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1. 船用低速机关键摩擦副建模分析与摩擦力无线测量验证

李瑞, 孟祥慧, 谢友柏

中国机械工程 2022, 33 (04): 380-387，396. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.04.001

摘要（569）

PDF（pc）（7506KB）（291）

低速机结构复杂，其关键摩擦副的性能对船舶运营的经济性、安全性和稳定性有重要影响，然而，目前对低速机摩擦学问题的理论和试验研究很少。对船用低速机关键摩擦副进行建模分析，并对摩擦力进行无线测量验证。结合多体动力学和混合润滑理论建立了低速机关键摩擦副的多学科耦合仿真模型，实现对各摩擦副性能的预测；进而，基于间接测量思想，提出了低速机移动副摩擦力无线测量方法并开发了测量系统，在发火工况下实现了摩擦力的在线测量。研究结果显示：低速机摩擦力的仿真结果与试验结果趋势吻合，仿真和试验的最大摩擦力误差小于5%；十字头轴承的仿真载荷与试验载荷也吻合较好；低速机填料函的系统油消耗量仿真结果与试验观测值的误差小于3%。相关结果证明了所提建模和测量方法的可行性，为低速机摩擦学设计和节能减排提供了支持。

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2. 船用柴油/天然气双燃料发动机模式切换控制策略研究

宋恩哲, 蒋中州, 姚崇, 赵国锋

中国机械工程 2022, 33 (04): 388-396. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.04.002

摘要（865）

PDF（pc）（4803KB）（371）

船用柴油/天然气双燃料发动机在实际运行过程中，纯柴油模式与双燃料模式之间的切换极易造成发动机转速波动大、运行不稳定等情况，危害发动机的正常运行，此外，一些紧急情况（如天然气燃料不足、负荷突卸等）下，发动机需要快速平稳地完成不同模式的切换。针对这一需求，在控制系统硬件不变的前提下，根据双燃料发动机运行需求和机理，设计了基于规则的双燃料发动机模式切换控制策略，其中，柴油转双燃料模式采用倒逼控制方法，双燃料转柴油模式分为主动切换与被动切换以应对不同控制需求。所设计的切换控制策略根据实验标定数据和软件算法，实现了不同燃料模式的相互切换。最后，搭建了基于YC6K双燃料发动机实验平台，验证了不同运行工况下的模式切换控制性能。结果表明：所设计的切换控制策略满足各工况下的切换控制需求，提高了整机运行性能。

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3. 转叶式舵机密封件在不同磨粒尺寸下的摩擦学特征研究

向晶晶, 董从林, 白秀琴, 汤敏

中国机械工程 2022, 33 (04): 397-405. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.04.003

摘要（484）

PDF（pc）（15157KB）（129）

船舶转叶式舵机因体积小、功率密度高而逐渐替代传统的柱塞式舵机。然而，磨损过程中产生的磨粒常使叶片密封件产生异常磨损，引起密封失效，导致油压下降，造成转叶式舵机功能丧失。明晰叶片密封件与缸体内壁之间的摩擦磨损机理以及提取关键磨损特征是提高叶片密封件的磨损寿命和实现转叶式舵机智能故障诊断的关键。以常用于制作密封件的聚氨酯高分子材料为研究对象，研究其在不同磨损状态下的摩擦磨损行为，研究结果表明：随着液压油中铁屑磨粒粒径的增大，聚氨酯与碳钢球之间的摩擦因数、磨损体积、磨损形貌和振动等摩擦行为特征值逐渐增大，表明磨损状态逐渐恶劣。通过感知磨损过程中的摩擦学信息，包括摩擦因数、液压油中磨粒尺寸、磨损形貌、磨损体积、振动信号等特征，可为评估或预测转叶式舵机叶片密封件的磨损状态、故障形式提供有效途径。研究结果为揭示船舶转叶式舵机叶片密封件摩擦磨损机理提供了理论依据，为实现船舶转叶式舵机的智能状态监测和故障诊断提供了参考。

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4. 无轴泵喷推进器水润滑轴承间隙流水动力设计与试验

何升阳, 周枫

中国机械工程 2022, 33 (04): 406-412. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.04.004

摘要（647）

PDF（pc）（13150KB）（132）

针对无轴泵喷轮毂布置式水润滑支撑/推力轴承的敞水自润滑结构，以桨叶做功后产生的高速高压流场为输入来设计轴承的润滑和冷却流动通道，形成一体化支撑/推力轴承的自循环润滑方案。鉴于桨叶水动力与轴承间隙流的耦合影响作用，提出了两者迭代的设计方法，建立了桨叶与轴承间隙水动力耦合计算模型，实现了无轴泵喷轴承间隙流量的定量计算与分析，完成了无轴泵喷推进器样机敞水试验和一体化水润滑轴承台架试验。在整个测试区间内，推力系数和轴承间隙流量计算值与测试值最大误差分别为6.2%和4.6%，验证了设计方法和计算模型的有效性与准确性。所提方法对无轴泵喷推进器水力性能的设计与优化具有重要的工程意义。

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5. 随动系统的新型非奇异快速终端滑模控制

史蒂芬, 侯润民, 顾晓辉, 侯远龙

中国机械工程 2022, 33 (04): 413-420. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2022.04.005

摘要（504）

PDF（pc）（4274KB）（298）

鉴于某舰载随动系统存在摩擦、海况等扰动因素，为提升系统控制精度及鲁棒性，提出了一种基于相位补偿的非奇异快速终端滑模控制（NFTSM+ARBF+TTD）方法。将泰勒公式与非线性函数fhan相结合，构造跟踪微分器，旨在减小相位延迟。在抑制微分过程噪声的基础上，应用泰勒公式进行相位补偿。设计自适应神经网络（ARBF）逼近扰动项，减小了非奇异快速终端滑模（NFTSM）中的抖振。扰动估计结果表明，与RBF相比，应用ARBF逼近扰动能够有效抑制微分峰值，更接近扰动真实值。半实物仿真实验中，正弦跟踪结果表明NFTSM+ARBF控制策略的跟踪误差比NFTSM减小一半左右，具备良好动态跟踪性能，适用于该交流伺服系统。

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