中国机械工程

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2018, 29(08): 0.

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运动解耦和低耦合度选择顺应性装配机器手臂并联机构的设计及其运动分析

沈惠平;许可;杨廷力

2018, 29(08): 883-892.

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根据基于方位特征集方程的并联机构拓扑结构设计理论，设计出一种运动解耦、低耦合度(κ=1)且具有较大转角的新型选择顺应性装配机器手臂并联机构(RPa3R)2R-2RSS，并对该机构进行拓扑特性分析。基于序单开链运动学建模原理，给出了该机构位置正解封闭解的代数法，同时导出机构位置反解，验证了位置正解的正确性。基于位置反解，对该机构的工作空间、转动能力和奇异性进行了分析。

配合间隙对溢流阀稳态液动力的影响

瞿道海;周云山;罗威;刘云峰;傅兵

2018, 29(08): 893-899.

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针对稳态液动力影响电液比例溢流阀调压精度的问题，建立了内流式滑阀液动力数学模型，基于CFD仿真平台，构建了考虑配合间隙的滑阀模型，并搭建了试验平台以验证模型的正确性，研究了不同配合间隙对滑阀稳态液动力的影响。结果表明：考虑配合间隙的滑阀模型与试验测试结果有很好的一致性；溢流阀在工作过程中，阀口开度与配合间隙非常接近,随着压力升高，阀口开度变小，射流角接近20°；随着配合间隙增大，阀口开度变小，射流角变大；配合间隙在一定范围内，液动力随着间隙增大而增大，当达到临界值后，配合间隙对液动力的影响变小。

基于离散广义S变换与双向二维主成分分析的内燃机故障诊断

张世雄;蔡艳平;石林锁;王旭

2018, 29(08): 899-905.

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针对内燃机气阀机构的故障诊断问题，提出一种将离散广义S变换和双向二维主成分分析（TD-2DPCA）相结合的诊断方法。该方法首先利用离散广义S变换将内燃机缸盖振动信号生成振动谱图像，然后利用TD-2DPCA对图像进行特征提取，有效减小特征系数矩阵的维数，最后，通过最近邻分类器进行分类识别。将该方法应用于内燃机气阀机构8种工况的诊断实例中，对比不同时频表征及特征提取方法的计算效率和识别精度，结果表明该方法可为内燃机故障诊断提供一条新途径。

非磁性微粒的负磁泳-惯性组合分选研究

杜加友1;郭望城2;王瑞金2;朱泽飞1,2

2018, 29(08): 906-915,922.

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为了分选颗粒直径十分接近的非磁性颗粒，数值计算了负磁泳耦合的惯性分选器在不同磁场强度、微通道结构参数、入口速度和速度比情况下3μm、4μm、5μm的三种颗粒的侧向偏移，结果表明：颗粒的侧向迁移随磁场强度和颗粒尺寸的增大而增大；颗粒的分离效率随着入口流速的减小和入口流速比的增大而提高；越小的微通道结构参数Ha/Hb和越大的扩张区扩张比，都有利于颗粒分离。计算结果部分得到了激光诱导荧光图像实验的验证,证明了数值模型的有效性。

高压大流量快开阀仿真及实验研究

王洁;张建卓;刘凌威

2018, 29(08): 916-922.

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为解决大吨位高速液压冲击试验机所需超大流量快开阀的问题，设计了一种高压超大流量快开阀的新型结构。建立了阀开启过程的数学模型，采用MATLAB Simulink对阀芯打开过程进行仿真研究，根据仿真结果优化了密封保护套结构；建立了AMESim模型，得到阀开启的动态响应曲线；根据仿真结果研发试制了快开阀，并对样件进行了实验研究。实验结果表明，当快开阀进出口压差为15MPa时，通过该阀的流量可达48 254L/min，理论分析与实验结果基本相符，快开阀结构可行。

基于变分模态分解和鲁棒性独立成分分析的内燃机缸盖振动信号分离

姚家驰1,2;向阳1,2;钱思冲1,2;张冠军1,2

2018, 29(08): 923-929,936.

