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期刊信息

吉林大学学报(工学版)
ISSN 1671-5497
CN 22-1341/T
主 任:张祥合
编 辑:曹 敏 程仲基
    赵莹莹 赵浩宇
电 话:0431-85095297
E-mail:xbgxb@jlu.edu.cn
地 址:长春市吉林大学南岭校区
    逸夫教育大楼B823室
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2021年, 第51卷, 第2期 刊出日期:2021-03-01
上一期   
车辆工程·机械工程
适用于后轮轮毂驱动车辆的稳定性控制策略
陈国迎,姚军,王鹏,夏其坤
吉林大学学报(工学版). 2021 (2):  397-405.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20191037
摘要 ( 266 )   HTML ( 112 )   PDF(2229KB) ( 209 )  

针对后轮轮毂驱动车辆的稳定性控制问题,提出了基于分层结构的稳定性控制器。首先,在上层控制器中利用参考模型计算理想车辆运动状态,采用LQR控制器计算车辆需要的附加横摆力矩,并根据车辆的稳定性状态进行变权重的设计。其次,为了使车辆能获得尽可能大的地面附着力,提出模糊控制器对每个车轮的滑移/滑转率进行控制。在下层控制器中,根据车辆的稳定性状态对后轮轮毂电机的驱动力矩进行分配。最后,通过VCU在环试验对控制器的有效性进行了验证。结果表明:本文提出的稳定性控制器在车辆处于稳定域内时能计算出附加横摆力矩,控制车辆的横摆角速度,迅速跟随理想值,并抑制质心侧偏角的增大;当车辆处于失稳状态时,能控制车辆迅速恢复稳定,抑制车辆的侧滑。在整个控制过程中,车轮的滑移/滑转率始终保持在最佳滑移/滑转率附近,保证车辆获得较大的附着力。

数据和表 | 参考文献 | 相关文章 | 计量指标
基于驾驶员意图识别的电子液压制动助力系统控制策略
王伟达,武燕杰,史家磊,李亮
吉林大学学报(工学版). 2021 (2):  406-413.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20191003
摘要 ( 199 )   HTML ( 14 )   PDF(1887KB) ( 118 )  

为在保证人车安全性的基础上给驾驶员带来更好的制动体验,根据制动主缸压力及压力变化率采用模糊推理对驾驶员制动意图进行识别,将制动意图分为常规减速和紧急制动,分别设计助力电流控制和主动压力控制两种策略,并进行实车验证。结果表明:压力主动控制模式下,制动主缸压力能迅速跟随目标压力;助力电流控制模式下,助力电流能较好地跟随目标电流;对比普通控制策略和本文控制策略在迅速踩下制动踏板时的压力曲线,后者能更快地完成制动主缸建压过程。

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高重频纳秒脉冲放电点火系统设计
赵庆武,程勇,杨雪,王宁
吉林大学学报(工学版). 2021 (2):  414-421.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20191085
摘要 ( 91 )   HTML ( 5 )   PDF(1936KB) ( 59 )  

在脉冲变压器和磁压缩脉冲成型网络的基础上,设计了基于谐振充电的紧凑型高重复频率纳秒脉冲放电点火系统。通过电路仿真阐明了脉冲成型电路的工作过程和原理,电路测试结果表明:系统可以产生上升时间约20 ns、半高宽约50 ns、幅值为10 kV以上的电压脉冲,脉冲重复频率为16 kHz时能保证较好的幅值一致性。放电测试结果表明:纳秒脉冲放电产生的等离子体具有较高的亮度,脉冲重复频率为10 kHz时的10个脉冲较单脉冲放电的等离子体体积和亮度更大;使用同轴电极时,等离子体覆盖面积明显变大。定容弹点火实验表明:多脉冲放电较单脉冲放电的点火延迟明显缩短;相比于单点放电,同轴电极放电能显著缩短点火延迟。

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过滤壁结构对颗粒捕集器深床过滤影响的模拟
李志军,刘浩,张立鹏,李振国,邵元凯,李智洋
吉林大学学报(工学版). 2021 (2):  422-434.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20200823
摘要 ( 70 )   HTML ( 5 )   PDF(3071KB) ( 53 )  

针对汽油机颗粒捕集器的动态捕集过程及性能,采用孔径分布概率密度函数以及孔隙率分布函数表征多孔介质的非均匀微观结构,并引入对数正态分布描述入射颗粒粒径分布,研究多粒径颗粒入射状态下过滤壁微观结构对GPF深床过滤过程的影响。结果表明:颗粒物大部分沉积于多孔壁上部1/3左右区域,孔径增大会导致沉积位置向下扩大以及孔隙率、渗透率分布的均匀性提高,而孔隙率变化则对颗粒沉积位置影响较小;相对于孔隙率变化,多孔介质的捕集效率及压降性能对于孔径变化的敏感性更高;大孔隙率小孔径结构的多孔介质具有较高的捕集效率与最好的压降性能。

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基于锂离子电池线性化模型的电流传感器故障诊断
潘凤文,弓栋梁,高莹,徐明伟,麻斌
吉林大学学报(工学版). 2021 (2):  435-441.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20200310
摘要 ( 112 )   HTML ( 5 )   PDF(1139KB) ( 39 )  

为了对锂离子电池输入电流传感器的故障进行诊断,采用耦合了电池集总热力学模型的一阶Thevenin等效电路模型,基于该模型设计了滑模观测器用于故障诊断策略研究。首先,对非线性参变锂离子电池模型进行线性化,建立了满足整个运行工况运转精度的线性参变锂离子电池模型。然后,对线性参变锂离子电池模型进行重组变换,使原系统中的作为输入的电流在变换后作为新系统的输出。基于变换的新系统,设计了基于温度估计误差修正的滑模观测器用于新系统中输出电流的估计。之后,设计了基于范数的残差评价函数。最后,仿真结果表明了线性化模型的可行性,基于该模型所设计的故障诊断策略能快速检测到输入电流传感器故障的发生,从而验证了本文方法的有效性。

