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1. 我国中小企业数字化转型的模式与对策

王柏村, 朱凯凌, 薛塬, 白洁, 臧冀原, 谢海波, 杨华勇,

中国机械工程 2023, 34 (14): 1756-1763. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.14.013

摘要（683）

PDF （5220KB）（499）

推动中小企业数字化转型对我国制造业的全面提质增效具有重大意义。中小企业在数字化转型中存在成本过高、路径模糊、人才短缺等问题，且缺少数字化转型的分析框架与参考范式,因此构建了中小企业数字化转型的分析框架，明确了实现数字化转型关键因素，通过案例研究归纳提出了中小企业数字化转型的四类基本路径模式。基于上述研究，为我国中小企业的数字化转型提出针对性对策建议，以期推动中小企业数字化、智能化发展。

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2. 新型无耳托板螺母拉铆过程数值仿真与试验验证

王守财, 孙昂, 刘如刚

中国机械工程 2023, 34 (07): 875-881. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.07.014

摘要（522）

PDF （7273KB）（88）

一种新型304不锈钢无耳托板螺母的安装效率较高且能减少疲劳源，在航空领域应用广泛。基于Johnson-Cook模型建立了有限元模型，对该螺母拉铆成形过程载荷变化趋势、塑性流动、夹紧力与干涉量、夹层状态对铆接质量的影响分别进行分析，并开展了螺母的铆接安装试验。结果表明：有限元仿真模型与试验载荷曲线符合性较好，最大载荷误差为2.4%；螺母在受压应力远高于材料屈服应力时才发生结构失稳，迅速形成褶皱，塑性流动主要沿径向发展；拉铆过程可以给夹层提供一定量的夹紧力与干涉量，夹紧力在完成铆接后达到最大值，且在一定范围内夹层的斜度不影响夹紧力的大小，铆接过程最大干涉量为4.6%左右。

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3. 湿式双离合器拖曳力矩算法及其应用

刘波, 张新桂, 石兴磊, 余子林, 钟振远, 李佳

中国机械工程 2022, 33 (15): 1882-1889. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.15.015

摘要（487）

PDF （5896KB）（167）

以某湿式双离合器总成为研究对象，分析了湿式双离合车辆在空挡（N挡）、驻车（P挡）怠速、蠕行过程中，离合器的输出扭矩变化机理；通过搭建输出扭矩的数学模型，得出了离合器片间隙润滑油膜的当量半径、峰值力矩、临界转速的理论计算公式，阐明了三者相互影响的动态关系；结合实验数据，论证了该模型的准确性，运用该模型可减小输出端扭矩波动、拖曳力矩和临界转速。

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4. 多轴车辆线控液压转向系统设计及转角控制

刘俊, 石朝欢, 林贝清, 黄鹤

中国机械工程 2022, 33 (14): 1741-1750. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.14.013

摘要（465）

PDF （6050KB）（294）

为减小多轴转向车辆货厢部位的第三轴转向轮转向磨损，要求该车轮与驾驶室部位的前转向轮转角关系满足阿克曼转向原理。针对某型号8×2四轴重型车辆，设计出一种第三轴线控液压转向系统，并建立其动力学模型，设计了基于指数趋近律的滑模控制器对第三轴转向轮转角进行控制，选取典型工况对所设计的控制器进行了仿真分析，并进行实车试验验证。研究结果表明：基于指数趋近律的滑模控制比基于比例切换函数的滑模控制及开环控制响应更快速、趋近目标值时间及超调持续时间更短、稳态差值更小；与采用机械液压转向系统相比，安装基于该控制器的线控液压转向系统不仅能显著提高第三轴轮胎的转向抗磨损性能，同时也改善了整车的转向性能。

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5. 航空发动机套齿连接结构刚度特性仿真分析及试验研究

李伦绪, 陈果, 杨默晗

中国机械工程 2022, 33 (18): 2249-2257. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.18.012

摘要（460）

PDF （8900KB）（153）

以航空发动机低压转子套齿连接结构为研究对象，分析了套齿连接结构弯曲刚度非线性特征及其产生机理，建立了考虑齿面接触的套齿连接结构实体有限元模型，进行了套齿连接结构静刚度试验，通过仿真和试验研究了套齿连接结构刚度非线性变化规律，讨论了配合间隙、拧紧力矩和扭矩对弯曲刚度的影响规律。研究结果表明，由于定位面的接触状态和受力情况不同，套齿连接结构的弯曲刚度变化主要分为两个阶段，具有分段非线性特征;套齿连接结构弯曲刚度对定位面的配合间隙较为敏感，减小定位面配合间隙可以有效提高结构的弯曲刚度；拧紧力矩对弯曲刚度的影响较小；在小载荷状态下，扭矩对弯曲刚度的影响十分明显。

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6. 异形PDC齿切削破岩提速机理研究

刘伟吉, 阳飞龙, 祝效华, 罗云旭, 何灵

中国机械工程 2022, 33 (17): 2133-2141. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.17.015

摘要（454）

PDF （9975KB）（101）

在室内切削实验基础上基于有限元二次开发建立了异形齿切削及全钻头破碎非均质花岗岩的三维数值仿真模型，研究了12种形状聚晶金刚石复合片（PDC）齿切削非均质岩石过程中的切向力、法向力、岩屑、破岩比功，并研究了齿形对全尺寸钻头破岩效率的影响。研究结果表明：锥形齿的切向力最小，破岩比功最高，对应的锥形齿钻头的进尺也最小；三平面齿的法向力和切向力均为最大；破岩比功最低的齿为双曲面齿；进尺最大的全钻头齿形为更易吃入岩石的鞍形齿、双曲面齿以及斧形齿。