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针对缸盖振动信号中燃烧信号和活塞敲击信号在时频域混叠严重难以分离的问题，用基于VMD和RobustICA的方法分离各独立源信号。通过试验测量内燃机单通道缸盖振动信号，首先对测得的信号进行消除趋势项及滑动平均等预处理，用VMD算法对预处理后的信号进行分解；然后用RobustICA算法提取独立成分，并用组合模态函数法对时域和频域相似性较高的分量成分进行组合；最后结合频谱分析、连续小波变换、相干函数法及倒拖试验对分离得到的结果进行识别验证。研究结果表明：在不同的试验工况下，该方法可以有效地从缸盖振动信号中分离出燃烧信号和活塞敲击信号。

球形叶片液压泵流量特性

俞亚新1;姜建雨1;金波2,3;陈行2;冯毅雄2,3

2018, 29(08): 930-936.

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讨论了一种新型结构的球形叶片液压泵，在详细阐述球形叶片液压泵结构特点的基础上，分析了球形泵的工作原理。通过建立球坐标得出球形叶片液压泵排量的计算公式，采用Pro/E体积测量法验证了理论分析的准确性。进一步分析了该泵的流量输出特性，讨论了斜盘角度、叶片数目等参数对球形叶片液压泵流量脉动的影响。结果表明：叶片数目增加时，叶片泵的流量脉动明显减小。

多因素条件下单级齿轮系统的非线性特性

彭毓敏;马超;栾忠权;徐小力

2018, 29(08): 937-942.

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考虑啮合刚度、齿侧间隙和轴承支撑间隙等因素，运用集中质量法建立了三自由度直齿圆柱齿轮副弯扭耦合非线性振动模型，并据此研究了各参数对齿轮系统非线性振动特性的影响。结果表明：齿侧间隙一定时，随着频率的升高，系统由周期运动通过激变直接进入混沌，然后又由混沌通过激变变为周期运动；在周期运动中，系统经过倍周期分岔,由双周期运动变为四周期运动，然后又通过逆倍周期分岔,由四周期运动变为双周期运动，之后又由双周期运动变为单周期运动；不同的输入转频条件下，间隙变化使系统表现出不同分岔特性，在某些特定频率下，间隙变化只增加系统响应能量变化，并不改变其动力学特性。

基于全矢谱时间固有尺度分解和独立分量分析盲源分离降噪的滚动轴承故障特征提取

刘嘉辉;董辛旻;李剑飞

2018, 29(08): 943-948.

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结合盲源分离技术和全矢谱技术的各自优势，提出一种同源双通道信噪盲源分离法。首先采用时间固有尺度分解（ITD）和独立分量分析（ICA）相结合的分析法降噪，对同源双通道的轴承信号进行ITD分解，根据相关系数准则将分解得到的PRC分量进行重组作为ICA输入矩阵，再采用FastICA解混，实现故障信号与噪声信号的分离；其次采用全矢谱技术对信噪分离降噪后的双通道有效分量信号进行全矢信息融合，做全矢谱分析。滚动轴承故障实验对比分析表明了该方法的有效性。

基于深度信念网络的风机主轴承状态监测方法

王洪斌1;王红1;何群2;王跃灵1;周振1

2018, 29(08): 948-953.

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提出了一种基于深度信念网络（DBN）的风电机组主轴承状态监测方法。为了降低建模难度并减少训练时间，首先利用相关系数法选取建模变量，进而建立主轴承正常行为的DBN温度模型并用于主轴承温度预测。该模型克服了传统神经网络随机初始化网络权重、易陷入局部最小值等缺点，能有效提高主轴承温度的预测精度。然后采用指数加权移动平均法（EWMA）对主轴承温度残差序列进行分析，并利用核密度估计方法确定故障阈值。最后基于实测的数据采集与监视控制（SCADA）系统数据对主轴承故障进行模拟。结果表明，与传统预测方法相比，该方法能有效地实现主轴承的异常状态监测。

可调频Helmholtz共振器声学性能

安君;吕海峰;耿彦章;韩彦南

2018, 29(08): 954-957,964.

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传统的Helmholtz共振器属于被动消声结构，只要结构确定，其消声频率就被确定，然而，实际噪声环境中，频率经常发生改变。针对这种情况，设计出一种可调频Helmholtz共振器。利用压电陶瓷替代Helmholtz共振器的刚性背板，通过调节施加在压电陶瓷上的电压，改变其腔体体积，使得消声频率偏移。结果表明，压电陶瓷在施加400V电压后，可以产生0.515mm的位移；Helmholtz共振器在不同电压下，共振频率偏移了80Hz；设计的自适应控制程序可适应频率多变的噪声环境。

基于分块多向主成分分析的翻车机液压系统故障诊断

鄂东辰1，2;张立杰1，2

2018, 29(08): 958-964.