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伺服电动缸传动系统刚度建模与前馈控制
翟富刚,尹燕斌,李超,田纬,乔子石
吉林大学学报(工学版). 2021 (2):  442-449.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20191061
摘要 ( 164 )   HTML ( 1 )   PDF(1597KB) ( 58 )  

在精准控制的要求下,伺服电动缸需保证很高的定位精度,然而在重载工况下,伺服电动缸会发生较大的弹性变形,严重影响伺服电动缸的定位精度。为此,本文对伺服电动缸传动系统进行了机械刚度建模,通过实验验证刚度模型的有效性,并加入了基于刚度模型的前馈控制算法。研究结果表明:所建立的伺服电动缸传动系统刚度模型有效,加入基于刚度模型的前馈控制算法后,伺服电动缸的定位精度得到显著提高。

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微斜面式重型静压轴承润滑油膜高速特性
张艳芹,罗义,倪世钱,伍儒康,张志全
吉林大学学报(工学版). 2021 (2):  450-457.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20190998
摘要 ( 52 )   HTML ( 1 )   PDF(2217KB) ( 33 )  

针对重型装备制造业中大尺寸静压轴承高速运行易引起润滑失效问题,进行了变黏度条件下静压轴承高速运行时的楔形油膜润滑性能研究。该研究依据轴承润滑理论,推导出微斜面矩形腔流量方程、静压承载力方程以及不同转速和倾角影响的微斜面动压承载力方程,利用CFD原理和FLUENT软件仿真分析轴承在较高转速100、120、140、160、180、200 r/min下油膜润滑性能,揭示出较高转速工况对油腔压力、流体流速、涡度及流量的影响规律。最后,针对一定楔形高度、较高转速下的油腔压力进行了实验测量,对理论分析和仿真模拟加以验证。研究发现:平面油垫高转速下静压失效现象极其明显,本文微斜面式静压油垫在定载荷下能很好地补偿因轴承高速运行带来的静压损失,其轴承的动压补偿值域为16%~30%,且较高转速下轴承运行实验测量与数值模拟计算结果在规律上有较好的一致性。

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数控机床转台位置相关几何误差的快速测量与辨识
李国龙,陶小会,徐凯,李喆裕
吉林大学学报(工学版). 2021 (2):  458-467.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20200031
摘要 ( 125 )   HTML ( 3 )   PDF(1594KB) ( 45 )  

为快速辨识数控机床转台位置相关几何误差,提出一种基于球杆仪的转台位置相关几何误差快速测量辨识方法。首先,基于齐次坐标变换建立转台位置相关几何误差模型,得到球杆仪杆长变化量与几何误差的关系;其次,设计球杆仪六次锥形安装方式,推导出误差辨识矩阵,记录球杆仪杆长变化量,快速辨识出转台位置相关几何误差,并提出一种球杆仪安装误差消除方法,有效剔除了安装误差的影响;最后,基于转台位置相关几何误差的辨识结果,对附加实验中球杆仪杆长变化量进行预测,预测精度较高;在此基础上,对转台位置相关几何误差进行补偿,补偿后的精度明显提高。结果表明:该方法可准确快速辨识出数控机床转台位置相关几何误差,对提高机床精度具有重要的意义。

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双压电振子反相模态驱动的直线驱动器机理
李晓韬,任金鹏,李晓旭,杨航
吉林大学学报(工学版). 2021 (2):  468-471.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20191189
摘要 ( 89 )   HTML ( 4 )   PDF(873KB) ( 37 )  

为提高压电驱动器的定位能力,提出了一种双压电振子反相模态驱动的直线驱动器,以两组反相模态振动的独立控制的压电振子作为主压电振子和辅压电振子,分别产生机构运动的拉力和推力使驱动器在倾斜平面上直线运动。理论分析了双压电振子反相模态驱动的驱动器双向运动条件,设计研制了驱动器样机并进行了性能测试。结果表明:该驱动器能在10°倾斜角内实现定向稳定运动,机构的最小步距为5 μm,最大平均速度为22 mm/s。

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结构静态位移一阶和二阶灵敏度近似计算方法
麻凯,李邦辉,杨坤,刘巧伶
吉林大学学报(工学版). 2021 (2):  472-477.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20191183
摘要 ( 117 )   HTML ( 4 )   PDF(1209KB) ( 39 )  

提出一种基于Epsilon算法和改进的纽曼级数的结构静态位移的一阶和二阶灵敏度近似计算方法。本文将Epsilon算法与改进的纽曼级数法结合形成新的静态位移快速近似计算方法,并进一步推导出了静态位移一阶灵敏度快速近似计算方法;然后利用差分方法与一阶灵敏度方法结合进一步推导出静态位移二阶灵敏度近似计算方法。桁架模型和梁模型灵敏度计算结果表明了两种灵敏度方法的工程应用价值。

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大容差多柔性透镜组结构优化设计
张刘,郑潇逸,张帆,赵宇,赵书阳
吉林大学学报(工学版). 2021 (2):  478-485.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20200053
摘要 ( 86 )   HTML ( 2 )   PDF(2513KB) ( 49 )  

为使透镜的面形精度在复杂工作环境下满足光学系统要求,利用CAE设计了多透镜组镜头的透镜柔性支座结构,并对其几何位置进行参数优化。首先,通过对比透镜支撑结构常用材料和加工制作工艺,选取透镜支座材料,根据光学设计结果采用定心车加工工艺保证光轴的直线度;然后,选取一适合柔性结构形式并根据其中心对称特点初步设计柔性支座;最后,将柔性结构几何位置进行参数化,并利用集成优化方法优化柔性支座结构形式。实验结果表明:单透镜组件在3个方向自重变形下及-10~50 ℃工况下的面形误差(RMS值)均优于λ/50;镜头组件和单透镜组件的一阶谐振频率不小于120 Hz。实验验证了镜头可同时在大温差、高频振动的环境下,满足镜头设计要求,结构稳定可靠。