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7. 基于多传感器信息融合的车辆高精度定位技术

师小波, 赵丁选, 孔志飞, 倪涛, 赵小龙, 郭庆贺

中国机械工程 2022, 33 (19): 2381-2387. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.19.013

摘要（450）

PDF （3204KB）（256）

为解决多轴应急救援车辆在复杂环境行驶时的定位误差问题，设计了一种基于多信息融合的组合定位系统，该定位系统主要由前端里程计和后端优化模型组成。首先完成三轴车运动学建模，推导出基于惯性测量单元的运动学预测方程和基于全球定位系统的运动学观测方程，通过Kalman滤波器进行状态更新，完成前端里程计的构建；然后设计了基于迭代最近点匹配算法的外参标定工具，并构建了特征点云匹配模型，完成后端模型优化；最后进行了仿真与实验，研究结果表明，该系统定位误差为±3.45 cm，角度误差为±0.10°，准确性、稳定性均得到了很大的提高。

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8. 应急救援车辆主动悬挂系统能耗与发动机的功率匹配控制

朱建旭, , 赵丁选, 巩明德, 陈浩, 杨梦轲,

中国机械工程 2022, 33 (11): 1361-1368. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.11.013

摘要（438）

PDF （3944KB）（141）

针对主动悬挂系统能耗与发动机运行参数不匹配而导致的液压主动悬挂系统压力和流量频繁波动、发动机载荷过高导致熄火等问题，提出了主动悬挂系统能耗与发动机功率匹配的控制方案。分析了保证主动悬挂系统与发动机匹配运行的条件,为使主动悬挂系统运行的最大功率小于发动机当前状态下的剩余功率，提出了根据驱动主动悬挂系统的平均流量对变量泵排量控制信号进行动态补偿的控制策略，应用模糊PID控制方法设计了功率匹配控制器。试验结果表明：相较于原主动悬挂系统，应用所提出控制方案的主动悬挂系统所消耗的平均功率降低了42%，发动机扭矩百分比平均值下降了39.6%，主动悬挂系统能耗和发动机载荷明显减小。

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9. 汽车副车架安装螺栓碰撞断裂的数值模拟研究

李伟, 郑颢, 刘彦梅, 范松

中国机械工程 2022, 33 (19): 2388-2393. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.19.014

摘要（414）

PDF （5933KB）（159）

针对10.9级M14高强螺栓碰撞断裂，设计了三种不同受力状态的螺栓强度试验，采用有限元逆向参数方法获得不同应力三轴度下的断裂极限应变，建立了螺栓材料的CrachFEM剪切断裂模型。基于副车架总成试验的数值模拟研究了变直径螺栓的抗剪切强度，为考虑碰撞要求的设计提供了可靠的模拟方法，同时也表明CrachFEM模型能够很好地预测高强螺栓的断裂失效行为。

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10. 面向高温超导钉扎磁悬浮列车悬浮特性研究

张明亮, 李明远, 刘鹏飞, 闫杨阳, 刘丽茹, 杨新梦

中国机械工程 2022, 33 (22): 2764-2771. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.22.015

摘要（401）

PDF （5461KB）（241）

面向高温超导钉扎磁悬浮列车的磁轨关系，测试了不同场冷高度下双峰永磁轨道和高温超导块组合的悬浮力特性，得到了悬浮力随距离的增加先增大后减小且具有明显磁滞特性的规律。为了优化高温超导块组合和永磁轨道的参数，基于冻结镜像模型提出了等效处理高温超导块组合的方法,为了获得捕获磁场，建立了两者配对的仿真分析模型。基于捕获磁场和低相对磁导率计算高温超导块组合所受引力与斥力，由此仿真得到不同场冷高度下悬浮力与悬浮间隙的关系。结果表明,不同场冷高度下的仿真结果和实验结果在场冷高度小距离范围内具有较好的符合性，验证了等效处理方法的正确性，为高温超导钉扎磁悬浮列车的悬浮力计算提供了一种简单有效的方法。

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11. 航天器密封舱结构的安定分析与优化

王新, 陈耕, 刘峰, 余晨帆, 张乐乐,

中国机械工程 2022, 33 (20): 2502-2508. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.20.014

摘要（393）

PDF （4186KB）（159）

壁板式密封舱结构是返回式航天器的主要金属部件，其载荷复杂、可靠性要求高、结构优化目标不易实现。由于以弹性极限为核心的传统设计方法难以在保证强度的前提下有效实现结构减重，提出了一种基于安定理论的密封舱结构设计与优化方法。使用Abaqus参数化建模方法对不同参数组合下的模型进行了批量化安定分析,在得到各种设计构型的安定载荷因子后进行了详尽的敏感度分析，综合考虑了各构型的质量强度关系并给出了效率较高的设计方案。研究结果表明，将安定分析用于密封舱结构，可以在保持质量不变的前提下，通过优化结构尺寸有效提高承载能力。

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12. 城市道路下混合动力汽车双层能量管理策略

唐香蕉, 高祖成, 曾令全, 赵奕凡

中国机械工程 2022, 33 (16): 2008-2015. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.16.015

摘要（382）

PDF （6233KB）（128）

研究了联网场景下面向连续多路口的混合动力车辆节能速度规划问题，探讨了使用双层伪谱法优化城市交通中混合动力车辆能量管理策略的可行性。根据交通信号灯的时序信息，以保证车辆中途不停车顺利通过各路口为目标，使用伪普法规划最佳的车速轨迹。根据规划的车速，以车辆能耗最低为目标，实现发动机和动力电池间功率输出的经济性分配。仿真结果表明，与人工驾驶相比，所提方法可将燃油消耗量减少6.9%，实车试验结果进一步验证了所提策略的有效性。

