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2008年 第19卷 第5期    刊出日期：2008-03-10
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机械科学
索原长求解算法在索驱动并联机构运动学研究中的应用
汤奥斐;仇原鹰;赵泽;宋磊
2008, 19(5):  0-605. 
摘要 ( )   PDF (5067KB) ( )  
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介绍了大射电望远镜(LT)索支撑馈源系统附加被动控制索系的设计方案，建立了该构型的运动学正逆解模型。基于Jayaraman等推导的悬链线索元有限元理论，通过迭代法求解出倾斜索索端张力已知情况下的索原长；运用索原长求解技术求取LT舱索系统的运动学正逆解模型；分别运用正逆解模型对LT500m馈源舱的运动进行仿真分析，验证了正逆解算法的快速收敛性和稳定性。研究结果为大跨度柔索并联机器人(WDPR)运动的实时控制奠定了理论基础。
弹性铰平面闭环六杆机构刚度特性研究
赵延治;赵铁石;师丽菊
2008, 19(5):  0-629. 
摘要 ( )   PDF (4370KB) ( )  
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为研究弹性铰平面闭环六杆机构的刚度特性，运用影响系数法求解了闭环机构的Jocabian矩阵和Hessian矩阵，借助虚功原理同时考虑主动、被动铰链弹性变形，建立了机构约束方程，推导出机构的刚度矩阵。结合刚度矩阵的瑞利商定义了刚度判定指标K，绘制出刚度性能空间图，进一步研究了操作端方向的刚度特性。
热力机械耦合能域的功率键合图建模方法
宋立军'胡政;杨拥民
2008, 19(5):  0-605. 
摘要 ( )   PDF (4340KB) ( )  
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针对热力系统与机械系统耦合的典型动力装置，研究提出了统一建模的功率键合图方法。在热力学系统中，从机械功、热传递、质量迁移引起能量迁移三种能量作用出发，分析了热力C-场的三个功率通口，建立了热力键合图模型；相应地，分析并建立了后续的机械平动与机械转动的键合图模型。通过分析全工作过程的功率键合图模型，导出了系统状态方程。结合某柴油机的结构参数对该模型进行了动力学仿真，仿真结果证明了所提出方法的有效性。
大型矿用正铲液压挖掘机挖掘阻力试验研究
陈进;李维波;张石强;钟春健
2008, 19(5):  0-629. 
摘要 ( )   PDF (3739KB) ( )  
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为了研究大型矿用正铲液压挖掘机的挖掘阻力，对某70t级的大型矿用正铲液压挖掘机实际正常挖掘作业时动臂、斗杆及铲斗相对于上一级构件的角位移和各个工作液压缸压力进行了现场同步测试。采用MATLAB软件对实测数据进行了处理和曲线拟合，以减小测试过程中的随机因素对计算结果的影响。根据该类型挖掘机的机构特点，以挖掘机工作装置相对角度和液压缸推力为自变量，以切向和法向挖掘阻力为未知数，建立了挖掘阻力的数学模型。根据实测数据，编程计算得出了该挖掘机在实际挖掘过程中破碎介质对斗齿尖产生的切向挖掘阻力、法向挖掘阻力和总挖掘阻力；研究了实际挖掘过程中挖掘阻力的变化情况，论证了法向挖掘阻力与切向挖掘阻力的比值λ的变化规律及相关因素的影响，为正铲液压挖掘机挖掘阻力理论的研究提供了参考。
单螺杆泵设计及特性试验研究
沙毅;白小榜;李金磊;马新华;王晓英
2008, 19(5):  0-605. 
摘要 ( )   PDF (5516KB) ( )  
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对单螺杆泵特性及相似理论的应用进行了探讨。通过分析水力几何系数κ1、κ2及比转速ns对泵性能曲线影响的对比试验，阐述泵性能变化规律。推导出泵螺杆直径D、导程T和偏心距e的计算公式。在归纳分析优秀水力模型基础上，运用数值分析方法拟合出系数κ1、κ2及泵容积效率ηV计算公式，从而推出一套完整的单螺杆泵设计方法。通过设计实例验证了该设计方法具有较高的准确性和实用性，并提出了提高螺杆泵性能的措施。
基于MAGA一次包络TI蜗杆传动参数优化
段路茜;孙月海;王树人;张策
2008, 19(5):  0-629. 