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基于创新理论的轨道车辆车体多维基准测量
孙琳琳,王春生,高欣悦,任宇欣,董庆伟,郭莉莉
吉林大学学报(工学版). 2021 (2):  486-492.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20200134
摘要 ( 77 )   HTML ( 3 )   PDF(1481KB) ( 36 )  

针对轨道车辆装配基准点快速、精准定位的问题,设计了一种多维基准点定位方法。该方案通过IFR分析、P&B产品设计等方法,将硬件与软件结合,仪器搭载多个测距模块和通信模块,将测得的车体数据传输至平台进行分析计算,之后根据计算结果得到准确的基准点并进行定位。在实际工作中,将新方案与传统人工测量方法进行实验比较可知,新方案相较于原方案,测量的精准性和工作效率都有明显提升。

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材料科学与工程
低温下铜纳米颗粒对UHMWPE复合材料摩擦磨损性能影响
佟金,高子博,霍超,王子阳,马云海,常志勇
吉林大学学报(工学版). 2021 (2):  493-500.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20200934
摘要 ( 98 )   HTML ( 2 )   PDF(1926KB) ( 57 )  

向碳纤维(CF)与聚苯酯(POB)增强超高分子量聚乙烯(UHMWPE)复合材料加入不同质量分数铜纳米颗粒,探究了加入铜纳米颗粒对复合材料的力学性能与导热性能的影响。使用扫描电子显微镜(SEM)对铜纳米颗粒改性复合材料在低温环境下时磨损微观表面进行观察。使用原子力显微镜(AFM)研究了低温环境下改性复合材料转移膜的形貌。研究表明:低温环境下该改性复合材料摩擦因数和磨损率低于室温环境下的摩擦因数和磨损率。低温环境下改性复合材料磨损机理以疲劳磨损和磨料磨损为主,加入铜纳米颗粒后形成致密且连贯的转移膜,显著降低了改性复合材料的磨损率。

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光斑直径对激光冲击强化铝合金腐蚀性能的影响
罗开玉,陈俊成,王长雨,鲁金忠
吉林大学学报(工学版). 2021 (2):  501-510.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20200037
摘要 ( 90 )   HTML ( 2 )   PDF(3480KB) ( 36 )  

为研究不同光斑直径对激光冲击强化6061-T6铝合金电化学腐蚀性能的影响,测量了表面粗糙度和残余应力,进行了截面金相和电化学腐蚀实验。结果表明:激光冲击强化使材料的表层晶粒细化、表面粗糙度增大且产生残余压应力。未冲击试样、2 mm和3 mm光斑直径激光冲击试样的腐蚀电流密度分别为:154.5 μA/cm2、14.70 μA/cm2和11.17 μA/cm2,激光冲击强化有效地提高了材料的耐腐蚀性能。2 mm光斑直径激光冲击试样相比于3 mm光斑直径激光冲击试样拥有较差的表面形貌,其耐腐蚀性能较差。

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交通运输工程·土木工程
车均延误最小情况下的相位差优化方法
王殿海,沈辛夷,罗小芹,金盛
吉林大学学报(工学版). 2021 (2):  511-523.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20200025
摘要 ( 127 )   HTML ( 5 )   PDF(2451KB) ( 53 )  

基于到达-驶离图式,以相位差为自变量建立了协调控制车均延误模型。以车均延误最小为目标,提出了单向和双向协调下的相位差优化方法,通过数值算例说明了该方法的应用过程。基于微观仿真,分析了最优相位差取值的影响因素。结果表明:初始排队对最优相位差取值没有影响;存在滞留排队时,最优相位差在头车到达时刻截停数秒后取到,交叉口间距增大,则头车截停时间增大;协调流率或转入流率增大,则最优相位差增大。

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复杂路网的自适应D⁃S证据理论地图匹配算法
滕志军,张宇,李昊天,孙铭阳
吉林大学学报(工学版). 2021 (2):  524-530.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20191044
摘要 ( 82 )   HTML ( 1 )   PDF(1752KB) ( 35 )  

针对传统D-S证据理论地图匹配算法在面对城市密集路网时匹配点易出现波动、准确率下降等问题,提出一种改进的基于D-S证据理论的动态匹配算法,完善了传统D-S证据理论中的候选路段概率公式,可针对不同道路类型自适应调整其权重参数。仿真实验表明:改进后算法的定位点匹配准确率较其他算法提高2%左右,单点匹配时间可减少0.5 ms左右,能高效快捷实现复杂城市路网的定位点精准匹配。

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站点分类下的城市公共自行车交通需求预测
朱才华,孙晓黎,李岩
吉林大学学报(工学版). 2021 (2):  531-540.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20191153
摘要 ( 109 )   HTML ( 2 )   PDF(2669KB) ( 87 )  

准确掌握土地利用与公共自行车交通需求关系是调整管控措施和站点运营管理的关键依据,以西安市的公共自行车站点为例,先以多因子指标作为变量运用K-means聚类将站点分为白天目的地站点、夜间目的地站点、白天起源地站点和组合起源/目的地站点;然后针对各类站点属性,分别建立用地、公交线路、地铁出入口、站点中心性为解释变量的非线性回归模型,结果表明:站点区位、外部环境变量和土地利用对不同属性站点具有不同的客流生成率。结果可在城市公共自行车系统运营管理方面提供理论基础建议。

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智能网联环境下交叉口双环自适应控制模型
张健,吴坤润,杨敏,冉斌
吉林大学学报(工学版). 2021 (2):  541-548.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20191126
摘要 ( 93 )   HTML ( 6 )   PDF(1830KB) ( 61 )  

