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机电工程
机电工程

罗向阳

月刊

1001-4551

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310009

浙江省杭州市大学路高官弄9号

机电工程/Journal Mechanical & Electrical Engineering Magazine北大核心CSTPCD
查看更多>> 《机电工程》杂志系：中国科技论文统计源期刊(中国科技核心期刊) ，创刊于1971年，由浙江大学与浙江省机电集团（原浙江省机械工业厅）联合主办，是一份在国内有较高影响力、历史悠久的机电技术领域的专业性科技期刊。以报道机械、仪表技术，机电一体化技术、自动化技术及其应用为特色。《机电工程》杂志是中国机械工程学会优秀期刊，《中国学术期刊（光盘版）检索与评价数据规范》（CAD-CJ）执行规范优秀期刊，浙江省精品科技期刊。 中国学术期刊影响因子年报-自然科学与工程技术2011版显示：复合影响因子为0.748，影响因子列机械工程学科第8位（总计86种）。
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    基于改进白鲸优化算法的多目标非置换流水车间调度方法

    丁祎宋欣钢皇涛
    2232-2242页
    查看更多>>摘要：针对传统的单一加工车间灵活度不高的问题,提出了一种多目标改进白鲸优化(IBWO)算法的车间调度方法.首先,建立了以最小化最大完工时间和最小化能耗为目标的多目标非置换流水车间调度问题模型,IBWO根据调度问题的特点,设计了双层实数编码机制表示问题的解;然后,利用非支配关系和拥挤度排序算法评价了多目标解之间的优劣关系,使用实数交叉和变邻域搜索策略,对建立的模型进行了求解;最后,将 IBWO分别与白鲸优化算法(BWO)、使用遗传交叉策略但未使用变邻域搜索策略算法(BWO-1)、使用变邻域搜索策略但未使用交叉策略算法(BWO-2)进行了对比,并进一步将其与非支配排序遗传算法 2(NSGA2)、NSGA3 和强度帕累托进化算法2(SPEA2)多目标优化算法进行了对比.研究结果表明:使用测试算例仿真对比后,可使用收敛性指标迭代距离(GD)、多样性指标、综合性指标反世代距离(IGD)对结果进行评判,改进白鲸优化算法指标可至少在 60%的测试算例上取得优势地位;使用实数交叉策略和变邻域搜索策略的改进白鲸优化算法,可弥补原始白鲸算法局部搜索能力较差的缺点,有效增强算法的有效性和稳定性,提高改进算法的搜索能力,为实际生产提供一定的指导.

    车间调度模型多目标优化改进白鲸优化算法实数交叉变邻域搜索迭代距离反世代距离白鲸优化算法

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    基于路径质量评估算法的LPBF分区扫描策略

    王楚李佳奇刘洋汤辉亮...
    2243-2251页
    查看更多>>摘要：针对激光粉末床熔融的路径难以适应复杂零件特征,且无法有效识别路径的填充质量,造成打印质量差这一问题,提出了一种以零件薄弱区域为特征的分区扫描算法及路径填充质量评估算法.首先,在数据处理的过程中,根据构成切片轮廓的三维点数据,使用间距均匀的平行线对轮廓进行了扫描,计算了交点间的距离,并对零件中的薄弱区域进行了特征识别与提取;然后,使用提取出的薄弱区域作为零件分区依据,对切片轮廓进行了求交运算,得到了新的切片轮廓并划分了区域,对每个子区域进行了路径填充,并使用路径生成时的点数据进行了路径尖角识别及填充质量评估;最后,对常用的平行线路径、轮廓偏置路径、棋盘分区路径等,采用相同参数打印了同一个零件,并利用超景深显微镜对打印的零件进行了三维形貌测量.研究结果表明:该分区算法减少了对2 个薄弱区域的分割,没有形成新的薄弱区域,说明填充质量识别算法可以有效识别路径的尖角及填充情况,保证零件薄弱区域的打印质量,并有效提高零件整体的打印质量.