摘要 ( )   PDF (3070KB) ( )  
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以螺旋角、法向模数及蜗轮齿宽为优化变量，采用改进的自适应遗传算法(MAGA)对一次包络TI蜗杆传动进行多目标优化设计。为提高TI蜗杆承载能力、获得良好的蜗杆传动啮合性能，以接触线方向和相对速度方向的夹角、诱导法曲率为优化目标。优化结果表明：采用MAGA进行一次包络TI蜗杆传动参数优化是行之有效的。和传统优化方法相比，MAGA所得优化结果更加合理。
微细电火花加工系统及其工艺技术
张勇;赵航;张广玉;王振龙;赵万生;
2008, 19(5):  0-589. 
摘要 ( )   PDF (7255KB) ( )  
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开发了一套微细电火花加工系统，该系统不仅能加工微细轴、微细孔，还能实现微三维结构的微细电火花加工。研究了针对该系统的微细电火花加工工艺技术，研究了放电电压、放电电容等工艺参数,主轴转速,以及工作液介质对微细电火花加工效率、相对电极损耗率的影响规律。采用旋转削边电极技术大大提高了进行大深径比微细孔加工时的加工效率。进行了大量的加工实验，加工出了最小直径为6μm的微细轴以及最小直径为10μm的微细孔；通过对电极损耗的在线补偿策略研究，实现了微三维结构的加工，加工出了外径为4mm、具有24个叶片的微型涡轮盘及具有微三维结构的微细梁，充分证实了该系统的广泛适用性。
叶片零件在线检测测点规划问题研究
李斌;孙忠林;彭芳瑜;李海洲
2008, 19(5):  0-629. 
摘要 ( )   PDF (3435KB) ( )  
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针对叶片零件数控加工工艺中的在线检测提出了两种测点规划方法。为了满足毛坯与CAD模型的合理匹配，以适当数量的测点能较好地反映叶片的几何形状及其位置信息为目标，提出叶片零件毛坯在线检测测点的自适应分布方法，并用试验的方法获得测点数目的参考值；为了满足工件加工的质量要求，根据叶片质量检测标准及用户的要求（测点按角度和截面分布），用参数曲面网格细分搜索方法进行了叶片工件检测的测点规划。
考虑相关失效的管道类系统可靠性建模
郝广波;谢里阳;何秀芸;李莉;
2008, 19(5):  0-589. 
摘要 ( )   PDF (4413KB) ( )  
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以管道、钢缆等典型的连续系统可靠性建模为
背景，通过将管道类连续系统离散成若干单元(作为一个串联系统对待)，应用最小次序统计量推导出了连续系统强度的概率密度函数，分析了基于最小次序统计量思想的串联系统相关失效可靠性建模。讨论了连续系统材料强度的两种影响因素，即材料自身的不均匀性和材料质量的不稳定性，建立了管道类连续系统可靠性模型（该模型能反映单元间的失效相关性），并通过Monte Carlo方法模拟验证了所建立模型的正确性。最后，探讨了管道类连续系统的单元划分原则，并对大管道系统的失效概率进行了估算，为管道、钢缆等连续系统的可靠性设计与可靠性计算提供依据。
基于脉冲耦合神经网络的刀具磨损检测
李鹏阳;郝重阳;祝双武;王毅
2008, 19(5):  0-629. 
摘要 ( )   PDF (3983KB) ( )  
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将仿生学中的脉冲耦合神经网络（PCNN）
引入刀具磨损检测中，利用刀具磨损区域灰度强度明显高于刀体和背景区域灰度强度的特点，通过空间邻近和灰度相似集群像素获得分割的二值图像，从而达到对刀具磨损区域进行检测的目的。对车削加工中刀具不同磨损阶段的磨损图像进行分割试验，证明了该算法可以有效地判断刀具的磨损状态。
添加纳米氧化镧的脉冲电铸试验研究
雷卫宁;朱荻
2008, 19(5):  0-589. 
摘要 ( )   PDF (6743KB) ( )  
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采用超窄脉宽脉冲电流、扫描电子显微镜和X射线衍射仪等现代分析手段和工具，以纳米稀土La2O3为电铸液添加剂，研究了脉冲电参数对电铸层微观结构及力学性能的影响。试验结果表明：由于纳米稀土La2O3的独特吸附作用，脉冲条件下获得的电铸层晶粒细小，组织均匀，其力学性能明显优于普通直流电铸层的力学性能；在ton为100μs、toff为500μs、电流密度为3A/dm2时，铸层显微硬度和耐磨性比普通电铸层有显著提高。
信息技术
大尺寸静压轴承温度场数值模拟
张艳芹;邵俊鹏;倪世钱
2008, 19(5):  0-629. 
