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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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尖轨复杂型面激光测量与三维重构方法研究

机械工程学报 2024年

作者：樊文刚吴昌昕吴志伟李江北京交通大学机械与电子控制工程学院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

尖轨是道岔转辙器的关键基础部件，关乎着列车运行平稳性和安全性，其型面测量与重构精度是实现高效高质自动化加工的根本前提。针对线激光传感器测量所得海量点云数据处理速度慢和配准重构精度低的问题，提出一种尖轨复杂型面的激光测... 详细信息

尖轨是道岔转辙器的关键基础部件，关乎着列车运行平稳性和安全性，其型面测量与重构精度是实现高效高质自动化加工的根本前提。针对线激光传感器测量所得海量点云数据处理速度慢和配准重构精度低的问题，提出一种尖轨复杂型面的激光测量与三维重构方法。首先，采用组合滤波法去除点云离群噪点，弥补了单一算法去噪能力不足的缺陷，结合直观对比结果和量化评估标准选择双边滤波进行平滑处理，提出基于提取尖轨轮廓的体素网格法完成精简。然后，根据尖轨端面几何特征提出一种尖轨点云三维型面粗配准方法，并对精配准算法改进，实现点云配准，精配准后左右侧点云的均方根误差值分别为0.065 mm和0.067 mm。最后，采用改进的贪婪投影法对配准后的点云进行三维重构，并对比重构数据与实测数据，轨高的平均偏差为0.16 mm，轨底宽的平均偏差为0.17 mm，验证了尖轨复杂型面激光测量与三维重构方法的有效性。

关键词：激光测量三维重构配准尖轨点云

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铁路周界入侵目标多尺度特征感知算法

中国铁道科学 2024年第1期45卷 215-226页

作者：朱力强许力之赵文钰王耀东朱兴红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 中国铁路兰州局集团有限公司安全监察大队甘肃兰州730000

准确识别侵入周界范围内的人和大型牲畜是铁路周界入侵视频智能分析技术的重点内容,对保障铁路安全运营具有重要意义。基于现有目标检测算法难以处理铁路监控场景中入侵目标呈现显著尺度变化的状况,提出一种多输入双输出神经网络(Multip... 详细信息

准确识别侵入周界范围内的人和大型牲畜是铁路周界入侵视频智能分析技术的重点内容,对保障铁路安全运营具有重要意义。基于现有目标检测算法难以处理铁路监控场景中入侵目标呈现显著尺度变化的状况,提出一种多输入双输出神经网络(Multiple Input Double Output Network,MIDO-Net)和基于自适应特征加权融合的目标多尺度特征感知算法。首先,通过MIDO-Net多层级联的多输入和双输出网络结构,提取图像目标更丰富的多尺度特征信息;其次,依据骨干网络多阶段的特点,先将多级特征上采样至统一分辨率,再利用注意力模块和自适应参数对多级特征进行加权;然后,将特征输入到检测头中完成铁路周界入侵的识别;最后,通过视觉目标类别(Visual Object Classes,VOC)公共数据集和制作的多场景、多尺度铁路异物侵限数据集,对算法进行验证。结果表明:提出的多尺度特征感知算法在VOC公共数据集中的检测精确率达83.3%,在多场景、多尺度铁路异物侵限数据集中的检测精确率达91.1%,平均召回率达56.2%,均优于当前广泛使用的各种特征提取骨干网络;算法检测速率为45帧·s^(-1),优于同类型的骨干网络,且能满足铁路场景的行人实时监测需求。

关键词：铁路周界入侵检测目标检测算法特征提取网络多尺度特征感知神经网络

基于纹理特征增强的重载铁路钢轨缺陷检测算法

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铁道学报 2024年

作者：王耀东于航李宁朱力强史红梅余祖俊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交通大学轨道交通安全协同创新中心比亚迪通信信号有限公司

为实现重载铁路轨道典型缺陷的准确、快速、智能检测，基于深度学习算法，提出一种针对重载铁路钢轨图像的特征加强卷积神经网络模型，研制了一套基于机器视觉的便携式轨道图像采集系统；整理创建了重载铁路钢轨表面多目标图像数据集，... 详细信息

为实现重载铁路轨道典型缺陷的准确、快速、智能检测，基于深度学习算法，提出一种针对重载铁路钢轨图像的特征加强卷积神经网络模型，研制了一套基于机器视觉的便携式轨道图像采集系统；整理创建了重载铁路钢轨表面多目标图像数据集，并基于此数据集训练实现了裂纹、擦伤、块状损伤、接缝等4种典型目标的智能识别；针对数据集中目标尺度分布不平衡的特点，使用聚类算法重新设置锚框的尺寸和数量；对比分析重载铁路钢轨缺陷图像纹理复杂性与固有特点，引入加权融合池化模块和纹理特征增强模块对ATSS算法模型进行改进。应用本算法对重载铁路轨道进行检测，4类典型缺陷目标的全类平均正确率达到8 5.8%。通过与其他9种检测模型的对比实验，充分验证了本算法模型的有效性。

关键词：钢轨缺陷机器视觉深度学习目标检测

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气动软体致动器研究综述

机械科学与技术 2024年

作者：肖伟胡国良肖毅华胡德安湖南大学特种装备先进设计技术与仿真教育部重点实验室华东交通大学载运工具与装备教育部重点实验室

气动软体致动器与生俱来的适应性、柔顺性和安全性，使得其在仿生运动、柔性抓取等领域中有着广泛的应用前景。本文从结构设计和驱动原理综述了气动软体致动器的研究现状，并讨论了不同致动器的性能特点。随后介绍了气动软体致动器在力... 详细信息

