2022年, 第9卷, 第6期　刊出日期：2022-12-25

  

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专题：智造技术
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  基于MSP430的高精度宽量程智能涡街流量计设计和测试

  马斌, 黄明

  工业技术创新. 2022, 9(6): 1-11. https://doi.org/10.14103/j.issn.2095-8412.2022.12.001

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  传统涡街流量计对管道环境适应性弱,量程比偏小,且易受到各种噪声的干扰,无法适用于石化、冶金等艰苦工业环境。提出一种高精度、宽量程、环境适应能力强的智能涡街流量计。硬件设计上,以内置了低功耗硬核快速傅里叶变换（FFT）乘法器的MSP430系列单片机为主控制核心,对压电式涡街传感器输出的微弱信号进行自适应带通滤波和自动增益控制放大,得到较为稳定的模拟频率信号;对模拟频率信号进行数字化采集、运算处理,得到与实际流量相关的稳定脉冲信号,以较好克服现场机械振动和电磁信号的干扰,改善涡街流量计的环境适应能力,提高系统的综合测量精度。软件设计上,以FFT算法作为辅助方法,规避高频信号段,在低流速、弱信号的情况下大大增强计量的准确性。现场测试实验结果表明：设计的涡街流量计运行稳定,相对示值误差、重复性误差均符合国家标准《涡街流量计》JJG 1029—2007中1级表指标要求,在各种工业环境下的水气介质涡街流量测量中具有非常广泛的适用性。
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  智能弹性金属塑料推力瓦在线监测系统研究

  陈宇, 宗宇彬, 金珠

  工业技术创新. 2022, 9(6): 12-22. https://doi.org/10.14103/j.issn.2095-8412.2022.12.002

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  推力瓦在大型水轮发电机组中起到支撑机械旋转体、降低机械运动的摩擦系数等作用,在运行状态下以油温和瓦体温度作为监测指标,其中瓦体温度监测的滞后性成为制约水轮发电机组安全可靠运行的主要因素。研究提出一种智能弹性金属塑料推力瓦在线监测系统,集成传感器、数据采集、网络通信、数据融合等关键技术,形成数据分析诊断模型;在现行标准基础上,优化安装动态验收标准和机组运行状态标准,判断推力瓦的运行状态,进行早期预警和诊断。将智能弹性金属塑料推力瓦在线监测系统投用于洪家渡水电站1#机组以来,受力比处于合理区间,机组安装和运行均为良好状态。与传统推力瓦和旧标准相比,智能弹性金属塑料推力瓦在线监测系统能够在早期对推力瓦故障进行黄色预警和诊断,有效避免故障停机,满足安全、智能、绿色等理念。
  
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  采用AGV的汽车底盘混线合装工艺技术

  郭宝喜

  工业技术创新. 2022, 9(6): 23-27. https://doi.org/10.14103/j.issn.2095-8412.2022.12.003

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  受到非承载车身特殊性的影响,承载车身和非承载车身混线生产存在诸多挑战。提出采用自动导引车（AGV）实现承载车身与非承载车身底盘混线合装的工艺技术方案。以某项目为例,设计装配环线布局,采用动态、分体式和整体式混线合装工艺,在同一装配环线中同时涵盖承载车身与非承载车身的合装工艺流程;设计与合装工艺流程相适应的三驱动四随动全方位轮系布局,配合三举升设计,保证合装重载需求;创新设计一种AGV举升滑台锁止机构,举升全行程可实现滑台锁止,X向和Y向可同时锁止。解决了AGV承载整车在底盘合装线之间转运的技术难点,达成了75 JPH的规划生产节拍。
专题：新材料
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  CdS/g-C₃N₄光催化复合材料的制备与研究

