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2018年 37卷 第9期
2018, 37(9): 1313-1318.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20180028
摘要
PDF 988KB
摘要:
针对冗余机械臂末端轨迹跟踪与避障运动冲突的情况，提出一种基于加权广义逆的避障方法。该方法对机械臂与障碍物之间危险程度评估的评价函数-危险场进行改进，将危险程度评估得到的危险场的值，反馈给修改后的冗余机械臂闭环逆运动学算法，以实现避障，同时对雅可比矩阵和梯度项加权处理来避关节极限。为保证避障效率，对闭环控制参数进行优化设计。根据危险场的值与预先设定的阈值之间的大小关系，机械臂在避障过程中具有任务中断和恢复能力。最后利用Robotics Toolbox for MATLAB工具箱进行数值仿真，验证提出方法的有效性。
针对冗余机械臂末端轨迹跟踪与避障运动冲突的情况，提出一种基于加权广义逆的避障方法。该方法对机械臂与障碍物之间危险程度评估的评价函数-危险场进行改进，将危险程度评估得到的危险场的值，反馈给修改后的冗余机械臂闭环逆运动学算法，以实现避障，同时对雅可比矩阵和梯度项加权处理来避关节极限。为保证避障效率，对闭环控制参数进行优化设计。根据危险场的值与预先设定的阈值之间的大小关系，机械臂在避障过程中具有任务中断和恢复能力。最后利用Robotics Toolbox for MATLAB工具箱进行数值仿真，验证提出方法的有效性。
2018, 37(9): 1319-1324.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20180063
摘要:
为编制基于实测数据的挖掘机液压泵载荷谱，对某型号液压挖掘机整机进行试验，采集了挖掘机典型工况土石甩方作业下液压泵的载荷数据；基于实测数据，针对测试工况下挖掘机作业明显的分段特点，结合执行操作时各液压缸的动作，制定了液压泵载荷的分段方法；对实测数据进行分段并合成，选用基于载荷扩展的非参数外推方法，获得全寿命下的外推结果，该结果贴合挖掘机液压泵的实际作业情况，为液压泵后续试验和分析提供了数据基础。
为编制基于实测数据的挖掘机液压泵载荷谱，对某型号液压挖掘机整机进行试验，采集了挖掘机典型工况土石甩方作业下液压泵的载荷数据；基于实测数据，针对测试工况下挖掘机作业明显的分段特点，结合执行操作时各液压缸的动作，制定了液压泵载荷的分段方法；对实测数据进行分段并合成，选用基于载荷扩展的非参数外推方法，获得全寿命下的外推结果，该结果贴合挖掘机液压泵的实际作业情况，为液压泵后续试验和分析提供了数据基础。
2018, 37(9): 1325-1330.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20180026
摘要:
机器人几何结构不满足Pieper准则时，无法求得封闭形式的运动学逆解，这样的机器人也被称为一般机器人，其逆运动学通常采用数值解法。针对一般6自由度关节型机器人逆运动学求解，在求解过程中延用迭代思想，将第n次求解结果作为第n+1次迭代初值，满足了牛顿迭代法对迭代初值充分接近精确解的高要求。在迭代过程中使用雅克比矩阵的伪逆矩阵代替其逆矩阵，避免了机器人在奇异位形处无法求解的现象。在轨迹规划算法中，采用四元数球面线性插值的方法对起始点和终止点进行姿态插值，解决了欧拉角姿态插值法中存在的奇异性以及姿态过渡不平稳的问题。最后在MATLAB环境下进行仿真实验，结果验证了改进后的牛顿迭代法的可行性与实时性。
机器人几何结构不满足Pieper准则时，无法求得封闭形式的运动学逆解，这样的机器人也被称为一般机器人，其逆运动学通常采用数值解法。针对一般6自由度关节型机器人逆运动学求解，在求解过程中延用迭代思想，将第n次求解结果作为第n+1次迭代初值，满足了牛顿迭代法对迭代初值充分接近精确解的高要求。在迭代过程中使用雅克比矩阵的伪逆矩阵代替其逆矩阵，避免了机器人在奇异位形处无法求解的现象。在轨迹规划算法中，采用四元数球面线性插值的方法对起始点和终止点进行姿态插值，解决了欧拉角姿态插值法中存在的奇异性以及姿态过渡不平稳的问题。最后在MATLAB环境下进行仿真实验，结果验证了改进后的牛顿迭代法的可行性与实时性。
2018, 37(9): 1331-1335.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20180047
