中国机械工程

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2011, 22(24): 0.

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基于虚拟力的冗余度机器人自主避障研究

丑武胜, 王朔

2011, 22(24): 2899-2902.

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针对具有末端位姿约束的冗余度机器人,提出了一种实现障碍回避的新方法。该方法将虚拟力和多体动力学引入冗余度机器人的自主避障中,机器人在避障力、任务路径吸引力等综合作用下实时地回避障碍物。避障算法对机器人的工作区域进行划分,并实现末端关节避障力的精确计算。该方法使障碍回避过程不再依赖于运动学优化,提高了系统的实时性。

基于多视图的快速扩散制造任务关联网络构建方法研究

郭宇, 安波, 廖文和

2011, 22(24): 2903-2908.

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研究了面向复杂武器装备快速扩散制造中的子任务间关联关系构建方法,提出了扩散制造任务关联网络模型的构建方法,定义了基于结构域、功能域、工艺域和管理域的扩散制造任务多视图模型,给出了基于多视图的扩散制造任务关联关系分析原理,实现了对不同粒度的扩散制造子任务间关联关系的定性、定量的分析,最后,通过实例验证了该方法的有效性。

变摩擦负载下双电机同步控制系统设计与实验

许宏, 李乐宝, 张怡, 王凌

2011, 22(24): 2908-2914.

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针对双电机同步控制系统实际运行中存在摩擦负载作用的问题,建立了双电机同步控制系统的数学模型和Stribeck摩擦模型。在分析同步控制的各种控制方式和控制算法优缺点的基础上,利用模糊PID控制的优点,提出在偏差耦合控制方式下采用模糊PID控制算法对偏差进行调节的双电机同步控制方案,并与采用常规PID算法的控制方案进行比较。仿真和实验结果表明,采用模糊PID控制算法的偏差耦合同步控制系统具有较好的抗干扰性和同步控制精度,优于常规PID控制系统的性能。

不规则曲面半精加工刀具轨迹优化算法

郭光立

2011, 22(24): 2914-2917.

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在采用高速铣削机床对材料进行粗加工和半精加工时,针对三坐标数控加工,提出了一种用于自由曲面恒定进给的刀具轨迹优化算法,该算法可用于不同曲率条件下的自由曲面加工。通过对轨迹进行优化,将刀具的中心位置偏置一个角度,从而得到符合实际要求的设计曲面。最后设计了不同的加工路线进行切削试验对比,结果表明,优化算法在实际加工中稳定可靠,完全满足加工精度要求。

基于Wilson-θ法的柔性转子系统的动力学分析

黑棣, 郑美茹

2011, 22(24): 2918-2922,2965.

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根据转子动力学理论建立了对称柔性转子-轴承系统的力学模型及非线性动力学方程;运用Wilson-θ法,并结合预估-校正机理和Newton-Raphson法,提出了一种有效的求解动力学系统不平衡响应的方法。以柔性转子转轴的刚度为控制参数,运用该方法求解了转子系统的不平衡周期响应,并结合Floquet分岔理论和Poincaré映射,分析了系统周期运动的稳定性及其分岔行为。数值结果揭示了系统具有周期运动、三周期运动、准周期运动、五周期运动、跳跃等复杂丰富的非线性动力学现象。

基于改进的模糊层次分析法的电主轴可靠性分配

朱德馨, 刘宏昭

2011, 22(24): 2923-2927.

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根据数控机床用高速电主轴系统的可靠性分配指标具有多层次、多因素且定量与定性指标并存的特点,采用改进的模糊层次分析法,以150MD36Q11磨削电主轴为例,从影响可靠性分配的众多不确定因素出发,建立可靠性分配的层次分析结构,定量分析计算出组成电主轴系统的主轴、轴承、电机等各组件的权重,根据权重完成对电主轴系统可靠性的合理分配。所得结果与电主轴实际运行情况基本吻合,证明该方法具有较好的实用性,较传统层次分析法更科学、合理且更简单易行,能够为电主轴的设计提供一定的依据。

基于扩展Kalman滤波器算法的移动机器人同步定位与建图

楼晓春

2011, 22(24): 2927-2930.

