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基于刚度可调的气动位置伺服系统摩擦补偿控制

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西北工业大学学报 2024年第1期42卷 138-148页

作者：魏琼陆浩吴子龙白林勇张道德李奕湖北工业大学机械工程学院湖北武汉430068

气动伺服系统的低刚度、低气源压强、流量易饱和等特性,导致系统在工作过程中能量耗散较大,系统易受摩擦影响,且补偿效果不明显。尤其是当系统的运动方向改变时,会产生明显的“平顶现象”,严重影响气动伺服系统的跟踪精度。采用负载口... 详细信息

气动伺服系统的低刚度、低气源压强、流量易饱和等特性,导致系统在工作过程中能量耗散较大,系统易受摩擦影响,且补偿效果不明显。尤其是当系统的运动方向改变时,会产生明显的“平顶现象”,严重影响气动伺服系统的跟踪精度。采用负载口独立控制结构,消除因两腔耦合而导致的能量耗散,使系统流量特性尽可能地位于线性区间;针对气动系统中存在的摩擦中部分参数不确定,以及外界干扰、动态负载的不确定性,设计非线性自适应鲁棒控制方法;将系统的刚度调节与自适应鲁棒控制进行协同控制,提高气动位置伺服系统的动态性能。仿真和实验结果均表明:具有刚度调节的自适应鲁棒控制能够明显降低系统能量耗散,提高系统位置跟踪精度,有效改善摩擦引起的“平顶现象”。

关键词：摩擦补偿气动位置伺服刚度调节负载口独立控制

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模板机缝制过程的织物压缩滑动力学性能研究

毛纺科技 2024年第8期52卷 74-80页

作者：周寅桂顺马作浩张成俊左小艳武汉纺织大学机械工程与自动化学院湖北武汉430200 湖北省数字化纺织装备重点实验室湖北武汉430200

针对使用模板机进行服装生产依赖聚氯乙烯(PVC)材质服装模板,不适用于小批量定制服装生产的问题,提出应用于模板机的万向球组代替缝纫模板的通用缝制方法,通过织物与万向球之间的相对滑动实现待缝纫布料的固定,减小自动缝制对模板的依赖... 详细信息

针对使用模板机进行服装生产依赖聚氯乙烯(PVC)材质服装模板,不适用于小批量定制服装生产的问题,提出应用于模板机的万向球组代替缝纫模板的通用缝制方法,通过织物与万向球之间的相对滑动实现待缝纫布料的固定,减小自动缝制对模板的依赖,适用于各种类型服装的定制生产。为研究织物在万向球挤压下的自动缝纫性能,选择20种不同材料参数与编织工艺的织物进行拉压性能测试,建立缝纫机针穿刺织物缝纫力模型,通过理论分析与实验验证得到满足缝纫要求的织物的压缩率与织物纤维体积含量的关系式,为不同布料进行模板缝纫时的万向球挤压深度提供参考。

关键词：服装缝纫模板机万向球织物压缩

基于灰狼优化算法的变截面点阵结构设计及性能优化

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力学学报 2024年第6期56卷 1702-1712页

作者：张树佰丁喆黄垲轩张严武汉科技大学冶金装备及其控制教育部重点实验室武汉430081 武汉科技大学机械传动与制造工程湖北省重点实验室武汉430081

点阵结构因其比强度高、比刚度高,减振降噪性好和隔热吸能能力强等特点,已被广泛应用于航空航天和交通运输等领域主承力零部件设计.但现有的点阵结构设计大都基于等截面假设开展,严重制约了材料分布优化的寻优空间,无法满足质量敏感领... 详细信息

点阵结构因其比强度高、比刚度高,减振降噪性好和隔热吸能能力强等特点,已被广泛应用于航空航天和交通运输等领域主承力零部件设计.但现有的点阵结构设计大都基于等截面假设开展,严重制约了材料分布优化的寻优空间,无法满足质量敏感领域极致轻量化设计的迫切需求.而目前关于变截面点阵结构设计的研究大都基于实验的“试错式”经验调配模式,其相应的理论设计方法尚不完善.文章基于灰狼智能优化算法,提出了一种高效的变截面点阵结构设计方法.首先,基于水平集函数构建变截面点阵的显式几何描述模型,以实现变截面点阵几何形状的自由描述;其次,采用能量均匀化方法预测变截面点阵单胞的宏观等效力学属性,建立宏观点阵结构与变截面单胞构型间的内在联系;然后,以变截面点阵的几何描述参数为设计变量,材料用量为约束条件,最小化柔度为目标函数,构建变截面点阵优化数学模型,并采用灰狼优化算法实现上述模型的高效求解,得到性能优化的变截面点阵结构;最后,通过二维和三维数值算例和仿真分析共同验证了所提方法的正确性和有效性,并与相同条件下等截面点阵结构的承载能力进行了比较.结果表明:优化后变截面点阵结构的柔度相较于相同条件下的等截面点阵结构可降低30%以上,具有更优异的承载能力.研究结果丰富了变截面点阵结构设计理论,在高端装备极致轻量化设计领域具有重要应用前景.

