通过使用聚晶立方氮化硼(Polycrystalline Cubic Boron Nitride, PCBN)刀具低中高速干式硬态车削高硬高强高耐磨淬硬钢Cr12MoV(60±1HRC)的车削试验, 揭示了切削速度对切削力、切削温度、表面粗糙度、已加工表面三维形貌、刀具崩刃形貌和切屑形态的影响规律。在进给量f=0.15 mm/r, 切削深度a_p=0.25 mm, 切削速度v=50、250、450、650、850 m/min车削条件下的试验结果表明:径向力最大, 主切削力次之, 进给力最小;切削区最高温度在142～288 ℃范围内变化;切削速度v=250、650 m/min时的径向力发生突变;表面粗糙度随切削速度的增大而线性递减, v=850 m/min时已加工表面质量最好;v=250、650 m/min车削时, PCBN刀具最易发生崩刃现象;在切削速度增大的过程中, 切屑宏观形态依次为:带状、松散螺旋状、粒状、细丝状、带状。

为提高柔性制造系统的生产效率, 不少制造企业通过采用自动化立体仓库来满足生产需求。大多数企业采取先进先出原则或者就近原则来管理自动化立体仓库, 在紧急生产任务时, 不能充分利用柔性生产线的特性来均衡生产任务, 导致自动化立体仓库的垛机运行效率不高。针对某种特殊化构造的自动化立体仓库, 应用变邻域搜索的贪婪算法来优化垛机路径, 提高自动化立体仓库的运行效率。通过C Sharp软件仿真, 验证了该算法的可行性, 实现了自动化立体仓库中垛机的运动路径优化。

针对初步设计的自动抹灰机横移导轨非对称桁架需要轻量化和减小挠度、扭转变形等问题, 采用专业钢架有限元软件Midas/Civil与双因素无重复试验相结合的方法, 分析了非对称桁架在静恒载作用下的挠度、扭转变形量和强度等。通过对不同型号的方形钢管的组合验证, 得到符合自动抹灰机横移支撑桁架的结构。最后通过试验证明了该方法的有效性, 在满足桁架轻量化的同时, 提升了桁架抗弯扭性能。专业钢架分析软件的使用方便了设计者的操作, 提升了工作效率, 对自动抹灰机的桁架设计具有重要的参考价值。

研究非线性超声波动规律, 确定二阶、三阶相对非线性系数与基波、谐波幅值之间的关系。建立微裂纹非线性弹簧模型, 研究在循环载荷作用下微裂纹形状尺寸(长度和宽度)变化对超声接收信号谐波幅值数的影响, 确定二阶相对非线性系数与微裂纹形状尺寸的关系, 随着微裂纹长度增加, 二阶相对非线性系数随之增加;随着微裂纹宽度增加, 二阶相对非线性系数随之减小。将二阶相对非线性系数与裂纹形状非线性弹簧模型与实验结果进行对比, 具有较好的一致性。研究了三阶相对非线性系数与微裂纹形状尺寸的关系, 随着微裂纹长度增加, 三阶相对非线性系数随之增加;随着微裂纹宽度增加, 三阶相对非线性系数随之减小。

圆环链作为矿业运输和港口机械的关键部件, 疲劳失效是影响其寿命的关键问题。针对圆环链处于冲击载荷与循环载荷作用下的疲劳损伤, 利用Workbench仿真软件分析空载启动、卡链和正常运行工况下的圆环链损伤特性, 并利用线性累积损伤原理分析疲劳寿命。研究表明, 冲击载荷和循环载荷作用下链环接触位置不同, 且循环载荷下环肩部疲劳损伤最大, 寿命最短。研究结果为优化链环结构、提高链环寿命提供了参考依据。

针对目前顶压仿真精度较差, 无法有效指导新车开发与过法规整改的问题, 基于某微型面包车进行顶压仿真精度研究与过法规优化。首先, 通过考虑风挡玻璃在顶压仿真过程中的破裂失效行为, 实现顶压过程中车顶变形模式的准确模拟。其次, 探索加载速度对顶压仿真精度的影响, 并结合车顶结构的最低阶模态频率确定合理的顶压仿真加载速度, 在保证仿真精度的前提下显著提升了顶压的仿真效率。最后, 通过传力路径分析方法确定主要受力部件并进行结构优化, 通过关键部件的材料、料厚的合理匹配, 在保证顶压性能的情况下, 使车身质量仅增加3.16 kg。