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13. 变工况下车辆燃油箱多孔挡板抑浪机理研究

孙船斌, 沈民民, 童宝宏, 黄虎, 张坤

中国机械工程 2022, 33 (11): 1377-1385. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.11.015

摘要（376）

PDF （10171KB）（62）

车辆的变加速度工况会导致燃油剧烈晃动，发生供给中断甚至损坏燃油箱结构等现象。采用基于动网格耦合VOF的数值模拟方法和构建的水平激励试验平台，从数值与试验两个方面来分析燃油晃动过程。以某重载商用车辆燃油箱内多孔挡板为例，系统分析该挡板抑制燃油晃动的效果，探讨了多孔挡板抑浪的机理。研究结果表明：多孔挡板能够显著减小壁面压力、自由液面高度及液面轮廓起伏；燃油箱运动瞬间，挡板壁面出现瞬态局部高压，但对挡板结构的疲劳损坏程度较低；多孔挡板的孔隙将未被挡板实体部分阻碍的小部分流体分割成多股射流，急剧减缓行进波传递；多孔挡板附近流场产生涡旋，涡旋聚集和耗散能量，降低流体运动速度，达到抑制燃油剧烈晃动的目的。

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14. 钢轨砂带打磨与砂轮打磨综合性能对比实验研究

吴志伟, 樊文刚, 王谦, 刘弋, 马腾飞,

中国机械工程 2022, 33 (17): 2125-2132. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.17.014

摘要（375）

PDF （11386KB）（69）

基于自主研发的锂电驱动钢轨砂带打磨机和砂轮打磨机，以60N型钢轨廓形作为实验对象，全面对比了新型钢轨砂带打磨技术和传统砂轮打磨技术的性能。结果表明：当打磨压力在45～75 N范围内时，砂带打磨的材料去除率约为砂轮打磨的15～30倍，而当压力增大到90 N时，砂带打磨的材料去除率高达砂轮打磨的102倍；砂带打磨的振动加速度、噪声和能耗均小于砂轮打磨；砂带打磨切屑为带状，而砂轮打磨则表现为高温熔融状，同时当打磨压力增大到105 N时，砂轮打磨后钢轨表面会出现发蓝现象，而砂带打磨不会；此外，砂带打磨的横向表面粗糙度大于砂轮打磨，最高可达8 μm，但满足中国铁路钢轨养护要求的最大值10 μm。综上，钢轨砂带打磨技术在材料去除率、振动、噪声、能耗和温度等方面显著优于传统砂轮打磨技术，预期将成为工程实际中解决钢轨严重病害问题的有效方法之一。

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15. 考虑动态折旧成本的动车组部件预防性维修决策模型

李晶, 王红, 何勇, 熊律, 齐彦昆

中国机械工程 2023, 34 (04): 498-503. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.04.015

摘要（362）

PDF （1229KB）（89）

为研究部件自身价值变化对其维修决策的影响，以动车组四级修时需更换的部件为研究对象，结合我国动车组现行的多级非完美维修方式，建立了一种考虑动态折旧成本的动车组部件两级非完美预防性维修优化模型，该模型以动车组部件的等效役龄计算其相应的折旧成本。进一步研究了部件折旧成本与故障率变化相关联的维修决策方法。研究结果表明，与不考虑部件折旧成本的维修模型相比，该模型兼顾了部件的生产运行和维修活动对维修决策的影响，能够更好地平衡预防性维修成本和故障维修成本，使模型更具维修经济性。

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16. 软制动能量再生助力及其散热管理系统

周鑫, 雷贤卿, 李阁强

中国机械工程 2023, 34 (06): 746-755. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.06.014

摘要（355）

PDF （12027KB）（109）

为提高矿用宽体车动力性能和液压系统温度管理水平，优化了液压系统设计。优化后的液压系统安装在某矿用宽体车上，与常规设计手段下为提高整车动力性能搭载更大流量发动机的同型号车型在矿区完成了满载驳运对比试验。同时利用AMESim和AVL Cruise对液压系统建立了物理模型，在经典工况下仿真了该系统各模块的动态特性以及整车的动力性能。仿真和试验结果均表明：该系统在重载下坡运输过程中可实现软制动，能量再生模块可提高整车动力性指标，与选用大流量发动机的同型号整车相近，但综合油耗降低约17%；能量再生模块能有效吸收轮边冲击以及液压系统模块切换瞬间压力冲击；液压系统中的热管理模块可实现矿用宽体车在-5~45 ℃的环境温度下作业，使系统热平衡温度保持在70±5 ℃，在极寒作业过程中使用箱体辅助加热作业提高了驳运效率，同时使液压系统能量利用率提高了19%。

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17. 汽车尾气温差发电系统车载兼容性多目标优化研究

全睿, 李涛, 乐有生, 常雨芳, 谭保华

中国机械工程 2022, 33 (16): 2000-2007，2015. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.16.014

摘要（355）

PDF （4589KB）（100）

汽车尾气温差发电系统在接入发动机的排气管时会改变其气流，为了尽可能降低对发动机原有性能的影响，提高汽车尾气温差发电系统的发电性能，针对汽车尾气温差发电用六边形热交换器，以表面平均温度最高和压力损失最小为目标进行其车载兼容性优化。基于CFD软件搭建了热交换器的有限元仿真模型，研究热交换器的入口气体流速对其表面温度和压力损失的影响，以及入口气体温度对其表面温度的影响，以翅片长度、角度、宽度及翅片间的间距为设计变量，针对试验数据建立高斯过程回归代理模型，并采用灰狼算法在多目标优化函数空间中寻求最优解。结果表明，与经典的NSGA-Ⅱ算法相比，利用多目标灰狼算法进行优化时所得Pareto解集更为集中，设定的评价指标值也更高；与优化前的几种结构相比，优化后的热交换器表面平均温度有所降低，但压力损失下降显著；与空腔结构热交换器相比，其表面平均温度和压力损失均有提升，压力损失增加幅值在可接受范围内，证明优化后的热交换器能有效兼顾汽车尾气温差发电系统的功率及其车载兼容性。

