以双级锤式破碎机为研究对象,考虑销轴所受载荷的加载次序和载荷之间相互作用对销轴疲劳损伤的影响,对Manson-Halford(M-H)非线性疲劳损伤模型进行了修正,并通过试验数据验证了修正后模型的准确性和可靠性;考虑到破碎过程中锤头与销轴之间存在的非线性碰撞接触和物料颗粒对销轴受力的影响,利用MFBD-DEM双向耦合的方法获取了销轴的动态载荷;最后基于修正后M-H模型对销轴进行了疲劳分析。结果表明,与现有模型相比修正后的M-H模型寿命预测的误差最小;基于修正后M-H模型计算得到销轴的最小疲劳寿命为9.918×10⁶次(165 h);利用MFBD-DEM双向耦合方法对双级锤式破碎机等大型破碎设备进行疲劳分析是合理可行的。

为解决汽车整车制造企业多厂区多车间联动生产下计划不准确和协调困难的问题,基于精益生产中的平准化思想对该问题进行研究,并考虑有限容量的缓冲区中库存积压或不足对生产稳定性的影响,建立了多汽车工厂协同混流排产双层规划模型。上层以最小化厂区间的转运量为目标建立跨厂区转运量分配模型,下层以最小化缓冲区中的储备偏差为目标建立车间班次选择模型。设计了双层遗传算法对该模型进行求解,并采用最小影响策略对转运量和车间产量进行标准化。通过算例将双层优化与单层优化的结果进行对比分析,并扩大算例规模。仿真实验结果表明,双层优化的求解质量更佳,从而验证了设计的模型和算法的有效性和可行性。

为实现手部自由曲面的精准功能化打印,提出了一种结合三维点云数字化成型工艺和自由曲面功能化成型工艺的方法。首先,通过三维扫描仪收集手部点云数据,并采用自适应加权引导滤波技术对曲面特征点进行平滑降噪处理;接着,使用基于曲率的自适应曲面几何采样算法在不丢失细节特征的同时对点云进行精简;随后,利用优化后的点云数据精确重构手部数字化模型,提取其自由曲面坐标并在其上设计功能化电路图案;最终,通过计算机辅助设计和矢量图形编辑软件生成的数控代码导入熔融沉积成型系统打印手部结构,并使用气溶胶喷射打印技术在手部自由曲面打印电子皮肤。试验结果表明,本试验采取的点云数据策略使手部扫描点的数量减少了80 %,达到了明显精简的效果。手部逆向重构模型的误差在0.4 mm以内,相对于实物原型的拟合度较高。实证展现了电子皮肤在手部自由曲面一体化成型的潜力,并为高精度功能化打印提供了技术参考。

为准确评价企业通过设备上云实现的经济、环保及能力提升等效果,解决钢铁行业缺少设备上云效果评价手段,企业普遍依赖专家经验或单一经济指标评估设备上云效果,导致评价主观性较强、维度单一和不准确的问题,从设备接入、设备服务和总体收益3个维度搭建了面向钢铁行业的设备上云效果评价指标体系,提出一种改进熵权TOPSIS法设定指标权重,使指标权重设定更为精确,应用模糊综合评价等方法计算企业设备上云效果得分,建设钢铁行业设备上云效果评价系统为企业提供自评估服务,并选取5家典型企业数据进行应用分析,验证了该方法能够帮助企业评估设备上云应用效果,指导企业科学开展设备上云工作。

研究了仿生机器鱼不同形状柔性尾鳍的水动力学特性。根据仿生学观测结果,研制了4种形状的仿生机器鱼尾鳍,通过开展水动力学实验,对比分析了尾鳍外形、结构、材料和运动参数对水动力学参数的影响。结果表明,增大尾鳍的摆角幅度和摆动频率有利于提高推进力,但会引起游动的不稳定性;柔性强的新月形尾鳍具有较好的推进性能;展弦比越小的无鳍条尾鳍,高频游动性能越好,鳍条会降低尾鳍的高频游动性能。