    激光粉末床熔融选择性激光熔化路径规划路径评估分区路径增材制造零件薄弱区域

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    基于动态双种群NSGA2算法的分布式柔性作业车间调度研究

    汪豪谢辉李艳武
    2252-2260页
    查看更多>>摘要：在分布式柔性作业车间多目标调度问题的求解过程中,存在调度规模大、多个目标难以协调等缺陷.针对上述缺陷,提出了一种改进的非支配排序遗传算法Ⅱ(NSGA2),并对分布式柔性作业车间多目标调度问题进行了求解.首先,建立了以完工时间、机器负荷、能耗为优化目标的分布式柔性作业车间多目标调度模型;然后,基于帕累托(Pareto)等级特点设计了一种动态双种群搜索策略和种群划分机制,以替代传统的选择操作,并对每个种群采用了不同的搜索策略;针对关键工厂,在第二个种群中设计了局部搜索策略,基于Pareto等级的支配关系设计了Q学习的状态、奖励函数,采用Q学习对双种群的数量比例进行了自适应调整;最后,采用扩展的基准算例对该改进算法的有效性进行了验证,并将其与其他算法进行了对比分析.研究结果表明:采用动态双种群搜索策略改进的NSGA2 算法能有效保持种群多样性,且不易陷入局部最优,提高了算法的求解质量.该改进算法与传统NSGA2 算法相比,多样性评价指标平均提高了15.34％,收敛性评价指标平均提高了76.37％,证明了该算法在解决分布式柔性作业车间多目标调度问题上的优越性.

    柔性作业车间调度问题分布式多目标柔性作业车间车间多目标调度问题求解帕累托等级改进非支配排序遗传算法Ⅱ动态双种群搜索策略Q学习

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    增材制造设备位置误差建模与补偿策略

    刘洁赵训茶王文文
    2261-2271页
    查看更多>>摘要：针对广泛存在的增材制造成型产品几何与尺寸精度缺陷问题,提出了一种基于校准样件增广点实测数据与最小二乘拟合方法的增材制造设备位置误差建模与补偿策略.首先,以广泛应用的熔丝成型设备为原型,搭建了增材制造成型试验台,制造了用于建立增材制造成型设备位置误差的阶梯型金字塔校准试样集群,并采用精密坐标测量仪对试样各级台阶水平面中心点(增广点)位置以及相对竖直面的距离进行了测量;然后,基于实测数据与运动链-误差传递关系,采用低阶多项式对设备位置误差进行了表征,利用最小二乘拟合对误差模型的参数进行了估计,并根据估计参数的显著性水平,对初始误差模型进行了优化;最后,基于优化后的模型对成型件立体光刻文件进行了修正,实现了增材制造设备的位置误差补偿,提出了简要的尺寸补偿方法,并采用了新的校准式样集群与实际零件制造验证了该误差模型和补偿方法的有效性.研究结果表明:相较于未采用误差补偿制造的校准试样集群与实际零件,采用设备位置误差补偿后的成型产品最大位置误差均可控制在 300 μm以下,采用设备位置和尺寸误差进行补偿后,所制造的实际零件关键特征的最大相对尺寸误差为-2.4%,能够较好地满足实际工程需求,说明了误差模型和补偿方法的有效性.

    误差补偿增材制造增广点最小二乘拟合几何精度尺寸补偿运动链

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    基于T-S模糊故障树和剩余寿命的离心泵健康评估方法

    王语嘉李金波侯继洁马波...
    2272-2281页
    查看更多>>摘要：针对现有离心泵健康评估方法只考虑单部件,无法客观反映离心泵真实健康状态的问题,提出了一种考虑多部件的基于T-S模糊故障树和剩余寿命的离心泵健康评估方法.首先,对离心泵故障进行了T-S模糊故障树建模,在故障树中用T-S门连接了部件与离心泵,用T-S门规则表征了部件失效概率与离心泵失效概率的影响关系;然后,根据部件的劣化可监测性,采用了基于Wiener过程或Weibull分布的寿命预测方法,根据部件的状态监测数据或历史失效记录,计算了部件的失效概率;最后,根据部件失效概率和T-S门算法,计算了离心泵失效概率和健康因子,得到了离心泵健康状态及其使用和维修建议,并将该健康评估方法应用于离心泵试验台数据集、西安交通大学和SY公司合作开发的(XJTU-SY)数据集.研究结果表明:离心泵试验台中离心泵健康因子为 0.789,健康状态为比较健康,该方法综合考虑多部件对离心泵进行状态评估;采用XJTU-SY数据集进行验证可知,相较于基于单部件的健康评估方法,该方法评估健康因子始终低于0.6,且降至0.4 的时间明显提前于基于单部件的健康评估方法,评估结果更准确.该方法可为离心泵健康评估方法的改进提供参考.