面向智能网联环境交叉口,提出一种双环自适应信号控制方法。首先,建立并标定智能网联车辆与常规车辆跟驰模型;然后以延误和停车次数为优化目标,考虑绿灯最小时长约束,使用NEMA双环相位结构中相位组时长为变量建模计算最优相位组时长;最后,基于微观仿真进行实验。结果表明:在不同饱和度下,相比定时式控制,双环信号控制方法延误减少7.9%~17.7%,停车次数减少7.3%~17.0%。网联环境下双环自适应控制模型优化效果随饱和度、网联车辆渗透率的增加而增加。

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考虑垂向⁃侧向运动的半挂列车动力学建模及分析
李洪雪,李世武,孙文财,王琳虹,杨志发
吉林大学学报(工学版). 2021 (2):  549-556.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20191088
摘要 ( 90 )   HTML ( 2 )   PDF(1708KB) ( 49 )  

铰接车辆的动力学模型对于理解车辆系统内在的复杂关系,预估车辆性能的变化以及完善新车型的开发具有重要意义。本文建立了11自由度垂向和侧向耦合的3轴半挂汽车列车动力学模型。通过与整车的平顺性模型对比,验证所建模型的有效性。并且进一步研究了道路的不平度激励、车辆行驶速度、挂车悬架刚度、挂车轮胎刚度参数变化引起的车身跳动和侧倾运动的规律。研究结果可为铰接车辆的设计控制和参数匹配提供参考价值。

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驾驶行为多重分形特征在驾驶疲劳检测中的应用
张姝玮,郭忠印,杨轸,柳本民
吉林大学学报(工学版). 2021 (2):  557-564.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20200061
摘要 ( 84 )   HTML ( 4 )   PDF(1439KB) ( 61 )  

本文旨在分析驾驶行为多重分形特征对驾驶疲劳检测模型的提升作用。利用UC-win/Road驾驶模拟软件采集行驶速度、加速度、方向盘转角和方向盘角速度等数据,并计算数据的均值、标准差和多重分形特征,比较不同特征的使用是否会对支持向量机(SVM)驾驶疲劳检测模型的精度造成影响。研究表明:在多重分形特征指标中,加速度的奇异强度与驾驶员疲劳状态相关性显著,且受时间窗宽度影响较小;加速度的奇异强度能帮助提高驾驶疲劳检测模型的精度,具有一定的应用价值。

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边路车辆出入条件下城市干线信号协调相位差优化
查伟雄,蔡其燕,李剑,严利鑫
吉林大学学报(工学版). 2021 (2):  565-574.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20200010
摘要 ( 93 )   HTML ( 1 )   PDF(1681KB) ( 33 )  

基于相邻交叉口之间的交通流特性,考虑了边路车辆在下游交叉口处排队、驶离对相位差的影响,分析了6种干线车流在下游交叉口处的到达、排队、驶离情况,分别确定了与各种情况相对应的相位差范围,并进行干线车辆延误分析,构建了干线车辆延误最小的相位差优化模型。选取南昌市赣江北大道的5个相邻交叉口进行模型验证,明确了交叉口间相位差与干线车辆延误的定量关系,确定了干线系统延误最小时的相位差。结果表明:优化模型可明显降低干线车辆延误,干线系统总车均延误减少了89.136%,可为后续研究边路车辆对干线信号协调的影响提供参考。

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荒漠长直线段公路行驶速度微观模型建立及分析
王芳,胡佳,景升,程伟,赫小英,李晓光
吉林大学学报(工学版). 2021 (2):  575-582.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20200032
摘要 ( 68 )   HTML ( 4 )   PDF(1619KB) ( 34 )  

为探究荒漠长直线段车辆行驶速度微观变化,本文采集了宁夏境内荒漠草原公路乌玛高速及国道110的直线段线形数据及驾驶员在自由流下的行驶速度。为减少分析过程中冗余因素的干扰,假设驾驶员在直线段行驶速度模型分为加速、匀速和减速阶段,分别回归分析与驾驶员最大行驶速度相关的参数,进而建立荒漠长直线段行驶速度微观模型;进一步,考虑长直线段纵断面上、下坡方向在[2%,3%]坡度内的速度模型修正,提出上、下坡路段速度修正模型;最后,通过对比公路实测运行速度与模型速度,确定了行驶速度模型的有效性和可靠性。研究结果为荒漠草原公路长直线段线形设计和速度控制提供了理论依据。

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多车桥梁动态称重算法
宫亚峰,宋加祥,谭国金,毕海鹏,刘洋,单承新
吉林大学学报(工学版). 2021 (2):  583-596.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20200018
摘要 ( 160 )   HTML ( 4 )   PDF(4194KB) ( 56 )  

目前商用桥梁动态称重(BWIM)系统的研究主要集中在一维BWIM系统,多数只考虑单车过桥的情况,而实际交通中多车过桥的现象普遍存在。针对这一情况,提出了一种多车动态称重算法。以Moses轴重识别算法为基础,基于横桥向动力响应线和桥梁弯矩影响面,对单车以及多车过桥的横向位置及轴重等车辆信息进行识别,最后通过桥梁动态称重有限元仿真分析,研究单车过桥、两车过桥以及三车过桥等不同工况下本文算法的可靠性。结果表明:单车过桥、两车过桥以及三车过桥的情况下,随着车辆数目的增加,识别精度略有降低,车辆总重的识别最大误差在13%左右,车辆横向位置的识别误差在9%左右,识别精度满足工程实际需求,该算法可识别多车过桥时的车辆横向位置与轴重,具有发展成为商业BWIM系统的潜力。

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全局临界强度分枝-约界法的有效强度改进
高凯,刘纲
吉林大学学报(工学版). 2021 (2):  597-603.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20200002
摘要 ( 73 )   HTML ( 2 )   PDF(1030KB) ( 29 )  