针对电动缸的非线性摩擦难以辨识,且会对六自由度电动Stewart平台(Electrically Driven Stewart Platform,EDSP)位姿的跟踪精度造成不利影响,提出了一种引入Levy飞行和柯西变异的改进灰狼算法(improved Gray Wolf Optimization algorithm introducing Levy flight and Cauchy variation,LCGWO)对电动缸摩擦模型进行辨识,并设计了基于摩擦模型的前馈补偿方法。首先,建立了考虑电动缸非线性摩擦力的EDSP数学模型,并使用Lugre摩擦模型描述电动缸摩擦力。然后,考虑到电动缸的非线性摩擦力难以辨识,提出一种LCGWO同时对摩擦模型中的静态和动态参数进行辨识,并与一般的辨识方法进行对比分析。最后,设计了基于Lugre摩擦模型的前馈补偿算法,并进行实验验证。实验结果表明,相较于其他算法,LCGWO具有更优的收敛速度和预测精度;并且通过基于摩擦模型的摩擦前馈补偿方法对电动缸进行摩擦补偿,可以有效提升平台的位姿跟踪精度。

针对基于QR码导航的自动导引车(Automated Guided Vehicle,AGV)在起始位姿偏差较大时无法快速平稳消除误差的问题,提出一种基于辅助跟踪轨迹与分数阶滑模控制器的纠偏系统。给出AGV运动学与动力学模型,并基于分数阶微积分算子与指数超扭曲算法(Exponential Super Twisting Algorithm,ESTA)设计分数阶滑模控制器。设计辅助系统补偿可能出现的输入饱和问题,加强处理瞬时扰动的能力。辅助跟踪轨迹采用均匀三次B样条曲线生成,并利用遗传算法在曲率、速度等约束条件下求解最优曲线。通过Lyapunov理论给出稳定性证明。仿真结果表明,该系统能够有效处理起始位姿偏差过大的问题,并具有更快的收敛速度和良好的抗干扰性能。

针对某汽车盘式制动器存在制动尖叫噪声问题,研究了不同倒角结构的摩擦片、不同阻尼层厚度的消音片,以及两者匹配对制动尖叫噪声的影响,并通过台架试验分别对研究得到的最佳匹配方案和原方案进行噪声测试。研究结果表明,5种不同倒角结构摩擦片中,对称结构的倒角优于不对称结构,不对称结构的倒角解决频率较为集中的单处噪声效果较好,其中,对称直倒角结构降噪效果最好,但易诱发新的噪声;消音片阻尼层厚度逐渐增大时尖叫噪声发生的倾向性呈现先减小后增大的趋势;摩擦片与消音片的合理匹配能有效改善尖叫噪声,对称倒角和不对称倒角结构的摩擦片分别匹配消音片时的降噪趋势相反,其中对称斜倒角结构的摩擦片与阻尼层厚度为0.28 mm的消音片匹配时降噪效果最好,噪声发生度比原方案降低了97.98 %。

基于关键零/部件参数,建立了汽车发动机高压共轨喷射系统的数学模型,使用AMESim软件进行仿真模拟,并通过试验分析验证了该仿真模型的准确性。通过对系统轨压波动和压力特性进行仿真分析,得出共轨管长度、内径和高压油管内径是影响系统轨压特性的重要参数。针对原始共轨管和高压油管模型,利用响应曲面法对共轨管和高压油管参数进行优化分析,并得出以平均轨压设定值为目标的共轨管和高压油管的最佳结构参数。经过优化后,汽车发动机高压共轨喷射系统的平均轨压提高了0.65 %,整体轨压波动平均值降低了79.48 %,单次喷射过程中轨压波动平均值降低了27.89 %,平均喷油压力提高了0.63 %,其喷油特性得到明显的改善。

针对车轮不圆引起的车轮型面变化对轨底坡设置产生的影响,运用SIMPACK软件建立地铁车辆-轨道动力学模型,设置9种轨底坡和2种车轮不圆工况,选用直线和4种不同半径曲线,分析轨底坡耦合车轮不圆对车辆动力学性能的影响;以轮轨垂向力、轮轨横向力、脱轨系数、轮重减载率、轮对横移量和磨耗指数作为评价指标,基于熵权法建立多目标优化模型,对车辆直线运行平稳性和曲线通过能力进行评价,得到轨底坡和车轮不圆的最优匹配方案。研究表明,车轮存在不圆时,轨底坡变化对横向平稳性的影响大于垂向平稳性;车轮不圆会增加轨底坡对轮轨垂向力、轮轨横向力、轮重减载率的影响程度;存在车轮不圆时,直线线路以及R300、R400、R500和R600 m 这4种曲线线路下,外/内轨最优轨底坡分别为(1/40,1/30)、(1/20,1/30)、(1/40,1/30)、(1/30,1/30)和(1/30,1/30);无车轮不圆时则为(1/40,1/30)、(1/30,1/40)、(1/30,1/30)、(1/30,1/30)和(1/40,1/30)。该研究可以为车轮维护及运营线路设计提供技术支持。