    离心泵T-S模糊故障树健康状态评估健康因子失效概率计算T-S门算法

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    沙粒粒径对高比转速离心泵非定常特性的影响

    欧铭宋文武由丽华杨敏...
    2282-2291页
    查看更多>>摘要：在离心泵实际运行环境中,固液两相流中存在的沙颗粒会直接影响离心泵运行的效率及稳定性,因此,以一比转速ns=157 的离心泵为例,对不同粒径沙粒在泵中的运动特性进行了仿真模拟分析.首先,采用CFturbo及UG等软件对离心泵进行了三维建模及优化处理,使用ICEM软件对模型进行了全流域网格划分,使其达到了计算精度要求;然后,利用ANSYS商业软件进行了计算前处理,再结合Mixture多相流模型与Finnie磨损模型设计了五种不同沙粒粒径,并对其进行了全流道仿真模拟;最后,根据仿真计算结果分析了不同粒径沙粒在泵流道中的运动分布、磨损情况及其对泵的瞬态影响.研究结果表明:在粒径为 0.04 mm～0.2 mm范围内,沙粒直径每增大0.04 mm,泵扬程降低1.3%左右,效率降低0.6%～1.5%;沙粒主要聚集在叶片吸力面外侧尾缘处、泵前盖板、蜗壳隔舌处,且其浓度与沙粒粒径大小呈正比关系;沙粒粒径每增加一个梯度,其在吸力面分布面积将增加约 5%,最高占叶片面积约35%;由于结构差异,在蜗壳流道内,低直径沙粒更容易悬浮在流道中造成聚集,在叶轮流道中较大直径的沙粒会由于摩擦力而聚集;以粒径0.08 mm为界,小直径沙粒引起的压力脉动幅值与径向力增长的速率均小于大直径沙粒.

    离心泵固液两相流沙粒运动分布磨损状况运动特性Mixture多相流模型Finnie磨损模型

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    橡胶泊松比对等壁厚单螺杆泵举升性能影响的试验研究

    毛方童华仁
    2292-2299页
    查看更多>>摘要：为了研究橡胶泊松比对等壁厚单螺杆泵举升能力的影响,对其进行了有限元模拟和试验研究.首先,采用Workbench软件对等壁厚单螺杆泵进行了接触非线性仿真,研究了不同容腔压强下的压差载荷与其接触应力的关系,总结出了容腔间临界密封压力的计算方法,计算得到了不同橡胶泊松比下等壁厚单螺杆泵的临界密封压力,并使用Origin软件对其进行了多项式拟合;然后,分析了橡胶泊松比与容腔间临界密封压力的关系,根据等壁厚单螺杆泵内部油压传导规律,计算得到了不同橡胶泊松比下的螺杆泵扬程,并分析了两者间的关系;最后,为了验证等壁厚单螺杆泵接触非线性仿真结果的正确性,对该螺杆泵进行了水力特性试验.研究结果表明:容腔间接触应力随压差载荷的增大而近似呈线性增大,随容腔压强的增大而减小;容腔间的临界密封压力随容腔压强的增大而近似呈非线性减小;在容腔压强一定时,容腔间的临界密封压力随橡胶泊松比的增大而增大,泊松比越大其等壁厚单螺杆泵内部就越不易漏失;螺杆泵的扬程随橡胶泊松比的增大而呈非线性增大,且增长的速率越来越快;试验中,等壁厚螺杆泵所能达到的最大扬程为10.85 MPa,仿真结果与试验结果误差仅为3.2%.以上研究结果可为等壁厚单螺杆泵未来的研究提供借鉴参考.

