2022年, 第0卷, 第13期　
刊出日期：2022-07-26

  

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  Na0.5Bi0.5TiO3基无铅陶瓷的制备及电致伸缩效应研究

  曹文萍, 高岩, 王状, 陈尚, 谷吉海

  . 2022, (13): 1-8. https://doi.org/10.19554/j.cnki.1001-3563.2022.13.001

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  目的 在Na0.5Bi0.5TiO3基陶瓷材料中诱导缺陷来提高其电致伸缩性能，在室温下获得性能优异的电致伸缩材料，该材料可用于包装机械物料供给微振动器的研发。方法 利用传统固相合成法制备0.7(Bi0.5Na0.5)Ti0.9Mn0.1O3−0.3Sr(1−3x/2)Bix□x/2TiO3（NBT−SBxT−Mn）陶瓷。通过掺杂Sr(1−3x/2)Bix□x/2TiO3，在陶瓷中形成VA−VO局部缺陷，获得具有极性纳米微区的非极性相结构。同时，通过掺杂MnO在陶瓷中形成Mn−VO缺陷偶极子，获得滞后小的电致伸缩应变。结果 所制备的样品均表现出极性纳米微区的非极性相结构和弥散度高于1.80的典型弛豫特征。随着x的增加，氧空位的含量先降低后明显增大。氧空位含量的降低表明在NBT−SBxT−Mn陶瓷中形成了Mn−VO缺陷偶极子。在VA−VO局部缺陷、Mn−VO缺陷偶极子、较高弛豫性及形成的极性纳米微区的共同作用下，组分x=0.07样品的电致伸缩系数高达0.036 m4/C2，性能优异。结论 通过在NBT基陶瓷材料中诱导缺陷能够有效改善其电致伸缩性能。
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  基于c‒MWCNTs/GO体系的湿敏型智能包装研究

  侯存霞, 石佳子, 李乐, 卢敬锐, 刘晨, 陈曦, 付亚波

  . 2022, (13): 9-16. https://doi.org/10.19554/j.cnki.1001-3563.2022.13.002

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  目的 优选羧基化多壁碳纳米管(c–MWCNTs)与氧化石墨烯(GO)作为敏感材料制备湿度传感器，对其湿敏特性进行研究，探索一种能够快速精确监测包装内湿度变化的传感器。方法 通过丝网印刷工艺印制传感器电极基底，在电极表面涂布c–MWCNTs/GO湿敏溶液，混合湿敏溶液中c–MWCNTs的质量分数分别为20%和67%，烘干后得到电阻型湿度传感器，测定其灵敏度、动态响应、响应恢复时间、吸湿滞后性、重复性等湿敏特性。结果 选用长度为0.5~2 μm的c–MWCNTs制备的湿度传感器灵敏度、线性度优于10~30 μm的。质量分数分别为20%和67%的c–MWCNTs的湿敏溶液制备而得的传感器均对不同湿度敏感，而当c–MWCNTs质量分数为67%时灵敏度更高，线性度更好，在低湿(相对湿度为33%)时响应和恢复时间分别为7 s和3.9 s，高湿(相对湿度为85%)时分别为20 s和15 s，最大吸湿滞后值为17%。结论 将c–MWCNTs与GO掺杂用于制备湿度传感器，可以检测的相对湿度范围为11%~98%，且c–MWCNTs质量分数为67%时传感器具有较高的灵敏度、良好的线性度、良好的重复性、快速的响应恢复能力和较小的吸湿滞后，在未来包装湿度监控应用方面具有广阔前景。
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  长竹纤维束定向增强聚丙烯复合材料

  韩雨潼, 王旷, 卜香婷, 李大纲

  . 2022, (13): 17-23. https://doi.org/10.19554/j.cnki.1001-3563.2022.13.003

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  目的 以我国资源丰富的竹子和聚丙烯(PP)作为原料，研究竹材的预处理和成形工艺对其物理力学性能的影响，扩大竹材的应用领域。方法 通过碱液预处理，对竹条进行软化分丝。然后，利用热压技术将所提取的竹子与聚丙烯进行复合，并调节热压工艺，得出最优参数。结果 使用质量分数为6%的NaOH，在100 ℃下预处理2.5 h，通过辊压疏解，制备长竹纤维束(LBF)，LBF的抗拉强度为397.2 MPa。经过处理后，LBF/PP复合材料的储能模量达到9.49 GPa，比未处理的LBF/PP复合材料提升了11.5%。确定了最优热压条件:温度为190 ℃、时间为20 min、压力为6 MPa。随着长竹纤维含量的增加，LBF/PP复合材料的耐水性降低。结论 使用长竹纤维束所制备的LBF/PP复合材料具有优异的物理力学性能，有望作为结构材料应用于集装箱、托盘等，在包装应用领域有较好的前景。
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  PBAT/PVA复合涂布膜阻隔性研究

  李晓辰, 何伟, 张金玉, 吴悦华

  . 2022, (13): 24-30. https://doi.org/10.19554/j.cnki.1001-3563.2022.13.004

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  目的 为改善PBAT膜的阻隔性，通过以戊二酸为交联剂改性PVA制备涂膜液，利用涂布法制备了具有高阻隔性的PBAT/PVA复合薄膜。方法 采用红外光谱、差示扫描量热仪、接触角测试仪、水蒸气透过率测试仪等对改性PVA单膜、PBAT/PVA复合膜的结构和性能进行研究。结果 表明由于戊二酸与PVA之间有一定的酯化作用，消耗PVA中部分羟基，从而提高了PVA的耐水性。戊二酸改性提高了PVA膜的疏水性，其接触角从11.3°提高到60.6°。与PBAT纯膜相比，涂覆了戊二酸的PVA涂膜液改性3 h后复合膜水蒸气透过率由647.95 g/(m².24 h)降低到132.07 g/(m².24 h)、氧气透过量由17 730.3 cm³/ (m².d.MPa)降低到396.6 cm³/(m².d.MPa)，证明改性3 h的PVA涂膜液对增加PBAT阻隔性最有帮助。结论 利用涂布法制备的PBAT/PVA复合薄膜具有较高阻隔性，为PBAT的广泛应用打下了基础。
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  醋酸菌菌膜生产工艺条件优化

