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轴向柱塞泵智能化关键技术研究进展及发展趋势

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机械工程学报 2024年第4期60卷 32-49页

作者：张军辉刘施镐徐兵黄伟迪吕飞黄晓琛浙江大学流体动力基础件与机电系统全国重点实验室杭州310027

轴向柱塞泵是航空航天、远洋船舶、工程机械等高端装备液压系统的“心脏”,为液压系统输送具有稳定压力、流量的传动“血液”。轴向柱塞泵的可靠性和安全性直接影响液压系统甚至整机的性能,因此,利用智能化技术对其实现预测性维护是近... 详细信息

轴向柱塞泵是航空航天、远洋船舶、工程机械等高端装备液压系统的“心脏”,为液压系统输送具有稳定压力、流量的传动“血液”。轴向柱塞泵的可靠性和安全性直接影响液压系统甚至整机的性能,因此,利用智能化技术对其实现预测性维护是近年来的研究热点。同时,装备无人化和智能化的发展趋势也使得轴向柱塞泵的智能化技术受到重点关注。为探明轴向柱塞泵智能化技术的发展方向,给出其高质量发展的可行路径,从智能状态监测、智能故障诊断、智能寿命预测和智能决策调控四个方面系统性地综述轴向柱塞泵智能化技术的发展历程和研究现状。探讨轴向柱塞泵智能化关键技术的现有问题及难点,总结智能化关键技术发展面临的挑战,并对未来发展趋势进行展望。

关键词：轴向柱塞泵智能化故障诊断寿命预测状态监测

基于孪生支持向量回归的多级离心泵外特性曲线预测及设计方法

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机械工程学报 2024年第14期60卷 364-377页

作者：童哲铭马鑫航浙江大学流体动力基础件与机电系统全国重点实验室杭州310063 浙江大学机械工程学院杭州310063

准确快速地获取多级离心泵的外特性曲线,对设计过程中泵性能指标的判断具有重要的意义。现有基于计算流体力学(Computational fluid dynamics,CFD)数值模拟方法依赖设计人员经验、计算耗时以及偏工况点精度差,提出一种基于孪生支持向量... 详细信息

准确快速地获取多级离心泵的外特性曲线,对设计过程中泵性能指标的判断具有重要的意义。现有基于计算流体力学(Computational fluid dynamics,CFD)数值模拟方法依赖设计人员经验、计算耗时以及偏工况点精度差,提出一种基于孪生支持向量回归(Twin support vector regression,TSVR)的离心泵外特性曲线预测方法。针对多级离心泵流道复杂的特点,筛选出10个结构参数和流量作为模型输入。通过TSVR方法建立输入变量与外特性值之间的复杂非线性关系,对多级离心泵的外特性曲线进行预测。与试验结果相比,所提方法可以较好地预测性能指标,对扬程、效率和轴功预测的平均相对误差分别为1.71%、3.56%、3.36%。此外,与BP神经网络相比,TSVR对扬程和效率预测的方均根误差显著降低。同时,在整个工况范围内,TSVR模型对比传统采用RNG湍流模型的CFD方法有更高的精度以及计算效率。对比表明,所提方法可提高多级离心泵性能曲线预测的速度和精度,为实现多级泵的快速预测及高效性能设计提供重要的支撑。

关键词：离心泵支持向量回归数值模拟多工况性能预测

基于高速图像特征提取的滑动轴承空化特性试验研究及其数值仿真分析

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机械工程学报 2024年第13期60卷 48-55页

作者：童哲铭马廷良刘浩浙江大学流体动力基础件与机电系统全国重点实验室杭州310063 浙江大学机械工程学院杭州310063

空化现象广泛存在于各种大型旋转机械的滑动轴承中,严重影响轴承的运行稳定性和承载能力。为研究其特性,本研究设计并搭建了一套滑动轴承油膜可视化试验系统,利用高速摄像机捕捉高速旋转下的油膜空化演变图像,提出了油膜空化特征图像处... 详细信息

空化现象广泛存在于各种大型旋转机械的滑动轴承中,严重影响轴承的运行稳定性和承载能力。为研究其特性,本研究设计并搭建了一套滑动轴承油膜可视化试验系统,利用高速摄像机捕捉高速旋转下的油膜空化演变图像,提出了油膜空化特征图像处理及提取方法。结合数值模拟方法和试验手段进一步研究油膜空化特征及其影响因素。研究结果表明:径向滑动轴承空化气泡在油膜发散端呈现不规则轮廓的条状分布;油膜空化发展程度与轴颈转速和润滑油黏度成正相关,与供油压力成反相关。试验测试发现主轴转速从1 000 r/min增大至5 000 r/min,空化区域增大148%;润滑油黏度从50 mm^(2)/s增大至150 mm^(2)/s,空化区域增大170%;供油压力从0.025 MPa增大至0.150 MPa,空化区域减小77%。

