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混线自由锻协同生产多目标节能优化调度方法

华中科技大学学报（自然科学版） 2024年第6期52卷 10-16页

作者：程强李德威刘志峰郑辰仰北京工业大学先进制造与智能技术研究所北京100124 北京工业大学先进制造技术北京市重点实验室北京100124 吉林大学机械与航空航天工程学院长春130015 台北科技大学工业工程与管理系台北106344

针对锻件产品多品种、小批量的需求增加和绿色生产的需要,提出一种混线自由锻协同生产的节能调度方法.将锻件温度和运输车辆最大运输质量作为调度的关键约束因素,以最大完工时间和能源消耗最小化为目标,建立虑及锻造温度的混线协同生产... 详细信息

针对锻件产品多品种、小批量的需求增加和绿色生产的需要,提出一种混线自由锻协同生产的节能调度方法.将锻件温度和运输车辆最大运输质量作为调度的关键约束因素,以最大完工时间和能源消耗最小化为目标,建立虑及锻造温度的混线协同生产多目标节能优化数学模型.结合数学模型通过改编非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ),得到模型优化后的生产时间、能耗及运输次数,对比可知混线协同生产节能调度比传统非协同生产调度时间减少约20%,能耗减少约40%,运输次数减少60%,验证了混线协同节能生产调度的有效性.

关键词：锻造节能混线生产遗传算法多目标优化生产调度

基于数字孪生的模块化生产系统实践教学平台设计与实现

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实验技术与管理 2024年第3期41卷 244-250页

作者：孙树文丁家旺董明杰黄超北京工业大学机械与能源工程学院先进制造技术北京市重点实验室北京100124

该文将数字孪生技术应用于模块化生产系统(modular production system,MPS)的智能化改造中,构建了基于数字孪生的MPS实践教学平台。依托监控系统和虚实交互等关键技术,增加了MPS数字孪生体的虚拟建模、虚实联调和PLC程序软件在环/硬件... 详细信息

该文将数字孪生技术应用于模块化生产系统(modular production system,MPS)的智能化改造中,构建了基于数字孪生的MPS实践教学平台。依托监控系统和虚实交互等关键技术,增加了MPS数字孪生体的虚拟建模、虚实联调和PLC程序软件在环/硬件在环调试等实训环节;验证了MPS实践教学平台设计方案的可行性;制定了新的教学框架及详细的实训内容和考核方案。最后,将实训内容与大学生竞赛相结合,提高了学生对智能制造、工业生产的认知能力和实践动手能力。

关键词：智能制造模块化生产系统数字孪生实践教学平台虚拟调试

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铝镁合金砂带磨削工艺与粘附特性实验研究

华南理工大学学报（自然科学版） 2024年第9期52卷 42-50页

作者：张峻瑞樊文刚吴志伟李江蒋宇豪北京交通大学机械与电子控制工程学院∥载运工具先进制造与测控技术教育部重点实验室北京100044

铝镁合金以其质量轻、耐腐蚀等良好材料性能,广泛应用于各个领域。针对当前铝镁合金砂轮磨削加工存在的效率低、表面质量难以保证、砂轮表面易发生粘附等问题,提出采用砂带磨削技术对铝镁合金进行加工。为研究铝镁合金砂带磨削工艺规律... 详细信息

铝镁合金以其质量轻、耐腐蚀等良好材料性能,广泛应用于各个领域。针对当前铝镁合金砂轮磨削加工存在的效率低、表面质量难以保证、砂轮表面易发生粘附等问题,提出采用砂带磨削技术对铝镁合金进行加工。为研究铝镁合金砂带磨削工艺规律以及在磨削过程中容易产生的粘附特性问题,运用36、60两种目数的氧化铝陶瓷、碳化硅和锆刚玉砂带进行铝镁合金磨削实验,分析不同磨削压力和砂带转速下的铝镁合金材料去除率、磨削噪声、磨削能耗和砂带材料粘附率的变化规律。结果表明:在相同磨削参数下,3种砂带中锆刚玉砂带因磨料韧性、抗冲击性、锋利程度更优,其材料去除率最高,粘附率最低,但磨削噪声和能耗更大,故在铝镁合金砂带磨削中,如果不考虑噪声和能耗的影响,可选择锆刚玉砂带以提高磨削效率;3种砂带的磨削压力达到20 N后,砂带粘附达到稳定形成阶段,磨屑堵塞磨粒间隙,使材料去除效率降低。这一结论可为铝镁合金砂带磨削压力参数的选取提供参考;在10~30 N、1 500~3 500 r/min的工艺参数范围内,磨削压力和砂带转速对材料去除率、粘附率都有很大影响,但砂带转速对磨削噪声的影响更大,磨削压力对磨削能耗的影响更大。研究结论可为提高铝镁合金砂带磨削效率与质量,降低磨削噪声与能耗提供一定参考。