关键词：点阵结构变截面显式拓扑描述灰狼优化算法柔度

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外投料式滚筒筛分骨料的效率研究

机械设计与制造 2024年

作者：陈水胜张啸飞吴专湖北工业大学机械工程学院湖北省地质勘查装备中心

为了提高外投料式滚筒筛分骨料的效率，对其筛分过程进行研究。以10～40mm粒度范围的骨料为研究对象，基于离散元理论，利用EDEM建立筛分模型并结合其筛分过程进行模拟仿真，得到在一定条件时，其转速和进料角度对滚筒筛分效率的影响规... 详细信息

为了提高外投料式滚筒筛分骨料的效率，对其筛分过程进行研究。以10～40mm粒度范围的骨料为研究对象，基于离散元理论，利用EDEM建立筛分模型并结合其筛分过程进行模拟仿真，得到在一定条件时，其转速和进料角度对滚筒筛分效率的影响规律：骨料筛分的最佳转速为15r/min，最佳进料角度为150°；通过正交实验模拟，得到了外投料式滚筒筛的滚筒转速、进料角度、进料量三因素对骨料筛分效率的显著性和最佳取值。仿真研究结果可以为外投料式滚筒筛的结构设计及其工艺参数优化提供借鉴和参考，具有较强的工程应用价值。

关键词：外投料滚筒筛骨料 EDEM 筛分效率正交试验

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基于均匀相位采样提高阻抗谱测量精度的研究

科学技术与工程 2024年第2期24卷 604-610页

作者：王选择蔡玉雄尹晋平翟中生冯维湖北工业大学机械工程学院武汉430068 湖北省现代制造质量重点实验室武汉430068

周期性信号采样中,等效采样利用较低采样频率的A/D转换实现高频周期信号的采集,一定程度上弥补欠采样测量精度低的缺陷。为了有效地提高高频测量中阻抗谱测量精度与稳定性,提出一种基于等效采样思想的均匀相位采样的阻抗谱测量方法。利... 详细信息

周期性信号采样中,等效采样利用较低采样频率的A/D转换实现高频周期信号的采集,一定程度上弥补欠采样测量精度低的缺陷。为了有效地提高高频测量中阻抗谱测量精度与稳定性,提出一种基于等效采样思想的均匀相位采样的阻抗谱测量方法。利用单片机共时钟基准的模/数转换器(digital to analog convertor,DAC)与数/模转换器(analog to digital convertor,ADC)模块,在完成激励信号产生、输入输出信号同步采集的基础上,合理设计激励信号频率、采集频率与信号重构方法,实现高频信号单周期内均匀相位分布的等效高频采样,同时为克服常规A/D转换速度条件下难以准确实现高频阻抗谱测量的问题提供了新思路。从误差假设与拟合算法的角度,理论上分析证明了该方法降低误差的原因。并通过两种等效电路模型的阻抗谱测量对比实验,表明该方法在所设计的20~100 kHz高频段上,阻抗测量精度与稳定性得到了显著的提高。

关键词：等效采样均匀相位采样阻抗谱畸变误差

多尺度YOLOv5算法用于锂离子电池表面缺陷检测

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电池 2024年

作者：朱永平程博熊聪丁聪湖北工业大学机械工程学院现代制造质量工程湖北省重点实验室

针对软包装锂离子电池表面缺陷特征尺度不一、缺陷检测时小目标检测效果差的问题，提出一种基于改进YOLOv5的软包装锂离子电池表面缺陷检测算法。首先，将感受野注意力卷积（RFCAConv）融合到Bottleneck结构中并替换主干网络中的卷积层... 详细信息

针对软包装锂离子电池表面缺陷特征尺度不一、缺陷检测时小目标检测效果差的问题，提出一种基于改进YOLOv5的软包装锂离子电池表面缺陷检测算法。首先，将感受野注意力卷积（RFCAConv）融合到Bottleneck结构中并替换主干网络中的卷积层（Conv），通过有效提取感受野空间特征，提升模型整体性能；其次，将大型可分离核注意力（LSKA）融合到快速空间金字塔池化（SPPF）结构中，增强多尺度特征的提取能力；最后，将P2目标检测层融入路径聚合网络（PANet），提高模型对边缘细节信息的抓取能力，增强模型对小尺度缺陷特征的提取能力。改进后的YOLOv5s算法均值平均精度为89.1%，较原模型提高4.8个百分点，每秒帧数达40.0，能够满足软包锂离子电池表面缺陷的实时检测需求。

关键词：算法深度学习 YOLOv5算法软包装锂离子电池缺陷检测感受野注意力卷积(RFCAConv) 可分离大核注意力 P2检测层

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旋冲钻具凸轮-滚轮冲击机构工作特性分析

煤田地质与勘探 2024年第3期52卷 164-175页

作者：孙养清易先中万继方马健祺吴霁薇易军殷光品长江大学机械工程学院湖北荆州434023 湖北省智能油气钻采装备企校联合创新中心湖北荆州434000 中能建数字科技集团有限公司北京100044 中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司天津300459 湖北佳业石油机械股份有限公司湖北荆州434000

