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2018年 第29卷 第24期    刊出日期：2018-12-25
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2018, 29(24):  0. 
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机械基础工程
小管径弹药筒高速漏磁检测方法与系统
孟杰1;王哲1;王荣彪1;康宜华1;邱晨2
2018, 29(24):  2899-2905. 
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为解决传统检测设备难以对弹药筒进行高速、高精无损检测的问题，采用漏磁检测法检测弹药筒，设计了用于弹药筒无损探伤的检测系统,该系统采用弹药筒原地旋转、漏磁检测探头管体外全覆盖的漏磁检测方式。设计了可调节探靴、U形磁轭磁化机构，使用磁头式精密漏磁检测阵列探头拾取微细裂纹产生的漏磁场，根据弹药筒规格合理提取多通道中有效检测信号并分析缺陷信号和典型误报信号的特征，进行减少误判的信号处理。该检测系统满足多规格弹药筒高速、高精的漏磁检测需求，单机检测时间可达每件4 s，最小检出深度达0.05 mm。
介电湿润芯片上液滴从静止到运动的机理
许晓威1;孙立宁2;张玉良1;江海兵1
2018, 29(24):  2905-2911. 
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针对介电湿润芯片上液滴在电场作用下的运动过程，对液滴从静止到运动的机理进行了研究。根据电磁极化原理并结合克劳修斯-莫索提方程对固液接触面的极化机理进行了研究，在极化性与介电常数之间建立了一个连接。应用COMSOL Multiphysics多物理场仿真软件对芯片中的电场进行建模和数值仿真，分析了芯片中电场强度和麦克斯韦应力张量对液滴受力的影响，建立了液滴内部流体静压力差公式，分析了液滴的运动过程和机理。最后，通过实验验证了液滴的运动过程。
变刚度弹簧往复泵锥阀及其动态特性仿真
朱葛;董世民;张卫卫;张俊杰;张超
2018, 29(24):  2912-2916. 
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设计了变刚度弹簧往复泵自动锥阀，弹簧刚度是阀盘升程的函数。在阿道尔夫泵阀运动微分方程的基础上，考虑流体可压缩性对泵筒内流体连续流条件的影响，建立了变刚度弹簧往复泵自动锥阀阀盘运动规律的微分方程。以弹簧刚度是阀盘升程的线性函数为例，分析了变刚度弹簧往复泵锥阀阀盘的动力特性。仿真结果显示：弹簧刚度随升程的变化规律对阀盘的动力特性具有显著影响；在阀盘最大升程一定的条件下，与定刚度弹簧阀盘的动力特性相比，减函数变刚度弹簧阀盘的落座速度与滞后高度有所下降，有利于提高往复泵的容积效率，提高阀盘与阀座的疲劳寿命。
新型无油涡旋压缩机性能
彭斌;赵生显;李要红
2018, 29(24):  2917-2924. 
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基于热力学第一定律、质量守恒定律和气体状态方程，综合考虑工作腔的两种内泄漏以及工作腔壁面与介质气体之间的传热，构建了无油涡旋压缩机的热力学模型。运用欧拉法求解所建立的热力学模型，得到了气体在吸气-压缩-排气全过程中容积、温度、压力和质量随主轴转角的变化情况，并对比分析了不同传热和泄漏的影响规律。对研制开发的无油涡旋压缩机进行了变转速性能测试，分别测试了不同排气压力下的温度、排气量、功率。结果表明：传热对压力和温度的影响最大，而泄漏对工作腔质量的影响最大。随着转速的增大，温度、排气量、功率都呈明显的增大趋势。该热力学模型对无油涡旋压缩机的研发和性能分析具有一定的指导和借鉴作用。
液压缸非线性弹簧力下的轧机特性及控制
刘彬1;潘贵翔1;李鹏1;姜甲浩1;刘爽1;刘兆伦2
2018, 29(24):  2925-2932. 
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建立了非线性弹簧力约束作用下的轧机辊系振动模型，采用平均法求得轧机辊系的幅频响应方程。仿真分析了不同非线性弹簧力和活塞杆初始位移的幅频特性曲线，以及系统分岔响应随外激励幅值的变化规律。引入吸振器控制装置，比较了吸振器加入前后的时域曲线和幅频曲线，仿真分析了吸振器质量、弹簧力和摩擦力对幅频曲线的影响。研究结果表明：非线性弹簧力和外激励都会改变轧机辊系振动特性的规律，吸振器的控制效果与吸振器质量、弹簧力和摩擦力有关。
基于无矩理论的凹版印刷机运动薄膜横向振动特性及稳定性
武吉梅1,2;邵明月1;田振2;雷文姣2;王砚3
2018, 29(24):  2933-2939. 
