2014年第37卷第1期文章目次

宋朝省 , 樊荣 , 刘立斌

2014, 37(1):1-6. DOI: 10.11835/j.issn.1000-582X.2014.01.001

[摘要](2033) [HTML](318) [PDF 6.19 M](1488)

摘要:
为了准确计算小角度交错轴渐开线变厚齿轮啮合过程中的齿根弯曲应力，采用空间齿轮啮合原理和有限单元法，分别建立了渐开线变厚齿轮齿面模型及空间小角度交错轴渐开线变厚齿轮啮合模型，提出了基于齿根及过渡圆弧精确建模的渐开线小角度交错轴变厚齿轮副齿根弯曲应力数值计算方法，对其齿根弯曲应力进行了分析，研究了关键设计参数顶隙系数、扭矩载荷、中心距误差、轴交角误差、小齿轮轴向误差以及大齿轮轴向误差对齿根弯曲应力的影响。结果表明，顶隙系数的增加使得齿根最大弯曲应力减小；轻载下齿宽方向的齿根应力分布较为平坦，重载下齿宽方向的齿根应力呈明显的抛物线状；轴交角误差和中心距误差的存在使得最大齿根弯曲应力增大，最大弯曲应力的位置随误差的正负而分别向轮齿的两端偏移，大小齿轮轴向位置误差对轮齿弯曲应力影响较小。

2 考虑运行工况的纯电动汽车动力传动系统参数设计

秦大同 , 王禺寒 , 胡明辉

2014, 37(1):7-14. DOI: 10.11835/j.issn.1000-582X.2014.01.002

[摘要](2267) [HTML](960) [PDF 6.65 M](1658)

摘要:
针对传统理论计算方法的不足，提出了一种理论计算与运行循环工况分析相结合的纯电动汽车动力传动系统的参数设计方法。根据整车动力性需求确定了电机的峰值功率。为使运行工况下电机尽可能工作在高效区，选取10种循环工况对整车需求功率范围进行分析，由此确定了电机的额定功率。分析了电池质量对整车动力性和续驶里程的影响，通过定义加速时间影响因子和续驶里程影响因子，修正了电机的功率参数。以整车动力性为约束，以等速工况下的续驶里程最大为目标对传动系速比进行优化，使整车的续驶里程在满足动力性的条件下明显提高。分析了蓄电池在不同SOC下输出功率的变化规律，当蓄电池SOC接近下限时，对电池组的输出功率进行了仿真分析，结果表明在极限工况下，蓄电池的输出功率可以满足整车的动力性要求。

3 含双半圆形埋藏裂纹金属构件脉冲放电温度场分析

付宇明 , 王宁宁 , 郑丽娟

2014, 37(1):15-19. DOI: 10.11835/j.issn.1000-582X.2014.01.003

[摘要](1498) [HTML](293) [PDF 6.20 M](1141)

摘要:
裂纹止裂技术是当前航空航天、船舶、军事及机械制造等许多工业生产和实际应用中急需解决的关键问题。针对含双半圆形埋藏裂纹金属构件脉冲放电问题，在理论上推导出脉冲放电后裂纹尖端附近电流密度分布和温度场分布以及两裂纹相互之间的热影响关系，采用有限元软件建立了三维有限元模型。由理论计算与数值分析可知，两方法所得温度场分布规律一致，温度误差和相对误差分别为75.560℃、3.150%，并对含双半圆形埋藏裂纹金属构件进行了脉冲放电实验研究，脉冲放电后裂纹尖端熔化、钝化。

4 斯特林发动机热力循环的分析方法

王新平 , 党建军 , 刘晓芹

2014, 37(1):20-25. DOI: 10.11835/j.issn.1000-582X.2014.01.004

[摘要](1781) [HTML](523) [PDF 5.19 M](1397)

摘要:
基于机械损失以及加热器和冷却器的温度校核，对斯特林发动机循环的二阶分析法进行修正。以斯特林发动机为模拟对象，数值模拟了GPU-3斯特林发动机内部的交变流动和换热过程，得出其内部压力、温度、速度、功率和效率等参数的变化规律。数值模拟结果与NASA给出的测试结果进行比较，两者结果符合。运用修正后的二阶分析方法，分析了发动机转速、工质以及平均压强对发动机输出性能的影响。该修正后的二阶分析方法功率误差均小于20%。该分析方法为斯特林发动机的优化设计和工作特性分析提供一个有用的工具。