关键词：铝镁合金砂带磨削工艺规律材料去除粘附特性

面向钢轨修复的不同槽型接触轮砂带打磨接触行为及材料去除特性

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中国铁道科学 2024年第1期45卷 47-55页

作者：李江樊文刚吴志伟张峻瑞王征马腾飞北京交通大学机械与电子控制工程学院北京100044 北京交通大学载运工具先进制造与测控技术教育部重点实验室北京100044

为掌握不同槽型接触轮砂带对钢轨打磨接触行为及材料去除特性的影响规律,基于橡胶接触特性,建立X齿型、锯齿型和人字型3种典型接触轮砂带打磨仿真模型,模拟分析不同槽型特征对接触轮-钢轨静态接触行为和动态冲击应力的影响机制;通过钢... 详细信息

为掌握不同槽型接触轮砂带对钢轨打磨接触行为及材料去除特性的影响规律,基于橡胶接触特性,建立X齿型、锯齿型和人字型3种典型接触轮砂带打磨仿真模型,模拟分析不同槽型特征对接触轮-钢轨静态接触行为和动态冲击应力的影响机制;通过钢轨砂带打磨试验,对比研究3种槽型接触轮的材料去除特性。结果表明:3种槽型接触轮与钢轨的接触区域整体均呈椭圆形态,符合赫兹接触理论,内部接触形态则随槽型特征呈现为块状分布;接触区域应力分布总体符合弹性半空间接触理论,但在接触块边缘会出现应力集中;X齿型接触轮和人字型接触轮因齿尖和齿槽结构的存在而具有较高的材料去除能力,同等打磨条件下X齿型接触轮较平型接触轮的材料去除能力提高了79%;顺磨条件下的材料去除能力高于逆磨,以X齿型接触轮为例,顺磨比逆磨的材料去除能力提高了22.7%;X齿型和人字型接触轮砂带打磨的噪声、振动、粗糙度、平均电流均较高,锯齿型接触轮具有较低的振动、粗糙度及平均电流,平型轮则具有较低的噪声和电流。

关键词：钢轨打磨砂带橡胶接触轮齿槽材料去除

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尖轨端面复杂廓形机器人铣削轨迹规划方法

中国铁道科学 2024年第3期45卷 12-25页

作者：吴志伟樊文刚李江张峻瑞吴昌昕刘弋北京交通大学机械与电子控制工程学院北京100044 北京交通大学载运工具先进制造与测控技术教育部重点实验室北京100044

铁路道岔尖轨数控成型铣削后的打磨抛光目前普遍由人工完成,存在效率低、质量一致性差和漏打磨等问题,难以满足尖轨高效高质加工需求。而将工业机器人铣削技术应用到打磨抛光工序中虽可提升尖轨制造自动化水平,但尖轨端面廓形的复杂多... 详细信息

铁路道岔尖轨数控成型铣削后的打磨抛光目前普遍由人工完成,存在效率低、质量一致性差和漏打磨等问题,难以满足尖轨高效高质加工需求。而将工业机器人铣削技术应用到打磨抛光工序中虽可提升尖轨制造自动化水平,但尖轨端面廓形的复杂多变以及机器人存在的弱刚性又导致其加工轨迹平滑度难以得到保障。为此,需要对尖轨端面复杂廓形机器人铣削轨迹规划方法进行创新。首先,基于MD-H参数法建立机器人运动学模型并分析其运动特性;然后,采用三次NURBS曲线对尖轨端面廓形进行参数化描述,以铣削作业法向刚度性能指标作为优化目标,建立轨迹点姿态优化模型;同时,考虑机器人关节连续性约束,建立机器人铣削轨迹姿态规划模型;在此基础上,基于S型曲线算法实现机器人铣削速度规划;最后,通过仿真和试验进行验证。结果表明:该方法能够有效控制机器人的运动轨迹,解决了外凸夹角区域的“过切”和“跳刀”问题,加工后尖轨端面廓形更为平滑,能满足尖轨制造要求。

关键词：铁路道岔尖轨工业机器人铣削技术轨迹规划 NURBS曲线

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催化法治理挥发性有机物污染的研究进展

Chinese Journal of Catalysis 2024年第6期61卷 71-96页

作者：张红红王治伟隗陆刘雨溪戴洪兴邓积光北京工业大学材料科学与工程学院区域大气复合污染防治北京市重点实验室绿色催化与分离北京市重点实验室北京100124

挥发性有机物(VOCs)具有毒性、刺激性、致癌性和致畸作用,主要来源于石油化工、制药、制鞋业、电子制造和餐饮油烟等人类活动.VOCs和NO_(x)是生成细颗粒物(PM2.5)和臭氧(O3)等二次污染物的重要前体物,严重制约了社会的可持续发展,并对... 详细信息