旋冲钻具能有效提高深层、硬地层的破岩效率,具有广阔的应用前景。凸轮-滚轮是实现冲击动作的关键机构,但复杂多变的井下环境导致机构损伤严重,进而影响破岩效率。基于旋冲钻具多井次的试钻数据,建立凸轮-滚轮动力学模型,通过显式动力学... 详细信息

旋冲钻具能有效提高深层、硬地层的破岩效率,具有广阔的应用前景。凸轮-滚轮是实现冲击动作的关键机构,但复杂多变的井下环境导致机构损伤严重,进而影响破岩效率。基于旋冲钻具多井次的试钻数据,建立凸轮-滚轮动力学模型,通过显式动力学(Autodyn)分析不同冲程、转速、钻压下的工作特性,总结机构的形变特征提出优化方法。分析结果与试验数据和理论数值对比,验证了计算模型的准确性。结果表明:冲程增大可提高冲击效果,但高于10 mm冲程的滚子实际运动轨迹受钻速、滚轮尺寸、凸轮轮廓曲率影响其轨迹将变平缓。转速在9~18 rad/s时轴向加速度波动幅度较大,对钻具的稳定性具有一定影响。钻压增大凸轮内缘处形变特性明显,其形变量与钻压成正比,25 kN钻压下凸轮的形变量约是10 kN的2.6倍。凸轮齿顶、滚轮内缘处为易变形点,在齿顶处安装可换滚筒同时改变滚轮为鼓轮构型并对抛物线-直线-抛物线、2次多项式、摆线、7次多项式4类凸轮轮廓线型进行特性分析。选用摆线及7次多项式凸轮座轮廓和鼓轮可提高冲击效果,计算结果可为旋冲钻具设计提供参考依据。

关键词：旋冲破岩凸轮-滚轮动力学仿真冲击特性旋冲钻具

椭圆形织构化表面润滑性能的试验研究及三维CFD分析

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润滑与密封 2024年

作者：季彬彬陈娟曾良才湛从昌杨玉萍南通大学机械工程学院武汉科技大学机械传动与制造工程湖北省重点实验室

流体动压润滑状态下，椭圆形表面织构排列方式和工况参数是织构化表面润滑性能的重要影响因素。为研究两者影响表面油膜承载特性的机制，本文针对四组转速、三种介质粘度以及三种织构排列方式，对面-面模式的润滑膜承载能力变化规律进... 详细信息

流体动压润滑状态下，椭圆形表面织构排列方式和工况参数是织构化表面润滑性能的重要影响因素。为研究两者影响表面油膜承载特性的机制，本文针对四组转速、三种介质粘度以及三种织构排列方式，对面-面模式的润滑膜承载能力变化规律进行实验研究，同时建立考虑空化效应的三维CFD计算模型，对油膜承载力、织构内部压力和流体速度的变化情况进行模拟分析。结果表明：椭圆形织构化表面具有良好的动压承载性能，转速和粘度的增加有利于形成流体动压力，但过高的转速和粘度会增大局部涡流，进而抑制动压润滑；通过合理布置椭圆形织构的排列方式能够影响流体的流向，形成汇流作用进一步提高动压承载能力，改善表面润滑性能。

关键词：椭圆形织构织构排列方式油膜承载力三维CFD 润滑介质粘度

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同向双螺杆挤出植物肉过程特性研究

中国油脂 2024年

作者：袁方洋田文马王东祥杨新俊杜继芸于伟江苏省食品先进制造装备技术重点实验室江南大学机械工程学院无锡市通用机械厂有限公司

高湿挤压组织化技术为植物蛋白肉的生产提供了新质生产力，基于同向双螺杆挤出机可以制备高质量拉丝蛋白以替代生产能耗更大的动物肉。测量了植物肉物料的流变，建立模型并采用ANSYS Fluent对挤压机内流场进行全过程数值模拟，与试验数... 详细信息

高湿挤压组织化技术为植物蛋白肉的生产提供了新质生产力，基于同向双螺杆挤出机可以制备高质量拉丝蛋白以替代生产能耗更大的动物肉。测量了植物肉物料的流变，建立模型并采用ANSYS Fluent对挤压机内流场进行全过程数值模拟，与试验数据对比验证了数值模拟的可靠性，并分析了压强、速度、温度、剪切率和剪切应力等关键参数的分布规律。结果表明：挤出机出口流量、螺杆扭矩和机头压强都随着双螺杆转速的增加而增大，但高转速下过高的剪切应力会降低成型质量。通过螺杆元件的排布和机筒壁面温度的控制，螺杆段流道的压强逐渐波动上升，物料温度随着壁面温度先增大后降低。温度对黏度的影响很大，靠近机筒的物料升温和降温都要更快，导致一定程度的壁面滑移。物料达到相分离临界温度的停留时间是螺杆转速的幂律函数，由此可确定双螺杆的适宜转速，以保证充分熟化和拉丝质量的工艺要求。此外，还需考虑物料在挤出流道内的混合以保证内外侧植物肉成型的一致性。

关键词：同向双螺杆植物肉挤出过程数值模拟传热传质