5 面齿轮轮齿刚度的计算方法及其影响因素分析

李政民卿 , 黄鹏 , 李晓贞

2014, 37(1):26-30. DOI: 10.11835/j.issn.1000-582X.2014.01.005

[摘要](1604) [HTML](381) [PDF 5.23 M](1254)

摘要:
面齿轮轮齿刚度是面齿轮传动啮合刚度的基本组成，其计算方法的解决可为面齿轮啮合刚度以及后续动力学分析奠定必要的理论基础。基于Buckingham的观点，将面齿轮齿形看作是由沿齿长方向一系列变压力角的齿条组成，得到沿轴向和径向都为变截面的面齿轮简化齿形，获得了面齿轮轮齿啮合变形的计算公式，求解出了面齿轮轮齿刚度；并通过与有限元法进行对比分析，验证了面齿轮轮齿刚度计算方法的可行性；分析了面齿轮模数、压力角以及齿宽对其轮齿刚度的影响。结果表明：面齿轮模数越大，其轮齿刚度沿齿根到齿顶的变化率越小；面齿轮压力角越大，其轮齿刚度越大，但沿齿根到齿顶的变化率基本不变；面齿轮齿宽越大，其轮齿刚度越大，且沿齿根到齿顶的变化率较之压力角的影响大。

6 产品协同创新设计任务分解及资源分配

杨育 , 李云云 , 李斐 , 邢青松 , 包北方

2014, 37(1):31-38. DOI: 10.11835/j.issn.1000-582X.2014.01.006

[摘要](1457) [HTML](283) [PDF 7.17 M](1358)

摘要:
针对产品协同创新设计任务分解及分配的复杂性问题，考虑设计任务间的依赖关系及创新主体的设计能力约束，提出了基于层次功能结构任务映射及协同伙伴模糊搜索匹配相结合的任务分解模型；在研究设计资源分类属性的基础上，为弥补设计任务优先级资源分配策略的不足，建立了考虑资源使用阈值的设计资源分配模型，并基于时间有色Petri网进行任务资源分配仿真建模；导入某品牌手机产品协同创新研发实例，验证了所提模型的有效性。

7 便携式动脉硬化无创检测仪设计

李松浓 , 何为 , 余传祥 , 林海涛 , 李哲明

2014, 37(1):39-45. DOI: 10.11835/j.issn.1000-582X.2014.01.007

[摘要](1737) [HTML](316) [PDF 6.61 M](1329)

摘要:
针对现有动脉硬化检测仪价格昂贵和体积大的缺点，设计了一种基于ARM和WinCE的便携式动脉硬化无创检测仪，并对该仪器进行了临床评估实验。该仪器以嵌入式系统为硬件平台，通过信号测量电路获取桡动脉和肱动脉脉搏波信号，并将信号送入ARM处理器。根据动脉弹性腔理论和示波法原理，基于LabVIEW for WinCE设计系统软件以实现脉搏波信号分析，并计算出11项动脉硬化评判因子，然后根据这些因子自动评判受试者的动脉硬化程度。临床评估实验结果表明：该仪器能准确评价受试者的动脉硬化程度，具有较好的稳定性和可靠性，其稳定性最大相对标准误差为4.37%，与对照仪器测量结果的相关系数均高于0.85(P<0.001)。

8 基于超级电容的永磁同步风力发电机不对称故障穿越方法

杜雄 , 彭国秀 , 戴朋岑 , 周雒维

2014, 37(1):46-53. DOI: 10.11835/j.issn.1000-582X.2014.01.008

[摘要](1654) [HTML](306) [PDF 6.75 M](936)