挥发性有机物(VOCs)具有毒性、刺激性、致癌性和致畸作用,主要来源于石油化工、制药、制鞋业、电子制造和餐饮油烟等人类活动.VOCs和NO_(x)是生成细颗粒物(PM2.5)和臭氧(O3)等二次污染物的重要前体物,严重制约了社会的可持续发展,并对人类健康构成了严重威胁.因此,治理VOCs污染对于降低环境风险至关重要.鉴于实际工况条件复杂,多种VOCs(烷烃、芳香烃、卤代烃、醛酮和醇酯等)共存,它们的极性和浓度存在差异,在催化剂上的吸附、活化和转化过程不同,因此,对催化剂高效消除多组分VOCs的能力提出了挑战.目前,在众多净化VOCs的技术中,催化氧化法因其高效率、低能耗等优势在末端污染控制中越来越受到重视.本文主要介绍了近十年来通过热催化或光热催化消除污染物的代表性研究工作.首先,系统地总结了用于热催化消除单一VOC和典型多组分VOCs(例如,医药行业:甲苯和丙酮;家具涂料行业:甲苯和异己烷等)、协同消除VOCs和NO_(x),以及VOCs资源化利用(选择催化转化VOCs为高附加值产品)而设计和制备的各种具有独特形貌和结构的过渡金属氧化物纳米催化剂、贵金属颗粒纳米催化剂、贵金属单原子催化剂等,并探讨了其氧化还原性、酸性、氧物种、载体孔结构、贵金属分散度等对催化活性和稳定性的影响机制及优化策略.其次,鉴于化石燃料的日益减少,本文还概述了光热协同催化技术,该技术结合了光催化和热催化技术,通过太阳光的光热转换,能够在较低的温度下高效催化消除VOCs,并介绍了其效率和转化机制.此外,文中还深入分析了H_(2)O,CO_(2)和SO_(2)等气体对催化稳定性的影响机制.最后,考虑到我国当前大气污染防治面临更为复杂的复合污染问题等挑战,对未来发展趋势提出了展望:(1)利用活性空间和活性位点分离策略协同催化净化VOCs和NO_(x),从而实现催化氧化和还原反应的高效进行.(2)聚焦于大气污染物和温室气体的协同处理,探究CO_(2)和VOCs协同转化的路径和效率,为减污降碳和实现碳中和提供新思路.(3)设计合成新型串联催化剂用于安全转化含CVOCs的多组分污染物,以实现VOCs污染广谱性控制.(4)发展先进的原位表征技术(如原位电子显微镜、同位素示踪技术、原位拉曼光谱、原位X射线光电子能谱等)以实时检测催化剂的原子结构变化、吸附VOCs分子降解的中间体变化等,并结合理论计算确定最优反应路径,从而指导催化剂的设计与优化.(5)深入研究外场(例如,光能、电能、磁能)耦合热催化降解VOCs的技术,以期实现反应条件更温和、反应速率更高的催化过程.综上,本文综述了通过实验和理论计算手段揭示催化剂消除VOCs污染的性能与构效关系的研究进展,系统地呈现了治理VOCs污染研究的基本逻辑和框架体系,以期为后续开发高活性、高稳定性和高选择性的催化剂及其工业化应用提供借鉴.

关键词：挥发性有机物纳米催化剂催化氧化协同催化资源化利用

垂向及水平前后向激励下座椅频响函数的有限元建模研究

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振动工程学报 2024年

作者：张筱璐王新伟余培锦宋希晨北京工业大学汽车结构部件先进制造技术教育部工程研究中心北京工业大学机械与能源工程学院

低频振动对驾乘舒适性的影响一直是NVH领域的研究重点之一，本文采用有限元建模方法预测和分析不同激励环境下的人体-座椅系统振动传递特性，通过分别构建人体、座椅有限元模型以及两者的接触属性建立人体-座椅整体有限元简化模型，并... 详细信息