  张九裕, 孙楠, 张薇, 樊明涛

  . 2022, (13): 31-41. https://doi.org/10.19554/j.cnki.1001-3563.2022.13.005

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  目的 优化用醋酸菌生产菌膜的最适培养条件和方法，以期获得天然、安全的食品包装用膜的生产工艺。方法 以涩柿醋为原料，分离筛选出高产菌膜的优良醋酸菌种，通过单因素和Plackett−Burman 等试验设计优化醋酸菌菌膜最适培养方法和工艺条件。结果 从涩柿醋中分离纯化获得产膜醋酸菌，经鉴定为葡糖醋杆菌。用醋酸菌生产醋酸菌菌膜最优培养条件:蔗糖质量分数为5%、蛋白胨质量分数为0.7%、酵母提取物质量分数为1.2%、柠檬酸钠质量分数为0.15%、K2HPO4质量分数为0.16%、乙酸体积分数为1%、无水乙醇体积分数为2%，种龄为32 h，接种量为9%;培养5 d后，醋酸菌菌膜的平均产率为364.65 g/L，是优化前的(246.03 g/L)的1.48倍。湿膜平均含水率为99.38%，复水率为71.09%～83.39%，菌膜干膜复水率高且复水速度快，复水1 min其含水率便可达到70%以上。结论 醋酸菌用经过优化选择的培养液和方法，可生产出高质量的菌膜。
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  木粉/PHBV复合缓冲材料的制备及性能表征

  霍少杰, 朱礼智, 李光, 贺颖奇, 孙彬青

  . 2022, (13): 42-52. https://doi.org/10.19554/j.cnki.1001-3563.2022.13.006

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  目的 制备一种缓冲性能优异的木粉/聚β–羟基丁酸戊酸酯(PHBV)复合缓冲材料，作为缓冲包装材料用于运输包装领域。方法 选用马来酸酐接枝聚丙烯(MAPP)作为偶联剂，选用碳酸氢钠(NaHCO3)和偶氮二甲酰胺(AC)作为发泡剂，采用共混热压工艺制备毛白杨木粉和聚(β–羟基丁酸戊酸酯)(PHBV)复合材料，进行力学性能和缓冲性能测试，并通过扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶红外光谱(FT–IR)、差示扫描量热法(DSC)等进行性能表征，分析讨论不同木塑比、发泡剂种类和添加量对木塑复合缓冲材料微观界面、缓冲性能的影响。结果 研究结果表明，当木粉与PHBV质量比为6∶4时木塑复合材料的缓冲性能、吸收能量和热性能最佳，NaHCO3发泡剂和AC发泡剂质量分别为2.0 g和1.5 g时，泡孔多且均匀，与木纤维交织连接形成稳定连续的泡孔结构，受压时不会出现应力集中点，吸收能量分别提高了34.6%和33.8%，加入适量发泡剂熔融焓分别提升了43.74%和41.83%，其中加入AC发泡剂材料的结晶率明显提高。结论 当木粉与PHBV质量比为6:4，NaHCO3发泡剂和AC发泡剂质量分别为2.0 g和1.5 g时，制备得到的木粉/PHBV复合材料具有优异的缓冲性能，在运输包装领域具有潜在的应用前景。
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  玉米醇溶蛋白–香芹酚纳米颗粒的制备及其性能研究

  郑华明, 王江丽, 田宇航, 陈龙, 李富明, 刘礼全

  . 2022, (13): 53-60. https://doi.org/10.19554/j.cnki.1001-3563.2022.13.007

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  目的 利用天然抗菌剂来保护食品品质和延长食品的货架期。方法 研究利用玉米醇溶蛋白自组装的特性包覆香芹酚植物精油，然后用酪蛋白酸钠作为稳定剂来制备载香芹酚复合纳米粒子。结果 玉米醇溶蛋白纳米颗粒对香芹酚具有良好的包封率(71.52%～80.09%)。扫描电子显微镜(SEM)显示香芹酚复合纳米粒子分布均匀，呈球形，粒径为80～220 nm。同时，包覆香芹酚的纳米粒子具有良好的复溶性、储存稳定性和抗氧化性能，并且对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌表现出良好的抗菌性能。结论 将该复合纳米颗粒应用于食品包装中，可有效地提高食品的抗氧化特性和抗菌性，抑制食品腐败变质、延长食品货架期，在食品工业中具有潜在的应用前景。
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  纳米壳聚糖−ACQ复合处理木材中铜的抗流失性研究

  云虹, 韩一琳, 刘于莜, 沈哲源

  . 2022, (13): 61-65. https://doi.org/10.19554/j.cnki.1001-3563.2022.13.008

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  目的 季铵铜（ACQ）防腐剂中的铜离子易流失，会对环境和人类健康造成威胁，通过生物改性技术来改善ACQ的抗流失性及综合性能。方法 采用离子交联法制备纳米壳聚糖溶液，并对ACQ防腐木进行改性，考察纳米壳聚糖−ACQ复合处理后防腐木的抗流失性及物理特性。结果 当壳聚糖与三聚磷酸钠溶液的质量比为5∶1时，壳聚糖纳米粒子的平均粒径为376 nm；纳米壳聚糖与铜离子优良的螯合性使铜离子的固着率从87.89%提升至95.35%；热重结果表明，纳米壳聚糖−ACQ复合处理后木材在600 ℃时的炭残留率为22.03%，处理后木材表面的水接触角达到69.5°。结论 采用纳米壳聚糖−ACQ复合处理木材后，铜的抗流失性、热稳定性和疏水性能均得到显著提升。
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  纤维素基轻质多孔材料的研究进展