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18. 在轨替换单元杆锥式三维碰撞动力学行为

游斌弟, 曹芊, 于香杰, 刘朝旭, 刘育强, 刘小猛, 赵阳

中国机械工程 2022, 33 (18): 2258-2267. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.18.013

摘要（342）

PDF （8297KB）（90）

为研究在轨替换单元与目标航天器定位导向过程中的接触碰撞动力学行为，以配备有杆锥式定位导向结构的目标航天器与在轨替换单元（ORU）为研究对象，考虑定位导向机构的结构特点与实际定位过程的位姿状况，建立了航天器与ORU定位导向过程的三维碰撞动力学模型（NE-CR-LN三维接触动力学模型）,并推导了三维空间中锥杆间碰撞检测方程。该模型应用矢量分析方法，考虑锥杆导向系统的自身特点将其划分出四种不同的接触工况。通过将模型数值结果同LS-DYNA仿真结果及文献模型进行对比分析，验证了NE-CR-LN动力学模型的正确性。针对ORU的定位要求，进行典型定位导向工况下的接触碰撞仿真及试验分析，导向仿真过程和动态分析结果表明，NE-CR-LN三维接触动力学模型可以在一定条件下模拟实际接触碰撞过程。

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19. 伞形风力机尾流特性及输出特性研究

刘东, 包道日娜, 刘旭江, 刘嘉文, 吴胜胜, 王鹏, 唐迪

中国机械工程 2022, 33 (14): 1751-1759. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.14.014

摘要（336）

PDF （7410KB）（56）

为适应分布式风力发电机的恶劣应用环境，同时满足功率调控以及风机自我保护的需求，提出了一种新型伞形风力机。为研究伞形风力机风轮收缩角对尾流特性和输出特性的影响，分别进行了数值模拟和风洞试验。研究结果表明：伞形风力机风轮收缩角增大后，扫掠面积减小，尾流直径减小，尾流轴向影响范围增大，速度恢复减缓，同时会导致叶尖涡强度减小，中心涡强度先增大后减小，但是中心涡强度一直大于叶尖涡强度，所以叶根后的速度亏损要一直大于叶尖后的速度亏损。此外，风洞试验也验证了风轮收缩角对功率控制的有效性。

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20. 受电弓下沉对其气动和声学行为的影响

秦登, 戴志远, 周宁, 李田

中国机械工程 2022, 33 (20): 2509-2519. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.20.015

摘要（335）

PDF （12593KB）（32）

为研究受电弓下沉对其气动行为和声学行为的影响，建立了考虑安装平台的高速受电弓计算模型，基于计算流体力学和声学类比理论，对受电弓的气动和声学行为展开数值模拟。受电弓下沉高度分别设为100、200、300、400和500 mm，通过风洞试验验证了数值计算方法的合理性。仿真结果表明：随着受电弓安装平台下沉高度的增大，绝缘子和底架迎风面正压减小，受电弓气动阻力减小；安装平台气动阻力先增大后减小，通过优化腔体过渡倾角可显著减小安装平台所产生的气动阻力；当安装平台下沉高度为300 mm、腔体倾角为30°时，受电弓开口、闭口运行时其气动阻力分别减小2.0%、1.8%，整车阻力分别减小1.4%和1.1%；受电弓气动噪声具有明显的主频特性，主要频率约为330 Hz，能量主要集中在400~2500 Hz范围内；安装平台下沉后，绝缘子和底架周围流体流速减小，绝缘子和底座的表面声功率显著降低；安装平台下沉300 mm时，受电弓远场气动噪声最大声压级减小2.02 dBA，平均声压级减小1.31 dBA；受电弓下沉可改善其气动和声学性能。

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21. 融合一维卷积神经网络和双向门控循环单元的APM车辆轮胎径向载荷识别方法

曾俊玮, 季元进, 任利惠, 葛方顺, 孙泽良, 黄章行

中国机械工程 2023, 34 (03): 359-368. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.03.013

摘要（331）

PDF （9598KB）（108）

针对轮胎载荷直接测量昂贵复杂及传统载荷识别方法精度低、鲁棒性差的现实，提出了一种融合一维卷积神经网络（1D CNN）和双向门控循环单元（BiGRU）的胶轮车辆轮胎径向载荷识别方法。充分考虑轮胎径向载荷数据的先验信息，以车辆振动响应、车体位姿、运行状态等多源信息构建特征集并经特征选择保留有效的特征子集，构造多时间步输入单时间步输出的样本用以网络训练。运用1D CNN提取信号的多维度空间特征并输入BiGRU中双向捕获时序特征，得到载荷预测的结果，结合预测精度、泛化性能、鲁棒性能修正理论模型。以APM300型车辆为例进行载荷识别，与传统算法相比，所提方法有效降低了载荷识别的误差，适用于不同运行工况，且能克服不同程度的测量噪声，在工程领域有现实应用价值。

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22. 一种滚动密封爬壁机器人失效分析

刘志辉, 蔡伟, 付兴伟, 袁兵兵, 王洪光, 宋屹峰,

中国机械工程 2022, 33 (22): 2755-2763,2771. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.22.014