摘要:
为定量研究下肢外骨骼的助力性能，提出了助力性能量化指标矩差和ΔT与矩差功率比μ，矩差和ΔT定义为人体穿戴外骨骼前后下肢髋、膝、踝三关节力矩差值之和，矩差功率比μ定义为ΔT与外骨骼消耗的总功率p之比。建立了下肢外骨骼的动力学模型，结合人体步态运动数据获得了在常见步态下总功率p的变化情况。利用动力学分析软件ADAMS建立了人体简化仿真模型和人机穿戴仿真模型，分析了ΔT的变化规律，结合p和ΔT得到μ的变化规律，结果显示，在行走站立阶段，ΔT均保持较大数值，表明穿戴外骨骼之后，在站立阶段人体下肢三关节力矩大幅减小，外骨骼辅助作用明显；矩差功率比μ均在摆动阶段取得最大值，表明在摆动阶段外骨骼单位功耗对人体辅助贡献大，功耗利用率高。
为定量研究下肢外骨骼的助力性能，提出了助力性能量化指标矩差和ΔT与矩差功率比μ，矩差和ΔT定义为人体穿戴外骨骼前后下肢髋、膝、踝三关节力矩差值之和，矩差功率比μ定义为ΔT与外骨骼消耗的总功率p之比。建立了下肢外骨骼的动力学模型，结合人体步态运动数据获得了在常见步态下总功率p的变化情况。利用动力学分析软件ADAMS建立了人体简化仿真模型和人机穿戴仿真模型，分析了ΔT的变化规律，结合p和ΔT得到μ的变化规律，结果显示，在行走站立阶段，ΔT均保持较大数值，表明穿戴外骨骼之后，在站立阶段人体下肢三关节力矩大幅减小，外骨骼辅助作用明显；矩差功率比μ均在摆动阶段取得最大值，表明在摆动阶段外骨骼单位功耗对人体辅助贡献大，功耗利用率高。
2018, 37(9): 1336-1343.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20180051
摘要:
以含附加线性振子的双稳态电磁式振动能量捕获器为研究对象，建立了高斯白噪声激励下考虑势阱深度的双稳态系统无量纲控制方程，将双稳态系统的势阱深度转化为刚度系数比值。借助数值仿真，分析了在不同的噪声强度下刚度系数比值对双稳态系统的发电性能影响，获得了不同噪声强度下的最优刚度系数比值。以不同噪声强度下使双稳态系统产生最大输出功率的势阱深度为目标，连续变化质量比和调频比参数，获得了此时仍可产生大功率输出的最佳参数配置范围。研究结果可为双稳态电磁式振动能量捕获系统的工程实现提供理论基础。
以含附加线性振子的双稳态电磁式振动能量捕获器为研究对象，建立了高斯白噪声激励下考虑势阱深度的双稳态系统无量纲控制方程，将双稳态系统的势阱深度转化为刚度系数比值。借助数值仿真，分析了在不同的噪声强度下刚度系数比值对双稳态系统的发电性能影响，获得了不同噪声强度下的最优刚度系数比值。以不同噪声强度下使双稳态系统产生最大输出功率的势阱深度为目标，连续变化质量比和调频比参数，获得了此时仍可产生大功率输出的最佳参数配置范围。研究结果可为双稳态电磁式振动能量捕获系统的工程实现提供理论基础。
2018, 37(9): 1344-1351.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20180164
摘要:
为拓展人体下肢关节机能，完成特定环境下的人机协同作业任务，介绍了一种可穿戴型下肢外骨骼助力机器人。在研究人体行走特点和下肢助力需求基础上，实现了外骨骼的机械结构设计与建模计算，针对外骨骼作业特点设计了电液伺服助力系统；通过虚拟样机运动仿真与外骨骼行走实验，匹配了驱动器与外骨骼的运动范围并优化，通过外骨骼辅助人体辅助站立实验验证了外骨骼与人体下肢运动范围匹配性及助力效果等，实验结果表明外骨骼助力机器人设计可行。
为拓展人体下肢关节机能，完成特定环境下的人机协同作业任务，介绍了一种可穿戴型下肢外骨骼助力机器人。在研究人体行走特点和下肢助力需求基础上，实现了外骨骼的机械结构设计与建模计算，针对外骨骼作业特点设计了电液伺服助力系统；通过虚拟样机运动仿真与外骨骼行走实验，匹配了驱动器与外骨骼的运动范围并优化，通过外骨骼辅助人体辅助站立实验验证了外骨骼与人体下肢运动范围匹配性及助力效果等，实验结果表明外骨骼助力机器人设计可行。
2018, 37(9): 1352-1358.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20180068
摘要:
在行星齿轮多目标优化中，传统粒子群算法（PSO）与自适应权重粒子群算法（APSO）在复杂约束下不易收敛或易陷入局部最优。为此，提出改进的自适应权重粒子群算法（D-APSO）并进行行星齿轮高功率密度的多目标优化设计，以最小体积、最大传动效率和最小中心距为多目标优化函数，综合考虑行星齿轮传动的边界协调条件，利用惩罚函数法处理约束条件，对目标进行D-APSO算法下的优化计算。结果表明：D-APSO算法在优化求解效果和速度上明显优于传统PSO算法和APSO算法，在满足行星齿轮系统承载性能的条件下，使行星齿轮系统具有更小的体积及中心距，并表现出更优的传动效率。