  宗益峰, 王如意, 杨毓洁, 刘杨, 赵辉

  . 2022, (13): 66-78. https://doi.org/10.19554/j.cnki.1001-3563.2022.13.009

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  目的 纤维素基轻质多孔材料具有质轻、孔隙率高、成本低等优点，被广泛应用于吸附、催化、隔热等领域，但易燃、耐水性差等缺点限制了它的应用范围。通过复合改性可以改善上述缺点，并赋予其新的特性，因此需要充分了解功能化改性方法和复合轻质多孔材料的广泛应用。方法 通过追踪国内外纤维素基轻质多孔材料的功能化改性研究和应用进展，概述纤维素基轻质多孔材料的基本性质和性能，重点分析纤维素基复合轻质多孔材料的功能化改性方法和应用，详细介绍纤维素基复合轻质多孔材料在众多领域的应用。结论 将有机或无机材料与纤维素进行复合制成轻质多孔材料，可以实现阻燃、吸附、电磁屏蔽、导电、疏水、抗菌等功能，拓宽了纤维素基轻质多孔材料在包装、医用、电池等领域的应用范围。
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  KCl改性海藻酸钠微球的吸附性能

  王礼, 杨光, 杨波, 闫慧敏

  . 2022, (13): 79-87. https://doi.org/10.19554/j.cnki.1001-3563.2022.13.010

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  目的 为了提高海藻酸钠微球的吸附容量和脱色率。方法 以海藻酸钠为原料，共混聚乙烯醇、沸石制备得到一种海藻酸钠微球，在此基础上进行KCl改性，制备得到海藻酸钠微球吸附剂KSPZ(KCl−SA−PVA−zeolite Microsphere)。通过单因素试验得到最佳吸附条件，对吸附前、后样品进行表征，并探究其吸附机理。结果 得到KSPZ的最佳吸附条件，即pH值为9，吸附剂添加量为1 g/L，吸附时间为6 h，亚甲基蓝(Methylene blue，MB)的初始质量浓度为500 mg/L，此时吸附容量为426.63 mg/g，脱色率为85.33%。通过扫描电子显微镜观察到MB被成功吸附在KSPZ表面，其傅里叶红外光谱说明KSPZ与MB之间存在氢键和静电相互作用，且吸附过程符合准二级动力学、Langmuir型等温吸附模型，表明其吸附过程为物理扩散，并伴随着化学吸附。结论 KSPZ是一种稳定性好、脱色率高的吸附剂，为海藻酸钠复合材料在染料废水处理中的应用提供了理论指导。
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  碱溶性丙烯酸酯乳液性能影响因素研究

  庄玉伟, 陈宝元, 刘志杰, 王作堯, 赵伟, 张国宝

  . 2022, (13): 88-93. https://doi.org/10.19554/j.cnki.1001-3563.2022.13.011

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  目的 为拓展丙烯酸酯乳液的应用领域，探究聚合反应条件对碱溶性丙烯酸酯乳液性能的影响。方法 采用种子乳液聚合法合成碱溶性丙烯酸酯乳液，按照单因素法研究了固含量、聚合温度和反应pH值对碱溶性丙烯酸酯乳液性能的影响，利用傅里叶变换红外光谱仪(FT–IR)、高效液相色谱仪(HPLC)和热重差示扫描量热综合分析仪(TG–DSC)对乳液的结构和性能进行了表征。结果 研究表明，通过控制聚合反应条件，当聚合温度为75 ℃时，可以合成黏度为10～14 mPa.s的碱溶性丙烯酸酯乳液。 结论 该丙烯酸酯乳液在包装用胶黏剂和功能性膜等方面有很好的应用前景。
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  真空喷铝纸转移涂层性能研究

  陈洋, 陈然

  . 2022, (13): 94-99. https://doi.org/10.19554/j.cnki.1001-3563.2022.13.012

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  目的 为了解决真空喷铝转移纸胶印掉墨问题，同时研究掉墨现象的原因机理。方法 通过实验对纸张表面转移涂层的油墨结合牢度、表面张力、涂层结合牢度、涂层耐温性和耐溶剂性进行测试，同时对比涂层红外谱图和X射线光电子能谱(XPS)。结果 真空喷铝转移纸放置12个月后会出现表面张力降低到真空镀铝纸行业标准(BB/T 0054—2010)以下，放置18个月后会出现大面积掉墨现象，但涂层牢度并未出现变化。6—15个月涂层表面硅原子数分数由0增至0.6%，18个月的涂层表面硅原子数分数剧增为3.5%;同时表面涂层的耐温性、耐溶剂性未随着时间出现明显变化。结论 纸张中的硅含量以及喷铝纸加工过程中水性背涂里面的硅含量逐步向纸张正面的转移涂层表面转移，造成硅物质富集，形成有机硅低分子物质的弱界面层，降低了涂层的表面张力，并使其印刷适性变差。研究所得结论对真空喷铝转移纸产业化生产具有指导意义。
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  咪鲜胺和二氧化氯处理对仔姜贮藏品质的影响