摘要（328）

PDF （7370KB）（96）

密封结构是保证爬壁机器人运行的核心部件，滚动密封作为一种新型密封方式，具有耐磨性好、负载大、壁面适应性强的特点，在爬壁机器人领域研究日益广泛。基于滚动密封机理，提出了典型工况下的滚动密封失效判据。通过密封机理分析确定了滚动密封结构的失效形式，对水平平动、竖直平动及转向三种典型工况下的具体失效形式进行分析，并采用动力学方法得到了关键设计参数与密封泄漏间的关系，由此提出滚动密封的失效判据。最后基于所提失效判据完成样机改进与实验，实验结果表明，改进设计提高了吸附稳定性，验证了密封失效判据的有效性与准确性。

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23. 地铁车辆轮缘润滑装置吊架断裂机理和试验研究

张明, 智鹏鹏, 霍文彪, 李志永

中国机械工程 2022, 33 (11): 1369-1376. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.11.014

摘要（326）

PDF （14029KB）（57）

针对地铁车辆服役过程中出现的轮缘润滑装置吊架断裂问题，采用材料和动应力试验与有限元仿真相结合的方法开展断裂机理研究，提出了一种新型结构设计方案。通过对吊架断口微/宏观的全面分析与表征，从材料角度确定疲劳断裂的机理成因；结合动应力试验和累计损伤理论，计算吊架断口关键位置的疲劳损伤值，从线路试验角度确定吊架断裂的结构成因；建立吊架的有限元模型，基于EN13749标准对其进行静强度和疲劳强度仿真，从理论角度判别结构设计的合理性，并与材料和线路试验分析结果进行对比分析；最后，提出吊架结构的改进方案，并进行仿真和动应力测试验证。结果表明：吊架断裂成因为低应力高周疲劳，疲劳源位于加强筋角焊缝内部，且加强筋角焊缝的累计损伤值和材料利用率均大于1；吊架断裂的主要原因为，结构不合理导致加强筋角焊缝承受较为频繁的交变载荷且焊缝存在未熔合缺陷；通过改变吊架结构和材质，提高了焊接质量，达到了轮缘润滑装置在线运行的标准要求。

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24. 基于蛟龙号载人潜水器的深海非接触磁力驱动式沉积物贯入强度测量装置设计

任玉刚, 刘延俊, 丁忠军

中国机械工程 2023, 34 (06): 739-745. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.06.013

摘要（321）

PDF （8062KB）（89）

沉积物贯入强度探测是一种重要的深海沉积物强度原位测试技术。针对7000米级深海极端环境特点及精细化原位测量科学需求，开展了一种基于蛟龙号载人潜水器的深海非接触强磁式沉积物贯入强度原位测量装置研究，突破了原有贯入强度测量技术在7000米级深海结构复杂，无法实现原位、精细化测量的问题，提出了一种基于载人潜水器的永磁体力平衡传导非接触原理解决深海耐压与应变片形变传导的技术方法，并完成了样机研制及深海海上试验，取得了良好的测试效果。整套系统采用自容式工作方式进行数据的采集及存储，可与计算机连接实现数据原位读取，作业水深7000 m，贯入深度最大250 mm，测量量程 0～100 kPa，精度可达5%～10% FS。2021年3月在帕里希维拉海盆，搭载蛟龙号载人潜水器在181、185潜次中完成了5200 m及6650 m海试应用，成功获得土工力学数据。

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25. 矩形管辊弯成形角部充满度分析及试验验证

邢梦龙, 杜凤山, 付玉涛

中国机械工程 2023, 34 (07): 866-874. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.07.013

摘要（321）

PDF （11323KB）（65）

为了提高矩形管辊弯成形角部的成形精度，根据体积不变定律和金属秒流量相等原则对矩形管角部欠充满原因进行分析；结合工厂实际生产参数建立辊弯成形有限元模型，分析圆管管径和壁厚对成形过程中增厚系数、角部充满度的影响；根据角部欠充满区域中性层弧长线性对应关系进行圆管管径修正，确定系数修正关系式；对角部成形过程进行损伤判定，筛选出合适的圆管管径，将其仿真结果与试验进行对比。结果表明：辊弯成形过程中壁厚的增大使得角部处于欠充满状态；壁厚越小，成形过程中的增厚系数越小，所需圆管管径越小；圆管管径越大，角部充满度越好，同时管径的增大会增加辊弯出口处角部内侧损伤的可能性；仿真与试验结果的误差较小，验证了仿真模型的准确性。

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26. 考虑二元Copula统计量的晶圆制造叠加误差监测

郝澜宇, 周笛, 李艳婷, 潘尔顺

中国机械工程 2023, 34 (03): 369-377. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.03.014

摘要（319）

PDF （6712KB）（123）

目前，大多数晶圆制造研究集中在基于离散数据的缺陷模式识别上，而芯片的光刻制造是连续叠加过程，因此基于连续数据的晶片重叠误差监测具有挑战性和必要性。在数据监测过程中充分考虑数据的可解释性，同时结合晶圆数据特性及其物理意义加入新的惩罚项，改进LTS-SPCA降维模型，提出了灵活度较高的稳健稀疏主成分分析技术；然后基于Copula的置换对称、反射对称两种性质，考虑晶圆的几何特征，建立了最佳多元耦合统计量，用于监测晶圆制造的叠加过程异常。所提方法监测异常数据的准确率可达91.75%，具有较高的工程应用价值。

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27. 电液主动悬架灵敏度分析与自适应跟踪控制

陈浩, 巩明德, 赵丁选, 张伟, 张悦, 郝春友,

中国机械工程 2023, 34 (04): 481-489. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.04.013