气动软体致动器与生俱来的适应性、柔顺性和安全性，使得其在仿生运动、柔性抓取等领域中有着广泛的应用前景。本文从结构设计和驱动原理综述了气动软体致动器的研究现状，并讨论了不同致动器的性能特点。随后介绍了气动软体致动器在力学建模和应用方面的研究。最后，总结了气动软体致动器在气源供给、可靠性和力学建模方面所面临的挑战，并指出了该领域今后的研究方向，有望为气动软体致动器的未来发展提供参考，进而促进软体机器人的实用化。

关键词：气动软体致动器结构设计力学建模软体机器人

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

基于OPTICS聚类和电压异常指数的动力电池单体不一致性故障程度分析方法

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中国科学：技术科学 2024年第8期54卷 1611-1624页

作者：单丰武汪超仁曾建邦饶胤坤刘星李嘉成同济大学汽车学院上海200092 载运工具与装备教育部重点实验室(华东交通大学) 南昌330013 江西江铃集团新能源汽车有限公司南昌330013

动力电池单体不一致性故障是电动汽车的动力电池系统重要故障之一,严重影响动力电池性能和电动汽车的安全运行.为此,本文依托车企监控平台数据,提出了一种基于OPTICS聚类和电压异常指数的动力电池单体不一致性故障程度分析方法.首先,计... 详细信息

动力电池单体不一致性故障是电动汽车的动力电池系统重要故障之一,严重影响动力电池性能和电动汽车的安全运行.为此,本文依托车企监控平台数据,提出了一种基于OPTICS聚类和电压异常指数的动力电池单体不一致性故障程度分析方法.首先,计算电压的离散弗雷歇距离和电压偏差值作为故障诊断的特征参数;其次,使用OPTICS算法对故障特征进行聚类分析,并基于统计确定的故障阈值,实现潜在异常单体的识别.最后,计算异常单体的电压异常指数,从而定量评估电池的故障程度.研究结果表明:相比基于动态K值的K-means++模型和DBSCAN模型,该方法能够准确识别“电池单体一致性差”报警车辆的所有潜在异常单体,结果更可靠;另外,相比车企监控平台报警时间,该方法最快提前近7 d发现故障;该方法还可定量分析动力电池的故障程度,且故障程度与电压异常指数成正比.本文研究成果具有较高的工程应用价值.

关键词：动力电池单体不一致性故障程度分析 OPTICS 电压异常指数

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基于探地雷达的隧道衬砌空洞检测方法

铁道建筑 2024年第2期64卷 98-101页

作者：张永恒徐海泽王耀东朱力强曹源苏广思中南大学交通运输工程学院长沙410083 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 中国铁路郑州局集团有限公司郑州450052 中国神华能源股份有限公司北京100011

隧道衬砌内部空洞等病害检测已经成为隧道检修人员的主要工作之一。本文提出一种将探地雷达与深度学习相结合的隧道衬砌空洞检测方法,通过雷达探测和仿真模拟,得到大量衬砌雷达图像,并对图像进行标注和制作数据集。基于YOLOv5(You Only ... 详细信息

隧道衬砌内部空洞等病害检测已经成为隧道检修人员的主要工作之一。本文提出一种将探地雷达与深度学习相结合的隧道衬砌空洞检测方法,通过雷达探测和仿真模拟,得到大量衬砌雷达图像,并对图像进行标注和制作数据集。基于YOLOv5(You Only Look Once version 5)目标检测模型,结合数据集目标特征,提出一种检测衬砌空洞的算法,引入特征融合模块提高网络感受野,并采用K-means聚类算法提高检测准确率。通过现场检测,本文的检测方法准确率达到了97.7%,准确可靠,可在工程中进行应用。

关键词：隧道衬砌病害空洞智能检测探地雷达深度学习试验研究

考虑最小尺寸约束的内嵌可移动压电驱动柔顺机构拓扑优化设计

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中国机械工程 2024年

作者：刘敏卢飞扬占金青吴剑朱本亮华东交通大学机电与车辆工程学院华东交通大学载运工具与装备教育部重点实验室华南理工大学广东省精密装备与制造技术重点实验室

基于压电驱动的柔顺机构广泛应用于精密工程领域，为了使柔顺机构构型与压电驱动分布同时达到最优，并满足工艺制造要求，提出考虑最小尺寸约束的内嵌可移动压电驱动柔顺机构拓扑优化设计方法。采用独立点密度插值模型描述主体结构的材... 详细信息

基于压电驱动的柔顺机构广泛应用于精密工程领域，为了使柔顺机构构型与压电驱动分布同时达到最优，并满足工艺制造要求，提出考虑最小尺寸约束的内嵌可移动压电驱动柔顺机构拓扑优化设计方法。采用独立点密度插值模型描述主体结构的材料分布，利用水平集函数表征任意形状的内嵌可移动压电驱动器，通过结构指示函数识别实体和空相材料，采用滤波阈值技术控制主体结构的最小尺寸。同时建立非重叠约束以保证压电驱动器在优化过程中不与设计域边界发生重叠，并以柔顺机构的输出位移最大化为目标函数，建立独立点密度插值-水平集联合拓扑优化模型，利用移动渐近线法求解拓扑优化问题。数值算例证明所提方法可以有效地同时优化主体结构和压电驱动器的位置分布，并满足最小尺寸要求。

关键词：柔顺机构拓扑优化压电驱动最小尺寸约束可移动组件