  徐斌, 唐继兴, 赵垚垚, 林琼, 戴琪, 林星宇, 段玉权

  . 2022, (13): 100-106. https://doi.org/10.19554/j.cnki.1001-3563.2022.13.013

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  目的 采用咪鲜胺、二氧化氯（ClO2）单独或复合处理仔姜，研究各处理对仔姜贮藏品质的影响，以期寻找仔姜安全高效的贮藏方法。方法 以新鲜的仔姜为实验材料，在温度14 ℃条件下，分别采用咪鲜胺、ClO2单独或复合处理，并以去离子水为对照，分别浸泡10 min，自然晾干后放入14 ℃恒温、恒湿气调库中贮藏28 d，每4 d取样，测定不同处理组样品的腐烂率、发芽率、质量损失率、硬度、色差、丙二醛（MDA）含量、多酚氧化酶（PPO）活性等理化指标。结果 与对照组相比，咪鲜胺（450 mg/kg）处理、ClO2（80 mg/L）处理、咪鲜胺（450 mg/kg）+ClO2（80 mg/L）复合处理均能有效保持仔姜贮藏期间的品质，处理后仔姜的腐烂率、发芽率、质量损失率均降低，并能有效防止仔姜的木质化，有效保持了仔姜的色泽和亮度，降低了其MDA含量和多酚氧化酶（PPO）活性。结论 与咪鲜胺和ClO2单独处理相比，采用咪鲜胺+ClO2复合处理后保鲜效果更好，可作为仔姜贮藏保鲜的有效手段。
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  蓄冷板对冷库保温的影响实验

  孙锦涛, 游辉, 谢晶

  . 2022, (13): 107-116. https://doi.org/10.19554/j.cnki.1001-3563.2022.13.014

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  目的 为了缓解当下电网的电力失衡问题，提出利用蓄冷材料与冷库相结合的方案，使相变材料在用电低峰时期蓄冷，在用电高峰时期释冷，以缓解电网负荷。方法 测量不同材料的热工性能，筛选出适合冷库温度的相变蓄冷材料，制成蓄冷板，并在实际冷库中进行实验。收集安放在库内温度测点的数据，并对数据进行分析。结果 放置蓄冷板后，冷库的温度波动值从2 ℃降至0.5 ℃。放置蓄冷板后库内温度的不均匀系数在4 h后为0.56，而未放置蓄冷板库内温度的不均匀系数在2.5 h时已达到1.2。放置蓄冷板后冷库的温度回升时间较对照冷库最高延缓了126 min，放置蓄冷板3 h后冷库温度上升了8 ℃，而无蓄冷板的冷库温度上升了13 ℃。结论 蓄冷板可以有效缓解冷库温度的回升，并使冷库内温度分布得更加均匀。未来可通过提高蓄冷材料和冷板材料的导热系数，以及添加冷板肋片等方法来强化换热，达到更好的释冷、保冷效果。
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  流态化速冻装置的优化设计

  金斌辉, 莫凡, 宋晓燕, 刘宝林

  . 2022, (13): 117-123. https://doi.org/10.19554/j.cnki.1001-3563.2022.13.015

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  目的 研究常见流态化速冻机的性能、冷冻效果，以改善因冻结不均匀引起的冷量浪费现象。方法 采用实验与数值分析相结合的方法，研究导流板的位置和角度对冷冻效果的影响，找到相对最佳的设计方案，并对优化前后的流态化速冻机进行实验验证。结果 导流板均匀性的最佳位置组合是导流板1在0.23 m处，角度呈45°，导流板2在0.095 m处，角度呈25°。装置经优化后，同一时间不同点的温差缩小了约50%。优化后速冻室温度降到−35 ℃时需要的时间减少了约3.5 min；冻结菇娘果的时间缩短了6.2%；机器空载预冷的电量节约了14.2%；菇娘果冻结所需的耗电量节约了33%。结论 优化后机器的气流均匀性得到了改善，并有较好的节能效果。
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  木质平托盘抗冲击性能有限元分析及试验研究

  唐英, 李阳, 凌鉴, 丁文东

  . 2022, (13): 124-134. https://doi.org/10.19554/j.cnki.1001-3563.2022.13.016

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  目的 以木质平托盘为对象，通过有限元仿真和试验分析影响木质平托盘抗冲击性能的主要因素。方法 用SolidWorks建立木质平托盘的3D模型，利用Abaqus有限元软件，以GB/T 4996—2014为依据进行角跌落试验仿真，分析木质平托盘上木质构件以及托盘钉上产生的应力和位移。为了进行对比，在实验室进行木质平托盘产品的角跌落试验，观察木质平托盘的破坏形式，并测量其对角线长度。结果 有限元仿真与实验室实物试验结果相吻合，验证了有限元仿真分析的正确性和有效性。有限元仿真分析发现钉孔处木质构件和托盘钉产生应力集中并逐渐发生塑性变形，且应力和变形数值随跌落次数的增加而增大，仿真和试验均表明跌落侧纵梁向内侧凹陷且变形最为明显，木质平托盘对角线变化量受跌落次数逐渐变大。结论 木质平托盘抗冲击性能随跌落次数的增加而下降。木质平托盘中木质构件、托盘钉的性能，以及托盘钉紧固件与木质构件的连接强度是决定木质平托盘抗冲击性能的关键因素。
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  基于流固耦合的钢桶跌落仿真及结构优化

  曹菲, 李光, 石军键

  . 2022, (13): 135-141. https://doi.org/10.19554/j.cnki.1001-3563.2022.13.017

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  目的 为了实现钢桶轻量化设计，对考虑流固耦合的钢桶进行跌落仿真分析，在保证其抗跌落性能的条件下，对钢桶关键结构进行优化设计。方法 以210 L钢桶为例，利用Ansys Workbench建立有限元模型，进行垂直跌落、棱跌落和角跌落等3种工况下的仿真分析;建立优化设计模型，进行多目标优化设计。结果 得到钢桶在3种工况下的总变形量和等效应力情况，并发现钢桶跌落时的薄弱位置位于底部和环筋处，且在角跌落工况下受到的总变形量和等效应力最大;通过改变钢桶的壁厚和环筋距离进行多目标优化设计，得出优化设计点，当壁厚设置为1.1 mm，环筋位置对称且均为233.17 mm时，能够减小钢桶的重量并保证其抗跌落性能。结论 通过对钢桶进行跌落强度流固耦合仿真分析和多目标优化设计，获得满足结构强度、减少材料用量的优化结构，降低了包装成本，为包装产品轻量化设计提供理论支持和设计参考。
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  核燃料组件运输容器应用现状概述