目前常用的全局临界强度分枝-约界法在计算有效强度时未考虑构件恒载的内力重分配,当恒载在结构体系总荷载中占比较大时,得到的失效模式可能与结构实际破坏路径不符。针对这一问题,将结构失效单元的恒载视为外荷载施加于相邻结构单元,在考虑构件恒载重分布的基础上,通过简化两端固支梁模型推导剩余结构单元内力和有效强度的计算方法,提出更全面反映结构系统失效模式识别的改进方法,并利用某连续刚构桥对所提方法进行验证。结果表明:改进方法得到的主要失效模式、失效路径与桥梁实际破坏情况相符,且不会遗漏桥梁结构体系的失效模式。

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温拌剂对沥青断裂和老化性能的影响
阳恩慧,徐加秋,唐由之,李奥,邱延峻
吉林大学学报(工学版). 2021 (2):  604-610.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20190984
摘要 ( 98 )   HTML ( 3 )   PDF(1126KB) ( 41 )  

针对当前DSR试验、BBR试验在评价温拌沥青断裂性能上的局限性,为准确预估温拌剂对沥青材料断裂性能的影响,选取两种不同类型的温拌剂(Sasobit和ET-3100)加入基质沥青中,并进行旋转薄膜老化(RTFO)和压力箱老化(PAV),对温拌沥青的断裂性能展开研究。采用扩展弯曲梁流变(Ex-BBR)试验和双边缺口拉伸(DENT)试验分别评价了沥青的低应变流变性能和高应变延性断裂性能。另外,采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)试验对比了温拌剂加入前、后沥青的分子结构。试验结果表明:3%及以上掺量的Sasobit会显著降低沥青的低应变流变性能和高应变延性断裂性能;ET-3100会略微降低沥青的抗延性断裂性能,但效果并不显著且与掺量无关;FTIR试验结果显示,温拌剂ET-3100减缓了沥青的老化程度,这表现为羟基C=O和亚砜基S=O的减少。

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铰缝及板损伤后对空心板桥横向受力的影响
李春良,林志豪,赵珞珞
吉林大学学报(工学版). 2021 (2):  611-619.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20191193
摘要 ( 88 )   HTML ( 2 )   PDF(1541KB) ( 37 )  

为研究空心板桥在铰缝及板受损后的横向受力状况,基于铰接板理论,建立了空心板桥铰缝及板受损后的解析模型,揭示了铰缝及板损伤后对桥梁整体横向受力的影响程度。结果表明:铰缝损伤会降低空心板横向传递荷载的能力,损伤程度越大,各板分配到的最大荷载越大,且距离受损铰缝越近的板受到的影响越大;当铰缝与板同时损伤时会导致周围完好板承担的荷载增加,越易出现损伤。

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基于声发射和分形的钢筋混凝土受剪梁损伤
于江,赵志浩,秦拥军
吉林大学学报(工学版). 2021 (2):  620-630.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20191191
摘要 ( 84 )   HTML ( 2 )   PDF(3110KB) ( 37 )  

通过5根不同剪跨比和不同配箍率的钢筋混凝土梁受剪破坏试验,运用声发射检测技术和分形理论对混凝土梁细观和宏观损伤演化过程进行研究。根据梁受剪破坏过程中产生的声发射信号的能量和振铃计数等参数以及裂纹分形特征,定量分析了混凝土梁受剪损伤演化过程。试验结果表明:声发射振铃计数和能量随损伤程度呈三阶段变化,累计振铃计数和累计能量以及裂纹分形维数随荷载水平的增大而增大,增速随剪跨比的增大而增大,随配箍率的增大而减小,证明声发射参数可作为损伤程度的评价指标。通过建立累计声发射能量和荷载水平的相关关系,推导出了受剪梁损伤演化模型,并将损伤程度与梁表面裂纹分形维数建立相关关系,得到了混凝土梁受剪损伤评估方程,可为实际工程中受剪梁损伤评估提供参考。

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加筋土挡墙碳排放计算方法与减排性分析
张飞,朱玉明,杨尚川,王庶懋
吉林大学学报(工学版). 2021 (2):  631-637.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20191141
摘要 ( 86 )   HTML ( 1 )   PDF(1109KB) ( 28 )  

针对两种形式土工合成材料加筋土挡墙进行基于规范的稳定性加筋设计,并评估其减排性能;通过与传统重力式挡墙对比,分析了不同设计参数对其减排特性的影响规律。相比重力式挡墙,土工合成材料加筋土挡墙的应用至少可以减少50%的碳排放量;得益于加筋土挡墙良好的抗震特性,其减排性随水平地震加速度的增大而增大,但影响程度较小;植物光合作用减排性随固碳年限线性增大,包裹植生式加筋土挡墙运用植被替代面板使其减排率超过90%,当挡墙建成后3~10年便可达到减排率100%,实现绿色生态支护。

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多次冲击下砂岩粘弹性损伤本构关系
杜瑞锋,裴向军,贾俊,张晓超,陈俊宇,张国华
吉林大学学报(工学版). 2021 (2):  638-649.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20191171
摘要 ( 94 )   HTML ( 3 )   PDF(2674KB) ( 48 )  

为研究砂岩的粘弹性损伤特性,开展了多次冲击压缩下的霍普金森杆试验。通过砂岩动应力应变曲线分析了中应变率范围内两种动变形模量的定义方法,表明采用等效动变形模量能反映砂岩在动态冲击压缩作用下的损伤变化特性。从微观角度出发,砂岩的统计损伤变量可由破坏的微元体数量占全部微元体数量的比例定义;从宏观角度出发,这种统计损伤变量也可由微元体破坏前后的动变形模量定义,并验证了动变形模量服从Weibull统计分布。微元体受力模型由粘性体和损伤体并联而成。粘性体的力学机制由砂岩动应力与动应变、应变率之间高度线性相关的拟合关系得到合理的解释;损伤体的应力应变关系由Drucker-Prager强度准则和Lemaitre应变等效原理基础上推导而来。通过对建立的粘弹性本构关系曲线与试验曲线进行验证,两者之间的变化趋势一致,具有较好的代表性,表明建立的粘弹性损伤本构关系是合理的;两者之间的偏差可通过增加砂岩试样数量、优化试验方案以及应用概率统计等途径解决;在获得一定概率保证率的本构关系参数后方可将粘弹性损伤本构关系用于分析和评价煤矿采动区岩质边坡的稳定性,以及为相关的地质工程安全评价提供必要的理论分析基础。