摘要（315）

PDF （6321KB）（187）

应急救援车辆载重量大、行驶路面复杂，电液主动悬架输出力的响应和控制精度对衰减振动至关重要。建立了电液主动悬架单元数学模型，给出了系统的轨迹灵敏度方程，并得到力阶跃响应对应各主要参数的灵敏度，为悬架性能优化提供理论依据；针对电液主动悬架负载质量大的特点，结合灵敏度分析结果，设计模型参考自适应控制器。最后，通过实验对自适应控制效果进行验证，结果表明所提出的控制方法可有效提高电液主动悬架单元的跟踪性能和对输出力的控制精度，助力整车主动悬架系统实现各种先进控制算法。

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28. 气液两相条件下迷宫密封泄漏分析与试验研究

曹恒超, 徐乙人, 孙楠楠, 陆健, 朱桂香, 李永健

中国机械工程 2023, 34 (05): 623-629. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.05.013

摘要（308）

PDF （5931KB）（138）

为解决大型船用柴油机曲轴箱轴端漏油问题，通过仿真和试验对气液两相条件下迷宫密封的泄漏行为开展研究。基于FLUENT软件进行迷宫密封流场仿真，利用离散相模型开展油滴逃逸行为分析，揭示迷宫密封在气液两相环境中的密封机理和泄漏规律。在试验器上模拟了曲轴箱密封的实际结构和工况条件，测量了不同转速条件下的漏油速率，研究了密封装置中的不同结构特征的功能作用，最终提出了两种改进措施并验证了措施的有效性。研究结果表明：交错迷宫结构与直通型迷宫结构相比可以更显著地减少空气泄漏，增加交错迷宫结构可大幅减少空气对液相介质的向外输运，此外，合理利用迷宫结构进行回油亦能显著减少滑油泄漏。

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29. 基于灰狼算法的矿用自卸车油气悬架半主动控制

孙东, 汪若尘, 丁仁凯, 陈轶杰

中国机械工程 2023, 34 (04): 490-497. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.04.014

摘要（289）

PDF （7564KB）（62）

为解决矿用自卸车乘坐舒适性与道路友好性相矛盾的问题，提出了一种可控阻尼阀式半主动油气悬架系统。搭建了包含摩擦力的油气弹簧AMESim物理模型，建立了可控阻尼阀的多项式力学模型；设计了一种以可控阻尼阀驱动电压为半主动控制对象的改进天棚控制策略，并基于灰狼优化算法对改进天棚策略关键控制参数进行优化。联合仿真结果表明：D级随机路面下，半主动油气悬架的车身加速度相比被动悬架减小了11.4%，而轮胎动载荷仅增加了1.1%，相比传统天棚控制策略，更好地兼顾了矿用自卸车的乘坐舒适性和道路友好性。硬件在环试验结果也验证了该控制策略的有效性和可行性。

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30. 连退机组焊接质量影响模型及其影响因素的研究

张文军, 张燕东, 林威, 翟乾俊, 白振华,

中国机械工程 2022, 33 (15): 1876-1881. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.15.014

摘要（272）

PDF （2553KB）（120）

针对连退机组焊机焊接带钢过程中焊接参数无法完成优化配置、技术人员无法定量分析焊接质量的问题，考虑连退机组焊机的设备与工艺特点，在分析焊接质量综合影响模型的基础上，选择典型规格带钢，对碾压轮压力、焊机压力、焊接电流、搭接量、焊接速度等影响焊接质量的因素进行了定量分析。通过调整上述因素，使焊接质量综合目标函数值控制在一定范围内，进而获得焊接参数的浮动范围，并根据最优焊接工艺参数进行现场验证，满足了工厂带钢焊接质量需求。同时，将该连退机组焊接质量综合影响模型应用于国内某连退机组焊机实践生产，开发了相应软件，提高了机组的带钢生产效率与成品带钢的焊接质量预报精度。

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31. 轮毂电机驱动越野车原地转向控制

付翔, 刘泽轩, 刘道远, 李东园,

中国机械工程 2023, 34 (10): 1251-1259. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.10.015

摘要（268）

PDF （6293KB）（329）

针对基于阿克曼转向的越野车最小转弯半径大、转向机动性不足的问题，利用轮毂电机驱动车辆转矩独立可控的优势，开发了路面自适应的原地转向控制策略。构建整车七自由度原地转向动力学模型，阐释原地转向过程中纵横向耦合运动轮胎力的演变规律，建立原地转向阻力矩和横摆力矩随车轮滑转率、路面附着系数变化的量化模型。以转向动力响应性为优化目标设计了不同附着条件下的横摆角速度期望轨迹，并以各轮滑转率安全阈值作为稳定性约束以减小转向中心偏移量，执行层基于模型预测算法进行横摆角速度的跟踪控制，同时引入自适应滑模控制器反馈调节车轮滑转率以确保纵横向运动的稳定性。仿真测试与实车试验表明，开发的原地转向控制策略在高、中、低附路面下均实现了期望原地转向轨迹的精确跟踪，并将转向中心偏移量限制在500 mm以内，提高了越野车原地转向灵活性和横向稳定性，实现了“既快又稳”的原地转向。

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32. 基于改进卡尔曼滤波的叉车载重快速准确估计方法

黄泽雄, 刘兰, 黄运保, 李海艳, 黄东华

中国机械工程 2023, 34 (05): 610-622. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.05.012