摘要 ( )   PDF (3229KB) ( )  
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为了能够数值模拟出较详细和较准确的大尺寸静压轴承内部流体的温升分布，以重型装备中所广泛应用的大尺寸静压轴承为研究对象，建立了模拟静压轴承本体及轴承内部三维流动的数学模型及边界条件;利用计算流体动力学(CFD）原理，采用有限体积法并选取FLUENT中的分离式求解器进行求解，得出了轴承周期端面较准确的不对称温度分布，并分析了部分重要参数对温度分布的影响。研究结果对大尺寸静压轴承结构设计及工作台运行的可靠性有指导意义。
机械科学
采用激振法的曲轴疲劳试验
于正林;曹国华;姜涛
2008, 19(5):  0-589. 
摘要 ( )   PDF (2970KB) ( )  
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研究了采用激振法的汽车发动机曲轴弯曲应力疲劳强度试验，介绍了激振法的工作原理及采用该方法进行疲劳试验的试验装置设计。该方法以工控机为控制核心，采用变频调速技术，利用电机转速变化改变激振频率并调节试验载荷，用高精度的位移传感器采集数据，具有试验数据自动记录、疲劳裂纹早期判断和报警停机功能。该方法可适用于多种轴颈尺寸的曲轴试验。
信息技术
虚拟仪器远程测控系统的一种新模型
姚金宝;汤宝平;赵洁
2008, 19(5):  0-629. 
摘要 ( )   PDF (4588KB) ( )  
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为了在零网络编程的情况下实现虚拟仪器的远程测控，通过对虚拟仪器技术和网络技术的研究，提出了一种采用B/S结构并基于Applet与Servlet的虚拟仪器远程测控系统模型。运用UML“4＋1”视图模型进行了系统用例视图、逻辑视图、进程视图以及部署视图的设计，并在设计中详细讨论了系统的网络交互和数据传递。虚拟仪器远程测控系统具有零网络编程和零虚拟仪器软件修改的特点。应用实例表明该系统模型可以实现实时远程测控。
机械科学
基于故障风险的状态维修检测间隔期的确定
张耀辉;郭金茂;徐宗昌;田松柏
2008, 19(5):  0-589. 
摘要 ( )   PDF (3388KB) ( )  
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针对机械产品故障率随工作时间增加而增大的实际情况，提出了故障风险的概念。基于等故障风险，建立了新产品状态维修变间隔期检测模型，采用役龄回退因子描述维修后故障率降低的程度，建立了维修后产品状态维修检测间隔期模型，并进行了算例分析。所提出的方法可用于具有安全性故障后果或任务性故障后果的机械产品状态维修检测间隔期的确定。
信息技术
基于通用生产结构的物料和过程清单集成模型研究
薛冬娟;刘晓冰;白朝阳;吕强
2008, 19(5):  0-629. 
摘要 ( )   PDF (4511KB) ( )  
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针对通常MRPⅡ/ERP系统中由于产品结构数据和生产过程数据没有完全集成而造成物料需求、能力需求和计划调度等相关的生产活动被分隔考虑的情况，提出了基于生产计划的PPGBOMP模型，将静态的产品结构数据和动态的生产过程数据统一在此模型中，并引入通用生产结构(GPS)来表征零部件齐套过程跟踪中物料清单和过程清单之间的物料逻辑关系。GPS为不同层次的产品结构、多样性参数及不同取值的产品变型提供了一个通用的表示方法。通过采用参数取值约束的形式来定义分解规则和计划规则，对所有的多样性参数都利用产品所分解的最低层物料编码来进行赋值，从而大大简化了多样性表示中不同变量间的协调问题，并利用多样性参数及其取值的集合实现了产品变量与其操作变量之间的一致性。
面向人机仿真的肌肉力预测模型
吴剑锋;孙守迁;徐孟;石元伍
2008, 19(5):  0-589. 
摘要 ( )   PDF (3986KB) ( )  
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针对现有人体肌肉力预测模型在计算机辅助人机工程仿真应用中存在的精度低和个性化差等不足，从肌肉模型和优化算法等方面进行了改进研究。以解剖学知识为依据，基于Hill肌肉三元素模型建立了肌肉仿真几何模型；以最小限度总肌力为原则，用最优化方法建立了人体肌肉力静性收缩与动性收缩的预测模型。最后，以人体上肢为例，通过实验验证了模型的有效性。
科学基金
实验分析两端支承管道的参数共振
金基铎;梁峰;杨晓东;张宇飞
2008, 19(5):  0-629. 
