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期刊信息/Journal information
机械工程学报
机械工程学报

宋天虎

半月刊

0577-6686

jme@cmes.org cjme@263.net

010-88379907

100037

北京百万庄大街22号

机械工程学报/Journal JOURNAL OF MECHANICAL ENGINEERINGCSCD北大核心CSTPCDEI
查看更多>>本刊进登机械工程方面的基础理论、科研设计和制造工艺等方面的学术论文，报道自然科学基金项目论文和国外学者的论文反映本学科的最新发展和最新科研成果。在国内外机械科技领域享有很高声誉，并有较大影响。曾荣获“中国期刊奖”，在中国科协、北京市和全国科技期刊评比中均获得奖励。在国内已成为机械类和力学类核心期刊。已被美国工程索引（EI）等国内外20余种文摘刊物和数据库收录。
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    基于主动压差调控的变增益流量控制原理

    王波赵星宇权龙赵斌...
    134-142页
    查看更多>>摘要：压力补偿控制流量方法,应用广泛、控制可靠,但受机械结构限定,存在控制精度低、功能单一、流量范围受限等不足,难以适应主机智能化发展.为此,提出基于主动压差调控的变增益流量控制原理,在补偿器阀芯上增设力控制单元,改变阀芯受力平衡状态,实现主阀压差的主动可调,达到变增益控制流量目的.研究中,首先理论分析压差调控的变增益流量控制原理,并给出比例电磁铁直驱方案;进一步设计扰动补偿策略,解决补偿器控制精度低的难题,设计非线性流量校正策略,自定义设定阀口流量曲线;最后,采用试验验证所提原理和控制策略的可行性.研究结果表明,通过连续控制比例电磁铁输出力,主阀压差、流量能够跟随变化,实时改变压差,主阀能够获得不同的流量增益和流量范围;补偿液动力后,流量控制精度提高,稳态负载下主阀流量控制偏差由补偿前的27％降低至4％;采用非线性流量校正策略后,可自主设定阀口流量曲线,基于同一阀口实现多种节流槽流量控制效果.

    压力补偿器流量控制压差调控变流量增益液动力补偿非线性流量校正

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    阵列数字阀控电液压力伺服系统混合编码控制

    高强李林飞朱玉川
    143-154页
    查看更多>>摘要：针对变转速直升机摩擦离合传动对高可靠电液压力伺服控制技术的需求,基于A型半桥液阻回路和并联数字液压技术提出一种阵列数字阀控电液压力伺服结构.在深入分析系统工作原理基础上,建立其数学模型,揭示等值编码型阵列数字阀输出流量特性.为进一步提高数字阀压力控制精度和使用寿命,提出一种融合非线性脉冲数量调制(Pulse number modulation,PNM)编码、非对称差动脉冲宽度调制(Pulse width modulation,PWM)、信号缓冲分配以及信号循环分配技术的混合编码控制策略.试验结果表明,当采用混合编码控制策略后,在跟踪恒定压力时的最大和平均误差相较于PNM编码控制器分别减少47.6％和87.9％,并且切换次数标准差相较于差动PWM控制器从31.6降至为2.5.因此所提出的混合编码控制策略可有效兼顾压力控制的高精度,以及阵列数字阀切换次数分布均匀性.

    阵列数字阀压力伺服阀PNM编码差动PWM混合编码控制

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    基于阀芯位移软测量的数字阀智能驱动方法研究

    姚静杨帅殷航王运昌...
    155-166页
    查看更多>>摘要：针对数字阀在目前驱动方法控制下存在动态响应慢、静态线性可控区间小、电能损耗较高等问题,提出一种基于阀芯位移软测量的数字阀智能驱动方法.建立数字阀机理模型,分析数字阀动态响应过程,得到驱动电压和阀入口压力是影响数字阀响应速度的关键参数;建立阀芯位移软测量模型,通过有限元仿真和试验修正温度对位移软测量模型的影响,精度达到92.04％;基于关键参数对数字阀动态响应的影响规律,提出一种智能驱动方法,阀芯位移软测量值作为多级工作阶段精准切换的条件,维持阶段驱动信号智能调节以适应压力的变化;搭建数字阀性能测试试验平台,验证智能驱动方法的有效性.结果表明,相较单电压驱动方法,智能驱动方法下阀芯启闭时间最高缩短43.9％,占空比-流量特性曲线线性区间最高提升20％,饱和区间均在10％以内,电能损耗降低66％.该智能驱动方法有效提高了数字阀的动静态特性,降低了线圈电能损耗.