  孙谦, 庄大杰, 孙洪超, 张煜航, 王学新, 徐潇潇, 李国强

  . 2022, (13): 142-150. https://doi.org/10.19554/j.cnki.1001-3563.2022.13.018

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  目的 充分了解国内外核燃料组件运输容器的主要应用现状，通过对照国外发展经验，为更好地实现国内运输容器自主化发展提出意见建议。方法 调研和分析国际上主要核大国代表性核燃料组件运输容器的技术现状，以及国内容器的研发、应用状况，梳理了自主化发展中仍需改进的方向。结果 国际上主要核大国利用核能技术较早，均已针对本国的反应堆技术开发了成熟的运输容器产品，相比之下，目前国内在引进和吸收国外先进技术的基础上，也已逐渐实现了部分核燃料组件运输容器的国产化，并针对高温气冷堆开发了新型运输容器。结论 建议注重核燃料组件运输容器的系列化发展，增加攻克关键技术的投入，继续推进容器设计评价软件开发与试验验证平台的建设。
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  弹药防殉爆包装技术研究进展

  高方方, 杨豪杰, 陈尔余

  . 2022, (13): 151-157. https://doi.org/10.19554/j.cnki.1001-3563.2022.13.019

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  目的 研究防殉爆相关领域内性能优异的复合材料，以求推动防殉爆包装技术的发展，更好地满足未来战争的需求。方法 从对比国内外弹药包装的研究进展出发，着重介绍防殉爆包装技术原理及应用实例，并介绍相关领域内性能优异的复合材料，为弹药防殉爆包装提供参考。结果 防殉爆包装的主要原理包括隔爆、泄爆、抗震和缓冲等，因此需要加强对防殉爆包装材料的阻燃性能、包装设计和抗冲击性等方面的研究。结论 阻燃防爆材料和防弹抗爆材料的性能均十分优异，尤其是由聚合物制成的复合材料和由石墨烯增强的纤维复合材料，它将在弹药防殉爆包装领域具有十分广阔的应用前景。
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  基于TRIZ的冷凝器清洗机器人创新设计

  王成军, 李家宝

  . 2022, (13): 158-164. https://doi.org/10.19554/j.cnki.1001-3563.2022.13.020

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  目的 针对目前清洗设备工作效率低和成本高等问题，设计出一种基于矛盾冲突理论和物–场模型的高效率冷凝器清洗机器人。方法 通过TRIZ系统组件分析和因果轴问题分析，找出冷凝器清洗机器人的有效功能和不足功能;运用TRIZ的技术矛盾理论、物理冲突理论以及物–场分析得出针对上述原因的解决方案。结果 最终创新设计出了基于混联机构的多喷枪协同式冷凝器清洗机器人，并制作了实物样机进行测试。与传统机器人相比，该创新设计的机器人节省维修工时76%，节约成本约25%。结论 结果表明，该清洗机器人能克服现有技术的缺陷，在结构刚度、运动精度、灵活性和作业效率均得到提高，并降低了劳动强度和人力成本。
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  基于TRIZ理论的模切压力试验平台设计与分析

  马延强, 肖军杰, 郭顺生, 齐元胜, 邵丽蓉, 程前

  . 2022, (13): 165-171. https://doi.org/10.19554/j.cnki.1001-3563.2022.13.021

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  目的 利用发明问题解决理论(TRIZ)设计一种试验平台，来解决模切机上的模切压力难以直接检测的问题。方法 首先文中引入光纤Bragg光栅传感器来检测模切压力，针对光纤Bragg光栅传感器自身特点，结合TRIZ理论中的因果链分析与完备性法则，形成直接检测模切压力的初步设计方案。其次利用矛盾解决原理提高初步设计方案中的稳定性、测量精度和抗变形性，并通过物质–场模型分析法对初步设计方案中的底座结构进一步优化，得到试验平台的总体设计方案。最后对试验平台的关键零件进行静力学分析和模态分析。结果 关键零件——顶板的最大应力和最大变形量分别为77.063 MPa、0.525 24 mm，表明强度和刚度均满足要求，并且不会发生共振现象，验证了基于TRIZ理论设计的试验平台可以满足光纤Bragg光栅传感器的工作要求。结论 利用TRIZ理论来指导模切压力试验平台的创新设计，为精确测量模切机的模切压力提供了新方法。
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  液压驱动式3T1R重载搬运机械装置的设计研究

  张晓洋, 李然, 王宸, 赵国华, 王生怀

  . 2022, (13): 172-179. https://doi.org/10.19554/j.cnki.1001-3563.2022.13.022

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  目的 基于十字滑台原理，文中设计可以实现3T1R四自由度的重载搬运机械装置，达到对货物准确定位、牢固夹紧以及多自由度搬运的目的。方法 利用解析法和有限元法对承重螺栓进行结构设计和强度分析，根据分析结果提出螺栓根部圆角滚压的结构改进方案;根据不同滚压圆角对应的应力值，采用Hermite(埃尔米特)方法得到滚压圆角半径–应力(r–σ)曲线和多项式，求导确定结构改进方案。结果 根据滚压圆角半径–应力(r–σ)曲线，确定最佳滚压半径r=4 mm;以PLC控制技术为基础，设计了搬运机械液压驱动控制系统。装置搬运载荷达到55 kN，螺栓根部强度提高了59.54%，屈服极限安全系数达到2.4。结论 通过结构设计，该装置实现了3T1R 4个自由度的运动及控制;通过结构改进达到了多自由度搬运的效果。
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  阀口袋套袋机器人轨迹优化方法研究