  光显军, 赵子龙, 贺世洁, 谈志鹏, 马元良

  工业技术创新. 2022, 9(6): 28-35. https://doi.org/10.14103/j.issn.2095-8412.2022.12.004

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  传统的g-C₃N₄光催化材料存在光生电子和空穴复合率高、可见光利用率低、量子效率低、比表面积小和内阻大等问题,光催化性能不佳。采用煅烧、水热反应等一系列方法,以g-C₃N₄纳米片为基底,将不同含量的CdS与g-C₃N₄纳米片复合,通过上转换作用和异质结的构建,制备得到具有不同配比CdS/g-C₃N₄光催化复合材料。采用扫描电子显微镜（SEM）、X 射线衍射（XRD）、紫外可见分光光度计、BET等表征仪器或方法,对光催化复合材料的组成、微观形貌、比表面积以及光催化性质进行考察,并将罗丹明B视为污染物,对可见光下的降解性能进行分析。研究发现,7% CdS/g-C₃N₄光催化复合材料对罗丹明B的降解性能明显优于5% CdS/g-C₃N₄光催化复合材料和纯g-C₃N₄纳米片。研究结果表明,上转换作用、异质结构建等机制可切实起到降低光生电子和空穴复合率、提高可见光利用率,从而提高材料光催化速率的作用。
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  热电离质谱法（TIMS）中铀、钚同位素的电离发射规律

  景振华, 唐婷婷, 张庆桂, 曹建平, 张丽, 那娟娟, 邹会军

  工业技术创新. 2022, 9(6): 36-48. https://doi.org/10.14103/j.issn.2095-8412.2022.12.005

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  铀、钚同位素的丰度测量结果可以为核科学发展和稀缺资源开发利用提供有价值的信息,而电离发射规律对丰度测量准确度具有决定性影响。采用热电离质谱法（TIMS）,通过控制样品带、电离带电流和涂样量,对铀、钚的各同位素的电离发射规律进行研究。研究发现：当电离带电流及涂样量一致时,随着样品带电流的增加,铀同位素（²³⁴U、²³⁵U、²³⁶U和²³⁸U）和钚同位素（²³⁸Pu、²³⁹Pu、²⁴⁰Pu、²⁴¹Pu、²⁴²Pu）均表现出比较明显的质量分馏效应,当样品从样品带蒸发电离时,质量数小的同位素的比重比质量数大的同位素大。当涂样量较少时,²³⁵U/²³⁸U在TIMS同位素分析中表现出更高的精密度。在涂样量为3~5 μg、稳定时间为25~30 min、电信号为(1.2~2)×10^-11 A的条件下进行测量,²³⁹Pu、²³⁵U的相对标准偏差分别为0.003 0%、0.001 5%,满足相关国家标准中相对标准偏差小于0.5%、0.05%的要求。
  
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  涡轮机油氧化安定性评价指标研究

  徐勇智, 刘晓莹, 崔锐, 高鹏, 李莹, 王笑微

  工业技术创新. 2022, 9(6): 49-57. https://doi.org/10.14103/j.issn.2095-8412.2022.12.006

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  从色度、酸值、抗乳化性、旋转氧弹值、漆膜倾向指数（MPC值）、沉淀物（油泥与正戊烷不溶物）等指标出发,以某电厂新涡轮机油及运行涡轮机油为样品,开展开口杯老化试验、红外光谱试验,研判涡轮机油抗氧化性能和氧化安定性的相关性,明确氧化安定性评价指标。研究发现：抗氧化性能各项指标与油品老化时间和油品氧化程度均呈现出一定的正相关性;旋转氧弹值和漆膜倾向指数应与《电力用油名词术语》DL/T 419—2015中提及的酸值和沉淀物连同作为涡轮机油氧化安定性的主要评价指标;油品老化后产生的析出性油泥含有羰基化合物及酯基化合物,应在油品氧化初期阶段及时去除油泥等沉淀物,以避免老化产物的积累及大分子油泥的产生。
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  钢纤维砼复合梁有限元建模的可行性分析

  孙健

  工业技术创新. 2022, 9(6): 58-66. https://doi.org/10.14103/j.issn.2095-8412.2022.12.007

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  钢纤维砼作为一种混合型混凝土基体,在应用于梁结构时具有良好的阻裂效果,但其开裂、破坏机理的表达是有限元建模中的难点。构建通用的混凝土塑性损伤模型,根据Sidoroff能量等效原理,考虑混凝土塑性损伤特性,推导典型的混凝土塑性损伤因子,明确钢纤维砼的塑性本构参数,得到了容易迭代收敛、数值贴合实际情况的钢纤维砼单轴非弹性应力—应变曲线。建立有限元模型,考察钢纤维砼复合梁的开裂特征和承载力,并利用随机函数开展分离式建模,论证钢纤维砼复合梁有限元建模的可行性与适用性。研究发现：建立的有限元模型可以在后处理分析功能中考察具有不同钢纤维砼厚度的梁结构的开裂、破坏情况,对钢纤维砼复合梁进行准确、可靠的模拟;在钢纤维数量不多的特定小梁结构中,可随机生成实现一定数量的钢纤维,实现分离式建模,更加直观地了解钢纤维的应力变化。
  