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针对移动机器人的同步定位与建图（SLAM）问题,提出了一种基于改进的扩展Kalman滤波算法的同步定位与建图方法。通过建立基于直线特征提取的机器人观测模型,推导了SLAM建图的预测和更新算式,设计了基于特征点数目的SLAM预测与更新率算子,实现了移动机器人的同步定位与建图。实验结果表明该方法有效、可行。

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邮资机摩擦分离机构的仿真分析与优化

蒋建东, 陶国兴, 赵颖娣, 张立彬, 胥芳

2011, 22(24): 2931-2936.

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根据现有邮资机信封分离机构的不足,提出一种新型的摩擦分离机构,并建立了该机构摩擦分离条件及压辊的间隙调节计算公式。采用LS-DYNA建立了机构的动力学仿真模型,对分离过程中信封的速度、加速度以及信封所受的正压力、摩擦力进行有限元仿真分析,研究了调整压辊角度进行信封厚度分级的问题,

以及不同托辊高度和传送速度对信封分离的影响,并对摩擦分离机构相关参数进行了优化。结果表明,采用调整压辊角度进行信封厚度分级并结合托辊高度调整和传送带速度匹配的方法,能大大提高信函的分离效果及效率。

基于改进Hilbert-Huang变换的转子碰摩故障诊断

王翔, 王仲生

2011, 22(24): 2937-2940.

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针对信号总体平均经验模式分解中的两个参数——所加白噪声标准差和总体平均次数难以设置的问题,通过仿真信号实验分析,给出了这两个参数设置的一般方法。以转子碰摩故障信号为对象,提出了改进的Hilbert-Huang变换（HHT）算法并将其用于提取转子碰摩故障特征。仿真和实验结果表明,改进的HHT算法能较好地提取出转子碰摩故障特征,与传统HHT算法相比,改进的HHT算法效果更好。

基于模糊综合评判和BP神经网络的通用机械产品售后质量损失评估及预警方法

李进才, 尹超, 刘飞

2011, 22(24): 2941-2946,2976.

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针对通用机械产品售后质量损失影响因素多、质量损失评估及预警困难等问题,提出了一种基于模糊综合评判和BP神经网络的通用机械产品售后质量损失评估及预警方法。建立了通用机械产品售后质量损失的评价指标体系,并对售后质量损失的综合模糊评价、三层BP神经网络质量损失预警等关键技术进行了研究。最后,将该方法应用于重庆某通用机械制造企业售后质量损失的评估预警管理,取得了良好应用效果。

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三维焊缝形貌信息的变基准测量数据处理方法

杨建中, 王宝山, 黄科, 彭芳瑜

2011, 22(24): 2947-2953.

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为了实现大型航空航天薄壁结构件的精密激光焊接,在研制开发“5+2”轴激光焊接测量系统的基础上,提出了一种变基准测量数据处理方法,通过齐次坐标变换,将表达在局部测量基准下的三维焊缝形貌信息转换到统一的机床基准下,建立了三维焊缝的几何模型,并对机床几何误差进行了分析与补偿。以某型号航空航天结构模拟件为例,通过在线测量、数据处理、几何建模以及编程加工进行验证,结果表明该方法能够满足实际加工的要求。

新型垂直旋转式切纸装置设计研究

刘子建, 谢宗敏, 吕程

2011, 22(24): 2953-2957.

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提出了垂直旋转式水松纸切割原理,设计了以切纸刀和切纸轮为核心结构的垂直旋转式切纸装置,研究了切纸刀刀刃曲线、切纸轮切割槽以及装置的切纸性能,通过虚拟样机仿真和试验验证了设计方案的正确性和合理性,为高速切纸机构的设计提供了新方法。该装置应用于卷烟生产中,可优质、高速地完成水松纸的切割,延长切纸刀的使用寿命,具有较高的实用价值。

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步进电机速度饱和非线性特性分析

徐红伟1, 2, 胥芳１, 张任1

2011, 22(24): 2958-2961.

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用描述函数法分析了步进电机跟踪控制的速度饱和非线性特性,研究表明：随着步进电机旋转激励磁场的幅值或频率的增大,电机输出将逐渐出现部分失真;当激励磁场的幅值与频率的乘积大于某个特定值时,输出表现为完全失真;失真程度越大,步进电机输出非线性越强,频率特性越差。步进电机数字伺服阀速度饱和非线性的仿真验证了分析的有效性。

四辊轧机的六自由度垂直振动模型研究

马维金1, 李凤兰2, 王俊元1, 熊诗波2

2011, 22(24): 2962-2965.