    数字阀位移软测量动态响应智能驱动方法节能

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    降噪混合注意力变分自编码器及其在轴向柱塞泵故障诊断中的应用

    王志颖李天福许文纲孙闯...
    167-177页
    查看更多>>摘要：轴向柱塞泵作为液压系统的供能元件,其故障诊断研究具有重要意义.现有故障诊断方法大多依赖人工经验,提取故障特征需要大量专家知识,且对数据和噪声的鲁棒性较差.针对轴向柱塞泵服役环境复杂、监测信号易受噪声干扰的问题,提出端到端的降噪混合注意力变分自编码器方法,直接提取淹没在噪声中的故障特征,从而实现噪声环境下轴向柱塞泵故障诊断.该方法利用卷积变分自编码器从柱塞泵压力信号和振动信号中提取故障特征,通过引入混合注意力机制,实现编码器隐层特征的加权融合,以增强故障特征并削弱噪声影响;进一步使用自适应软阈值降噪方法,降低噪声干扰,完成强噪声环境下轴向柱塞泵故障诊断.通过轴向柱塞泵故障模拟试验和噪声鲁棒性试验对所提出方法的有效性进行验证,结果表明该方法在5 dB噪声下的诊断准确率高达99.32％,在-5 dB的强噪声影响下仍能保持69.72％的准确率,优于常用的故障诊断方法.

    轴向柱塞泵故障诊断变分自编码器注意力机制软阈值降噪

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    基于深度信念网络多参数智能融合的滑靴副性能退化状态评估方法

    刘思远艾超郁春嵩张伟哲...
    178-188页
    查看更多>>摘要：滑靴副磨损过程的性能退化状态受到表面形貌、摩擦特性等多个方面的影响,单独提取其中任何一个表征参数作为指标,评估其性能退化状态都是不准确的,为提高评估精度,提出基于深度信念网络多参数智能融合的滑靴副性能退化状态评估方法.应用分形理论从滑靴表面形貌特征中提取分形维数、尺度系数和特征粗糙度等分形参数作为表面形貌评估指标,应用摩擦因数作为摩擦特性参数评估指标,构建性能退化状态评估指标体系;计算摩擦因数信号与完全平稳的高斯白噪声序列信号之间的灰色关联度,并根据灰色关联度的大小对性能退化状态进行区域划分;应用深度信念网络理论对多指标参数进行智能融合和特征提取,建立性能退化状态评估模型;开展滑靴副磨损过程模拟试验,分析指标参数和灰色关联度对性能退化状态的影响规律,通过构建出的样本数据集,对评估模型进行训练和测试验证,结果表明评估模型对性能退化状态的评估准确率能够达到97％以上,由此证实该方法对滑靴副性能退化状态评估的有效性,且具有较高的评估精度.

    滑靴副性能退化状态评估分形理论深度信念网络

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    基于边缘计算的轴向柱塞泵磨损状态辨识方法研究

    王丹丹黄伟迪张军辉赵守军...
    189-199页
    查看更多>>摘要：判断轴向柱塞泵的磨损状态对维护轴向柱塞泵正常运行具有重要意义.然而,现有的轴向柱塞泵故障诊断方法大多为离线式和基于云计算的在线式,存在延时长和数据量大的问题,无法满足轴向柱塞泵磨损状态辨识的实时性需求.为了减少延迟时间和传输数据量,提出一种基于边缘计算的轴向柱塞泵磨损状态辨识方法.构造出一个集成信号采集、信号预处理、特征提取和磨损状态分类的边缘节点,用于正确和实时地辨识磨损状态.设置4种轴向柱塞泵滑靴副磨损状态作为故障源,并构建相应的磨损故障数据集.为了减少边缘节点计算量,在上位机中利用随机森林包外误差选择敏感特征值.为了实现磨损状态辨识,在上位机中训练磨损状态分类的特征选择人工神经网络模型,并将信号预处理和特征提取功能算法以及模型参数嵌入边缘节点.通过与其他方法的比较和在线磨损状态辨识试验证明所提方法的正确性和实时性.