为提升绿色能源多晶硅的少子寿命(Minority Carrier Lifetime, MCI), 根据生产过程中影响少子寿命的特性要因, 引入六西格玛管理法, 按照DMAIC(定义D、测量M、分析A、改进I和控制C)分析流程提出质量改进方案并实施, 最终得到满意结果:少子寿命(MCI)由3.69 μs提升到4.16 μs, 工序能力指数C_PK由0.66提高到1.09;实证分析表明, 运用六西格玛管理法不仅提升了硅材料的少子寿命, 实现了预期目标, 还产生了显著的经济收益。

以3D打印制造的汽车空调开关座样件为研究对象, 利用3D打印技术制作样件, 探讨3D打印样件在汽车零/部件新产品试制中的可行性。对比分析了3D打印样件与注射成型的工程样件(Off Tooling Samples, OTS)工艺流程的差异, 体现了3D打印样件的无模制造特点。参照QC/T 15—1992《汽车塑料制品通用试验方法》等有关国家及行业标准, 结合材料强度理论, 通过试验验证了3D打印样件的力学性能和耐温特性。分析试验结果, 找出了3D打印样件与OTS样件及常规ABS塑料在拉伸、弯曲和冲击性能方面的差异性。研究结果表明, 与OTS样件比较, 3D打印样件在拉伸、弯曲和冲击性能方面还存在一定的差距, 提出了3D打印样件用于新产品开发过程中的外观效果评估、工艺验证、尺寸及功能验证的建议。

成型加工的模型数据通过STL(Standard Template Library)文件表示, 由于逐层堆积的成型特点, 分层算法是获取三维轮廓数据的主要途径。针对现有的柱坐标熔焊成型设备, 在总结目前主流分层算法的基础上, 提出一种对模型分次排序精简的分层算法, 逐次对三角面片进行删减、排序和毗邻关系搭建, 最终筛选出完全有效的相交序列, 降低了内存资源消耗, 提高了分层效率。通过软件仿真和多次分层测试证明了算法的稳定性和可行性。

针对拖拉机装配过程中的质量管理效率低、质量管理信息不能实时共享和难以追溯等问题, 研究了基于制造执行系统(Manufacturing Execution Systems, MES)的拖拉机装配质量管理信息系统。优化质量管理业务流程, 侧重研究多层次的质量数据模型和智能化质量信息采集方法, 以此设计了质量管理信息系统。经过实际运用, 实现了拖拉机装配过程质量管理信息化与可追溯, 提升了质量数据采集效率及其准确度, 大幅度提高了质量管理协同工作效率, 对提升产品质量具有重要意义。

机器人在荒野物资运输和山地自由行走时, 需要在山地表面规划出行走路线, 为此提出改进的蚁群算法加以求解。根据坡度提出避障规则, 在满足避障约束条件下, 合理增加路径的多样性;根据当前节点到目标点和起点的距离, 重新设计启发式函数, 驱使机器人尽量沿着起点和目标点之间的最短路径行进;依据实时路径长度, 动态调整挥发系数, 以精炼搜索空间、提高收敛性能。将改进蚁群算法与原始算法进行比较, 实验结果表明改进蚁群算法的有效性优于原始蚁群算法。

针对轮胎拆装过程中存在的轮胎螺母装配质量和效率问题, 设计乘用车轮胎螺母快速拆装机构, 以实现动力单输入多输出、扭矩调节、过载保护和PCD值调整的功能, 满足不同PCD值轮辋和不同拧紧力矩乘用车的使用要求, 大大减轻汽修从业人员的劳动强度, 提高轮胎螺母的装配质量和效率。

针对GB14167—2013下, 座椅安全带固定点试验过法规困难且增重较多的现象, 对安全带固定点有限元模型的仿真精度进行探究, 旨在以提高仿真精度的方式来指导过法规优化方案的制定。探究了卷收器建模方式、单元积分类型及分布对仿真精度的影响, 并建立了可信度较高的某商用车安全带固定点强度分析有限元模型。通过对传统模型中单元类型及分布进行优化, 在保证计算效率的同时, 使仿真精度得到较大提高。最终, 基于座椅的薄弱部件进行结构优化, 使其满足国家法规要求, 且仿真结果与试验结果基本吻合。

以某款汽车引擎盖为例, 用碳纤维/玻璃纤维混杂复合材料替换金属材料, 基于OptiStruct软件的复合材料优化技术, 提出了多阶段联合优化设计的方法。在概念设计阶段, 通过拓扑优化确定复合材料的总体分布;在详细设计阶段, 通过尺寸优化确定复合材料每种形状铺层块的具体厚度;在工艺设计阶段, 通过铺层顺序优化确定最佳的铺层顺序。优化结果表明, 原钢制汽车引擎盖质量为13.39 kg, 在满足各种力学性能和制造工艺要求的前提下, 经过多阶段联合优化设计后, 复合材料汽车引擎盖质量为5.36 kg, 质量减少了60 %。