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提出一种四辊轧机工作机座垂直振动的六自由度集中质量模型,利用MATLAB软件平台对机座垂直振动的固有频率进行了数值计算。现场振动测试结果表明,计算结果比较精确。所构建的轧机工作机座垂直振动模型可以用于进行动力学仿真分析和结构动力学修改,对于全面掌握和了解四辊轧机的振动特性、避免轧机产生垂直自激振动和提高轧机的生产效率及轧制产品质量都有重要的理论和实际意义。 

新型液压多泵在液压调速系统中的节能分析

闻德生, 郭高峰, 杜孝杰, 徐添, 赵超

2011, 22(24): 2966-2969.

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针对液压系统的节能问题,提出了几种基于新型液压元件（多泵）的调速回路节能方法。这几种方法采用的核心元件是多泵,该泵可在一个泵体内形成多个不同流量的泵,有多个进油口和多个出油口,可根据执行元件的不同工况要求切换油路的连接方式,使泵的输出功率与负载功率合理匹配,从而达到提高回路效率、减少能耗的目的。阐述了单作用多泵双压节流调速回路、双作用多泵数字节流调速回路、多泵数字容积调速回路等几种新型回路的工作原理,并对多泵数字节流调速回路在恒载下的功率特性进行了分析比较,结果表明,这几种回路不同程度上减小了功率损失,提高了回路的效率。

大型压力机电子伺服三坐标多工位送料系统研发

朱仁淼1, 唐敦兵1, 徐亮亮1, 仲太生2, 季雪冬2, 刘世豪1

2011, 22(24): 2970-2976.

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为实现大型多工位压力机在工作过程中自动送料和工件按工艺要求顺序转换工位,自主研发了大型电子伺服三坐标多工位送料系统。研发过程中,运用系统法确立了总体设计方案,有效地解决了该复杂送料系统研发过程中影响因素多,设计工作难以有序、全面展开的问题。通过三维设计软件SolidWorks创建了参数化模型,运用ADAMS和ANSYS进行了运动学仿真和有限元受力分析,试制的样机验证了该送料系统设计方案的可行性和可靠性。

正排量泵喷水推进理论研究

杨友胜1, 贾晓君1, 朱玉泉2

2011, 22(24): 2977-2981.

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介绍了正排量泵喷水推进器的组成及其推进原理,比较了正排量泵喷水和负排量泵喷水的优缺点;在传统喷水推进理论基础上,引入动量/动能修正系数、边界层对来流动量的影响系数及泵吸收来流动量系数,对正排量泵喷水能量转换过程及推进理论如推进推力及效率等进行了详细研究;分析了推进推力及效率与各系数之间的关系。研究结果为设计高性能的正排量泵喷水推进器提供了理论依据。

基于特征自由度变动的公差综合建模与仿真

许本胜1, 王灿1, 景晖2, 黄美发2

2011, 22(24): 2981-2985.

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针对产品设计阶段规定的装配功能要求,在特征自由度公差表示模型的基础上,利用齐次坐标变换的知识分析并推导了装配功能要求与零件配合特征自由度变动的关系矩阵,通过矩阵求逆的方法得到公差综合仿真等式,由此建立了基于特征自由度变动的公差综合模型。以齿轮泵为例,研究并建立了两齿轮装配后的侧向间隙（装配功能要求）与泵体及齿轮相应配合特征自由度变动的公差综合模型,运用Monte Carlo方法进行了仿真实验,得到各配合特征自由度在公差范围内的变动量及分布统计结果,验证了建立的公差综合模型及仿真方法的有效性和实用性。

基于CMAC和PID复合控制器的精密注塑机保压压力控制

蔡侃, 应济, 陈子辰, 王硕

2011, 22(24): 2986-2989.

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针对传统PID算法对注塑成形过程中保压压力进行控制时存在压力超调、静差和时延等问题,建立了注塑过程保压压力的系统数学模型,针对系统特性设计了新型CMAC和PID复合控制器。实验结果表明,相对于传统PID控制,CMAC和PID复合控制对保压压力的超调、静差和时延有显著的改善,制品质量和重复精度得到明显提高。

VC轧辊板形控制的力学原理

李纬民, 仇平

2011, 22(24): 2990-2992.