  李雪梅, 崔菲菲, 郭义华, 张鑫, 容北国

  . 2022, (13): 180-188. https://doi.org/10.19554/j.cnki.1001-3563.2022.13.023

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  目的 为了提高阀口袋套袋机器人的工作效率，提出基于改进粒子群算法的阀口袋套袋机器人时间最优轨迹规划方法。方法 首先，通过逆运动学方程反解出操作空间轨迹对应的关节空间角度值。其次，采用4–3–4混合多项式对阀口袋套袋机器人的关节空间轨迹进行插值拟合。最后，在速度约束条件下，利用改进粒子群算法对阀口袋套袋机器人的运行时间进行优化处理。结果 仿真结果表明，改进粒子群算法可以在保证阀口袋套袋机器人运行平稳的条件下将总运行时间缩减41.66%，实现了阀口袋套袋机器人在关节空间中时间最优的轨迹规划。结论 该方法可有效地提高机器人工作效率，延长机器人的使用寿命，为阀口袋套袋机器人稳定可靠运行提供了科学依据。
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  基于Inception v3的印刷设备轴承故障智能诊断方法研究

  胡兵兵, 唐嘉辉, 武吉梅

  . 2022, (13): 189-195. https://doi.org/10.19554/j.cnki.1001-3563.2022.13.024

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  目的 轴承作为印刷设备中的旋转核心元件，其运行状态对印刷设备的健康监测作用较大。通过融合小波时频处理与Inception v3模型的优势，提出一种用于印刷设备轴承故障智能诊断方法。方法 利用Morlet小波对采集到的印刷设备轴承原始振动信号进行处理，得到对应的二维时频图像，从时域和频域两方面对轴承故障进行表征;将时频图像作为Inception v3模型的输入，利用其模型的稀疏特性，快速从时频图像中自动学习故障特征，并对其模型参数进行调整;最后，利用训练好的模型实现印刷设备轴承故障诊断。结果 利用印刷设备轴承实验平台对提出方法的有效性进行了验证，实验结果表明该方法的平均诊断精度可达92.53%。结论 与传统智能诊断方法相比，所提方法在诊断精度与稳定性方面均具有一定的优势，可实现高精度印刷设备轴承故障诊断。
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  高速卷接机组大压板调节机构压紧力计算与优化

  梅光传, 洪广怀, 李韫哲, 刘辉华

  . 2022, (13): 196-202. https://doi.org/10.19554/j.cnki.1001-3563.2022.13.025

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  目的 为使高速卷接机组烟枪成型大压板调节机构能转动灵活且锁紧可靠，有必要减小成品烟支直径与理想直径的误差。方法 分析大压板锁紧机构与烟支直径调节机构的工作原理，研究大压板调节机制和烟支直径卷制质量。通过测试大压板压紧力，得到弹簧工作参数。优化大压板调节机构，使其自锁可靠。结果 根据测量得到的两大压板压紧力分别为137 N和147 N，为确保大压板不分离和卷制质量良好，压缩弹簧弹力需大于209.8 N。优化后最大连杆长度值在[29.2 mm, 29.7 mm]时，大压板锁紧机构可实现自锁。结论 大压板压紧力测算与自锁机构优化可有效地改善烟丝卷制效率，保证了烟支的成品率。
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  基于机器学习的电喷印精度预测方法研究

  杨静文, 陈小勇, 张军华

  . 2022, (13): 203-208. https://doi.org/10.19554/j.cnki.1001-3563.2022.13.026

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  目的 节省电流体喷射打印精度预测的时间和解决电流体工艺参数的选择问题，达到提高电流体打印的质量和效率的目的。方法 为了对电流体喷射打印精度进行预测，提出有限元模型与机器学习相结合的方法。基于线性回归、支持向量回归和神经网络等机器学习算法建立4种参数与射流直径的关系模型。结果 算法结果表明:支持向量回归和神经网络预测模型的决定系数R²能达到0.9以上，表示模型可信度高;支持向量回归和神经网络预测模型指标都比线性回归预测模型的小。结论 机器学习算法可对电喷印打印精度进行有效预测，预测效率提高了十几倍，节省了精度预测的时间。
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  基于AR技术的激光打印机交互应用设计与开发

  秦璐, 司占军, 刘哲

  . 2022, (13): 209-215. https://doi.org/10.19554/j.cnki.1001-3563.2022.13.027

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  目的 针对激光打印机的使用、维护和培训等需求，探究AR技术在激光打印机的虚拟交互和工艺流程上的应用研究。方法 以三星M2876HN型号的激光打印机为研究对象，使用3ds Max 2018来制作模型和动画，通过Unity 3D配合Vuforia SDK开发AR效果的应用软件。结果 发布了移动应用，该应用可以实现对激光打印机的识别，展示激光打印机的内部结构、耗材的更换和内部运转动画，可以对模型进行旋转缩放和查看激光打印机的信息。结论 将AR技术和激光打印机相结合不仅为激光打印机功能展示提供了新模式，而且模拟了激光打印机使用过程的一些问题，增加了用户与激光打印机的互动体验。
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  激光点云中散乱电子元器件分割方法

  陈伯云, 陆安江, 赵麒, 黄际玮, 彭熙舜

  . 2022, (13): 216-224. https://doi.org/10.19554/j.cnki.1001-3563.2022.13.028

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  目的 针对散乱电子元器件计数过程中电子元器件分割困难的问题，提出一种基于点云簇平均法线夹角、平均点云密度边缘提取和区域生长阈值自适应的散乱电子元器件分割方法。方法 通过体素化处理、RANSAC算法和统计离群滤波算法对原始点云数据进行预处理，去除大量无关点云;使用欧式聚类算法对预处理结果粗分割得到电子元器件点云簇，以点云簇为阈值设置单元，避免阈值设置不合理的情况;通常边缘点较非边缘点法线夹角更大、邻域点更少，提出通过点云簇平均法线夹角和平均点云密度自适应约束来去除点云簇中边缘点的方法;对去边缘点后的点云簇细分割，根据细分割后点云簇的平均法线夹角进行区域生长阈值的自适应选择，通过改进的区域生长算法将每个电子元器件从点云簇中分割出来。结果 实验结果证明，文中方法分割正确率达97%以上，每10个目标分割耗时约345 ms。结论 提出的方法具有良好的准确性和实用性，分割效果优于传统分割算法，能够准确地将每个电子元器件从复杂场景中分割出来。
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  基于双模糊PID的药品包装贴标张力控制系统设计