摘要:
风电系统与电网之间的相互影响越来越大，需要并网风电机组具有故障穿越能力来保证电网安全运行。为了提高永磁同步风力发电机组(PMSG)在不对称电网故障下的穿越能力，提出了一种基于超级电容储能的PMSG风电机组的故障穿越方法。该方法采用双向直流变换器将超级电容器组连接在交直交变流器的直流母线上，通过对超级电容的吞吐功率进行控制，限制了故障情况下交直交变流器直流侧电压上升，并降低了不对称故障引起的直流母线电压2倍工频纹波。同时在网侧换流器的控制中采用电网负序电压前馈的方法，消除并网电流负序分量。结合低电压穿越标准，对超级电容的容量选取进行了讨论，并建立了超级电容器及其功率变换电路的数学模型，设计了超级电容储能系统的控制器。采用Matlab软件，对1 MW机组的仿真结果表明，所提出的不对称故障穿越方法，可同时减小并网电流负序分量和直流母线电压的2倍工频纹波，提高了机组不对称故障穿越能力，验证了文中提出的故障穿越策略的有效性。

9 体导电能量传递二端口网络集总参数的计算

唐治德 , 陈秀发 , 刘海龙

2014, 37(1):54-60. DOI: 10.11835/j.issn.1000-582X.2014.01.009

[摘要](1455) [HTML](763) [PDF 5.86 M](1160)

摘要:
皮肤电极单元是利用体导电向体内植入器件传递能量的通道，其等效电路阻抗参数则是从电路角度分析体导电能量传递系统的基本参数。针对目前尚无确定这些参数的理论计算方法，提出了基于场路耦合的变载法。通过建立皮肤电极单元的场路耦合模型计算电极端口处电压与电流，并运用全相位FFT谱分析提取电量信号的幅值和相位，在此基础之上，应用变载法求出了各种条件下皮肤电极单元等效电路的阻抗参数，并验证了该方法的正确性。计算出的等效电路阻抗参数可用于体导电能量传递的电路分析和系统的优化设计。

10 电阻抗成像正则化参数的优化方法

陈民铀 , 黄薏宸 , 李冰 , 何为

2014, 37(1):61-67. DOI: 10.11835/j.issn.1000-582X.2014.01.010

[摘要](1461) [HTML](343) [PDF 7.44 M](1070)

摘要:
为改善电阻抗成像逆问题的不适定性，通常采用Tikhonov正则化算法来求得适当的解。正则化参数对重建图像的质量和计算速度影响较大。笔者提出了一种基于残差范数和解范数乘积的优化方法(PRS)求取电阻抗成像的正则化参数。为验证该方法的有效性，笔者针对不同的目标大小、目标位置、目标电导率、目标数目以及不同程度的噪声分别进行了重建图像的仿真实验和水槽实验。结果表明：这种优化方法可以快速找到相对最优的正则化参数，且具有良好的抗噪性能。与传统的L曲线方法相比，提高了图像重建质量。

11 自适应卡尔曼滤波法磷酸铁锂动力电池剩余容量估计

刘和平 , 许巧巧 , 胡银全 , 袁闪闪

2014, 37(1):68-74. DOI: 10.11835/j.issn.1000-582X.2014.01.011

[摘要](2005) [HTML](482) [PDF 6.99 M](1578)

摘要:
卡尔曼滤波法在估计动力电池的剩余容量(SOC)时，由于系统噪声的不确定，可能导致算法不收敛，而且算法的估计性能受模型精度的影响，笔者采用自适应卡尔曼滤波法来动态地估计电动汽车用磷酸铁锂动力电池的SOC。首先对电池模型进行了研究，建立了适用于SOC估计的电池模型，然后设计了相应的电池充放电实验检测到模型的参数，并进行了验证，最后将自适应卡尔曼滤波法应用到该模型，在未知干扰噪声环境下，在线估计电池的SOC。仿真结果表明：自适应卡尔曼滤波法能够实时修正微小的模型误差带来的SOC估计误差，估计精度高于卡尔曼滤波法，且自适应卡尔曼滤波法对初值误差具有修正作用。实车循环行驶实验表明算法适用于磷酸铁锂动力电池的SOC估计。

12 基于产品结构的炼钢连铸区段产能解析

刘青 , 王刚 , 王彬 , 王宝 , 谢飞鸣 , 李红卫 , 聂小武 , 卢新春

2014, 37(1):75-83. DOI: 10.11835/j.issn.1000-582X.2014.01.012

[摘要](1169) [HTML](581) [PDF 9.07 M](1158)

