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Si3N4工程陶瓷基底金刚石涂层生长规律及性能

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中国表面工程 2024年第1期37卷 179-191页

作者：吴玉厚杨淯淼闫广宇王贺刘鲁生白旭张慧森沈阳建筑大学高档石材数控加工装备与技术国家地方联合工程实验室沈阳110168 沈阳建筑大学现代建筑工程装备与技术国际合作联合实验室沈阳110168 沈阳建筑大学机械工程学院沈阳110168 中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家研究中心沈阳110016

为了避免氮化硅材料因产生裂纹或延伸破裂等造成的失效,利用热丝化学气相沉积法(Hot filament chemical vapor deposition,HFCVD)在氮化硅基底上沉积具有高硬度的金刚石涂层,采用单因素影响试验,分别探究碳源浓度、腔室压力、基底温度... 详细信息

为了避免氮化硅材料因产生裂纹或延伸破裂等造成的失效,利用热丝化学气相沉积法(Hot filament chemical vapor deposition,HFCVD)在氮化硅基底上沉积具有高硬度的金刚石涂层,采用单因素影响试验,分别探究碳源浓度、腔室压力、基底温度对金刚石成膜过程的影响机制,探究微米和纳米金刚石涂层的最优生长工艺参数。利用拉曼光谱仪(Raman)、X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)对不同参数制备出的金刚石的形核、表面形貌、薄膜质量、表面粗糙度等进行表征,利用洛氏硬度计分析膜基结合力。结果表明,腔室压力越大,活性物质到达基底的动能越小,不利于金刚石的成核和生长。生长速率和表面粗糙度主要受甲烷浓度的影响:甲烷浓度从1%到7%,生长速率从0.84μm/h上升到1.32μm/h;表面粗糙度Ra从53.4 nm降低到23.5 nm;甲烷浓度过高导致涂层脱落严重,膜基结合力变差;晶面形貌和金刚石含量受到基底温度的影响较为明显,随着温度升高,金刚石质量提高。综合基底温度、腔室压力对金刚石涂层的影响,确定最佳生长温度为900℃,气压为1 kPa。调节甲烷浓度1%为微米金刚石;甲烷浓度5%为纳米金刚石。研究方法可以优化在陶瓷基底上制备具有优异性能的金刚石薄膜的制备参数。

关键词：金刚石涂层氮化硅热丝化学气相沉积法(HFCVD)

基于KPCA-CGSSA-KELM的滚动轴承故障诊断

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轴承 2024年

作者：陈志刚杨远鹏王衍学张志昊北京建筑大学机电与车辆工程学院北京市建筑安全监测工程技术研究中心

针对滚动轴承故障时非线性信号特征难以提取、计算量复杂以及诊断精度低等问题，提出一种结合核主成分分析（KPCA）和改进麻雀搜索算法（CGSSA）的方法，用于优化核极限学习机（KELM）在滚动轴承故障诊断中的性能。首先，利用KPCA降低... 详细信息

针对滚动轴承故障时非线性信号特征难以提取、计算量复杂以及诊断精度低等问题，提出一种结合核主成分分析（KPCA）和改进麻雀搜索算法（CGSSA）的方法，用于优化核极限学习机（KELM）在滚动轴承故障诊断中的性能。首先，利用KPCA降低数据维度，减少计算复杂度，更好地区分不同类别的故障模式。然后，引入Tent混沌映射和高斯变异优化改进麻雀搜索算法，提升全局寻优和局部探索能力。最后，利用CGSSA优化KELM的核心参数，建立KPCA-CGSSA-KELM模型，对轴承故障进行分类和诊断。结果表明：KPCA-CGSSA-KELM模型的诊断准确率为98.188%，与KELM、SSA-KELM、CGSSA-KELM模型进行对比，诊断准确率分别提高了6.884%、4.71%、1.449%，验证了该模型具有更好的故障诊断和分类性能。

关键词：核主成分分析麻雀搜索算法核极限学习机混沌映射与高斯变异滚动轴承故障诊断

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智能卸煤机器人关键技术

科学技术与工程 2024年第17期24卷 7131-7139页

作者：郑宏远卢宁龚涛北京建筑大学机电与车辆工程学院北京100044 北京市建筑安全监测工程技术研究中心北京100044

传统机械卸煤方式易损坏敞车车体,敞车破损严重危害煤炭运输安全,破损敞车维修费用高昂,对比传统卸煤方法优缺点,提出使用卸煤机器人方式进行敞车卸煤。作为一个新兴的研究领域,卸煤机器人在国内外的研究尚处于起步阶段,并没有成熟的技... 详细信息