  胡乃清, 宋宏

  . 2022, (13): 225-230. https://doi.org/10.19554/j.cnki.1001-3563.2022.13.029

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  目的 为提高药品包装的贴标精度，设计一种基于双模糊PID控制器的贴标机张力控制系统。方法 简要论述药品包装生产线结构及其工艺流程。针对标签纸带收卷过程具有时变性、非线性和动态干扰等特点，设计一种双模糊PID张力控制器。利用副模糊控制器实现主模糊控制器的变量论域系数整定，而主模糊控制器可实现PID控制器参数整定。通过实验验证所述控制系统的有效性。结果 实验结果表明，与PID控制器相比，双模糊PID控制可使系统超调量减小50%，系统调节时间减小65%;贴标位置准确、标签贴附平整。结论 所述控制系统具有较好的抗干扰性能，贴标效果良好，具有一定使用价值。
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  枕式包装机纠偏控制系统设计

  申九菊

  . 2022, (13): 231-237. https://doi.org/10.19554/j.cnki.1001-3563.2022.13.030

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  目的 针对传统枕式包装机纠偏控制系统在应用过程中容易出现跑偏的现象进行纠偏控制研究。方法 采用单片机的工作原理设计枕式包装机纠偏控制电路，并给出纠偏控制电路的3种脉冲频率。根据机器视觉的控制规则，结合枕式包装机纠偏控制器工作原理设计枕式包装机纠偏控制器，并根据纠偏需求，设计CCD传感器与调频稳压电路。采用域纠偏控制系统相关的工具箱设计枕式包装机纠偏控制率参数。基于枕式包装机纠偏控制的数学形式计算枕式包装机纠偏控制增量，结合增量式控制原理设计枕式包装机纠偏控制程序，完成系统的软件设计。结果 基于机器视觉的枕式包装机纠偏控制系统不仅可以提高枕式包装机纠偏控制精度，而且系统响应时间能够稳定在2 s以内。结论 所设计的纠偏控制系统能够提高纠偏控制精度，并且缩短了系统响应时间，提升了系统的性能。
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  包装送纸机构运动学及动力学仿真分析

  汤宇, 邓援超, 辛军炜

  . 2022, (13): 238-246. https://doi.org/10.19554/j.cnki.1001-3563.2022.13.031

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  目的 为了提高包装送纸装置的生产效率，使用一种六杆机构应用于包装送纸装置中，并对它进行运动学及动力学仿真分析，验证它在运动过程中是否满足实际工作要求。方法 使用矢量解析法和分离体法建立该六杆机构的运动学模型和动力学模型，并采用ADAMS仿真软件对该六杆机构进行运动学仿真和动力学仿真。结果 通过对六杆机构进行运动学仿真分析，得到了输出滑块4的位移、速度和加速度曲线，该机构在水平方向的行程为680.26 mm，满足实际工况要求。通过对六杆机构进行动力学仿真分析，得到了六杆机构各铰接点的受力大小和施加在曲柄1上的平衡力矩大小，该机构在送纸行程时，各铰接点受力和平衡力矩变化较小，该机构在送纸完成后的回返行程时，各铰接点受力和平衡力矩变化较大。结论 分析仿真结果后发现该六杆机构在运动过程中满足实际工作要求，能够较好地运用于包装送纸装置中。
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  基于机器视觉的编织袋表面缺陷检测系统设计与实现

  钟飞, 赵子丹, 夏军勇, 黄露

  . 2022, (13): 247-256. https://doi.org/10.19554/j.cnki.1001-3563.2022.13.032

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  目的 针对编织袋生产中表面缺陷检测效率和精度低等问题，应用机器视觉技术于编织袋表面缺陷检测，进而提高编织袋的生产效率。方法 基于机器视觉设计编织袋表面缺陷检测系统:首先为了降低背景灰度变化对缺陷检测的影响，研究一种同时具有噪声滤除与图像增强功能的预处理算法;其次选取二维最大熵值法对预处理后的编织袋图进行分割，并采用改进遗传算法对它进行优化以增强算法的收敛速度和效果;然后利用特征提取结合形态学处理的方法实现了编织袋表面缺陷的识别与分类;最后应用连通域进行分析，对分类出的缺陷进行统计与定位以获取缺陷的尺寸以及位置信息。结果 采集了200个编织袋缺陷样本，采用文中编织袋表面缺陷检测系统对编织袋样本进行缺陷识别，平均识别准确率为94.0%，处理一幅编织袋图像的时间约为600 ms。结论 该系统具有较高的识别效率和正确率，可实现编织袋表面缺陷的快速检测，满足工业生产的需求。
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  一种平板玻璃表面缺陷检测方法