在行星齿轮多目标优化中，传统粒子群算法（PSO）与自适应权重粒子群算法（APSO）在复杂约束下不易收敛或易陷入局部最优。为此，提出改进的自适应权重粒子群算法（D-APSO）并进行行星齿轮高功率密度的多目标优化设计，以最小体积、最大传动效率和最小中心距为多目标优化函数，综合考虑行星齿轮传动的边界协调条件，利用惩罚函数法处理约束条件，对目标进行D-APSO算法下的优化计算。结果表明：D-APSO算法在优化求解效果和速度上明显优于传统PSO算法和APSO算法，在满足行星齿轮系统承载性能的条件下，使行星齿轮系统具有更小的体积及中心距，并表现出更优的传动效率。
2018, 37(9): 1359-1365.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20180034
摘要:
针对集成经验模式分解（Ensemble empirical mode decomposition，EEMD）在轴承故障特征提取中的问题，提出一种混合故障诊断方法。首先，将"形态滤波-平移不变量小波"作为EEMD的前置滤波器，实现对原始信号中窄带脉冲和随机噪声干扰的有效消除；其次，针对本征模式分量（Intrinsic mode functions，IMFs）中真实分量的选取问题，提出一种轴承振动信号EEMD分解的筛选规则，即计算各IMFs和原信号的自相关函数并作归一化处理，然后计算各IMFs自相关函数和原信号自相关函数的相关系数，以最大相关系数的一半作为阈值剔除虚假的IMFs，与此同时保留第1和第2阶IMFs，从而实现对EEMD的改进。仿真和实验轴承故障诊断研究表明了该方法的有效性，方法的优点在于：将"形态滤波-平移不变量小波"作为集成经验模式分解的前置滤波器，可有效去除故障轴承振动信号中的窄带脉冲和随机噪声干扰；本文的筛选规则可有效选取去噪信号EEMD分解后的IMFs中真实分量，从而可靠地获取故障特征频率。本研究为轴承故障诊断提供了一种新的手段。
针对集成经验模式分解（Ensemble empirical mode decomposition，EEMD）在轴承故障特征提取中的问题，提出一种混合故障诊断方法。首先，将"形态滤波-平移不变量小波"作为EEMD的前置滤波器，实现对原始信号中窄带脉冲和随机噪声干扰的有效消除；其次，针对本征模式分量（Intrinsic mode functions，IMFs）中真实分量的选取问题，提出一种轴承振动信号EEMD分解的筛选规则，即计算各IMFs和原信号的自相关函数并作归一化处理，然后计算各IMFs自相关函数和原信号自相关函数的相关系数，以最大相关系数的一半作为阈值剔除虚假的IMFs，与此同时保留第1和第2阶IMFs，从而实现对EEMD的改进。仿真和实验轴承故障诊断研究表明了该方法的有效性，方法的优点在于：将"形态滤波-平移不变量小波"作为集成经验模式分解的前置滤波器，可有效去除故障轴承振动信号中的窄带脉冲和随机噪声干扰；本文的筛选规则可有效选取去噪信号EEMD分解后的IMFs中真实分量，从而可靠地获取故障特征频率。本研究为轴承故障诊断提供了一种新的手段。
2018, 37(9): 1366-1371.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20180065
摘要:
为了提高刮板输送机伸缩机尾控制系统的工作性能，提出了一种新型萤火虫算法应用于机尾PID控制器的控制策略。在标准萤火虫算法的动态决策域半径更新公式中，为克服优化初期寻优速度慢和增强算法的全局探测能力，对其中决策域更新系数进行改进；同时利用步长单调递减对位置更新公式中移动步长进行改进，以增强算法后期的深度搜索能力。研究结果表明：新型萤火虫算法的精度及稳定性均优于原算法。建立刮板输送机伸缩机尾电液控制系统数学模型，利用新型萤火虫算法进行PID参数整定优化，并引入能量指标和超调量指标改进适应度函数，优化后的刮板输送机伸缩机尾控制系统具有良好控制品质和鲁棒性。
