《机床与液压》2025年第19期导读展会快讯

目次与摘要

2025-19

高端装备与零部件

交角不对中约束下大范围转动弹性梁非线性振动机制与混沌特性

赵磊^{１，２，３} ，许美叶^{１，２，３} ，

翟冉^１，２，矫立宽^１，２

１. 天津市先进机电系统设计与智能控制重点实验室

２. 天津理工大学，机电工程国家级实验教学示范中心

３. 天津理工大学机械工程学院

【摘要】大范围旋转连杆机械在工业和农业中广泛应用，但高速下激振问题限制其高精密应用。为解决这一问题，对联轴器交角不对中约束下的转动梁动力学行为进行深入研究。基于柔性动力学理论，将大范围转动大尺寸连杆视为欧拉-伯努利梁，并利用拉格朗日法构建系统的运动学约束方程。通过Galerkin法和Hamilton理论，建立系统非线性动力学模型。最后，对交角不对中约束下转动梁非线性动力学特性进行研究。结果表明：当交角量仅为0.002 rad时，随着转动角速度增加，梁末端振幅激增，轴心轨迹呈现“香蕉状”螺旋曲线簇，频谱中出现二倍频分量，系统呈现复杂运动状态；在较高速50 rad/s下，随着角不对中量增加，相轨迹和末端轴心轨迹发生显著变化，系统经历拟周期、混沌和多周期运动，横向振动频率增大，激振显著。由此可见，转速和交角不对中量与系统稳定性之间存在强耦合关系。

基于DBO-BiLSTM的自由活塞斯特林发动机性能预测模型

张运龙，李龙飞，张永康，曲兴闯，耿冬寒

天津工业大学机械工程学院

【摘要】为解决自由活塞斯特林发动机性能预测精度低的问题，提出一种基于蜣螂优化算法（DBO）结合双向长短期记忆网络（BiLSTM）的自由活塞斯特林发动机性能参数预测模型——DBO-BiLSTM。利用蜣螂优化算法对双向长短期记忆网络的隐藏层节点数、正则化系数、学习率等超参数进行寻优，得到最优参数值。将最优参数导入BiLSTM中，并以FPSE的膨胀腔温度、压缩腔温度、充气压力、动力活塞弹簧刚度、配气活塞弹簧刚度作为输入，以FPSE的频率、相位角、功率为输出，对该模型进行训练和验证分析。最后，将该模型的预测结果与ANN、LSTM、BiLSTM和DBO-LSTM模型的预测结果进行对比分析。结果表明：该模型的MAPE、RMSE、MAE均最小，R2最大，说明其预测精度高；该预测模型对应的频率、相位角、功率的R2分别为0.999 7、0.999 0、0.999 8，接近最佳状态；该模型对FPSE的频率、相位角和功率的预测曲线和真实曲线基本吻合，说明该预测模型可有效用于FPSE的性能预测，并且该算法较传统浅层ANN以及单一算法具有更高的预测精度。

基于多尺度注意力小波原型网络的滚动轴承故障诊断方法

吕路辉，亚森江·加入拉，何超，

肖杨，崔鹏飞，高天，王文昊

新疆大学智能制造现代产业学院（机械工程学院）

【摘要】针对小样本条件下故障数据稀缺以及滚动轴承振动信号易受噪声干扰等问题，提出一种基于多尺度注意力小波原型网络（MAWPN）的滚动轴承故障诊断方法。设计多尺度注意力小波卷积模块，以提取丰富特征，并通过注意力机制自适应调整通道特征权重，增强模型对重要特征的关注，生成鲜明的原型，从而提升识别精度。通过计算查询集样本与各类别原型之间的距离，选择距离最小的类别作为查询样本的预测类别。最后，采用机械故障模拟器轴承数据集与凯斯西储大学轴承数据集进行验证。结果表明：该方法在小样本条件下具有较高的识别精度和良好的泛化性能，同时在抗噪声能力方面表现优秀。

齿轮变速系统结构参数对旋冲钻进系统输出特性的影响规律

朱勇^１，丁陈林^１，曹凯^１，张诗达^１，

高强^１，王节涛^２，张辉^３

１. 江苏大学流体机械工程技术研究中心

２. 中国地质调查局武汉地质调查中心

３. 中地装科学技术研究院有限公司

【摘要】旋冲钻进系统作为钻机的核心驱动系统，其齿轮变速系统性能的优劣直接影响整机装备的钻进效率与可靠性。掌握齿轮变速系统结构参数对旋冲钻进系统的影响，进而实现系统参数优化，是提升钻机总体性能的有效路径之一。采用ADAMS和AMESim分别建立钻机旋冲钻进系统的动力学模型和液压传动模型，构建旋冲钻进系统机液联合仿真模型；分析钻机动力头齿轮变速系统的模数、螺旋角、齿数比等结构参数匹配关系；探究齿轮变速系统不同参数匹配条件对旋冲钻进系统输出特性的影响规律。结果表明：在合理的取值范围内，小模数能够提高传动精度；小齿数比能增强马达启动阶段扭矩输出与负载匹配度；螺旋角对齿轮副传动平稳性的影响较小。

