲线上每个点的雅可比矩阵,形成雅可比矩阵函数,再将目标曲线拟合成末端速度函数,进而求得机械臂每个关节的角速度函数。实时计算机械臂的雅可比矩阵,根据机械臂末端需要的速度,计算出每个关节的速度,这样就能保证机械臂末端在工作空间每个位置的速度可控,同时使用KUKA KR30-3工业机器人模型对其进行仿真验证并就其在头盔加工方面进行仿真分析。仿真结果表明,在避开机械臂奇异位姿的情况下,根据末端位置函数能够计算出机械臂每个关节角的速度函数,并且能够保证速度的连续性。
Vine Copula模型的失效动态相关机械系统可靠性分析
胡启国, 周松
摘要(1804) PDF 0KB(759)
摘要:
提出机械系统的失效动态相关可靠性可采用动态Vine Copula模型进行描述。采用Vine Copula函数将复杂多失效相关的机械系统可靠性问题转换为对多个二维动态Copula函数进行分析。利用非参数估计算法,提出经验分布函数-局部极大似然两步法估计动态Copula函数中的时变参数,从而建立动态Vine Copula 模型来描述多失效动态相关机械系统的可靠性;并重点对机械系统的串联体系可靠性进行建模与分析,进而对机械系统的可靠度进行求解。最后通过单级减速器系统的算例验证了所述方法的合理性及有效性。
仿蚕机器人的运动特性分析和仿真研究
孟令森, 吴胜, 王永娟
摘要(1647) PDF 0KB(749)
摘要:
以蚕为典型生物进行观察分析,采用拍摄测量的方法,对蚕的身体做了静态测量,对蚕的运动进行了动态测量,对蚕运动速度进行定量分析,获得了蚕的形态规律特点。采用连杆机构建立了蚕的运动模型,提出了仿生机器人模块化结构方案,在ADAMS软件中建立了其虚拟样机模型。通过仿真计算,实现了仿蚕机器人的运动形态,分析了仿蚕机器人运动过程中关节扭矩的变化情况,制作了二维蠕动样机,并进行了试验。
双驱进给系统同步误差建模与分析
韩兴, 胡小秋, 胡雨伸, 周义成
摘要(1692) PDF 0KB(744)
摘要:
以数控铣床工作台进给系统为研究对象,通过分析双丝杠进给结构机械特性,并考虑工作台所受摩擦力,建立了同步误差理论模型。利用MATLAB/Simulink模块求解,分析结构参数等因素对同步误差的影响趋势。通过实验测得工作台分别在匀速运动和S形曲线运动下的同步误差,并与理论计算相比较。结果表明:进给系统同步误差是由几何误差导致的扭转角和运动过程中工作台两侧结构参数的不同共同作用产生的,所建的模型对同步误差有较准确的预测。
杆长误差对水下扩展机构的位置精度影响分析
安徽, 杜向党
摘要(1551) PDF 0KB(743)
摘要:
由于杆长制造误差等因素的影响,水下探测基阵的扩展机构在扩展运动时会产生位置误差,导致换能器描点轨迹的偏差,影响探测性能。以某水下扩展机构为研究对象,基于封闭矢量法和误差独立作用原理建立了杆长误差下的水下扩展机构位置精度分析模型,研究了实际扩展过程中8个杆长误差及输入角度误差对水下扩展机构输出位置的误差影响,探索了一种杆长误差下的机构运动学分析方法,提出一种在不同加工精度下换能器描点运动轨迹的描述方法。