摘要（267）

PDF （7557KB）（86）

针对工作环境恶劣、操作工况复杂的伸缩臂叉车载重实时快速准确估计需求，对伸缩臂叉车的载重估计数学模型及其求解算法进行了研究。首先，利用叉车现有功能模块中已装配的各类传感器，提出并分析了三种载重估计方案，在综合比较各方案的优缺点之后，确定并建立了基于动力学原理的载重估计数学模型；然后，将载重作为估计系统的状态变量，将液压系统压力、臂架变幅角度和伸缩臂伸缩长度等实时信号作为测量值，将基于转动定律建立的载重计算公式作为状态变量与测量值之间的观测方程，运用卡尔曼滤波算法对该数学模型进行求解；同时，为解决卡尔曼滤波算法在递推过程中状态变量发生改变从而导致大量新测量数据对状态变量失去校正能力的问题，提出了一种基于改进卡尔曼滤波的载重估计算法；最后，对某企业超长载重伸缩臂叉车进行了不同载重的离线试验和在线试验。研究结果表明：对于454 kg的轻载荷，该算法的估计结果的最大绝对误差小于91 kg，而对于1100 kg、2268 kg、3368 kg和4536 kg的重载荷，其平均绝对百分比误差小于3%；趋于稳定估计值的响应时间可在1 s之内，完全优于实际应用需求。该方法模型简单、可移植强，可推广应用到起重机、抓料机等其他工程机械载重动态估计。

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33. RV减速机摆线齿轮接触应力数值分析方法与试验

黄襄茂

中国机械工程 2023, 34 (24): 3015-3023. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.24.013

摘要（260）

PDF （8857KB）（146）

计及摆线齿轮齿面弹性变形及侧隙计算了在特定载荷下摆线齿轮齿面的有效接触区域及其周向载荷分布，利用力平衡方程和变形协调方程建立了摆线齿轮齿宽方向的接触应力数学模型并给出计算步骤和流程图。该数学模型为非线性方程组，通过求解该非线性方程组完成了摆线齿轮齿宽方向的接触应力分布和接触宽度的计算。利用接触应力数学模型及计算步骤仿真分析了摆线齿轮理想状态和安装误差的接触齿宽及接触应力分布, 结合试验和仿真结果验证所提方法的正确性和可行性。

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34. 一种新型商用车驾驶室多轴道路虚拟试验研究

周松, 陈宇, 董红亮, 高翔, 申娟, 周佳, 万鑫铭

中国机械工程 2023, 34 (10): 1241-1250. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.10.014

摘要（240）

PDF （10957KB）（187）

为了提高商用车驾驶室多轴道路模拟试验台的控制精度，精确复现路谱采集信号，提出了一种基于运动学与动力学分析的驾驶室多轴道路虚拟试验台控制策略。依据机构学原理描述了试验台的结构，并进行了运动学分析和计算，利用位姿反解算法及含雅可比矩阵正解算法进行了闭环反馈的自由度解耦。实测驾驶室相关参数并与ADAMS软件相结合建立了驾驶室、部分车架及试验台的刚柔耦合多体动力学模型，创建Femfat-lab、MATLAB/Simulink和ADAMS软件接口进行自适应联合仿真计算，实现了试验台的自由度解耦控制。将多轴虚拟试验台与实车试验内部响应信号相结合，选择信噪比较高的信号为目标信号进行迭代分析，获取实车位置等效位移激励。选取典型的比利时路面载荷谱作为模型输入条件，从而重现与道路试验相结合的真实路谱。研究结果表明，与室内道路模拟试验台架及常规虚拟迭代结果相比，驾驶室采用多轴虚拟试验台的迭代次数明显减少，得到的时域、频域响应信号与目标信号的变化趋势相吻合，且各通道相对误差均方根值（RMS）均小于设定值，迭代精度高，从而验证了所提方法的可行性，为后续驾驶室疲劳寿命预测提供了可靠的载荷谱。

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35. 智能轮胎开发平台专用轮辋总成设计与试验

陶亮, 张大山, 张小龙, 潘登, 占庆良

中国机械工程 2023, 34 (09): 1111-1119. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.09.012

摘要（240）

PDF （10926KB）（61）

针对专用轮辋总成进行了设计与试验研究，包括专用轮辋、弹性体和专用滑环三个主要部件。首先明确智能轮胎开发平台的功能及其对专用轮辋总成的设计要求，从气密性、动平衡、安全性等方面进行结构设计；然后用ABAQUS软件构建专用轮辋总成有限元模型，以某乘用车转向紧急制动工况前轮轮荷的2倍进行加载，专用轮辋强度和刚度校核满足要求。最后，采用7075航空铝合金锭材料对专用轮辋进行整体加工与气密性、动平衡和信号传输等验证试验。专用轮辋总成胎压为0.24 MPa时静置5天，胎压下降约0.8%，密封性良好；将专用轮辋总成安装在Flat Trac台架上进行不同车速的测试，同步采集滑环定子端运动图像和胎内传感器输出信号；利用图像亚像素匹配方法处理得到滑环定子端挠动量约0.5712 mm（车速50 km/h），满足轮辋动平衡和滑环使用条件；不同测试速度下胎内多个传感器信号通过专用轮辋总成实现稳定输出，信号能够有效表征轮胎接地特征。设计的专用轮辋总成满足智能轮胎开发平台的构建要求，为轮胎接地机理等研究提供了有效手段。

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36. 基于半赫兹接触的车轮磨耗预测分析

牛江, 池茂儒, 李大柱, 罗贇

中国机械工程 2023, 34 (07): 859-865，874. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.07.012

摘要（238）

PDF （4760KB）（133）

为了对比赫兹与半赫兹接触算法在轮轨磨耗仿真过程中的差异，建立CR400BF动车组动力学模型，分别基于赫兹接触与半赫兹接触算法（STRIPES）进行长距离仿真，用Archard磨耗模型计算磨耗量，以实测250 000km踏面磨耗量为参照分别比较两种算法的计算结果。结果表明：不同钢轨廓形对应磨耗量及磨耗分布差异明显；不同磨耗里程下半赫兹接触的接触斑形状差异明显，接触斑面积逐渐增大且最大接触应力逐渐减小；磨耗前期，两种接触算法得到的磨耗量及磨耗分布差异不大，且与实测结果较为接近，但磨耗中后期，两种算法得到的磨耗量较实测结果都偏大且半赫兹接触较赫兹接触更加符合实测结果，原因在于随着磨耗里程增大，轮轨接触不再满足赫兹接触假设。