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研究了运动薄膜横向振动特性及其稳定性，以无矩理论为基础，建立了多色组印刷情况下具有中间刚性支承运动薄膜的横向振动模型。根据D'Alembert原理，建立了振动系统的运动微分方程。数值分析了薄膜的振动频率与运动速度、张力、支承位置之间的关系，结果表明中间单刚性支承薄膜振动发散失稳的临界速度为35.855 m/s。对于具有中间两刚性支承的印刷运动薄膜，薄膜轴向运动速度越低，支撑位置的变化对薄膜振动频率影响越明显。
高压水除鳞喷嘴结构参数对喷嘴射流性能的影响
梁博健1;高殿荣2
2018, 29(24):  2939-2946. 
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为了进一步研究高压水除鳞喷嘴的射流性能，优化喷嘴的结构参数，选取出口扩张角、锥孔深度、入口收缩角作为参考因素，以喷射角和射流流量作为评价指标，对喷嘴各参考因素对射流性能的影响进行了仿真分析。结合正交试验的方法，对喷嘴各结构参数及其交互作用对其性能影响的显著性及重要性次序进行分析，获得最优的参数组合并对其进行了实验验证。结果表明：出口扩张角的增大会使喷射角减小但会使射流流量增加，锥孔深度的增加可以较为全面地提升喷嘴的射流性能，收缩角的增大会使得喷嘴的射流性能减弱，喷嘴的除鳞效果变差；3个参考因素中锥孔深度是对射流性能影响最大的因素；当出口扩张角为80°、锥孔深度为8 mm、入口收缩角为65°时喷嘴的射流性能最优。通过将参数优化后的喷嘴的实验结果与原始喷嘴的实验结果对比发现，优化后喷嘴的喷射角由原始值35.7°提升至44.1°，射流流量的大小由原始值10.17 L/min提升至28.3 L/min。
基于非线性模式分解的旋转机械复合故障特征提取方法
杨宇;李鑫;潘海洋;程军圣
2018, 29(24):  2947-2953. 
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针对旋转机械复合故障振动信号的非平稳特征，提出了一种基于非线性模式分解（NMD）的故障特征提取方法。该方法首先通过NMD将振动信号分解为若干个具有实际物理意义的非线性模态(NM)分量和一个残余分量之和，然后对各NM分量采用包络谱分析提取故障特征。仿真信号的分析结果验证了NMD方法的优越性，在此基础上将NMD方法应用于旋转机械复合故障诊断中，实验数据的分析结果表明，该方法能有效提取出旋转机械复合故障的特征。
考虑结合面法向刚度的拉杆转子轴向振动特性
何谦1,2;王艾伦2;陈中祥1;杨俊1
2018, 29(24):  2954-2958. 
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针对接触刚度解析模型参数确定困难、精度难以保证等问题，提出了根据弹塑性粗糙表面微体单元受力变形的有限元分析结果确定轮盘结合面法向刚度的方法；为准确获取拉杆转子的轴向振动特性，建立了考虑轮盘结合面法向刚度的集中质量动力学模型；运用上述方法和模型计算了某型实验转子轴向振动的固有频率，并将结果与实测数据进行对比，误差低于5%，证明了该方法的有效性；改变拉杆预紧力，进一步研究预紧力对拉杆转子动力学行为的影响，结果表明：拉杆预紧力对转子的作用效果存在一个饱和区域，可为拉杆预紧力数值的确定提供重要的设计依据。
基于高速气流的光伏板表面灰尘去除分析与试验
杜小强1,2;刘恩晓1;武传宇1,3;许南南1;袁博1
2018, 29(24):  2959-2965. 
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针对灰尘对光伏板发电效率的影响，基于灰尘颗粒与光伏板表面之间的相互作用力以及颗粒本身所受的重力和空气浮力的分析，建立了灰尘颗粒在光伏板表面的黏附模型。通过分析灰尘颗粒在流场中的受力，建立了气流作用下的灰尘脱离力学模型，确立了灰尘颗粒脱离所需的气流速度与灰尘颗粒的粒径、密度以及光伏板表面材料特性参数之间的关系。设计了基于超级风刀的除尘试验方案，对取样区域内的灰尘颗粒样本进行冲扫去除。试验结果验证了理论模型的正确性，并证明了超级风刀产生的高速气流具有较好的除尘效果，能够最大程度地避免损伤光伏板表面，减小清洁除尘能耗。
智能制造
基于伪布尔模型和启发式算法求解无容量设施选址问题
凌海峰
2018, 29(24):  2966-2971. 
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采用伪布尔模型和启发式算法来求解无容量设施选址问题。首先给出了问题的伪布尔(pseudo-Boolean)表示，然后基于Khumawala规则对问题进行预处理，最后提出两种启发式分支准则来求解问题。实验结果表明所提算法简单有效。
正交并联六轴力传感器耦合误差测量模型及实验分析
牛智1,2;赵铁石1,2;赵延治1,2;胡强强1,2;冀文杰1,2
2018, 29(24):  2972-2979,2987. 