传统机械卸煤方式易损坏敞车车体,敞车破损严重危害煤炭运输安全,破损敞车维修费用高昂,对比传统卸煤方法优缺点,提出使用卸煤机器人方式进行敞车卸煤。作为一个新兴的研究领域,卸煤机器人在国内外的研究尚处于起步阶段,并没有成熟的技术体系可以借鉴,因此对现有的研究进行系统的分析和总结。提出智能卸煤机器人概念,根据卸煤机器人智能化的需求提出了卸煤机器人所需突破的关键技术问题。详细探讨智能卸煤机器人自动化作业框架,对框架进行模块化处理,分成不同的子系统,对不同子系统进行了定义与阐述分析,强调了自动化作业系统的功能主要依托于关键技术。研究结果表明:今后国内中小型露天场站敞车卸煤将朝着自动化、智能化的方向发展,智能卸煤机器人为国内中小型露天场站智能化、自动化卸煤提供了一个新的思路。

关键词：智能卸煤机器人路径规划抑尘技术电子围栏可移动高速输送技术控制系统

聚乙烯醇/3-巯基丙酸-InP/ZnS量子点荧光薄膜测定水中铜离子

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食品科学 2024年第14期45卷 227-233页

作者：张佳然许泽宇于杰史策岳云涛北京建筑大学电气与信息工程学院北京100044 北京市农林科学院信息技术研究中心农产品质量追溯国家工程研究中心农业农村部农产品冷链物流技术重点实验室北京100097

以3-巯基丙酸(3-mercaptopropionic acid,MPA)修饰的In P/Zn S量子点(MPA-In P/Zn S QDs)作为荧光敏感材料,以聚乙烯醇(poly(vinyl alcohol),PVA)作为基质材料,开发一种PVA/MPA-In P/Zn S QDs荧光薄膜,用于水中痕量Cu^(2+)的快速检测。对荧光薄膜的微观结构、光学特性及机械性能等进行表征,结果表明:PVA与MPA-In P/Zn S QDs之间通过氢键相互作用;PVA/MPA-In P/Zn S QDs荧光薄膜的荧光强度与Cu^(2+)浓度(0~1 000 nmol/L)呈高度线性相关(R^(2)=0.95),检测限为23 nmol/L,响应时间为6 min;最后,将PVA/MPA-In P/Zn S QDs荧光薄膜应用于饮用水、饮料和酒中Cu^(2+)的检测,结果表明,本研究所构建的PVA/MPA-In P/Zn S QDs荧光薄膜能够用于实际样品中痕量Cu^(2+)检测,具有选择性高、响应快速及便携性强的优点,应用前景广泛。

关键词：铜离子荧光薄膜量子点饮用水快速检测

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基于模糊粗糙数的变形球机器人方案配置

机械传动 2024年第4期48卷 18-25页

作者：房世豪秦建军曹钰邵派刘兴杰北京建筑大学机电与车辆工程学院北京100044 北京市建筑安全监测工程技术研究中心北京100044 中兵智能创新研究院有限公司北京100072

针对球形机器人在多需求非结构化环境下设计方案配置与选型中存在的主观性和不确定性问题,提出了模糊粗糙数与复杂比例评估(Complex Proportional Assessment,COPRAS)相耦合的方案评估方法。综合考虑方案设计时不同需求特征指标间的重... 详细信息

针对球形机器人在多需求非结构化环境下设计方案配置与选型中存在的主观性和不确定性问题,提出了模糊粗糙数与复杂比例评估(Complex Proportional Assessment,COPRAS)相耦合的方案评估方法。综合考虑方案设计时不同需求特征指标间的重要度关系,基于模糊粗糙数实现对需求特征指标的定量分析;采用COPRAS方法对所有备选设计方案进行综合评估,根据效用度指数得到所有备选设计方案的优先级排序,确定最优的配置方案,并以变形球机器人的选型为例进行了评估验证。结果表明,该方法具有较好的可靠性和实用性,为以后机器人设计方案的配置选型提供了有效参考。

关键词：球形机器人模糊粗糙数 COPRAS方法方案配置

基于RBF神经网络的闭链下肢康复机器人自适应补偿控制

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机械传动 2024年第4期48卷 60-68页

作者：李东琦秦建军孙茂琳郑皓冉李伟北京建筑大学机电与车辆工程学院北京100044 北京市建筑安全监测工程技术研究中心北京100044 国家体育总局运动医学研究所北京100061

在下肢康复机器人的康复训练过程中,模型参数、环境干扰等不确定性因素会影响机器人轨迹跟踪的精度。针对这一问题,提出了一种基于径向基函数(Radial Basis Function,RBF)神经网络的自适应补偿控制,该控制方法能够提高机械系统轨迹跟踪... 详细信息