    轴向柱塞泵边缘计算磨损状态辨识特征敏感程度人工神经网络

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    基于多级数据融合的核电站运行功能健康状态评估

    蒋翔宇冯毅雄洪兆溪胡炳涛...
    200-211页
    查看更多>>摘要：随着新一代信息技术和人工智能技术与工业日益深度的融合协作,工业系统的运维从传统的人工定期运维向基于状态的智能维护迈进,其中健康状态评估作为智能运维的关键环节,通过源源不断的数据对系统的演化进行持续感知分析,为预测性维护提供决策支持.以核电站为研究对象,提出面向多部门协同环境下设备-系统-子功能-功能多层级融合的健康状态评估框架.针对工业系统控制的设备群具有大量状态参数的特点,提出基于偏差赋权的加权平均融合算子融合设备级参数,可快速定位并突出异常设备参数,避免评估结果因融合参数较多而展现"健康"假象;鉴于系统在不同健康状态下样本数据量的差异,提出考虑不平衡样本的非对称多分类学习方法融合系统健康值,多个健康等级之间通过信息有向迁移建立可自学习优化的健康评估模型,实现子功能健康状态及时自感知评估:最后基于集成学习融合多个子功能所属的健康评估器,得到宏观的运行功能健康状态评估决策.在提出的框架指导下对核电站反应性功能进行逐级健康状态评估,验证所提方法的有效性.

    工业系统健康状态评估数据融合核电站基于状态的维护

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    分布外样本干扰下基于改进半监督原型网络的齿轮箱跨域故障诊断

    邵海东林健闵志闪明宇航...
    212-221页
    查看更多>>摘要：实际工程中难以获取充足可用且同分布的齿轮箱故障样本,此外,获取的无标签样本难免会混入一些分布外的未知干扰样本,这些将给现有的齿轮箱智能故障诊断研究带来难题.提出一种改进半监督原型网络,面向分布外样本干扰,实现少样本下不同工况间的齿轮箱跨域故障诊断.首先,设计一种标签分配准则,既可以充分挖掘利用无标签样本信息,为无标签样本赋予伪标签,同时也可以有效抑制分布外未知样本的干扰.然后,定义一种基于标签平滑和度量缩放的修正代价函数,可以灵活有效地评估故障样本之间的相似性,挖掘元学习任务的通用特性,进一步提高模型泛化性.将所提方法用于分析不同健康状态的齿轮箱试验数据,并设置不同的少样本跨域诊断场景和分布外干扰样本进行对比验证.试验结果表明,相比现有方法,所提方法可以更有效地实现少样本下不同工况间的齿轮箱跨域故障诊断.

    改进半监督原型网络齿轮箱故障诊断分布外干扰样本标签分配准则修正代价函数

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    微乳突提高低力学刺激下微结构柔性压力传感器的性能

    赵家浩黄汉雄
    222-229页
    查看更多>>摘要：提出一种新的快速制备双级微圆顶阵列柔性压力传感器的方案,并应用于检测微弱的生理信号.采用模压成型,快速制备表面分布有双级、单级微圆顶阵列和表面平整的热塑性聚氨酯柔性薄片;将喷金的微结构薄片和涂覆导电石墨的平整薄片作为传感基片,以面对面方式封装成柔性压阻式压力传感器.结果表明,与单级微结构传感器相比,微圆顶表面上分布有微乳突的双级微结构传感器(D-Sensor)在线性低压区(0～11 kPa)具有较高的灵敏度(0.061 kPa-1)和明显较高的线性度(线性相关判定系数达0.996).这归因于在压力作用下双级微圆顶的形变遵循Archard理论,接触区面积随压力提高的增加量较大.D-Sensor的响应时间较短(100 ms),在1 000次循环压缩/释放测试(9 kPa压力)中能保持较稳定的压阻响应.D-Sensor可准确地检测脉搏、发音和呼吸等生理信号(对应低力学刺激).研究表明,所提出的快速方法制备的双级微结构传感器具有优良的传感性能,可应用于健康检测领域.

    柔性压力传感器微圆顶阵列微形变热塑性聚氨酯模压成型

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    基于超声透射特性的复合材料粘接结构粘接质量预测

    宋国荣宋协宏吕炎刘兵...
    230-238页
    查看更多>>摘要：以非接触式超声检测方法为基础,对复合材料粘接结构的粘接质量进行仿真与试验探究.首先,建立复合材料粘接结构的超声透射特性时域仿真模型,提取其频域透射系数谱,并着重分析界面弱化及内聚弱化对粘接结构中超声透射特性的影响规律.同时,仿真所得不同粘接状态的超声透射系数频谱与平面波理论的计算结果吻合良好.此外,制备具有不同粘接界面状态及胶层内聚弱化状态特征的纤维增强复合材料(Fiber reinforced polymer,FRP)粘接结构.基于水浸超声测量系统,试验探究不同粘接界面状态及内聚弱化状态对超声透射系数谱的影响,分析粘接结构中超声透射特性随其粘接质量的变化关系,并与仿真结果一致.此外,根据复合材料粘接结构中粘接质量与超声透射特性之间的映射关系,亦为复合材料粘接结构的无损表征与评价奠定了坚实基础.

    粘接结构复合材料弱粘接超声透射水浸试验

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