摘要:
生产能力是衡量钢厂生产运营状况的重要技术经济指标。通过对国内某全连铸转炉特殊钢厂生产过程的解析，确立了不同钢种在炼钢、精炼、连铸3个主体工序的运行时间参数。在此基础上探讨炼钢连铸区段中各工序产能与生产产品结构、炼钢连铸区段的系统产能与工序产能的关系，分析不同产品结构下制约系统产能的瓶颈工序，对此提出提高系统产能的相应改进措施。形成了具有普适性的炼钢连铸区段产能研究方法，为钢厂确定合理的产能和产品结构指标以及充分发挥整个炼钢连铸区段系统的生产能力提供一定指导和理论依据。

13 煤层割缝器用双梯度喷嘴结构设计与优化

卢义玉 , 张磊 , 葛兆龙 , 汤积仁 , 贾亚杰 , 章文峰

2014, 37(1):84-90. DOI: 10.11835/j.issn.1000-582X.2014.01.013

[摘要](1378) [HTML](297) [PDF 8.39 M](1048)

摘要:
为提高高压水射流煤层割缝器的切割能力，提出采用双梯度结构对喷嘴这一关键部件进行结构设计及优化来改善喷嘴喷射性能的新思路。针对安装于63割缝器总长为17 mm的双梯度喷嘴，在正交实验指导下，采用Realizable k-ε湍流模型对不同参数组合下喷嘴出口流场进行了模拟。数值模拟结果表明双梯度喷嘴结构参数为L1=6 mm、θ1=18°、θ2=35°、L=6 mm、d=2.5 mm时，其轴向速度在150 mm靶距处最大且衰减较慢。通过对数值模拟优化喷嘴结构进行试制，在室内运用3DPIV对其性能实验测试。实验结果表明在本文实验条件下，双梯度喷嘴结构参数为L1=6 mm、θ1=18°、θ2=35°、L=6 mm、d=2.5 mm时，其射流出口流场平均速度最大，速度场分布较为理想，在150 mm靶距处的平均速度为普通喷嘴的1.4倍。

14 煤层原始含水率对煤与瓦斯突出危险程度的影响

蒋长宝 , 尹光志 , 许江 , 彭守建 , 李文璞

2014, 37(1):91-95. DOI: 10.11835/j.issn.1000-582X.2014.01.014

[摘要](1875) [HTML](405) [PDF 4.33 M](1137)

摘要:
运用自主研发的“含瓦斯煤热流固耦合三轴伺服渗流实验装置”，进行了恒定瓦斯压力和围压条件下，不同原始含水率含瓦斯煤样全应力应变瓦斯渗流试验，结合现场实测煤层注水前后瓦斯涌出量的变化规律。研究结果表明：随着煤样原始含水率的增加，煤样的三轴抗压强度减小，弹性模量减小，三轴抗压强度处轴向应变增大、横向应变和体积应变的绝对值增大；在全应力应变整个过程中，煤样的甲烷有效渗透率都减小。从煤的力学特性和瓦斯在煤层中流动两个方面分析了煤层注水的防突作用。煤层原始含水率越高，发生煤与瓦斯突出的危险性越小。可将煤层的原始含水率作为判断煤与瓦斯突出危险程度的一个重要指标。

15 考虑渗流、应变软化和扩容的巷道围岩弹塑性分析

高召宁 , 孟祥瑞 , 付志亮

2014, 37(1):96-101. DOI: 10.11835/j.issn.1000-582X.2014.01.015

[摘要](1537) [HTML](305) [PDF 5.40 M](1301)

摘要:
考虑了渗流体积力、岩体应变软化、破裂膨胀性重要因素，应用弹塑性力学理论，推导了渗流场作用下巷道围岩的应力和位移分布规律，给出了巷道围岩不同分区范围与孔隙水压力、岩体应变软化程度、破裂膨胀性之间的关系；研究表明，孔隙水压力和岩体破裂膨胀特性对巷道围岩破裂区范围的影响程度比对塑性区范围的影响程度明显；考虑渗流场比不考虑渗流场的影响时，塑性区范围和破裂区范围都要大；岩体应变软化程度对巷道围岩塑性区和破裂区的范围影响同样显著；渗流、应变软化、破裂膨胀性对巷道围岩变形的影响都比较明显。研究成果为渗流场作用下的巷道支护工程有一定的参考价值。