在下肢康复机器人的康复训练过程中,模型参数、环境干扰等不确定性因素会影响机器人轨迹跟踪的精度。针对这一问题,提出了一种基于径向基函数(Radial Basis Function,RBF)神经网络的自适应补偿控制,该控制方法能够提高机械系统轨迹跟踪的精确性。首先,设计一款具有4种工作模式、运动稳定的闭链卧式下肢康复机器人结构;然后,利用拉格朗日方法求解动力学名义模型,将康复装置的模型参数以及外界干扰等不确定性因素分离出来,并设计基于RBF神经网络的自适应补偿算法对其进行逼近控制;最后,通过Matlab/Simulink环境对其进行仿真验证,证明了该控制策略的有效性。结果显示,在人体步态曲线轨迹跟踪中,提出的基于RBF神经网络的自适应补偿算法相比传统的模糊比例-积分-微分(Proportional Integral Derivative,PID)控制的方法响应速度快、跟踪效果好,且髋关节和膝关节轨迹跟踪的角度误差峰值分别为0.08°和0.13°,远小于患者下肢在康复运动中的转动角度。设计了单腿样机试验,试验结果表明,采用的RBF补偿自适应控制器能够实现高精度的跟踪结果,也能够满足患者在康复训练中安全性的要求。

关键词：下肢康复机器人闭链结构 RBF神经网络不确定性自适应补偿控制

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g-C_(3)N_(4)/PCN-224“壳-核”结构异质结压电-光催化协同高效制备过氧化氢

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Chinese Journal of Catalysis 2024年第4期59卷 346-359页

作者：孟令辉赵晨楚弘宇李渝航付会芬王鹏王崇臣黄洪伟北京建筑大学环境与能源工程学院建筑结构与环境修复功能材料北京市重点实验室北京100044 中国地质大学(北京)材料科学与技术学院矿物材料国家实验室资源地质碳储存与低碳利用教育部工程研究中心非金属矿产与固体废物材料利用北京市重点实验室北京100083

相比于传统的蒽醌法,光催化、压电催化或压电辅助光催化法制备过氧化氢(H_(2)O_(2))对于推进清洁能源的开发和利用具有重要意义.石墨相氮化碳(g-C_(3)N_(4))具有可见光催化合成H_(2)O_(2)的活性,其中材料内部生成的1,4-内过氧化物可有... 详细信息

相比于传统的蒽醌法,光催化、压电催化或压电辅助光催化法制备过氧化氢(H_(2)O_(2))对于推进清洁能源的开发和利用具有重要意义.石墨相氮化碳(g-C_(3)N_(4))具有可见光催化合成H_(2)O_(2)的活性,其中材料内部生成的1,4-内过氧化物可有效提高双电子氧还原(2e--ORR)的选择性.然而,g-C_(3)N_(4)的本征结构性质导致其在催化制备H_(2)O_(2)过程中受到很多因素的限制,如存在光生载流子易复合、可见光响应范围窄、比表面积小导致传质效率低等问题.在众多针对g-C_(3)N_(4)的改性策略中,通过科学筛选并选择合适的功能材料与g-C_(3)N_(4)构建异质结构可有效解决上述问题.其中,卟啉基金属有机骨架材料PCN-224的带隙值(Eg=1.65 eV)较小,这使得其具有良好的光响应性能.同时,该材料拥有较大的比表面积(1310.5 m^(2)g^(-1))和丰富的孔道结构,这显著提升了传质效率.此外,PCN-224配体中的吡咯结构能够作为路易斯活性位点,有效促进分子氧的吸附,从而提升催化剂催化ORR制备H_(2)O_(2)的效率.本文采用简便的机械球磨法制备了g-C_(3)N_(4)/PCN-224(简称为CP-x,x代表异质结催化剂中PCN-224的质量百分含量)异质结材料.为促使光生空穴与电子在异质界面实现定向迁移与高效分离,进一步构建了压电-光催化协同反应体系.粉末X射线衍射、傅里叶变换红外光谱、X射线光电子能谱等表征结果表明,PCN-224与g-C_(3)N_(4)之间形成了紧密的异质结构.紫外-可见漫反射光谱结果表明,相比于g-C_(3)N_(4),CP-x异质结材料具有更宽的光谱响应范围和更大的比表面积(最高达到442.6 m^(2)g^(-1)),更有利于传质过程.最佳材料CP-5催化制备H_(2)O_(2)的产率达到4.86 mmol g^(-1)h^(-1),优于大多数现已报道的g-C_(3)N_(4)基和MOFs基功能材料.通过压电力显微镜和开尔文压电力显微镜等表征技术进一步验证了CP-5异质材料具有压电特性.自由基捕捉、活性物质定量、电子自旋共振波谱和电化学测试等结果表明,PCN-224与g-C_(3)N_(4)之间良好的能带匹配度有利于提升CP-x催化制备H_(2)O_(2)的活性与选择性.本文还采用天然雨水作为质子来源,并在相同条件下进行实验.结果发现,H_(2)O_(2)产率仍能达到2.78 mmol g^(-1)h^(-1).此外,本研究制备的H_(2)O_(2)溶液对大肠杆菌表现出了良好的灭活效果.对比空白实验组,添加400μL反应后H_(2)O_(2)溶液的实验组对大肠杆菌的灭活效率达到了100%.结合理论计算确定了H_(2)O_(2)催化制备过程中H+和O_(2)等关键底物在CP-x异质材料上的吸附位点与吸附能,并分析了ORR过程中关键中间产物(O_(2)^(*),H^(*),OOH^(*))的吉布斯自由能,阐明了PCN-224与g-C_(3)N_(4)协同强化制备H_(2)O_(2)的反应机制.综上,本研究通过构建g-C_(3)N_(4)/PCN-224异质结材料,实现了高效催化制备H_(2)O_(2),并阐明了其协同催化的反应机制.本文结果将对MOFs基功能材料在压电-光催化制备H_(2)O_(2)领域的发展与应用提供参考.