摘要 ( )   PDF (3066KB) ( )  
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用实验方法研究了一端固定、一端铰支输流管道在脉动内流作用下的参数共振问题。对实验管道在几种不同的平均流速下做了多次重复实验,
获得了第一振型1/2次谐波参数共振相关实验数据。实验结果表明:当平均流速达到一定值时，一端固定、一端铰支管道在一定的脉动流振幅和脉动频率下会产生第一振型1/2次谐波参数共振；脉动流振幅越大，发生参数共振的频率范围也越大，当脉动流振幅小于一定值时，不再发生参数共振；平均流速越大，发生参数共振所需要的脉动流频率就越小，即低频脉动时平均流速越大管道越容易失稳。实验结果与理论分析结果是一致的。对可能引起定量误差的原因进行了较详细的分析。

铸铁基金刚石微粉砂轮电火花整形机理分析
任成祖;高大晓;靳新民
2008, 19(5):  0-589. 
摘要 ( )   PDF (5087KB) ( )  
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分析了整形过程中间隙放电状态对整形的影响，并根据整形过程中圆度的变化规律，提出了提高整形效率和精度的方法。在分析不同放电介质放电特征的基础上，对不同整形阶段的放电介质进行了选择。针状电极试验证明了砂轮与电极之间的放电区域为一段圆弧，砂轮表面上某一点的最大放电时间为砂轮转过这段圆弧的时间（T），在此试验基础上分析了不同脉冲周期对整形的影响，并通过试验证明了脉冲周期大于T时，对降低圆度有不利影响。电压、电流和脉宽主要影响材料的去除率，但大的材料去除率并不意味着高的整形效率。分析了转速对整形过程的影响，在一定范围内增大砂轮转速有利于整形效率和整形精度的提高。
材料工程
Ti-Al合金高温自润滑材料抗摩擦磨损模型
杨丽颖;;王砚军;刘佐民
2008, 19(5):  0-629. 
摘要 ( )   PDF (4975KB) ( )  
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采用真空热压成形工艺，通过添加不同体积分数的复合润滑剂，制备出了48Ti-48Al-2Nb-2Cr自润滑材料。建立了其高温抗摩擦磨损模型,考察了其磨损率影响因素,并通过高温磨损试验分析了其减摩机理。结果表明:添加固体润滑剂对自润滑材料的磨损率有很大影响,其中，当添加的复合润滑剂(38%CaF2-62%BaF2)的体积分数为10%时自润滑材料的磨损率最低；自润滑材料在摩擦磨损过程中,能够在磨损表面形成一层较完整的固体润滑膜,膜的存在使得自润滑材料具有很好的减摩能力。模型的建立及成膜机理的分析为Ti-Al系合金高温环境下的使用提供了理论依据。
科学基金
微磨料空气射流加工特性研究
樊晶明;王成勇;王军;罗国胜
2008, 19(5):  0-589. 
摘要 ( )   PDF (5695KB) ( )  
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通过微磨料空气射流加工普通平板玻璃的试验研究，分析了加工时间、空气压力、磨料流量、喷射距离、喷射角度、磨料种类、喷嘴结构和尺寸等加工工艺参数与微磨料空气射流加工的材料冲蚀率及玻璃表面冲蚀加工凹坑尺寸（凹坑直径和凹坑深度）之间的关系，得出了这些工艺参数对微磨料空气射流加工效果的影响规律。结果表明:喷射距离对材料冲蚀率和冲蚀凹坑的尺寸影响最大，存在一个可以获得最大冲蚀率和加工深度的最佳喷射距离；喷嘴的形状、尺寸和喷射角度的不同直接改变加工凹坑的轮廓，是影响微磨料空气射流加工轮廓结构形状的关键因素。

基于多重相关特征质量损失函数的公差优化设计
彭和平;;蒋向前;;徐振高;刘晓军
2008, 19(5):  0-629. 
摘要 ( )   PDF (3861KB) ( )  
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在重点推导了具有多重相关特征产品的质量损失与尺寸公差的函数关系的基础上，提出了多重相关特征产品的公差优化设计方法，建立了基于制造成本-质量损失的公差优化设计的综合模型，建立该模型的目的是寻求制造成本和质量损失之间的平衡，实现旨在提高产品质量和降低成本的公差优化设计。应用实例验证了所提出方法的有效性。
一种基于人工免疫的模糊核聚类算法
蒋全胜;贾民平;胡建中;许飞云
2008, 19(5):  0-589. 
摘要 ( )   PDF (3128KB) ( )  
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针对模糊聚类及核聚类算法存在的初值敏感及易陷入局部极值点的问题，提出了一种基于人工免疫的模糊核聚类新算法。新算法将基于核的模糊聚类方法与人工免疫进化算法相结合，借鉴生物免疫系统中免疫细胞克隆和记忆、亲合力成熟等机理，采用克隆选择机制对抗体进行逐代克隆、高频变异及抑制操作。相对于模糊聚类及核聚类算法，新算法能快速地获得全局最优解。仿真数据、IRIS数据和空气压缩机运行数据测试结果证明了新算法的可行性和有效性。
基于焦点能量均衡的激光内雕刻路径优化
付星斗;王平江;唐小琦;陈吉红;;
2008, 19(5):  0-629. 