专题：装备研制
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  正弦波车载逆变器的设计与实现

  赵徐森, 汤昊臻, 李萌

  工业技术创新. 2022, 9(6): 67-72. https://doi.org/10.14103/j.issn.2095-8412.2022.12.008

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  逆变器具有广泛的应用场景,避免逆变器对电器设备造成高频电磁干扰、产生电磁污染等,是其设计难点。针对车载逆变电源应用需求,设计与实现了一种正弦波车载逆变器。设计了以Boost升压电路、全桥逆变电路为核心的硬件框架结构;优化设计了LC滤波器,计算了串臂阻抗和并臂阻抗,得到了低通滤波器的系统函数,使输出波形更接近正弦波;采用了电压差分反馈等控制技术,由数字控制器SMT32采用双极性SPWM数字控制方式产生驱动控制信号,利用PID双闭环控制调节,实现了输出电压的快速稳定。对设计的正弦波车载逆变器进行测试,结果显示：输出功率可达200 W以上,效率超过85%,总谐波失真（THD）值在阻性负载时小于1%,在感性负载时小于3%,完全可以满足各种负载类型电器设备的应用需求。
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  “小巧手”自动收纳机器人抓取分析及评测

  穆政来, 范磊, 夏冰新, 陈卓

  工业技术创新. 2022, 9(6): 73-86. https://doi.org/10.14103/j.issn.2095-8412.2022.12.009

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  “小巧手”自动收纳机器人搭建在Jetson TX2主板的嵌入式平台下,在传统的机械手中安装双目摄像机,通过视觉系统架构设计实现目标抓取。双目摄像机对空间布局进行扫描,视觉检测系统平台和线结构光扫描测量平台在像素坐标系、图像坐标系、摄像机坐标系、世界坐标系等特有坐标系下完成路径规划。立足卷积神经网络（CNN）进行视觉分类,基于SSD模型进行训练、校验和部署,实现CNN框架下的物体识别。开展系统电路及机构设计,机构底盘搭载了防跌落、红外测距等多种传感器,通过爪力感知系统对抓取物体操作进行抓取力的调节,最后将物体放置于指定地点完成收纳。
  
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  缪子探测器位置灵敏读出电子学系统研制

  黄明, 张镇, 张家赫, 杨富华

  工业技术创新. 2022, 9(6): 87-96. https://doi.org/10.14103/j.issn.2095-8412.2022.12.010

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  缪子探测具有探测范围广、适用领域宽等优势,但野外探测等需求对其小型化、低功耗、扩展性等提出了挑战。以硅光电倍增管（SiPM）和闪烁体为主要元器件,研制一套缪子探测器的核心系统——位置灵敏读出电子学系统。开展系统整体结构设计,将系统划分为前端采集板、数据处理板、主控板以及电源板。数据处理板在系统功能逻辑处理中起到核心作用,通过降噪、校时、温度读取、温度电压转换、数据成帧、数据发送等模块化、流程化设计,实现信号数字化甄别、稳压补偿、数据上报等功能。经实测,该系统实现了双层共400路通道信号数据稳定读出,温度电压曲线图的温度系数为0.021,与SiPM偏压随温度变化的规定值0.021 5 V/℃相差不大,较好实现了环境温度补偿。系统实现了小型化、易扩展性、实用性强等需求,为缪子探测任务提供了一种灵活的解决方案。
工业科学
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  基于协同学的区域产业高质量协同发展测度分析——以河北省物流系统与制造业为例

  贺玉德, 王莎, 易哲婧

  工业技术创新. 2022, 9(6): 97-105. https://doi.org/10.14103/j.issn.2095-8412.2022.12.011