关键词：卟啉-金属有机骨架氮化碳过氧化氢压电-光催化机理机制

磁液双悬浮轴承-单盘转子系统动力学行为研究

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机床与液压 2024年第11期52卷 177-183页

作者：闫伟东赵建华马立勇郑永杰刘稀瑶河北建筑工程学院机械工程学院河北张家口075000 燕山大学河北省重型机械流体动力传输与控制实验室河北秦皇岛066004 燕山大学起重机械关键技术全国重点实验室河北秦皇岛066004 张家口市人防(民防)指挥信息保障中心河北张家口075000

随着轴承系统高转速、高效率的发展需求,磁液双悬浮轴承转子与静子的装配间隙不断减小,导致碰摩事故经常发生。综合考虑转子偏心比、转速比、磁液双悬浮轴承与静子碰摩等多种耦合故障,建立磁液双悬浮轴承转子系统“间隙-碰摩”动力学方... 详细信息

随着轴承系统高转速、高效率的发展需求,磁液双悬浮轴承转子与静子的装配间隙不断减小,导致碰摩事故经常发生。综合考虑转子偏心比、转速比、磁液双悬浮轴承与静子碰摩等多种耦合故障,建立磁液双悬浮轴承转子系统“间隙-碰摩”动力学方程,数值模拟转子运行规律。研究结果表明:随着偏心比的增加,转子由周期1运行演化出周期2、周期3、拟周期、混沌等多种运行规律;当偏心比ρ∈(0.28~0.4)及转速比w∈(1.2~1.7)时,转子位移波动剧烈,在此区域内转子极易发生分岔甚至混沌,且在碰摩区间内,转速比在1.5、1.67附近时,转子轴承处与转盘处碰撞力分别出现最大值。

关键词：磁液双悬浮轴承间隙-碰摩动力学行为分岔与混沌转子耦合故障

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基于椎板减压手术机器人的信息交互界面评价

科学技术与工程 2024年第15期24卷 6217-6224页

作者：郭博文秦华王丽赵宇李子辰耿宝多李青松北京建筑大学机电与车辆工程学院北京102616 北京市建筑安全监测工程技术研究中心北京102600 苏州铸正机器人有限公司苏州215163 中国医学科学院北京协和医院骨科北京100730 北京航空航天大学机械工程及自动化学院北京100191 航天中心医院骨科北京100049

为提升手术机器人的安全性及操作绩效,以椎板减压手术机器人为研究对象,对其交互界面进行用户评价。采用层次分析法计算各维度评价指标权重,并对骨外科医生展开问卷调研,收集界面内操作按键、实时磨削信息和机器人运行信息的有用性、易... 详细信息

为提升手术机器人的安全性及操作绩效,以椎板减压手术机器人为研究对象,对其交互界面进行用户评价。采用层次分析法计算各维度评价指标权重,并对骨外科医生展开问卷调研,收集界面内操作按键、实时磨削信息和机器人运行信息的有用性、易学习性、易理解性、平衡度及整体度评分。通过加权求和,得出界面内各按键及信息的加权评分。结果表明,操作按键、实时磨削信息的易学习性和平衡度评分及机器人运行信息的平衡度评分较低;界面内操作按键的加权评分高于均值,但实时磨削、机器人运行信息的加权评分低于均值。可见未来设计手术机器人界面时,需注重界面内按键及信息的辨识度,避免出现易混淆的按键或信息。统一界面语言、使用医用专业领域词汇、添加界面操作提示或功能说明是提升手术机器人安全性及操作绩效的必要设计。

关键词：手术机器人人机交互界面界面评价层次分析法