    容积泵螺杆泵水力特性临界密封压力橡胶泊松比扬程油液传导规律密封特性分析

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    湿式烧结金属摩擦材料试验台制动力控制研究

    吴云志谷峰昝傲杨剑东...
    2300-2309页
    查看更多>>摘要：湿式烧结金属摩擦材料试验台工作环境复杂,进行制动试验时需要精确的压力控制.针对试验台液压系统的控制精度低和抗干扰能力差的问题,提出了一种基于改进粒子群算法优化(PSO)的模糊PID控制算法——改进PSO-FuzzyPID控制方法.首先,介绍了试验台的系统组成结构,分析了试验台的动态、静态试验基本原理以及液压系统的压力控制原理,并基于上述分析在MATLAB/Simulink中建立了试验台液压控制系统的数学模型;然后,采用仿真的方式,将传统PID控制、模糊PID控制和基于改进PSO的模糊PID控制在阶跃输入和干扰信号下的控制效果进行了比较,验证了控制方法的可行性;最后,以铜基摩擦片作为试验片,在某公司的湿式烧结金属摩擦材料性能试验台上,对控制方法进行了台架试验,进一步验证了改进PSO-FuzzyPID控制方法的性能.研究结果表明:相较于传统PID、模糊PID控制方法,采用改进PSO-FuzzyPID控制方法后,系统超调量分别降低了 10.3%和2.6%,响应时间分别缩短了0.07 s和0.26 s,稳态误差分别降低了0.03 MPa和0.02 MPa.上述结果验证了该方法能有效提高试验台液压系统的控制精度,具有较强的抗干扰能力,可以满足试验台实际控制需求.

    改进粒子群优化模糊PID控制湿式烧结金属摩擦材料试验台控制策略改进粒子群算法优化的模糊PID控制方法

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    基于IPSO-SVM的动态汽车衡故障诊断方法研究

    黄庆程
    2310-2319页
    查看更多>>摘要：针对服役状态下,不易对轴重式动态汽车衡的灵敏度漂移等故障进行在线检测这一问题,提出了一种特征降维下结合莱维飞行改进粒子群算法优化支持向量机(IPSO-SVM)模型,以及信号特征提取与降维的动态汽车衡故障诊断方法.首先,提取了输出信号的时域与频域特征,利用核主成分分析(KPCA),将非线性映射函数输入空间变换到高维空间,实现对特征向量的降维与筛选目的;然后,利用了莱维飞行改进粒子群优化算法(PSO)的寻优能力,并采用改进后的算法对支持向量机(SVM)进行了优化,得到了最优的参数组合,以此构建了全局最优的IPSO-SVM诊断模型;最后,采用建立的诊断模型,对不同车重、不同车速、不同轴型载荷工况下的动态汽车衡进行了故障诊断验证.研究结果表明:采用该动态汽车衡故障诊断方法,其诊断准确率可达98%,证实了引入莱维飞行后的改进粒子群算法可显著改进优化的效率和效果.相比现有诊断方法,IPSO-SVM 诊断模型可有效解决PSO算法易陷入局部最优解的问题,准确率得到了较大提升,可实现对汽车衡系统动态故障工况下的全类型高精度诊断.

    质量计量仪器故障诊断模型莱维飞行信号特征提取信号特征降维支持向量机改进粒子群算法优化支持向量机核主成分分析

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    液压锤击沉桩贯入度实时检测系统研究

    李慧敏崔瑞张楷文
    2320-2328页
    查看更多>>摘要：传统工地锤击沉桩过程中,存在沉桩贯入度实时检测的主观性较高、有效记录不方便等问题,为此,提出了一种采用非接触式测量的液压锤击沉桩贯入度实时检测系统.首先,对液压锤击桩体的运动特性进行了分析,建立了桩体运动模型,得到了桩体在一次撞击后的运动曲线,并设计了检测系统的总体方案;然后,设计了检测系统的硬件和软件,选用激光传感器进行了非接触测量,采用微处理器对振动信号进行了滤波处理,采用Mann-Kendall突变点检测算法对数据进行了分割,求得了沉桩的稳定值,并提取出了锤击后的有效贯入度;接着,采用液晶屏显示贯入度数据,并采用无线的方式将数据发送至服务器,进行了远程存储,或将数据保存在内存卡中进行了本地存储;最后,在某一现场工地进行了贯入度测试和停锤提示试验.研究结果表明:将该系统代替传统测量方式,可以更加科学、规范地测量贯入度,并在贯入度满足停锤标准时,及时通知工作人员停锤,其停锤提示准确度达96.9%,可满足用户实际需求,明显提高锤击沉桩的施工效率.

    非接触式测量锤击沉桩贯入度测试停锤提示实时检测突变点

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