摘要 ( )   PDF (4859KB) ( )  
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激光内雕刻系统中，三维点的雕刻次序关系到雕刻的质量和效率。在考虑雕刻光路和激光能量分布影响的基础上，借鉴图像处理的思想及投影操作，提出了一种量化若干层内雕刻点光路遮挡程度的方法，并将遮挡程度的量化结果作为扩大点集合的判断依据，由此可采用柔性的方法调节雕刻质量与效率的平衡。
材料工程
等离子堆敷铜-钢异种金属焊接接头性能及结合机理研究
李国栋;栗卓新;李宏林;张莉
2008, 19(5):  0-589. 
摘要 ( )   PDF (8973KB) ( )  
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利用光学显微镜观察铜－钢异种金属堆敷接头的显微结构及显微组织构成。对异种金属接头进行剪切强度测试,采用扫描电镜对脉冲等离子弧铜-钢异种金属堆敷接头结合机理进行研究。光学微观金相研究表明:铜-钢异种金属堆敷接头界面平整光洁，接头界面清晰可见，无气孔、裂纹等缺陷，实现了无熔深焊接；距堆敷接头界面28μm外的铜侧没有铁的偏析和渗透现象，故不存在堆敷接头的脆化现象。力学性能试验表明，堆敷接头界面剪切强度大于纯铜的剪切强度。扫描电镜测试表明，铁向铜中的扩散较铜向铁中的扩散明显，室温时在堆敷接头界面扩散过渡区内，形成了铜、铁的过饱和
α＋ε固溶体，从而实现了冶金结合。
基于疲劳性能的热损伤巴氏磁参数表征
王泓;乙晓伟;刘雪峰;张越;
2008, 19(5):  0-629. 
摘要 ( )   PDF (3196KB) ( )  
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通过对不同程度激光烧伤的4340M钢试样进行巴克豪森磁信号测试和旋转弯曲疲劳试验，获得了基于疲劳寿命缩减的热损伤程度磁参数评判指标。研究结果表明，烧伤区巴氏磁参量的变化量与疲劳寿命的缩减相对应，且这种变化量与低应力区寿命缩减的对应关系更为显著。同时，巴氏磁参量的变化量与疲劳强度缩减系数线性相关，表明巴氏磁参量的变化量不但能可靠表征热损伤的程度，而且能方便地预测热损伤后的疲劳强度。
复合材料层合板冲击损伤影响因素分析
崔海坡;温卫东
2008, 19(5):  0-589. 
摘要 ( )   PDF (5838KB) ( )  
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应用三维逐渐累积损伤理论和有限元分析技术对复合材料层合板的低能冲击过程进行了详细分析，研究了不同材料的冲头、不同复合材料体系和不同铺层方式对复合材料层合板冲击损伤的影响规律。研究结果可为更有效地进行复合材料抗冲击结构设计提供一定的指导。
车辆工程
基于前向建模的ISG型CVT混合动力系统再生制动仿真研究
秦大同;邓涛;杨阳;林志煌
2008, 19(5):  0-629. 
摘要 ( )   PDF (6577KB) ( )  
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基于对CVT混合动力汽车制动力分配的分析，综合考虑发动机反拖制动、CVT速比及夹紧力控制、电池快速充电特性与电机高效发电特性对再生制动性能的影响，制订了相应的再生制动控制策略。根据前向建模思想，利用数值建模与理论建模的方法，建立了CVT混合动力汽车再生制动系统综合模型，进行了EUDC等四种典型循环工况下的再生制动性能仿真，在保证安全制动的条件下，实现了较高比率的制动能量回收，仿真结果证明了所提出的再生制动控制策略和系统模型的正确性与适用性。
液压挖掘机电容蓄能式并联混合动力系统结构及控制策略研究
肖清;王庆丰;张彦廷
2008, 19(5):  0-589. 
摘要 ( )   PDF (4432KB) ( )  
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分析了以电容器为蓄能装置的液压挖掘机并联混合动力系统的结构，在此基础上，针对液压挖掘机的工况，提出了以发动机工作点和电容器荷电状态（state of charge，SOC）值为优化变量的控制策略，并建立了试验系统对该控制策略进行试验研究。研究结果表明，采用该控制策略后，改善了发动机工作点的分布区域，抑制了电容器SOC的变化幅度，且基本不影响系统的响应性能。
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