  郑天雄, 冯胜, 伍凯凯, 游淞清, 谢博娅

  . 2022, (13): 257-263. https://doi.org/10.19554/j.cnki.1001-3563.2022.13.033

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  目的 针对平板玻璃缺陷检测中灰尘干扰划痕、亮点检测的问题，提出一种基于全反射−掠入射组合照明的平板玻璃表面缺陷检测方法。方法 通过控制全反射光源和掠入射光源的发光时序，在相应发光时序内采集玻璃图像，根据缺陷在不同照明下的灰度纹理差异计算灰度、几何特征等一系列相对偏差特征，开发BP神经网络算法，实现玻璃表面灰尘和表面缺陷的检测。结果 BP神经网络在测试集上各类别预测的查准率、查全率均在90%以上，整体准确率达到97.2%。结论 全反射–掠入射组合照明成像系统结构简单，降低了玻璃图像中灰尘和内部点缺陷分类难度，有效减少灰尘和内部缺陷的误判。
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  基于改进樽海鞘群算法的PMSM变论域模糊控制

  金爱娟, 冯雅茹, 李少龙

  . 2022, (13): 264-274. https://doi.org/10.19554/j.cnki.1001-3563.2022.13.034

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  目的 为提高自动化包装流水线的生产效率，针对永磁同步电机PI控制器参数无法适时调整而引起的稳态误差较大、抗干扰性差等问题，提出一种基于改进樽海鞘群算法的新型变论域模糊控制器。方法 通过游走策略和变异分布策略对樽海鞘群智能算法的位置更新进行改进，同时加入过界个体的加权位置修正与劣势个体二次迁移，并将优化后的算法与变论域模糊PI控制器相结合，用于调节伸缩因子，以获得对永磁同步电机更好的控制效果。结果 仿真表明，文中改进后的控制器较传统PI控制器有效减小了静态误差;同时优化后的控制器令PMSM在变速和变载工况下响应更快，较改进前的樽海鞘群算法作用下PI控制器在变速和变载工况下的超调量分别降低约21.35%和62.85%。结论 算法优化伸缩因子后得到的变论域模糊控制与其他控制相比，更有效地提高了系统的鲁棒性，改善了系统的控制性能，减小了损耗。
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  一次性纸杯生产过程的环境影响评价

  张卓然, 林勤保, 肖梓扬

  . 2022, (13): 275-281. https://doi.org/10.19554/j.cnki.1001-3563.2022.13.035

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  目的 以聚乙烯(PE)淋膜纸杯、聚乳酸(PLA)淋膜纸杯和丙烯酸聚合物涂层纸杯3种一次性纸杯为研究对象，评估和比较不同纸杯对人体健康和环境的影响，为纸杯企业与行业提供参考。方法 采用生命周期评价(LCA)方法，使用eFootprint软件进行一次性纸杯生产阶段的生命周期评价，包括目标与范围确定、清单分析、生命周期影响评价及解释、数据质量评估4个部分。结果 在纸杯用纸的定量均为210 g/m²和淋膜(涂层)层数均为一层的情况下，PE淋膜纸杯、PLA淋膜纸杯和丙烯酸聚合物涂层纸杯生产的分别排放1 839、2 077、1 826 kg CO2 eq.的温室气体，8.88、10.75、8.63 kg SO2 eq.影响酸化的气体和物质，2.93、3.23和2.93 kg (PO4)³⁻ eq.影响富营养化的物质。结论 综合来看，丙烯酸聚合物涂层纸杯生产过程对环境更为友好。
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  基于PWM占空比的印刷量子点图像信息识读

  池稼轩, 曹鹏, 王明飞

  . 2022, (13): 282-295. https://doi.org/10.19554/j.cnki.1001-3563.2022.13.036

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  目的 针对目前PQP点阵数据的识读算法准确率较低速度较慢的问题，为了加快该信息隐藏与印刷防伪方法的推广应用，文中设计一种基于PWM占空比判据的PQP快速识读算法。方法 首先对采集到的PQP图像在非校正条件下，利用脉冲宽度调制(PWM)和最小占空比寻优方法，估算其点阵图像的栅格角度，然后根据所求得的栅格角度参照PQP点阵图像，分别计算横纵2个方向的极大值序列，之后对该序列进行二次差分和自适应阈值判决以绘制PQP点阵数据识读栅格，最后以方形螺旋线指向顺序索引网格内各位置特征值来识读PQP点阵数据信息。结果 通过仿真和实验测试得出，当打印分辨率为600 dpi时，PQP图像信息的识读时间和误码率分别控制在0.5 s和±5%以内。结论 在非校正、无参考和盲同步信息等不确定条件下，实现了对PQP点阵图像的信息提取。
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  无参考图像质量评价研究现状与前景分析

  单月, 刘段, 万晓霞

  . 2022, (13): 296-304. https://doi.org/10.19554/j.cnki.1001-3563.2022.13.037

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  目的 为了进一步掌握无参考图像质量评价的发展过程与研究热点，为后续的相关研究提供参考。方法 使用citespace文献可视化软件对2000—2021年在Web of Science检索到的1 712条文献数据进行基本分析、共被引分析和
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  卷烟盒包装二维条码质量现状评估及提升建议

  王静, 李俊, 崔美灵, 唐兰

  . 2022, (13): 305-311. https://doi.org/10.19554/j.cnki.1001-3563.2022.13.038

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  目的 以卷烟盒包装二维条码符号为研究对象，根据标准要求测定评估码制、数据结构、位置、颜色搭配、尺寸和符号等级6个质量参数现状后明确改进思路，以促进印制二维条码符号质量的持续提升，为二维条码符号的推广应用奠定基础。方法 依次对编码后的待测试样按GB/T 23704方法进行单次扫描测定码制、数据内容、版本、符号等级(含7个光学指标)等，然后再通过电子数显卡尺分别测量二维条码符号尺寸及空白区尺寸，最后目测识别二维条码位置和颜色搭配并予以记录。结果 卷烟盒包装二维条码采用QR码，厂商自定义网址数据结构，6种可选位置符合标准要求，但颜色搭配、尺寸和符号等级现状不完全符合标准要求。结论 卷烟盒包装二维条码在选择和编码环节完全符合标准要求，但在产品设计开发和印制过程需结合实际进行优化，以促进其质量提升，从而确保可持续性应用。