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根据实验和有限元分析结果,分析了控制压力与油腔长度对VC轧辊的静载凸度及其分布特性的影响规律,在此基础上,阐明了VC轧辊板形控制的力学原理。在以VC轧辊为支撑辊的轧机系统中,板形控制的机理是,VC轧辊的胀辊效应可以有效地减小工作辊与支撑辊之间的接触区域,在工作辊两端形成与支撑辊弯曲方向相反的弯矩。板形控制的技术关键在于选择合适的油腔长度,消除VC支撑辊静载凸度特性中的等凸度区。

球壳与柱壳之功能梯度压电涂层的热效应分析

舒小平

2011, 22(24): 2993-3000.

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针对以球壳和圆柱壳为基体的功能梯度压电涂层,由多场耦合控制方程和层间连续条件导出递推关系,建立了显式的力-电-热多场耦合解。对于多层功能梯度压电涂层,此解为精确解;对于连续功能梯度压电涂层,可将涂层分为若干层,只要层数取得足够大,所得的近似解将收敛于精确解。研究表明:压电效应对基体的应力影响可以忽略,但对涂层的应力影响非常显著;增加层数并不能有效降低最大应力,但增加层数可显著减小相邻层层间周向应力的突变幅度,减小层间应力集中;然而涂层与基体之间的界面径向应力却随层数的增大而使界面强度弱化。

双状态无级变速传动系统整体效率优化

郝允志1, 2, 孙冬野1, 秦大同1, 尹燕莉1

2011, 22(24): 3001-3005,3022.

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针对现有无级变速传动系统效率优化算法的不完整性,以整体效率最优为目标设计最佳工况点求解算法,制定基于功率需求的传动系统整体优化控制策略,将满足功率需求的最高效率点作为基本控制目标,以实现最佳经济性;当功率需求超出传动系统功率范围时,将当前车速下的最大输出功率点作为控制目标,以实现最佳动力性;求解液力变矩器理想状态切换线,制定实际切换控制线。试验验证和对比分析结果表明,采用优化控制策略降低油耗近3%,起步加速时的变矩器闭锁时间缩短11%,最大输出功率提高2.3%。

基于随机最优控制的主动悬架构件的动态疲劳可靠度分析

王其东1, 2, 梅雪晴1

2011, 22(24): 3006-3011.

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针对两自由度的车辆模型,应用随机振动和随机最优控制的理论,推导悬架构件随机动载荷的统计规律的计算方法,建立变车速情况下随机动载荷的概率模型,提出基于随机最优控制的主动悬架构件的动态疲劳可靠度的分析方法。仿真结果表明,主动悬架构件随机动载荷明显大于被动悬架构件随机动载荷,主动悬架系统构件的动态疲劳可靠度在整个使用过程中都要低于普通被动悬架构件的动态疲劳可靠度,说明主动悬架构件的可靠性较普通被动悬架有所降低。

物联网环境下的机械系统状态监测技术展望

严新平, 张月雷

2011, 22(24): 3011-3015.

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论述了物联网环境下机械系统状态监测技术的新发展,指出开展机械系统的可监测性设计是物联网环境下实施机械系统状态监测技术的基础,研发符合物联网特征的在线监测传感器及其系统是物联网环境下开展机械系统状态监测的保证,建立物联网环境下的机械系统状态监测技术标准体系是机械系统状态监测技术快速发展的支撑。

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压电振动发电机的研究现状与发展趋势

朱莉娅, 陈仁文, 雷娴

2011, 22(24): 3016-3022.

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阐述了压电发电机工作原理,系统介绍了压电材料与压电换能元件结构形式,重点报道了能量转换接口电路及共振频率调整策略的研究现状。举例说明了压电振动发电机的应用领域,并针对目前研究中存在的问题对压电振动发电机发展趋势进行了预测。随着低功耗微电子技术与微机械加工技术的发展,压电振动发电机在各种MEMS产品、无线传感器网络及低功耗电子设备中的应用将逐渐实用化、普及化。

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