为了提高刮板输送机伸缩机尾控制系统的工作性能，提出了一种新型萤火虫算法应用于机尾PID控制器的控制策略。在标准萤火虫算法的动态决策域半径更新公式中，为克服优化初期寻优速度慢和增强算法的全局探测能力，对其中决策域更新系数进行改进；同时利用步长单调递减对位置更新公式中移动步长进行改进，以增强算法后期的深度搜索能力。研究结果表明：新型萤火虫算法的精度及稳定性均优于原算法。建立刮板输送机伸缩机尾电液控制系统数学模型，利用新型萤火虫算法进行PID参数整定优化，并引入能量指标和超调量指标改进适应度函数，优化后的刮板输送机伸缩机尾控制系统具有良好控制品质和鲁棒性。
2018, 37(9): 1372-1379.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20180070
摘要:
针对车辆质心侧偏角难以测量的问题，采用无迹卡尔曼滤波算法设计了质心侧偏角状态观测器，针对分布式电驱动汽车在加速转向工况下车轮驱动力的优化分配问题，提出一种具有分层结构的控制策略。上层控制策略，以提高控制器对参数不确定和模型误差的鲁棒性，基于滑模鲁棒控制计算期望的主动横摆力矩；下层控制策略，以提高车辆操纵稳定性及轮胎利用率，采用拉格朗日乘子法对轮胎力进行优化分配。在MATLAB/Simulink环境下进行仿真分析，仿真结果验证了该控制方法能够有效地提高车辆操纵稳定性和轮胎的利用率。
针对车辆质心侧偏角难以测量的问题，采用无迹卡尔曼滤波算法设计了质心侧偏角状态观测器，针对分布式电驱动汽车在加速转向工况下车轮驱动力的优化分配问题，提出一种具有分层结构的控制策略。上层控制策略，以提高控制器对参数不确定和模型误差的鲁棒性，基于滑模鲁棒控制计算期望的主动横摆力矩；下层控制策略，以提高车辆操纵稳定性及轮胎利用率，采用拉格朗日乘子法对轮胎力进行优化分配。在MATLAB/Simulink环境下进行仿真分析，仿真结果验证了该控制方法能够有效地提高车辆操纵稳定性和轮胎的利用率。
2018, 37(9): 1380-1386.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20180020
摘要:
提出了五轴数控机床后置处理算法的通用公式，并以正交AC型双转台机床为例进行了具体分析。以球头铣刀后刀面的刃磨为具体加工实例，在验证后置处理算法的同时，提出了"假想砂轮"的处理方法，在机床具体运动结构的限制下初步优化了加工路径。针对AC型双转台机床的C轴在奇异区域内存在转角步距较大从而形成过大的非线性误差并因此造成工件过切和机床震颤等的情况，提出在奇异区域内对加工路径进行三次B样条拟合后再插补的平滑处理方法，进一步优化了加工路径。仿真结果和实际加工效果都验证了此方法的可行性。
提出了五轴数控机床后置处理算法的通用公式，并以正交AC型双转台机床为例进行了具体分析。以球头铣刀后刀面的刃磨为具体加工实例，在验证后置处理算法的同时，提出了"假想砂轮"的处理方法，在机床具体运动结构的限制下初步优化了加工路径。针对AC型双转台机床的C轴在奇异区域内存在转角步距较大从而形成过大的非线性误差并因此造成工件过切和机床震颤等的情况，提出在奇异区域内对加工路径进行三次B样条拟合后再插补的平滑处理方法，进一步优化了加工路径。仿真结果和实际加工效果都验证了此方法的可行性。
2018, 37(9): 1387-1395.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20180181
摘要:
合理应用机械设计知识可以辅助提升创新设计的效率和质量。本文立足于云模式下的机械设计过程，提出基于行为-结构-知识的机械设计知识解构模型；提出一种云制造模式下基于Rough-ANP的机械设计知识优选推送策略，该方法充分结合了粗糙集理论（Rough set theory）在处理模糊性和不确定性方面的优势以及网络层次分析法（ANP）在处理多目标评估问题的优势。最后以电动铲运机设计为案例，验证了该机械设计知识优选推送策略的有效性。
合理应用机械设计知识可以辅助提升创新设计的效率和质量。本文立足于云模式下的机械设计过程，提出基于行为-结构-知识的机械设计知识解构模型；提出一种云制造模式下基于Rough-ANP的机械设计知识优选推送策略，该方法充分结合了粗糙集理论（Rough set theory）在处理模糊性和不确定性方面的优势以及网络层次分析法（ANP）在处理多目标评估问题的优势。最后以电动铲运机设计为案例，验证了该机械设计知识优选推送策略的有效性。
2018, 37(9): 1396-1400.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20180017
摘要:
针对球轴承套圈沟道超精研加工工艺对形位精度不敏感和传统套圈沟道磨削工艺在廓形精度和表面粗糙度方面的不足，探索球轴承套圈沟道终加工工艺，提出一种基于圆弧轨迹进给的球轴承套圈沟道ELID成型磨削新工艺方法。从磨削原理上分析该方法的优越性，再进行工件阴极条件下套圈沟道ELID成型磨削试验，测量表面粗糙度达到Ra0.19 μm。试验结果表明：在工件阴极条件下，ELID磨削技术在套圈沟道磨削加工中的应用能有效改善表面粗糙度，基于圆弧轨迹进给的球轴承套圈沟道ELID成型磨削方法具有合理性。最后，为了满足新方法的工艺要求，进行圆弧轨迹进给机构设计，为球轴承套圈沟道成型磨削试验平台的搭建提供原理性设计。
针对球轴承套圈沟道超精研加工工艺对形位精度不敏感和传统套圈沟道磨削工艺在廓形精度和表面粗糙度方面的不足，探索球轴承套圈沟道终加工工艺，提出一种基于圆弧轨迹进给的球轴承套圈沟道ELID成型磨削新工艺方法。从磨削原理上分析该方法的优越性，再进行工件阴极条件下套圈沟道ELID成型磨削试验，测量表面粗糙度达到Ra0.19 μm。试验结果表明：在工件阴极条件下，ELID磨削技术在套圈沟道磨削加工中的应用能有效改善表面粗糙度，基于圆弧轨迹进给的球轴承套圈沟道ELID成型磨削方法具有合理性。最后，为了满足新方法的工艺要求，进行圆弧轨迹进给机构设计，为球轴承套圈沟道成型磨削试验平台的搭建提供原理性设计。
2018, 37(9): 1401-1407.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20180057
摘要:
断排屑问题一直是错齿BTA内排屑深孔钻削的难点，通过建立切屑流经断屑台的几何变形模型分析了刀屑接触长度对错齿BTA钻削切屑的变形断裂的影响，采用有限元分析软件DEFORM-3D建立了错齿BTA钻头钻削仿真模型，对各刀齿切屑的形成及变形规律进行了分析，研究了刀屑接触长度随刀齿钻削半径分布规律及其随钻削条件的变化规律，并利用实验对仿真结果进行了验证分析。结果表明，仿真结果可信，刀齿钻削半径对切屑的变形及刀屑接触长度影响很大，刀屑接触长度随钻削进给量增大而增大，随转速增大而减小，随工件材料强度增大而增大。
断排屑问题一直是错齿BTA内排屑深孔钻削的难点，通过建立切屑流经断屑台的几何变形模型分析了刀屑接触长度对错齿BTA钻削切屑的变形断裂的影响，采用有限元分析软件DEFORM-3D建立了错齿BTA钻头钻削仿真模型，对各刀齿切屑的形成及变形规律进行了分析，研究了刀屑接触长度随刀齿钻削半径分布规律及其随钻削条件的变化规律，并利用实验对仿真结果进行了验证分析。结果表明，仿真结果可信，刀齿钻削半径对切屑的变形及刀屑接触长度影响很大，刀屑接触长度随钻削进给量增大而增大，随转速增大而减小，随工件材料强度增大而增大。
2018, 37(9): 1408-1414.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20180027
摘要:
针对不同损伤程度的滚动轴承其内、外圈故障在背景噪声影响下难以检测的问题，提出补充总体平均经验模态分解（Complementary ensemble empirical mode decomposition，CEEMD）与Lempel-Ziv复杂度（简称LZC指标）分析相结合的滚动轴承损伤程度评估方法。首先，对滚动轴承振动信号进行CEEMD分解，得到多个IMF（Intrinsic mode function）分量；然后，基于峭度最大准则选取有效IMF分量并计算其Lempel-Ziv复杂度综合指标；最后，根据Lempel-Ziv复杂度综合指标的变化规律判断滚动轴承的损伤程度，并基于6σ原则给出了不同损伤程度的滚动轴承内、外圈故障Lempel-Ziv复杂度取值区间。将该方法应用于滚动轴承的损伤程度评估，分析结果表明了该方法的有效性和可行性。
针对不同损伤程度的滚动轴承其内、外圈故障在背景噪声影响下难以检测的问题，提出补充总体平均经验模态分解（Complementary ensemble empirical mode decomposition，CEEMD）与Lempel-Ziv复杂度（简称LZC指标）分析相结合的滚动轴承损伤程度评估方法。首先，对滚动轴承振动信号进行CEEMD分解，得到多个IMF（Intrinsic mode function）分量；然后，基于峭度最大准则选取有效IMF分量并计算其Lempel-Ziv复杂度综合指标；最后，根据Lempel-Ziv复杂度综合指标的变化规律判断滚动轴承的损伤程度，并基于6σ原则给出了不同损伤程度的滚动轴承内、外圈故障Lempel-Ziv复杂度取值区间。将该方法应用于滚动轴承的损伤程度评估，分析结果表明了该方法的有效性和可行性。