以高锰钢材料加工硬化特性为研究目标, 探讨其硬化机理及其改性方法。分析高锰钢的化学成分及其各元素的作用, 其中锰和碳元素的含量及配比对高锰钢的塑性、韧性和加工硬化特性有重要影响;含锰量为10 %～14 %时高锰钢的强度和韧性最好, 变形硬化效果显著;含碳量为0.9 %～1.4 %时其耐磨性较好, 锰/碳比率应为10;通过高锰钢晶体滑移变形几何模型的分析来研究其变形硬化机理。结果显示, 剧烈的塑性变形能量使高锰钢表面组织由奥氏体转变为马氏体, 从而引起表面硬度和耐磨性的显著提高;晶粒粗大和碳化物组织对钢材力学性能的不利影响可通过适当控制钢的熔炼及热处理工艺来加以改善。

以钻铤钻杆数控管螺纹车床为研究对象, 通过Pro/E软件建立床身的三维实体模型, 利用有限元分析软件ANSYS进行动力学分析, 在计算床身的固有频率和能量分布的基础上, 提出依据变异系数判断能量分布的均匀程度, 并结合振型分析, 寻找床身的薄弱环节。在此基础上, 以提高床身固有频率为目标, 分析床身开孔对其动态性能的影响, 提出了3种优化方案, 并验证了优化方案的可行性。通过结构优化, 改善了床身的动态特性, 节约了制造成本。该方法对其他类似关键零/部件的动态优化设计具有一定的借鉴意义。

针对目前CAM后处理器在使用中无法处理用户个性化需求的情况, 在SIEMENS NX软件平台上建立了可以对后处理事件进行分类处理, 并可提取用户需求的图形用户界面以及用TCL语言实现用户定义事件处理程序的应用框架。应用实例结果表明:交互式后处理技术可以处理编程用户定制机床运动状态和选择工艺参数等个性化需求, 增强了后处理器对于编程操作的适应性, 提高了编程效率和质量。

基于ADAMS软件建立了主动悬架越野整车模型。设计了主动悬架的模糊-PID控制策略, 对车身的垂向及侧倾振动加速度进行控制。通过ADAMS 与Matlab/Simulink软件联合仿真的分析结果表明, 建立的主动悬架模糊-PID控制器不仅改善了车辆的平顺性, 而且可以提高车辆的侧倾稳定性。

首先, 通过矩形拼接增加矩形件的多样性, 使得剩余矩形匹配算法中可选择的矩形数目增加;其次, 引入面积匹配度、高边匹配度和宽边匹配度作为评价剩余矩形匹配算法中选择矩形的标准, 并采用三叉树结构计算出原料利用率最高的排样方案;最后, 通过实验对比证明本文算法可提高原料利用率, 很好地解决了不同规模的矩形排样问题。

温度测点的选择直接影响数控机床热误差补偿模型的性能。考虑到温度有序传递的特点, 提出了有序聚类测点优化的方法。以试验数据为基础, 计算类直径并比较目标误差函数;然后对温度变量分类, 确定最佳分类数;通过计算热误差和温度之间的相关系数, 确定最优测点。采用定位误差分解建模法结合选取的最优测点建立热误差预测模型, 分别与模糊聚类和变量分组测点优化建立的模型进行比较, 试验结果表明, 有序聚类测点优化法精度较高, 具有一定的应用前景。

分析了小齿轮个数、齿数对内啮合齿轮泵的流量脉动的影响;建立了流量脉动程度最小、齿轮机构体积最小的双目标函数的数学模型, 并利用遗传算法对其进行了优化求解。结果表明:内啮合齿轮泵流量脉动程度随着小齿轮个数的增加而减小;内齿圈齿数与内啮合齿轮泵流量脉动程度呈反比关系, 而小齿轮齿数的影响则正好相反;优化结果达到了减小流量脉动程度、减轻重量的目的, 从而为多齿并联内啮合齿轮泵的设计与制造提供了一定的理论依据。