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  在制造业高质量发展的新形势下,河北省物流系统与制造业呈现出新变化,二者协同发展呈现出新特征。以河北省2010—2019年统计数据为研究依据,以协同学理论为基本研究方法,建立物流系统与制造业高质量协同发展的评价指标体系,开展测度分析,客观评价物流系统与制造业之间的协同程度。研究发现,河北省物流系统与制造业间的协同发展具备阶段性特征：第一阶段（2010—2014年）末期协同度较低,制造业的有序度高于物流系统的有序度;第二阶段（2014—2017年）末期协同度达到峰值,整体协同度的上扬依赖于物流系统有序度的拉升;第三阶段（2017—2019年）末期协同度又略有下降。对现今的启示：要对物流系统与制造业之间深度融合的协同规律作出一定的预判,当一方有序度上升时,不要忽视对另一方的提升;制造业在结构性调整后会有一个较长的“蛰伏期”,有效地缩短“蛰伏期”尤为必要;京津居于河北省辖内,产业集群不能连成片或在政策上形成竞争制度,对河北省制造业高质量发展是一个重大挑战。
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  逐步Ⅰ型混合截尾下广义Pareto分布的参数估计

  张峰源, 蔡静

  工业技术创新. 2022, 9(6): 106-110. https://doi.org/10.14103/j.issn.2095-8412.2022.12.012

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  为精准研判工业产品失效规律,得到更为准确的工业产品寿命,探讨逐步Ⅰ型混合截尾下广义Pareto分布的参数估计问题。构建了广义Pareto分布中形状参数α的极大似然估计（MLE）和Bayes估计。分别利用Bootstrap方法和Gibbs抽样法,获得了形状参数的Bootstrap置信区间和最大后验密度（HPD）置信区间。通过Monte Carlo数值模拟方法对形状参数的MIE和Bayes估计效果进行比较。设计了两种移走方案,开展了数值模拟试算和案例研究,结果表明：样本量方面,当样本量较小时,Bayes估计的平均相对偏差在0.3以下,好于MLE,当样本量较大时,MLE更为精准;方案选择方面,移走数目较多的方案更能节约试验成本,在相同置信度下,HPD置信区间优于Student-t置信区间。
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  振动拌和工艺下混凝土的各项性能研究

  田毅, 朱世栋, 周力强, 田鑫新

  工业技术创新. 2022, 9(6): 111-116. https://doi.org/10.14103/j.issn.2095-8412.2022.12.013

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  为了研究振动拌和方式对混凝土的各项性能的影响,以具体工程为依托,以控制变量法为研究准则,对混凝土开展试验;以试验数据为研究依据,考察振动拌和工艺对混凝土工作性能、力学性能以及耐久（抗冻）性能的影响,以及相比普通拌和方式的提升效果。研究发现,在振动拌和方式下混凝土的各项性能比普通拌和方式均有明显的提升。在振动拌和工艺下,不同配合比混凝土的流动性能均有增加,坍落度的总体差异在10~15 mm范围内;振动拌和工艺有益于提高不同型号配合比混凝土的抗压强度,C35普通混凝土抗压强度增大11.7%,C40普通混凝土抗压强度增大10.8%,C50普通混凝土抗压强度增大8.5%,总体增益效果在10%左右;两种拌和工艺下,随着冻融循环次数的增加,C40普通混凝土的质量损失率和抗压强度变化率均呈增大趋势,当冻融循环次数达到75次后,振动拌和工艺的增益效果可达到50%左右。因此,在实际工程应用中,建议优选振动拌和技术,提升混凝土的工程质量。
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  坚硬顶板宽煤柱临空巷冲击地压机理与防治技术

  魏晓虎, 董亚东, 王团

  工业技术创新. 2022, 9(6): 117-122. https://doi.org/10.14103/j.issn.2095-8412.2022.12.014

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  以鄂尔多斯深部矿区母杜柴登矿井30202工作面临空巷为工程背景,通过理论分析、现场实测等研究方法,研究坚硬顶板宽煤柱临空巷冲击地压机理,提出冲击地压防治技术。通过载荷三带层位划分和侧向支承压力分析,得出坚硬顶板宽煤柱临空巷的冲击地压机理：采空区高位关键岩层（延时加载带）范围内的厚硬顶板岩层加载至宽煤柱上覆低位坚硬岩层（即时加载带）,形成悬臂梁结构,导致宽煤柱应力高度集中,诱发冲击地压。据此,得出冲击地压防治技术方案：切除临侧采空区悬露顶板,解除区段煤柱的压力来源,使其充分垮落,使煤柱处于“低应力、低扰动”状态。