低频振动对驾乘舒适性的影响一直是NVH领域的研究重点之一，本文采用有限元建模方法预测和分析不同激励环境下的人体-座椅系统振动传递特性，通过分别构建人体、座椅有限元模型以及两者的接触属性建立人体-座椅整体有限元简化模型，并分别结合坐垫及靠背处静态体压分布实验数据和垂向激励下的座椅频响函数实验结果校核模型参数。结果表明，校核后的整体系统有限元模型在水平前后向激励下预测的座椅频响函数与实验数据拟合度较好，但在共振频率处的响应幅值存在偏差。同时，模型预测得出的座椅频响函数共振频率随激励幅值增加而降低，且与实验测试结果变化趋势基本一致，所构建的模型能够较为准确第反映不同工况下的人体-座椅系统振动响应，可为座椅优化设计提供有益参考。

关键词：人-椅系统座椅频响函数有限元模型振动幅值非线性

偏振方向对x-切铌酸锂损伤阈值影响规律(特邀)

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激光与光电子学进展 2024年第11期61卷 144-149页

作者：温亚楠林真源季凌飞北京工业大学物理与光电工程学院北京100124 北京工业大学跨尺度激光成型制造技术教育部重点实验室北京100124 北京市激光应用技术工程技术研究中心北京100124

通过飞秒激光单脉冲实验,探究了偏振方向(0°、45°、90°、135°)对x-切铌酸锂(LN)晶体损伤阈值的影响,发现材料损伤阈值呈现明显的偏振依赖性,90°偏振方向的损伤阈值低于其他偏振方向。通过第一性原理计算,确认了飞秒激光引起的隧穿... 详细信息

通过飞秒激光单脉冲实验,探究了偏振方向(0°、45°、90°、135°)对x-切铌酸锂(LN)晶体损伤阈值的影响,发现材料损伤阈值呈现明显的偏振依赖性,90°偏振方向的损伤阈值低于其他偏振方向。通过第一性原理计算,确认了飞秒激光引起的隧穿电离主要导致Nb—O键断裂。而当入射偏振角度为90°时,易导致更多的Nb—O键断裂,在该偏振方向上的损伤阈值降低。该研究有助于更深入地理解超快激光在LN晶体表面的烧蚀过程,对LN晶体表面功能性器件激光制备有重要的参考价值。

关键词：飞秒激光铌酸锂偏振损伤阈值第一性原理

溅射技术与基体偏压对TiB_(x)涂层结构和力学性能的影响

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表面技术 2024年第15期53卷 206-215页

作者：谷佳宾李建勇金杰李刘合北京交通大学机械与电子控制工程学院北京100044 北京交通大学载运工具先进制造与测控技术教育部重点实验室北京100044 北京航空航天大学机械工程及自动化学院北京100191

目的改善TiB_(x)涂层的残余应力,提高其力学性能。方法采用不同的磁控溅射技术(dcMS、HiPMS、Hybrid)和基体偏压制备TiB_(x)涂层。通过电子探针显微分析仪(EPMA)测试TiB_(x)涂层的化学成分,采用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)... 详细信息

目的改善TiB_(x)涂层的残余应力,提高其力学性能。方法采用不同的磁控溅射技术(dcMS、HiPMS、Hybrid)和基体偏压制备TiB_(x)涂层。通过电子探针显微分析仪(EPMA)测试TiB_(x)涂层的化学成分,采用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)表征涂层的表面形貌、组织结构特征、相组成和择优取向,通过sin^(2)ψ法、纳米压痕仪和洛氏压痕法分别测试TiB_(x)涂层的残余应力、纳米硬度和膜层/基体结合强度。结果溅射技术和基体偏压对TiB_(x)涂层的组织结构和力学性能都有着显著的影响。在基体旋转条件下,不同溅射技术和基体偏压制备的涂层均呈现出TiB_(2)-(001)择优取向。随基体偏压的升高,涂层的残余应力呈现出先增大、后减小的规律。偏压相同时,HiPIMS技术制备的TiB_(x)涂层具有最高的残余应力。随着基体偏压的增加,TiB_(x)涂层的纳米硬度和弹性模量不断增加,在偏压为–130 V时,Hybrid-TiB_(x)涂层具有最高的纳米硬度(40.1GPa)。偏压相同时,dcMS-TiB_(x)和Hybrid-TiB_(x)涂层表现出优异的膜层/基体结合强度(HF1-HF2级),而HiPIMS涂层表现出较差的膜层/基体结合强度(HF1-HF4级)。结论溅射技术和基体偏压对TiB_(x)涂层的微观组织结构和力学性能有着重要的影响,Hybrid模式结合了dcMS模式和HiPMS模式的优点,Hybrid-TiB_(x)涂层呈现出最优的综合力学性能(高的纳米硬度、沉积速率和膜层/基体结合强度)。

关键词：磁控溅射 TiB_(x)涂层基体偏压 Hybrid 微观组织结构力学性能