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计算机科学与技术
基于多方向局部二值模式与稳定特征的虹膜识别
朱晓冬,张齐贤,刘元宁,吴迪,吴祖慷,王超群,李昕龙
吉林大学学报(工学版). 2021 (2):  650-658.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20191176
摘要 ( 145 )   HTML ( 8 )   PDF(2142KB) ( 60 )  

为抑制虹膜图像中的噪声以及有效提取局部纹理的特征,从而提高虹膜识别率,提出了基于多方向局部二值模式与稳定特征的虹膜识别算法。通过多种滤波处理算法,从存在光照及噪声干扰的不稳定状态的虹膜图像中提取足量的虹膜内部特征点作为有效虹膜信息,进而形成虹膜的稳定特征图像。然后基于局部二进制模式,提出多方向局部二值模式提取特征向量,该方法不仅能描述虹膜图像的整体空间信息,而且还能降低特征图像的维度。最后用Hamming距离进行虹膜识别。对CASIA、JLU-6.0等虹膜库进行了识别和评价,实验结果表明:该方法不仅可以保证稳定特征的有效性,而且能有效提取局部纹理特征,具有更高的识别率和鲁棒性。

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一种单服务器环境下的匿名认证协议
余宜诚,胡亮,迟令,初剑峰
吉林大学学报(工学版). 2021 (2):  659-666.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20191077
摘要 ( 85 )   HTML ( 11 )   PDF(1164KB) ( 52 )  

为实现用户与服务器之间安全高效的身份认证,保障双方的通信安全,设计有效的身份认证协议,本文针对Lwamo等提出的协议不能抵御离线口令猜测攻击,且无法实现所声称的用户不可追踪性和前向安全性等安全漏洞,通过使用传统的Diffie-Hellman密钥交换算法和模糊验证技术,提出了改进的适用于单服务环境的匿名认证协议。安全性分析及性能分析表明:改进协议有效解决了上述安全漏洞,能实现安全高效的身份认证。

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机器学习加速CALYPSO结构预测的可行性
魏晓辉,周长宝,沈笑先,刘圆圆,童群超
吉林大学学报(工学版). 2021 (2):  667-676.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20191070
摘要 ( 333 )   HTML ( 12 )   PDF(2290KB) ( 373 )  

对机器学习替代DFT能量计算方法加速CALYPSO结构预测进行研究,选择5种机器学习方法评估其预测硼团簇总能量时的性能。使用库伦矩阵把原始数据表征为结构信息矩阵,提取矩阵特征值向量作为算法输入输出来训练模型;采用相同数据集评估算法,并探索影响算法性能的其他因素。提出基于势能面特征的相似性判断方法,建立置信度模型对性能最佳算法进行验证,结果表明:核岭回归算法预测出的势能面和DFT具有相似性;当允许误差为1 kcal/mol时,算法置信度接近90%。时间测试结果显示,核岭回归算法时间复杂度为Ο(n),比DFT方法提高1~2个数量级。

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基于深度图的水下图像复原
郭继昌,乔珊珊
吉林大学学报(工学版). 2021 (2):  677-684.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20191064
摘要 ( 194 )   HTML ( 4 )   PDF(2510KB) ( 102 )  

水下图像深度图估计的准确性影响复原后的图像质量,为得到更加准确的深度图,提出了一种基于衰减通道结合亮度图的深度图求解算法,并利用该深度图复原水下图像。首先,根据图像像素值与场景深度的关系估计水下图像的深度图,并使用图像的亮度图对深度图进行修正和细化;然后,利用深度图计算图像的大气光值和透射率图;最后,通过逆求解水下成像模型复原退化的图像。实验证明:与现有算法相比,利用该深度图得到的模型参数更加准确,复原后的图像不仅拥有更好的对比度,而且能保持自然真实的颜色。

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基于移动最小二乘法的稳健重构方法
顾天奇,胡晨捷,涂毅,林述温
吉林大学学报(工学版). 2021 (2):  685-691.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20191050
摘要 ( 125 )   HTML ( 3 )   PDF(1564KB) ( 30 )  

在实际工程问题中,由于人为或环境等外界因素的影响,通过仪器测量获得的数据,不可避免地会存在粗大误差,以某种方式偏离测量数据,导致数据重构的精度不稳定。针对包含粗大误差的测量数据,本文提出一种基于移动最小二乘法的稳健重构方法,该方法对支持域内节点采用最小二乘法进行拟合,将生成的拟合点根据引入的几何特征参数α,量化各节点的异常程度并剔除异常值。对支持域内的剩余节点采用加权最小二乘法确定局部拟合系数,移动支持域完成全域的曲线曲面重构。在每个支持域内仅剔除一个点,就能有效地处理多个粗大误差,且剔除过程无需主观地设定阈值或分配权重。数值模拟与测量实验结果表明:本文方法可有效剔除测量数据中的粗大误差,与传统移动最小二乘法相比,本文数值案例精度能提高60%以上,具有良好的重构稳健性。

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基于人工智能技术的局部离群数据挖掘方法
尚福华,曹茂俊,王才志
吉林大学学报(工学版). 2021 (2):  692-696.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20200045
摘要 ( 76 )   HTML ( 5 )   PDF(738KB) ( 37 )  