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为解决并联六轴力传感器量程提升受限问题，设计了一种正交构型并联六轴力传感器。正交并联六轴力传感器是基于并联六轴力传感器的一种构型上的改进，具有承载能力强、解耦性能良好的优势，但同时该力传感器的耦合误差输出具有自身的特点。考虑该力传感器测量分支间摩擦以及正交结构自身特点引起的耦合误差输出，建立了正交并联六轴力传感器耦合误差测量模型。基于所建立的测量模型，通过数值算例分析探讨了传感器设计参数与两种耦合误差输出之间的影响关系，据此研制了一种正交并联六轴力传感器。最后对传感器样机进行了实验，得到其误差分布及检验测量精度。实验所得传感器各维力/力矩在各方向误差分别为0.43%/0.31%，0.18%/0.68%，0.80%/1.28%。
玻璃钢管道相贯线机器人铣削轨迹规划
尤波;邹宇;许家忠
2018, 29(24):  2980-2987. 
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针对目前玻璃钢管相贯线开孔工艺中存在的管道型号繁多、手工不易加工以及普通铣削机床适应性较差等问题，利用机器人的高度灵活性、适用范围广和自动化程度高等柔性特征，研究了机器人铣削玻璃钢管道相贯线的轨迹规划。迹建立了管道相贯线的坡口模型，计算出每个轨迹点的铣削厚度；基于机器人逆运动学，对机器人的空间连续运动轨迹进行了规划；设计了机器人铣削工作站运行该轨迹；最后对工作站的铣削性能进行了实验验证。实验结果表明，坡口表面光滑平整，该机器人工作站连续性好，自动化程度高，能够很好地完成玻璃钢管相贯线的铣削工作。
互斥约束工作流可满足性决策的匹配剪枝模式回溯法
翟治年1;卢亚辉2;万健1,3;王中鹏1;吴茗蔚1
2018, 29(24):  2988-2998. 
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针对用于工作流可满足决策的模式回溯技术如何平衡性能与代价的问题，提出了一种对部分模式解及时进行授权匹配验证的优化方法，牺牲一定验证效率以增强剪枝能力。就仅受互斥约束的问题情形，利用实例难易程度的两极分化现象对总体时间性能进行了分析。随机生成数据集上的实验表明，这一优化极大地降低了模式回溯在难实例上的时间代价，而对易实例执行时间的影响很小，且相对于其他基于动态规划的代表性算法，优化后的算法在时间和空间性能上均有显著优势。
电驱动海洋绞车主动升沉补偿自抗扰控制系统
廖薇1;赵延明2;刘德顺1,3;金永平1，3
2018, 29(24):  2999-3008. 
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针对电驱动海洋绞车主动升沉补偿系统非线性时变的特点，提出了基于自抗扰控制（ADRC）的电驱动海洋绞车主动升沉补偿控制系统。首先对电驱动海洋绞车系统进行动力学分析，然后建立电驱动海洋绞车数学模型，进而建立主动升沉补偿自抗扰控制系统的仿真模型，并进行仿真分析。在不同海况、不同下放深度、不同缆绳直径和不同重物质量等情况下对该系统进行仿真，并与PID控制器进行比较，结果表明：当海况和电驱动海洋绞车控制系统模型参数发生变化时，控制器参数保持不变的情况下，自抗扰控制器仍然能保持良好的动态性能，比PID控制器具有更快的响应速度、更强的鲁棒性和抗干扰能力。
先进材料加工工程
密封胶对差厚不锈钢板电阻点焊接头的影响
郭太吉1;张庆鑫2,3;孙晓光1;韩晓辉1;张志毅1;李永兵2,3
2018, 29(24):  3009-3014. 
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以板厚差异明显（板厚比接近7∶1）的301L不锈钢板组合为研究对象，系统研究了密封胶对电阻点焊可焊性、熔核形貌、力学性能和生产因素的影响规律。研究结果表明，密封胶受热分解过程可以改变电流密度分布，进而影响熔核直径和熔透深度，使得可接受电流范围发生变化。此外，密封胶的引入对焊点间距设计基本无影响，对板材间隙尺寸也表现出较好的容忍度。
辐照蠕变寿命外推方法
胡靖东;轩福贞;张效成;刘长军
2018, 29(24):  3014-3019. 
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奥氏体不锈钢材料被广泛用于的第四代液态金属快中子增殖反应堆核心构件中，辐照和蠕变损伤耦合作用是影响其寿命的主要模式。为了建立短时辐照蠕变寿命外推的合理方法，在参考用于材料蠕变寿命外推的时间-温度参数法的基础上引入一个量纲一的辐照影响系数，根据辐照-时间-温度参数法推导出了含辐照影响系数的Lason-Miller参数方程和Dorn参数方程,并通过快堆内辐照蠕变数据进行了验证。新定义的辐照影响系数基本呈随温度上升先降后稳的趋势。
阅读导引
刚柔耦合动力学——轻量化协作机器人设计与控制的力学基础——解读《机器人刚柔耦合动力学》
尹海斌
2018, 29(24):  3020-3023. 
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英文目次
2018, 29(24):  3024. 
摘要 ( )   PDF (51KB) ( )  
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全年总目次
2018, 29(24):  3025. 
摘要 ( )   PDF (645KB) ( )  
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