关键词：滑动轴承空化现象计算流体力学图像处理高速摄影技术

茶叶生产装备自动化与智能化技术研究进展与展望

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农业机械学报 2024年第7期55卷 1-14页

作者：高一聪许晨林琼王淑花魏喆浙江大学流体动力基础件与机电系统全国重点实验室杭州310058 浙江工业大学机械工程学院杭州310014 沈阳工业大学机械工程学院沈阳110870

茶产业是我国传统特色优势产业,大数据、物联网、云计算等新一代信息技术与农业的融合促进了茶产业向智能化转型与升级,在茶叶全产业链赋能增效中发挥重要作用。本文在概述了茶产业智能化技术体系的基础上,围绕种植、加工、检测和销售等... 详细信息

茶产业是我国传统特色优势产业,大数据、物联网、云计算等新一代信息技术与农业的融合促进了茶产业向智能化转型与升级,在茶叶全产业链赋能增效中发挥重要作用。本文在概述了茶产业智能化技术体系的基础上,围绕种植、加工、检测和销售等4方面总结了国内外信息技术在茶产业智能化中应用的研究成果,分析了茶产业实现智能化的关键技术。最后对茶产业智能化未来发展方向进行展望,建议增强茶产业信息技术基础设施建设、加强人机协作智能茶机设备研发、重视茶叶种植加工大模型开发、提升大数据分析助力茶叶销售能力,为更好利用信息技术进行茶产业升级奠定基础。

关键词：茶产业茶叶自动化加工茶叶智能检测信息技术

气相中火花放电辅助的微纳材料静电分散和定向

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高电压技术 2024年第9期50卷 4240-4251页

作者：田宇李树然朱伟东闫克平柯映林浙江大学机械工程学院流体动力基础件与机电系统全国重点实验室杭州310027 浙江大学机械工程学院浙江省先进制造技术重点实验室杭州310027 浙江大学化学与生物工程学院杭州310027

目前各种新型微纳材料不断涌现,性能超群,但其应用却远未达到预期。其关键原因是大表面积、高表面能和高活性造成的团聚,使其失去了原有的特性。研究人员对开发微纳材料的热情远远超过研究分散技术,而后者却是其工业应用的关键。为此提... 详细信息

目前各种新型微纳材料不断涌现,性能超群,但其应用却远未达到预期。其关键原因是大表面积、高表面能和高活性造成的团聚,使其失去了原有的特性。研究人员对开发微纳材料的热情远远超过研究分散技术,而后者却是其工业应用的关键。为此提出一种在气相中实现快速且完全分散的通用方法,发现尽管微纳材料具有紧密的聚合结构,但在火花放电和静电场的协同作用下可以逐步剥落和分离。通过实验确定了适合于分散的火花放电形式及诱导方法,通过设计实验明晰了放电电流感生磁场对分散的影响;建立了具有长宽比的微纳材料在电场中的运动方程,并阐明了火花耦合电场诱导分散的原理;还演示了输送、转移等多种附加功能,以简单的过程、可靠的结果、广泛的适用性和可设计性,为连续在线生产和材料制造提供了巨大的应用潜力。

关键词：微纳材料聚集体火花放电静电操纵分散和定向连续在线生产

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基于倾转电机的可折翼的水空两栖无人机设计与实现

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机械工程学报 2024年第2期60卷 272-286页

作者：刘阳王开松唐威秦可成张涛杨展邹俊安徽理工大学机械工程学院淮南232001 浙江大学流体动力基础件与机电系统全国重点实验室杭州310058 浙江科技学院机械与能源工程学院杭州310023

由于兼具着水下航行与空中飞行能力,近年来水空两栖无人机走入人们的视角。针对现有水空无人机面对复杂场景(水空界面、室内等)无法发挥作用的问题,提出一种结合旋翼机、固定翼与折翼机构的水空两栖无人机。设计一种基于倾转电机的三旋... 详细信息

由于兼具着水下航行与空中飞行能力,近年来水空两栖无人机走入人们的视角。针对现有水空无人机面对复杂场景(水空界面、室内等)无法发挥作用的问题,提出一种结合旋翼机、固定翼与折翼机构的水空两栖无人机。设计一种基于倾转电机的三旋翼机构与基于舵机操控的折翼机构,利用倾转机构与折翼机构来实现固定翼与旋翼的模式切换以达到鸟类的飞行状态。对于自然界内的鸟类来说,翅膀的控制是十分重要的。在空中绝大部分鸟类都是利用翅膀的收折来控制飞行的转向与高度;当鸟类将要入水或者已经入水时,许多鸟类都是将翅膀完全收起以减小阻力面积来入水或者在水下运动。效仿鸟类收翅原理来设计折翼结构与倾转旋翼结构,使水空两栖无人机可实现旋翼与固定翼自由变换。为验证结构的可靠性,对无人机结构进行理论分析与仿真试验,以及空中与水下等复杂场景试验,试验结果表明,该无人机在空中可实现旋翼与固定翼的自由切换,在水下可实现水空界面的跨介质飞行,这些结果验证了方案的可行性与有效性。