16 页岩气压裂水平井生产数据分析方法

王军磊 , 位云生 , 程敏华 , 罗万静

2014, 37(1):102-109. DOI: 10.11835/j.issn.1000-582X.2014.01.016

[摘要](2196) [HTML](385) [PDF 6.58 M](1293)

摘要:
气井生产数据分析是评价气井动态储量、储层物性、水力裂缝等参数的有效方法，但在页岩气藏中，气体解吸、多段压裂、体积压裂区(SRV)的存在使得常规的评价模型不能满足现场需要。笔者在充分考虑了气体解吸、裂缝干扰、边界影响的基础上，利用Laplace变换和压力叠加原理求解压裂水平井的不稳定产能动态，并利用渐进分析给出新的无量纲物质平衡时间和产量，绘制页岩气压裂水平井Agarwal-Gardner型产量递减图版。图版可分为两大阶段：在不稳定递减阶段，页岩气的吸附特性会对发散的曲线产生显著影响；在拟稳态递减阶段，递减曲线归一，呈现Arps调和递减规律。矿场实例表明，通过拟合实际的生产数据，可以得到气藏有效泄流面积、天然裂缝渗透率及水力裂缝长度等参数，以此评价页岩气藏地质储量和水力压裂效果。

17 阳离子聚丙烯酰胺P(AM-DAC)阳离子度的测定

郑怀礼 , 苗树祥 , 朱俊任 , 朱传俊 , 吉方英 , 刘力维 , 马江雅 , 孙永军 , 李培文

2014, 37(1):110-116. DOI: 10.11835/j.issn.1000-582X.2014.01.017

[摘要](1867) [HTML](751) [PDF 5.66 M](1529)

摘要:
以实验室自制阳离子聚丙烯酰胺P(AM-DAC)为样品，分别用沉淀滴定法和胶体滴定法对其阳离子度进行测定，并用数理统计方法对2种方法进行分析比较，实验结果表明，沉淀滴定法和胶体滴定法都可以准确测定产品的阳离子度，但胶体滴定法比沉淀滴定法更具有稳定性和准确性。实验还研究了不同滴定因素对胶体滴定法的影响，表明pH值在1.75~2.25范围内，滴定速度在 0.01~0.05 mL/s范围内，滴定溶液质量浓度选在1×10 -4~2×10 -4g/mL范围内，所测定的阳离子度最接近于理论值。

18 屏蔽氯离子干扰高盐榨菜废水中COD的测定方法

郭劲松 , 林佳琪 , 方芳 , 朱友利 , 鲍振国

2014, 37(1):117-122. DOI: 10.11835/j.issn.1000-582X.2014.01.018

[摘要](2036) [HTML](560) [PDF 4.80 M](1143)

摘要:
高盐废水中氯离子的存在会严重干扰COD的测定，因此，如何屏蔽氯离子干扰准确测定其COD的难点之一。为研究高盐榨菜废水中更为准确的COD测定方法，实验中采用了2种屏蔽氯离子的方法：硫酸汞屏蔽法和硝酸银屏蔽法，屏蔽后再通过传统回流冷凝法来测定实验模拟配水水样中的COD，并比较两种方法的屏蔽效果。结果表明：硫酸汞屏蔽法的最佳HgSO4/Cl -值为40，此时误差最小，为1.43%，硝酸银滴定法的误差为0.21%，得出硝酸银屏蔽法的屏蔽效果较好；再分别用这两种方法屏蔽榨菜废水中的氯离子后测定其COD值，结果显示两种方法测定的COD相差了20 mg/L，而硫酸汞屏蔽法更适合于榨菜废水中COD的测定。综合以上2种方法的屏蔽特点，采用先用硝酸银滴定氯离子浓度，再添加少量的硫酸汞的联合方法测定榨菜废水中的COD值，结果表明此方法更可靠。

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