为解决高速列车高运行速度、长运行距离下动力学性能恶化、运行平稳性下降等问题,设计提出了一种主动直接反馈与全状态反馈控制方法。基于Simpack仿真平台建立整车非线性模型,以模拟车辆真实运行状态与真实传感器采集信号;基于MATLAB平台建立整车垂向线性模型,采用Kalman滤波器,参考整车垂向线性模型建立状态观测器,依据设定数量与类型的传感器信号实时还原整车全状态量;分别采用基于主动直接反馈的天棚控制方法以及基于全状态反馈的线性二次型调节器(Linear Quadratic Regulator,LQR)控制方法与H∞控制方法,设计整车垂向全状态反馈控制算法,实现车辆二系垂向主动控制。针对直线运行工况和失效工况,利用SIMAT联合仿真方法对信号采集—状态观测—主动控制回路进行仿真分析,对比各方法的有效性。仿真计算结果表明:状态观测器能实现较为准确的整车全状态观测。配合状态观测结果可知,3种控制方法均能够在正常运行工况下提升车辆运行平稳性,车体平稳性指标最多降低了19 %,最大加速度最多降低了54 %;在前转向架空气弹簧失效工况下,主动控制方法能够在一定程度上保障车辆继续安全运行,采用H∞控制方法时,仿真时间内最大点头角降低了83 %。

针对车辆纵向运动时内部和外部扰动导致的预期功能稳定性问题,基于模型预测控制(Model Predictive Control,MPC)及改进自抗扰控制(Active Disturbance Rejection Control,ADRC),设计了一种车辆自适应巡航控制(Adaptive Cruise Control,ACC)策略。首先,建立车辆运动学模型以及考虑前车速度的安全车间距离模型;然后,设计模型预测控制器和改进自抗扰控制器,利用MPC算法实现对前车的跟踪,并将状态误差作为改进自抗扰控制器的输入,实现车辆在扰动环境下的稳定巡航控制;最后,进行仿真对比实验。结果表明,基于MPC及改进ADRC的车辆自适应巡航控制策略能够有效抑制由于距离误差引起的系统内部扰动和外部扰动,提高车辆在自适应巡航过程中的跟踪性能以及系统的稳定性。

针对摩擦力矩过大造成滚珠丝杠副运行过程中柔顺性降低和温升的问题,从其产生机理出发,建立具有滚道截型对称性误差和滚道半径误差的滚珠丝杠三维模型,利用赫兹接触理论基于Adams软件仿真分析了不同滚道截型误差对摩擦力矩的影响。与实测结果相比,滚道半径误差仿真模型产生的摩擦力矩均值与实测均值相对误差在11.41 %以内,验证了仿真模型的有效性。通过仿真和试验表明,改变滚道半径能控制摩擦力矩的均值;控制滚道截型对称性误差能降低摩擦力矩波动范围。该结果可为降低滚珠丝杠副摩擦力矩、提高柔顺性提供理论参考。

针对传统矫直过程中需要依赖人工经验、矫直速度慢和板材良品率低的问题,综合考虑板材矫直过程中板厚、弹性模量、屈服强度和板材塑性率等参数对矫直工艺的影响,以及反向传播(Back Propagation,BP)神经网络容易陷入局部最优值和泛化能力不强等问题,引入蜣螂优化(Dung Beetle Optimizer,DBO)算法,建立了基于蜣螂优化算法优化BP神经网络的矫直智能优化工艺预测模型。使用包含1 000条数据的训练集进行训练,对比BP神经网络预测模型和粒子群算法优化BP预测模型,结果表明,蜣螂优化算法优化BP神经网络预测模型的首尾辊压下量百分比误差分别在0.5 %和0.6 %以内,总矫直力百分比误差在0.6 %以内,该预测模型对于矫直工艺的精确预测有较高的参考价值。