关键词：跨介质无人机倾转旋翼折翼设计

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智能化阀口独立电液控制系统安全性能评估

机械工程学报 2024年第4期60卷 101-112页

作者：丁孺琦熊文杰程敏徐兵华东交通大学载运工具与装备教育部重点实验室南昌330013 重庆大学高端装备机械传动全国重点实验室重庆400044 浙江大学流体动力基础件与机电系统全国重点实验室杭州310027

阀口独立电液控制系统通过电子化反馈与复杂进出口独立控制策略提高系统智能化水平,但高安全风险也制约了其大规模市场化应用。为此,提出一种面向ISO 13849机器安全标准的阀口独立控制系统安全性能评估方法。针对阀口独立控制系统特有... 详细信息

阀口独立电液控制系统通过电子化反馈与复杂进出口独立控制策略提高系统智能化水平,但高安全风险也制约了其大规模市场化应用。为此,提出一种面向ISO 13849机器安全标准的阀口独立控制系统安全性能评估方法。针对阀口独立控制系统特有的多自由度控制、多变量反馈、多模式切换特点,结合故障树分析法和布尔代数运算建立系统四象限工况安全性模型,构建该模型至ISO13849中预定义安全结构类别的映射,推导系统安全性能等级PL值及其每小时发生引起危险的停机故障概率(PFHd)的量化方法。考虑常规控制、故障诊断与主动容错控制器三类控制方法,分析系统安全结构由类型1单通道至类型3双通道的变换。评估结果表明,系统PL仅为b级,难以满足移动机器d级要求;引入故障诊断后,PL仅提高至c级;增加故障主动容错后,不增加额外硬件冗余情况下PL可增加至d级甚至最高e级。研究工作为智能化电液系统控制、诊断、容错设计构建遵循机器功能安全的评估与指导。

关键词：阀口独立控制安全性能 ISO 13849 故障树分析故障诊断与容错

面向液压缸驱动回转关节的负载口独立双阀芯电液系统运动控制

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机床与液压 2024年

作者：王锦涛张心颖吕立彤张连朋王瑞晨陈正石家庄铁道大学机械工程学院浙江大学流体动力基础件与机电系统全国重点实验室

针对主流模式切换方法容易存在的切换频繁、压力波动等问题，以负载口独立双阀芯控制的液压缸驱动回转关节为对象，提出基于自适应鲁棒控制的非模式切换控制方法。该方法首先根据轨迹跟踪目标，计算出理想的回转关节驱动力，再对回转关... 详细信息

针对主流模式切换方法容易存在的切换频繁、压力波动等问题，以负载口独立双阀芯控制的液压缸驱动回转关节为对象，提出基于自适应鲁棒控制的非模式切换控制方法。该方法首先根据轨迹跟踪目标，计算出理想的回转关节驱动力，再对回转关节有杆腔进行压力规划和压力控制，将其压力保持在满足理想驱动力条件下的最小压力，同时对回转关节无杆腔进行运动轨迹跟踪控制，从而避免模式切换方法在压力控制和运动控制目标之间的频繁切换。最后，在液压机械臂的回转关节上开展了运动控制对比试验，结果显示，相较于模式切换方法，本文提出的控制方法能够有效降低容腔压力波动，使运动过程更加平稳，且跟踪精度也有所提升。

关键词：回转关节负载口独立系统非模式切换压力控制轨迹跟踪控制

航空发动机燃油控制系统故障诊断技术研究进展与挑战

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机械工程学报 2024年第4期60卷 3-31页

作者：严如强许文纲王志颖朱启翔周峥赵志斌孙闯王诗彬陈雪峰张军辉徐兵西安交通大学机械工程学院西安710049 浙江大学流体动力与机电系统国家重点实验室杭州310027

随着发动机性能要求的不断提升,燃油控制系统服役的工况变得越来越恶劣、边界条件越来越复杂。燃油泵固有压力脉动与管路、活门的流固耦合振动,密封圈腐蚀或老化导致的泄漏,油液污染或润滑油失效而产生的磨损加剧等均会造成燃油控制系... 详细信息

随着发动机性能要求的不断提升,燃油控制系统服役的工况变得越来越恶劣、边界条件越来越复杂。燃油泵固有压力脉动与管路、活门的流固耦合振动,密封圈腐蚀或老化导致的泄漏,油液污染或润滑油失效而产生的磨损加剧等均会造成燃油控制系统的致命故障。同时,燃油控制系统具有少测点、变工况、强干扰及强非线性等特点,导致该领域对故障诊断技术存在迫切需求,同时也面临巨大挑战。为推动故障诊断技术在燃油控制系统领域的发展,总结燃油控制系统的特点与常见故障,并在此基础上介绍故障诊断技术的主要方法与分类。进一步从液压元件互换性角度,概述基于物理模型、信号处理和人工智能诊断方法在燃油控制系统关键部件中的研究现状。最后指出燃油控制系统故障诊断技术存在的挑战与机遇。

关键词：燃油控制系统故障诊断物理模型信号处理人工智能