2018, 37(9): 1415-1420.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20180031
摘要:
为解决传统阀控或变量泵保压系统在工程应用中因温升高、结构复杂而带来的对油液污染敏感、保压精度差、效率低等问题，在分析永磁同步交流伺服电机调速性能和效率的基础上，结合齿轮泵结构简单、可靠性高的特点，提出了一种直驱泵控电液伺服泄漏补偿保压方法。系统保压时，根据流量连续性方程，使齿轮泵输出流量仅补偿回转液压缸泄漏量。该系统较传统保压系统结构简单、可靠性高且实现了节能。通过齿轮泵实际流量实验以及回转液压缸泄漏实验得到齿轮泵转速和系统保压压力之间的数学关系，建立系统保压数学模型，通过系统阶跃响应实验分析了该系统的动态性能。实验结果表明，该系统的输出能很好地跟随输入，满足系统保压性能要求。
为解决传统阀控或变量泵保压系统在工程应用中因温升高、结构复杂而带来的对油液污染敏感、保压精度差、效率低等问题，在分析永磁同步交流伺服电机调速性能和效率的基础上，结合齿轮泵结构简单、可靠性高的特点，提出了一种直驱泵控电液伺服泄漏补偿保压方法。系统保压时，根据流量连续性方程，使齿轮泵输出流量仅补偿回转液压缸泄漏量。该系统较传统保压系统结构简单、可靠性高且实现了节能。通过齿轮泵实际流量实验以及回转液压缸泄漏实验得到齿轮泵转速和系统保压压力之间的数学关系，建立系统保压数学模型，通过系统阶跃响应实验分析了该系统的动态性能。实验结果表明，该系统的输出能很好地跟随输入，满足系统保压性能要求。
2018, 37(9): 1421-1425.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20180041
摘要:
为从机床主轴径向跳动中分离出热误差分量，提出一种沿圆周均布四点测量、采取周期截断差分处理来分离主轴径跳热误差分量的新方法。在某立式加工中心主轴径向均匀布置4个电涡流位移传感器和多个温度传感器获取测试数据，通过等周期截断并差分处理分离出热误差分量，再运用离散傅里叶变换分离出圆度误差和回转误差分量，结果显示热误差、圆度误差、回转误差分别为4.04 μm、5.30 μm、5.40 μm。
为从机床主轴径向跳动中分离出热误差分量，提出一种沿圆周均布四点测量、采取周期截断差分处理来分离主轴径跳热误差分量的新方法。在某立式加工中心主轴径向均匀布置4个电涡流位移传感器和多个温度传感器获取测试数据，通过等周期截断并差分处理分离出热误差分量，再运用离散傅里叶变换分离出圆度误差和回转误差分量，结果显示热误差、圆度误差、回转误差分别为4.04 μm、5.30 μm、5.40 μm。
2018, 37(9): 1426-1430.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20180163
摘要:
加速度传感器技术的不断发展和成熟为可穿戴设备的智能交互提供了新的途径。以可穿戴设备中的加速度计所捕捉的数据为支撑，对人的运动模式进行识别进而推断行为意图以实现智能化人机交互的方式，目前已受到人们的广泛关注。针对上述问题，本文基于循环神经网络的技术框架，提出一种高效的腕臂动作识别方法。该方法以单门控机制有效利用时序相关信息，对腕部可穿戴设备的三轴加速度计信号进行深度挖掘。实验结果表明，本文所提出的方法相较传统的机器学习方法而言性能更为可靠，能以更为简洁的网络结构取得与当前主流的循环神经网络算法同样的识别精度。
加速度传感器技术的不断发展和成熟为可穿戴设备的智能交互提供了新的途径。以可穿戴设备中的加速度计所捕捉的数据为支撑，对人的运动模式进行识别进而推断行为意图以实现智能化人机交互的方式，目前已受到人们的广泛关注。针对上述问题，本文基于循环神经网络的技术框架，提出一种高效的腕臂动作识别方法。该方法以单门控机制有效利用时序相关信息，对腕部可穿戴设备的三轴加速度计信号进行深度挖掘。实验结果表明，本文所提出的方法相较传统的机器学习方法而言性能更为可靠，能以更为简洁的网络结构取得与当前主流的循环神经网络算法同样的识别精度。
2018, 37(9): 1431-1436.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20180023
摘要:
针对模拟电路故障信号的非线性和非平稳性，提出了用局域均值分解（Local mean decomposition，LMD）和近似熵算法对模拟电路进行特征提取的方法。利用LMD算法把电路故障信号分解为一系列乘积函数（Product functions，PF），再选取前3个PF分量，求它们的近似熵，作为故障的特征向量。电路发生不同故障时，其输出响应信号的复杂度不同，经LMD分解后的PF分量的复杂度就更不相同，而近似熵可以表征时间序列的复杂度，故用LMD加近似熵可以有效提取故障电路的信息。在对故障进行分类判别时，使用核Fisher判别分析，得出各故障的诊断精度。仿真结果显示，本文的特征提取方法在改善故障电路特征的同时提高了诊断准确度，平均分类精度为97.86%。
针对模拟电路故障信号的非线性和非平稳性，提出了用局域均值分解（Local mean decomposition，LMD）和近似熵算法对模拟电路进行特征提取的方法。利用LMD算法把电路故障信号分解为一系列乘积函数（Product functions，PF），再选取前3个PF分量，求它们的近似熵，作为故障的特征向量。电路发生不同故障时，其输出响应信号的复杂度不同，经LMD分解后的PF分量的复杂度就更不相同，而近似熵可以表征时间序列的复杂度，故用LMD加近似熵可以有效提取故障电路的信息。在对故障进行分类判别时，使用核Fisher判别分析，得出各故障的诊断精度。仿真结果显示，本文的特征提取方法在改善故障电路特征的同时提高了诊断准确度，平均分类精度为97.86%。
2018, 37(9): 1437-1443.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20180014
摘要:
设计并搭建TCLPR-1缸套-活塞环摩擦磨损试验机，进行两组工况相同的试验，实时采集试验过程中缸压、缸套温度、缸套-活塞环间油膜接触电阻、平均摩擦力、曲轴转速等信息，分析缸套-活塞环摩擦副的运动情况。结果表明：缸套-活塞环在本试验机的运行工况与实际相吻合，可通过本试验机对缸套-活塞环进行摩擦磨损试验研究。
设计并搭建TCLPR-1缸套-活塞环摩擦磨损试验机，进行两组工况相同的试验，实时采集试验过程中缸压、缸套温度、缸套-活塞环间油膜接触电阻、平均摩擦力、曲轴转速等信息，分析缸套-活塞环摩擦副的运动情况。结果表明：缸套-活塞环在本试验机的运行工况与实际相吻合，可通过本试验机对缸套-活塞环进行摩擦磨损试验研究。
2018, 37(9): 1444-1449.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20180016
摘要:
介绍了能降低船舶推进轴系纵向振动的推力轴承主动减振液压控制装置，建立了推力轴承纵向振动及主动减振液压控制装置液压系统数学模型，利用MATLAB软件，对推进轴系所受螺旋桨的激励力、纵向振动位移及加速度进行了仿真分析。结果表明：主动减振液压控制装置能有效解决推进轴系的动态刚度与支承刚度之间的矛盾；且具有推进轴系纵向位移范围小、加速度响应幅值低以及减振降噪效果明显等特点，可为船舶推进轴系的研制提供技术支撑。
介绍了能降低船舶推进轴系纵向振动的推力轴承主动减振液压控制装置，建立了推力轴承纵向振动及主动减振液压控制装置液压系统数学模型，利用MATLAB软件，对推进轴系所受螺旋桨的激励力、纵向振动位移及加速度进行了仿真分析。结果表明：主动减振液压控制装置能有效解决推进轴系的动态刚度与支承刚度之间的矛盾；且具有推进轴系纵向位移范围小、加速度响应幅值低以及减振降噪效果明显等特点，可为船舶推进轴系的研制提供技术支撑。
2018, 37(9): 1450-1458.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20180022
摘要:
本文运用超声疲劳试验技术研究了洁净42CrMo高强钢在高周和超高周循环加载下的疲劳性能，并考虑了不同表面质量和加载方式对其疲劳性能的影响。主要关注了表面质量和加载方式对其S-N曲线特征的影响，使用Miner准则预测变幅疲劳寿命的准确性，通过断口观察分析了不同表面质量和加载方式下的微观失效机理，并分析了变幅加载中低载荷的影响。综合考虑了表面质量和加载方式对洁净42CrMo高强钢疲劳性能的影响，能指导该材料的加工制造和明确该材料的使用场合。
本文运用超声疲劳试验技术研究了洁净42CrMo高强钢在高周和超高周循环加载下的疲劳性能，并考虑了不同表面质量和加载方式对其疲劳性能的影响。主要关注了表面质量和加载方式对其S-N曲线特征的影响，使用Miner准则预测变幅疲劳寿命的准确性，通过断口观察分析了不同表面质量和加载方式下的微观失效机理，并分析了变幅加载中低载荷的影响。综合考虑了表面质量和加载方式对洁净42CrMo高强钢疲劳性能的影响，能指导该材料的加工制造和明确该材料的使用场合。