针对传统离散数据挖掘方法存在内存消耗过大的问题,研究基于人工智能技术的局部离群数据挖掘方法。提取离散数据特征,并使用基于信息熵的算法检测局部离群数据。标准化处理检测出的数据,在神经网络中实现对局部离群数据的挖掘,完成对基于人工智能技术的局部离群数据挖掘方法的研究。通过与传统数据挖掘方法的对比实验结果可知,本文方法在数据挖掘过程中内存消耗较少,与传统方法相比具有明显的优越性,充分验证了该方法的应用性和有效性。

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基于马尔可夫过程的风电系统可靠性分析
赵志欣,唐慧,刘仁云
吉林大学学报(工学版). 2021 (2):  697-703.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20191122
摘要 ( 74 )   HTML ( 2 )   PDF(1142KB) ( 27 )  

本文讨论了具有多种维修策略的多状态可修退化风电系统。根据风电系统运行环境和原理,利用马尔可夫过程和可靠性理论建立了风电系统的可靠性模型,该风电系统随时间变化可退化成多个离散状态,且系统在功能完好和完全故障之间的多个中间状态相互转化;然后,将该系统转化为一个抽象柯西问题,探讨了该可修退化系统各状态概率的存在唯一性;最后,在能效等级确定的条件下,对该退化系统各状态概率和可用度等指标进行了模拟。研究发现,通过马尔可夫过程可以描述可修退化风电系统,同时利用该模型可以有效地对系统相关可靠性指标进行定量分析。

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基于改进的ResNeSt驾驶员头部状态分类算法
许骞艺,秦贵和,孙铭会,孟诚训
吉林大学学报(工学版). 2021 (2):  704-711.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20200767
摘要 ( 188 )   HTML ( 7 )   PDF(1439KB) ( 97 )  

为快速准确地在驾驶行程中获取驾驶员头部状态以识别驾驶员状态,提出了基于改进的ResNeSt分类算法,使用Yolov4作为检测驾驶员头部的算法获取头部图像;同时,针对数据集类不平衡的问题,通过使用PULSE方法将对焦失败的图像还原,将数据补充完整;最终,实验结果达到80.51%的分类准确率,表明本文算法具有一定有效性和准确性。

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基于自适应阈值的Canny算法在MRI边缘检测中的应用
李健,刘孔宇,任宪盛,熊琦,窦雪峰
吉林大学学报(工学版). 2021 (2):  712-719.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20200839
摘要 ( 183 )   HTML ( 13 )   PDF(1925KB) ( 55 )  

Canny算法作为一种经典的多级优化算法广泛应用于核磁共振成像(MRI)边缘检测中,MRI具有灰度密度不均一且对比度低的局限性,本文以腰椎间盘MRI为例提出一种改进的Canny算法在边缘检测中进行优化。首先增强图像对比度,在此基础上引入中值滤波有效处理脉冲噪声进行预处理;针对边缘提取精度不足的问题,增加梯度方向模板求取梯度幅值和方向;针对假边缘数量过多及边缘间断等问题,采用梯度强度信息计算法实现阈值自适应;最后通过直方图正规化再次进行图像增强。本文采用峰值信噪比、结构相似性、均方误差及算法运行时间四方面评价准则对传统算法、现有算法以及本文所改进的算法进行验证,结果表明:改进后的Canny算法对MRI检测精度明显提高且算法的自适应性更强,伪边缘有效减少,本文结果对MRI在医学图像处理中有一定的借鉴意义。

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基于多目标的机器人装配线平衡算法
周炳海,吴琼
吉林大学学报(工学版). 2021 (2):  720-727.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20190983
摘要 ( 143 )   HTML ( 4 )   PDF(956KB) ( 47 )  

为提高装配线效率的同时优化制造的能源利用效率,在进行机器人装配线平衡时考虑机器人的执行能耗、换模能耗、待机能耗、工件传输能耗等,在工作站数量最小化和总能耗最小化两个目标之间寻求平衡。针对该约束的多目标优化问题,首先建立数学模型,设计编码方式;然后提出一种改进的基于分解的多目标进化算法,该算法引入非可行解参与进化和惩罚系数自适应变化策略以调节解的收敛性与多样性,并提出基于问题特殊性的局部搜索机制以进一步减小装配线能耗;最后对不同规模的问题进行优化,并与其他标杆算法进行对比,以评价该算法的效率和优越性。结果表明:该算法有效、可行,并且对该数学模型的求解有效提高了机器人装配线能效。

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通信与控制工程
球形机器人的自适应分数阶PIλDμ滑模速度控制方法
周挺,徐宇工,吴斌
吉林大学学报(工学版). 2021 (2):  728-737.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20191174
摘要 ( 95 )   HTML ( 8 )   PDF(1500KB) ( 38 )  

为解决传统分层滑模控制方法应用于球形机器人速度控制中会出现调节时间长、超调量大的问题,通过在滑模面内引入微分环节并结合分数阶微积分,提出一种具有分数阶PIλDμ结构的滑模面,并给了该滑模面渐近稳定的参数选取条件。基于该分数阶PIλDμ滑模面设计了球形机器人直线运动速度控制器,并通过自适应算法实现了对未知滚动摩擦阻力的实时估计。仿真结果表明:相比传统分层滑模控制方法,本文自适应分数阶滑模控制方法能有效减少控制过程中的超调,并且具有更短的调节时间,能对未知滚动摩擦阻力进行准确的估计,在存在系统参数摄动的情况下具有更好的鲁棒性。

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一种基于模型预测复合控制的车辆避碰控制方法
李寿涛,王蕊,徐靖淳,王德军,田彦涛,于丁力
吉林大学学报(工学版). 2021 (2):  738-746.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20191201
摘要 ( 90 )   HTML ( 3 )   PDF(1621KB) ( 40 )  