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采用基于物理模型和统计模型的方法对翻车机液压系统故障进行监测。根据翻车机液压系统各阶段的工作机理将监测变量分块，使每一块中的变量间因果关系更加明确，再对各块分别建立多向主成分分析(MPCA)监测模型。将分块MPCA模型和全变量MPCA模型应用于压车缸泄漏故障的监测，结果表明分块MPCA模型对微小泄漏更加敏感，具有较高的故障识别率。

涡旋膨胀机的性能模拟

彭斌1,2;李要红1,2;赵生显1,2

2018, 29(08): 965-970,978.

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为了研究涡旋膨胀机的性能特点，从等截面和变截面涡旋膨胀机的几何模型出发，分析了等截面和变截面涡旋膨胀机容积在一个运转周期内的变化情况。基于质量和能量守恒构建了涡旋膨胀机的整体数学模型，通过对数学模型的求解，得到了涡旋膨胀机工作腔内工质的压力、温度和质量随主轴转角的实际变化规律。通过对涡旋膨胀机数学模型的定量化分析，揭示了等截面和变截面涡旋膨胀机几何参数对其性能的影响规律，为涡旋膨胀机类型的选择以及涡旋膨胀机的性能优化研究打下了基础。

粉末润滑界面的原位观察及润滑机制

孔俊超1;王伟1;王伟2;刘焜2;王超2

2018, 29(08): 971-978.

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将松散的石墨粉导入面接触的摩擦副间隙中，在轴向力和剪切力作用下形成减摩性能良好的粉末层。利用带有CCD数码相机的光学显微镜对试件表面进行动态观测，分析表面粗糙度、载荷、滑移速率、粉末量对粉末层的破坏形式、破坏过程的影响，采用图像分割技术计算真实接触面积比。结果表明：粉末层的破坏形式包括完整、局部区域破坏、局部破坏区域扩散、粉末黏附、完全破坏5个阶段；黏附阶段存在的必要条件为重载、试件表面具有一定粗糙度，粉末量、滑移速率的增大使黏附加剧。

激光诱导前向转移水中制备聚二甲基硅氧烷微粒

麦文豪;邓宇;郭钟宁;洪文生

2018, 29(08): 979-982.

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聚二甲基硅氧烷（PDMS）的表面能低、黏度大，难以在空气中制备微型球粒。利用激光诱导前向转移技术在水中制备PDMS微粒，深入研究了激光能量、光斑直径对PDMS粒径的影响，发现微粒平均直径为20～100μm，并随光斑直径增大而增大，随激光能量增大而减小，且微球表面光滑。同时，利用高速摄像机对水中激光诱导前向转移工艺进行研究，结果表明，激光诱导钛层形成空化泡，溃灭时形成的射流将PDMS脱离形成微滴，固化后成为微球粒。

机器人砂带磨削路径优化插补算法

张铁;张斌

2018, 29(08): 983-990.

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为解决经典泰勒插补算法生成的加工轨迹在加工中产生的过切问题，在机器人打磨离线编程系统上进行了机器人打磨路径插补算法的研究。通过对比各种路径刀位点生成方法，提出一种改进的泰勒插补算法。该算法在加工路径曲率变化较大的区域刀位点自适应地致密，避免了弓高误差超差引起的过切；当加工路径较为平滑时，刀位点稀疏，保证加工效率。通过设计优化算法与经典算法的对比磨削试验，验证了该插补算法的有效性。

面向数字化车间的介入式三维实时监控系统

张涛;唐敦兵;张泽群;魏鑫

2018, 29(08): 990-999.

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为满足数字化转型过程中对监控系统日益增长的要求，研究了面向数字化车间的介入式3D实时监控系统，并建立了该监控系统的需求框架、体系结构和运行模式。研究了实现该监控系统的关键技术，建立了该监控系统的实时数据库的E-R-T模型。研究了该监控系统的3D场景模型优化技术，阐述了该监控系统的平移和旋转实现方法，提出了基于实时问答机制的介入式显示方法。该系统已成功应用于数字化车间桌面模拟平台，运行效果良好。

工业互联网平台的六个支撑要素——解读《工业互联网平台白皮书》

赵敏

2018, 29(08): 1000-1007.

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