2018, 37(9): 1459-1464.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20180074
摘要:
以海洋平台用Q690高强钢的热处理工艺开发为背景，在不改变材料成分的前提下，根据Q-P-T热处理新工艺，将普通高强钢的屈服强度和抗拉强度进行有效提升。利用软件对钢板的油淬和Q-P-T热处理工艺的温度场进行模拟，得到不同热处理工艺下温度随时间的变化规律，并通过模拟并比较不同热处理工艺下材料的组织成分和含量，确定最佳的热处理工艺。在热处理实验中用不同的热处理工艺处理原始材料，对比不同热处理工艺下材料的力学性能。实验验证得出，经Q-P-T工艺处理后的钢板的强塑积相对于其他工艺有较大的提升。研究结果表明Q-P-T钢组织由马氏体、残余奥氏体和弥散析出的碳化物组成，这些组织对提高钢的强塑积具有重要的意义。
以海洋平台用Q690高强钢的热处理工艺开发为背景，在不改变材料成分的前提下，根据Q-P-T热处理新工艺，将普通高强钢的屈服强度和抗拉强度进行有效提升。利用软件对钢板的油淬和Q-P-T热处理工艺的温度场进行模拟，得到不同热处理工艺下温度随时间的变化规律，并通过模拟并比较不同热处理工艺下材料的组织成分和含量，确定最佳的热处理工艺。在热处理实验中用不同的热处理工艺处理原始材料，对比不同热处理工艺下材料的力学性能。实验验证得出，经Q-P-T工艺处理后的钢板的强塑积相对于其他工艺有较大的提升。研究结果表明Q-P-T钢组织由马氏体、残余奥氏体和弥散析出的碳化物组成，这些组织对提高钢的强塑积具有重要的意义。
2018, 37(9): 1465-1471.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20180044
摘要:
为了更好地估计构件的疲劳寿命，一种较好的策略是将几个合适模型进行合并预测，但传统合并预测的权重值为确定值，随着对预测精度要求的提高，变权重模型合并预测方法逐渐受到重视。但在工程中仅估计出预测结果还不足以提供充分的决策信息，进一步得到置信区间显得很有必要。本文提出一种基于Bootstrap与变权重的多模型综合置信区间预测方法，运用Bootstrap对合并数据进行再抽样，依据再抽样样本，采用变权重合并方法得到各项模型的权重函数，将各预测模型合并起来，最后通过百分位数法预测得到预测置信区间。将该方法用于工程算例中进行了验证，说明本文方法的合理性和可行性。
为了更好地估计构件的疲劳寿命，一种较好的策略是将几个合适模型进行合并预测，但传统合并预测的权重值为确定值，随着对预测精度要求的提高，变权重模型合并预测方法逐渐受到重视。但在工程中仅估计出预测结果还不足以提供充分的决策信息，进一步得到置信区间显得很有必要。本文提出一种基于Bootstrap与变权重的多模型综合置信区间预测方法，运用Bootstrap对合并数据进行再抽样，依据再抽样样本，采用变权重合并方法得到各项模型的权重函数，将各预测模型合并起来，最后通过百分位数法预测得到预测置信区间。将该方法用于工程算例中进行了验证，说明本文方法的合理性和可行性。
2018, 37(9): 1472-1476.
doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20180130
摘要:
表面硬化处理是提高航空齿轮机械性能的重要手段，大量的航空齿轮破坏都与齿轮硬化层有关，确定齿轮硬化层的力学性能很关键。由于表面硬化使齿轮材料力学性能变的不均匀，利用传统力学试验难以测定其材料性能。本文利用维氏硬度试验和ABAQUS有限元分析相结合的方式，得出了齿轮材料硬化层的维氏硬度和其力学参数之间具有相关性，为获取齿轮硬化层力学性能不均匀区域的基本力学参数提供了一条新的途径，为更加充分发挥表面硬化处理零件的工作能力提供依据。
表面硬化处理是提高航空齿轮机械性能的重要手段，大量的航空齿轮破坏都与齿轮硬化层有关，确定齿轮硬化层的力学性能很关键。由于表面硬化使齿轮材料力学性能变的不均匀，利用传统力学试验难以测定其材料性能。本文利用维氏硬度试验和ABAQUS有限元分析相结合的方式，得出了齿轮材料硬化层的维氏硬度和其力学参数之间具有相关性，为获取齿轮硬化层力学性能不均匀区域的基本力学参数提供了一条新的途径，为更加充分发挥表面硬化处理零件的工作能力提供依据。