介绍了全自动AGV小车电池更换及充电装置的工作原理及控制系统, AGV小车电池更换及充电装置主要由水平行走机构、垂直升降机构、钩爪提取机构、导轨、支架、充电位、缓存位及检测机构等组成;控制系统主要由西门子300系列PLC、通迅模块、输入模块、输出模块、SEW伺服电动机、SEW伺服电缸及传感器等组成。运行结果表明:AGV小车电池更换及充电系统运行平稳、定位准确且高效, 系统采用冗余设计, 为上下双层相同的结构布置, 其中一层为备用层, 可对多台AGV小车进行电池更换及充电, 在2 min内可完成电池的自动更换, 大幅提高企业生产效率及降低工人的劳动强度;该系统可对不同型号的小车电池进行更换, 具有很高的实用价值与市场前景。

针对旋转超声振动加工中接触式超声频、大功率电能传输存在的问题, 提出基于电磁耦合感应的非接触电能传输方法。理论分析了非接触松耦合变压器的参数设计, 建立了以压电换能器和松耦合变压器为总负载的原边电端阻抗匹配模型。实验研究了电源频率、磁芯间距对电能传输效率的影响, 测试了系统工作过程中磁芯的温升变化, 结果表明所设计的非接触电能传输系统能够满足旋转超声振动加工要求。

针对安全阀在线校验判开过程过于复杂而导致校验结果精度不高及不稳定的问题, 对安全阀在线校验判开方式和安全阀在在线校验过程中的动作原理进行了研究, 提出“阀瓣位移法”作为安全阀在线校验判开方法。通过介绍“阀瓣位移法”的理论依据, 对其进行详细计算推导, 得出了“阀瓣位移法”理论公式。实验结果表明:“阀瓣位移法”作为安全阀在线校验判开方式是可行的, 在简化在线校验过程同时, 有效提高了在线校验结果精度及稳定性。

当前, 国内铁路接触网上零/部件的检修方式主要为停电状态下的人工检修, 这种检修方式既费时又费力。随着我国电气化铁路建设的快速发展, 铁路的总里程数迅速增加, 提高接触网上零/部件的检修效率显得越来越重要。为此, 对接触网检修工作的实际情况进行分析, 设计了一种铁路接触网无人检测车, 该检测车可以根据用户的实际需要配载检测设备, 通过北斗系统接收机的定位功能实现在距接触网立柱中心±20 mm处自动定位停车, 自动调整YZ坐标平台的空间位置, 使搭载的检测设备到达预定位置, 对接触网相应零/部件进行检测。该检测车的控制系统以PLC为下位机, 通过有线和无线通信的方式对该检测车各部件的动作进行控制, 以工控机为上位机, 一方面实现下位机的功能调用, 另一方面对通过北斗系统接收机获得的定位数据和通过检测仪器获得的检测数据进行分析与处理, 达到无人检测车的自动定位, 从而实现接触网零/部件的自动化检测。

主要分析了螺纹联接防松机理, 建立了螺纹联接拧紧扭矩和拧松扭矩的计算模型, 针对有效力矩型锁紧螺母对计算模型进行了修正, 并对修正模型计算的可靠性进行了试验验证。同时研究了初始预紧力、摩擦因数、螺纹旋合长度以及防松方式等因素对螺纹紧固件防松性能的影响, 并通过横向振动试验验证了各因素对防松性能的影响程度, 为防松螺母的合理选用提供指导。

介绍了厚板窄间隙埋弧自动焊机PLC控制系统的结构、功能和原理。该系统以S7-200系列PLC为核心, 采用eView触摸屏, 高效地实现了厚板窄间隙埋弧自动焊机的各项控制功能, 具有人机界面友好、抗干扰能力强和工作稳定可靠等特点。该系统已在所研制的厚板窄间隙埋弧自动焊机上得到应用, 取得了良好效果。

为了降低成本、改善调速系统的闭环特性, 提出了在晶闸管为变流器件下的一种新型双闭环控制策略。在转速反馈闭环控制的基础上, 引入有功电流环, 通过频率、电压两个变量的协调控制来实现双闭环调速。分析电动机有功电流特性, 根据实验数据, 通过拟合得到转差与有功电流的关系。并由双变量交-交变频的特点, 在充分利用电动机的过载能力的条件下, 确定调速方案。通过Matlab软件仿真和ARM驱动实验, 验证了交-交变频双闭环调速方案的可行性和有效性。

以实验室大连机床厂生产的CKA6136i卧式数控车床(FANUC-0i-TD系统)不能回参考点为例, 阐述了基于无挡块返回参考点的控制原理、相关参数的调试及相关PMC梯形图的编辑, 并对机床回零过程中各种形式的故障进行分析、诊断与排除。维修后的6台机床回零正常, 解决了困扰实验人员很久的对刀完成后工件坐标系数值自动偏移导致机床经常撞刀的问题, 提高了生产效率。