针对龙门式等离子零件坡口切割平台视觉系统对待切割零件识别速度慢、轮廓定位信息不准以及误匹配等问题,结合Hu矩和图像配准提出一种高效率的匹配和定位方法。首先通过阈值分割算法对图像进行降噪处理,分离零件背景与前景图,对零件轮廓进行识别,基于Hu矩实现对图像库的快速匹配;其次对读入的CAD图像进行坐标变换,通过定义轮廓最小外包斜矩形的角度,基于轮廓质心寻找到一个旋转角度初值并建立函数模型,利用遗传算法的思想优化迭代最优解;最后用CAD模板图像的轮廓路径,修正零件轮廓定位信息。实验结果表明该方法能够快速且准确地从零件图中搜索到与CAD图库中的对应零件,并实现定位信息修正,修正后的整体图像误差在6个像素左右。

为进一步提高切削加工过程刀具磨损值监测的精度,提出一种融合残差块与Swin-Transformer模型的刀具磨损监测模型。首先,采用分组卷积残差块提取信号的特征;然后,利用Swin-Transformer模型中的分块滑动窗口自注意力机制对提取的特征进行平移融合;最后,通过回归层实现刀具磨损值监测。试验结果表明,融合一层残差块与一层stage机制的Swin-Transformer模型可以有效融合刀具磨损状态监测信号的全局信息,相比其他Swin-Transformer模型,不仅模型结构简单,而且具有更高的监测精度,利用PHM2010数据集验证的MSE、MAE和R²分别达到4.471 9、1.467 5和0.995 8。

为了解决传统A^*算法在软管线束路径规划时搜索节点过多、折弯过大,以及难以满足多种布线约束等问题,提出一种基于改进双向A^*算法的软管线束自动布置方法。首先,为了满足管线两端的接口方向约束,采用双向搜索策略,动态定义正、反向搜索的目标节点;其次,引入双重权重参数优化评价函数并加入折弯代价,减少管线的拐点和折弯角度;然后,提出基于自适应步长的邻域搜索方法,并在搜索过程中设定父拐点和加入折弯角度限制约束,以提高搜索效率并满足管线最小弯曲半径要求;最后,针对搜索路径拐点较多和路径不平滑问题,提出基于节点过滤和B样条曲线插值的软管光顺方法。实验仿真表明,与传统A^*算法相比,所提方法规划出的管线路径拐点和搜索路径节点数都有较大减少,生成的软管路径光顺平滑,满足实际布线约束。

可靠性是反映再制造零/部件质量及其稳定性的重要指标。相比于新产品零/部件,影响再制造零/部件的可靠性因素多、机理关系复杂,且毛坯剩余价值高,难以开展大量的可靠性试验,使得可靠性数据样本量少,导致再制造零/部件可靠性预测精度低。为此,提出一种基于深度迁移学习的再制造零/部件可靠性预测方法。首先,分析制造阶段个性化工艺过程对再制造零/部件可靠性的影响,结合服役阶段运行数据对可靠性进行预测,通过引入新产品与同一产品不同型号零/部件服役阶段运行数据、制造阶段工艺质量数据进行样本扩充,利用主成分分析法获取影响可靠性的运行时间、状态信息及加工精度等关键特征数据并构建源域数据集;其次,采用卷积神经网络构建源域关键特征数据与可靠性之间的深度学习模型,以再制造零/部件数据为目标域数据集,通过自适应梯度算法将模型迁移应用到再制造零/部件可靠性预测中,以提高预测精度;最后,以某数控机床需要再制造的零/部件为例,对所提出预测方法的有效性进行验证。

为满足精密加工过程中对电机主轴的转速、进给距离和切削力精确控制的需求,将永磁同步电机和超磁致伸缩驱动器结合,提出一种具有转动、微进给及力感知功能的集成式电机主轴。为验证集成式电机主轴力感知部分的结构合理性,基于磁路法和有限元分析法,得出集成式电机主轴的微进给距离、外线圈感应电压与外部载荷的关系。最后,为验证仿真的准确性,搭建集成式电机主轴力感知及微进给试验平台。结果显示,在此磁路模型设计中,集成式电机主轴的磁通密度可达0.551 9 T,磁通密度均匀度大于77.85 %,集成式电机主轴的微进给距离可达26.5 μm,外线圈感应电压与外部载荷成反比且内线圈的最佳外加电流为5 A。研究结果表明,集成式电机主轴力感知及微进给功能的设计是合理可行的,为深入研究和精确控制集成式电机主轴奠定了基础。