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37. 基于神经网络与自调节卡尔曼滤波的超宽带定位算法研究

古玉锋, 杜雨洁, 王育阳, 李昆鹏, 黎程山

中国机械工程 2023, 34 (12): 1504-1511. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.12.013

摘要（235）

PDF （4899KB）（132）

提出了一种基于神经网络与自调节卡尔曼滤波的超宽带（UWB）定位算法，以改善目前某三线自动驾驶轨道交通系统车辆定位精度不够高的现状。使用UWB标签和基站采集大量标签与各个基站的距离信息及对应标签的实际位置训练神经网络。在实时定位阶段，标签与各个基站的距离信息经网络发送至集中控制中心的服务器，通过优化后的神经网络得出实时的UWB定位标签的位置，对实时得到的标签位置使用自调节卡尔曼滤波以进一步提高精度。根据实车运行情况设计了一组包含斜道、直道和弯道的UWB标签移动轨迹进行仿真，并搭建UWB定位系统，设计标签的行驶轨迹，对神经网络与自调节卡尔曼滤波结合的UWB定位算法进行实验验证。结果表明：神经网络与自调节卡尔曼滤波结合的定位算法最大定位误差为223.58 mm，平均定位误差为43.16 mm，定位误差均方根值为42.06 mm。提出的神经网络与自调节卡尔曼滤波结合的定位算法相较于三点定位算法、卡尔曼滤波算法和神经网络算法，具有精度高、实时性好及稳定性高的优点，能够满足目前该三线轨道交通的定位要求。

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38. 基于2D激光位移传感器的舱段自动对接测量方法

孙露萍, 张文昌, 王志华, 王振文, 任志墨, 张倩,

中国机械工程 2023, 34 (09): 1120-1125,1133. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.09.013

摘要（224）

PDF （3394KB）（112）

针对舱段对接装配需求，结合舱段对接工艺过程,提出一种基于2D激光位移传感器的舱段自动对接测量方法。首先将待对接舱段调整至相距基准舱段约50 mm待装位，采用2D激光位移传感器检测两舱段对接处三个点位的2D轮廓偏差，计算得到待对接舱段除自转角外的5个自由度位姿；然后根据两舱段法兰端面上的豁口特征，通过扫描两个舱段法兰豁口位置，计算得到待对接舱段自转角；最后将结果反馈至控制系统，驱动执行机构进行位姿的调整。通过引入误差的仿真并结合对接实验对所提方法进行了验证，结果表明，所提方法测量精度高，对接效果良好，能够满足舱段自动对接需求，有效提高了自动对接系统的效率、稳定性和一致性。

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39. 变构型飞行器柔性蒙皮形状光纤重构方法

王元锋, 祝连庆, 何彦霖, 周康鹏,

中国机械工程 2023, 34 (15): 1873-1880. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.15.012

摘要（208）

PDF （5104KB）（193）

变构型飞行器在飞行过程的大尺度变形监测是航空航天领域的研究难点和热点，现有方法难以实现飞行器飞行过程中的高精度三维变形监测。针对这一问题，提出一种基于光纤传感的变构型飞行器柔性蒙皮形状光纤重构方法，以实现飞行器飞行过程中的变形监测。基于光纤光栅应变传感原理，推导了光纤应变和曲率之间的关系，建立了光纤传感局部坐标系和全局坐标系之间的转换矩阵，实现了光纤测点坐标到全局坐标系的转换，根据空间曲线拟合方法研究了基于曲线拟合的三维变形重构算法。同时，为了减小光纤传感器的测量误差，对光纤传感器进行标定测试，获得了传感器的应变灵敏度。为了验证所提方法的有效性，对柔性蒙皮样件在不同曲率下的三维变形重构进行了实验测试。实验结果表明，柔性蒙皮样件在0～15.38 m-1曲率的变形范围内，形状重构方法的平均误差为3.5%，最小误差不足2.1%。所提方法在航空航天等领域具有较好的应用前景。

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40. 汽车自动驾驶过程中不同姿态乘员在追尾碰撞中的损伤研究

武和全, 边楚虹, 胡林, 龚创业

中国机械工程 2023, 34 (13): 1628-1637. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2023.13.012

摘要（205）

PDF （12130KB）（107）

为探究自动驾驶情形下不同姿态乘员在追尾碰撞中的损伤风险，利用THUMS人体模型研究了不同姿态下乘员的生物力学响应。通过对比尸体试验的运动学响应对THUMS乘员约束系统模型的有效性进行了验证，在此基础上调整THUMS姿态，使其分别为E-NCAP规范下的标准乘员姿态和120°、150°、180°姿态。然后搭建对应的4种不同座椅角度追尾碰撞模型，对其施加E-NCAP下的追尾碰撞加速度波形（中速4.88g和高速6.44g）。通过8组仿真试验对比发现，在追尾碰撞中，标准姿态与120°姿态下的乘员损伤风险较小；颈部棘突间韧带应变值随乘员倾斜角度增大而减小；150°与180°姿态下乘员存在颈部前纵向韧带拉伤的风险；安全带在4种乘员姿态下均可起到约束作用，乘员下肢会以骨盆为中心发生偏转，肋骨未发生骨折，内脏器官均未见损伤。

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