为减少日益增长的交通安全问题,车辆碰撞预警及避碰控制系统必不可少。本文提出了一种结合车辆横纵向动力学的复合控制避碰方法,以达到减少交通事故发生的目的。首先,分别建立了车辆逆纵向和横向动力学模型,纵向控制器通过安全距离模型来判断车辆是否处于危险状态并进行碰撞预警,采用分层控制方法设计了上层模型预测控制器和底层单神经元PID控制器。横向上结合不同时速时的参数约束设计模型预测控制器。最后,在不同工况下进行了仿真实验,表明本文控制系统能成功避碰,提高了车辆的安全性、稳定性、舒适性。

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一种多导体传输线串扰不确定性问题的计算方法
杨开宇,刘伟,王天皓,于显利,高印寒,马喜来
吉林大学学报(工学版). 2021 (2):  747-753.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20191009
摘要 ( 95 )   HTML ( 3 )   PDF(1155KB) ( 59 )  

针对实际问题中传输线对地高度、相对距离和端接阻抗等参数表现出不确定性时的情况,提出了一种多导体传输线串扰不确定性问题的计算方法。该方法首先通过建立参数不确定的多导体传输线模型,依据多导体传输线理论,考虑模型具有安全阈值,结合基于最可能失效点的随机响应面法完成对多导体传输线模型失效概率的计算。通过比较,该方法得到的模型失效概率与蒙特卡罗法的计算结果基本一致,但其计算效率得到了大幅提升,并且能方便地得到模型串扰的统计矩,从而实现对汽车等复杂系统中的线束或电路板微带线等传输线电磁兼容性能的高效准确预测。

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农业工程·仿生工程
基于虚拟仿真的拖拉机后悬挂检测装置设计与实验
丛茜,徐金,马博帅,张晓超,陈廷坤
吉林大学学报(工学版). 2021 (2):  754-760.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20200030
摘要 ( 104 )   HTML ( 1 )   PDF(1381KB) ( 58 )  

针对目前拖拉机液压悬挂检测效率低、劳动强度大且易造成人身伤害等问题,基于虚拟仿真本文设计了一种用于拖拉机液压悬挂检测的挂接检测装置,该装置由挂接部分和加载部分组成。挂接部分采用液压自动控制的方式完成拖拉机下拉杆的定位和穿销,加载部分通过液压加载油缸和杠杆机构对拖拉机下拉杆进行加载,并且采用杠杆加载方式可减小加载油缸运动位移,避免实验场地开挖地沟。运用Adams和Workbench对拖拉机液压悬挂挂接检测装置分别进行运动学仿真和力学仿真,结果表明,该挂接检测装置设计符合运动学要求,未出现干涉卡死现象,且满足力学要求。试制了拖拉机液压悬挂挂接检测装置,开展挂接与承载提升实验,在装置末端施加5 kN的加载力,同时拖拉机下拉杆提升650 mm。试验表明:研制的挂接检测装置可准确、快速挂接下拉杆,并能完成拖拉机液压悬挂承载提升,满足预期要求。该研究可为拖拉机液压悬挂智能化、高效率检测以及相关检测装置的设计提供参考。

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玉米籽粒收获机清选筛堵塞规律及脱附试验
程超,付君,陈志,任露泉
吉林大学学报(工学版). 2021 (2):  761-771.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20191186
摘要 ( 114 )   HTML ( 3 )   PDF(3049KB) ( 63 )  

针对玉米籽粒收获机清选筛堵塞引发清选作业质量降低的问题,选取筛片倾角37.5°、45°、52.5°、60°四组筛孔开度的鱼鳞筛,开展清选筛堵塞规律和脱附田间试验。作业量为1.5 hm2时,上清选筛的堵孔比例分别为7.89%、7.59%、7.14%、6.91%,尾筛的堵孔比例分别为8.07%、7.81%、7.49%、6.78%,粮仓内籽粒含杂率分别为1.15%、1.29%、1.34%、1.45%,筛尾处籽粒损失率分别为1.13%、1.07%、0.93%、0.87%;上清选筛堵塞玉米芯轴的脱附力平均值分别为2.07、1.76、1.56、1.47 N,尾筛堵塞玉米芯轴脱附力平均值分别为2、1.73、1.59、1.48 N。

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工业大麻收割机切割⁃输送关键部件作业参数优化
黄继承,沈成,纪爱敏,李显旺,张彬,田昆鹏,刘浩鲁
吉林大学学报(工学版). 2021 (2):  772-780.  DOI: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20191177
摘要 ( 94 )   HTML ( 4 )   PDF(2139KB) ( 41 )  

针对工业大麻收割机茎秆切割效率低、输送率低,以及关键作业参数研究空白的现状,本文结合工业大麻茎秆物理特性,运用中心组合试验设计理论开展关键部件作业参数试验与优化,重点研究工业大麻收割机切割-输送作业关键参数中切割速度、链条输送速度、切割位置与夹持点水平间距对切割效率、输送率的影响规律,并以切割效率、输送率为响应指标进行多目标优化。首先对主产区工业大麻茎秆物理和机械力学特性进行研究,并进行与收割相关的物理参数测定,然后采用二次正交旋转组合试验方法设计试验,并用Design-Expert进行数据处理,建立切割效率、输送率的回归数学模型并进行方差分析。通过响应曲面方法分析各因素交互作用对切割效率、输送率的影响,并根据优化目标的重要程度(输送率较切割效率更重要)对回归模型进行多目标优化,得出工业大麻收割机切割-输送关键作业参数的最优组合如下:切割速度为1.33 m/s,链条输送速度为1.35 m/s,切割与夹持点水平距离为63.9 mm。此时切割效率最高、输送率最高,其值分别为44.35 株/s、93.93%。最优参数组合下田间试验切割效率为44.7 株/s、输送率为92.21%,作业性能大幅提升,达到了较为理想的效果。

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