基于SDN负载均衡的Fanuc数控机床物联系统

陈孜禹^１，吕浩杰^１，余小庆^１，

常远^１，崔伟超^２，张庆^３

１. 河南大学物理与电子学院

２. 河南省锅炉压力容器检验技术科学研究院

３. 开封市产品质量检验检测中心

【摘要】CNC集群物联系统在工业生产过程中会产生海量数据，各种高并发、大容量和突发性的数据会造成网络系统性能下降，进而引发数据链路拥塞、传输误码率上升等问题。为解决这一问题，基于Focas协议，开发一种Fanuc数控机床物联系统。该系统使用C#语言开发数据采集模块，利用Fleck库搭建WebSocket云服务模块。同时，分别使用Vue.js和Flutter框架开发Web客户端和Android移动端，从而实现用户与数控机床集群的智能交互，以提高生产管理效率。在采集层引入SDN网络，以替换传统路由器网络，并采用负载均衡算法对SDN网络进行仿真研究。结果表明：在0.9 Mb/s的低负载情况下，传统网络的传输延时和丢包率急剧上升，无法承担数据传输任务；而在1.9 Mb/s的高负载条件下，SDN网络的传输延时和丢包率依然处于较低值，能够正常通信；相较于传统网络，SDN网络在低传输时延的负载能力提升了约68.4%，低丢包率的负载能力提升了约87.5%。因此，基于SDN网络的数控机床物联系统，能够应对机床集群高并发、突发性网络流量对链路传输质量的影响，有助于提高系统的稳定性和可靠性。

基于多粒度自注意力机制网络的数控铣床液压系统故障诊断

刘波^１，宋春华^２

１. 电子科技大学成都学院航空学院

２. 西华大学机械工程学院

【摘要】针对现有数控铣床故障诊断方法存在的信号特征提取精度低、故障预警不及时和故障诊断效率较低等问题，提出一种基于多粒度自注意力机制网络的故障诊断方法。构建多粒度自注意力机制网络模型，并基于此搭建数控铣床液压系统故障诊断框架。该框架由输入层、多粒度特征提取层、自注意力机制层和输出层构成。其中，输入层采集并处理液压系统运行信号，多粒度特征提取层利用小波变换算法提取信号粗粒度和细粒度特征，自注意力机制层计算权重系数并通过加权融合获得多粒度特征，输出层应用Softmax分类器计算液压系统故障类别概率并确定最终诊断结果。最后，以VMC-2050HT数控铣床液压系统为实验对象，搭建实验场景，验证所提方法的有效性。结果表明：与现有故障诊断算法相比，该算法的故障特征提取与实际变化值趋近，其混淆矩阵输出结果为99.5%，F1值持续稳定在0.90以上，特征提取效果优于现有方法。该算法能够相对精确地采集数控铣床的故障特征并实现对故障点的定位和故障类型判定，具有良好的适用性。

高速复合转子永磁辅助同步磁阻电机性能分析

邸明磊^１，鲁炳林^１，乔廷立^２，

王坤^３，曾凡池^２，韦长杰^２

１. 山东理工大学电气与电子工程学院

２. 山东山博电机集团有限公司

３. 山东科晶炉业发展有限公司

【摘要】为了提升同步磁阻电机的转矩利用率和功率密度，并增强其机械可靠性，提出一种适用于高速工况的复合转子永磁辅助同步磁阻电机。引入一种轴向复合转子结构，该转子由高速磁阻段和永磁段组成，其中磁阻段采用双相磁性材料制成的完整圆形冲片，以提高机械强度和许用线速度。通过优化两段转子间的配合角度和轴向长度比例，对电机的电磁性能与机械特性进行综合设计。借助有限元仿真对转矩生成机制和转子强度进行验证，并基于一台25 kW、50 000 r/min的样机，从电磁性能、机械安全性与制造成本等多角度评估其可行性。结果表明：所提电机结构在高速条件下表现出良好的综合性能，其转矩利用率和功率密度均优于传统永磁辅助同步磁阻电机，且转子机械强度满足高速运行要求。该复合转子结构具备较高的可靠性和实用性，在高速应用场景中具有显著优势，为高性能高速电机设计提供了有效解决方案。

基于BP神经网络和改进NSGA-II算法的龙门横梁结构优化

王乐恒^１，蔡玉强^１，袁鵾^２，

周敬然^１，王明明^１

１. 华北理工大学机械工程学院

２. 河北鹰眼智能科技有限公司

【摘要】针对按经验法设计得到的大型龙门设备横梁质量偏大和冗余度较大的问题，结合BP神经网络与改进的NSGA-II算法对横梁进行高刚度轻量化设计。以横梁质量为目标函数，数个关键尺寸为设计变量，横梁最大变形为约束条件建立优化数学模型。通过构建Kriging模型代替有限元仿真快速获取大量训练样本，利用训练样本对神经网络进行训练，得到高精度的含有输入-输出映射关系的BP神经网络模型。其次，对NSGA-II算法中的初始化种群和精英保留策略进行改进，提高种群的多样性，从而提高算法在全域内寻优的能力。最后结合BP神经网络和改进的NSGA-II算法对横梁尺寸参数进行高效寻优。结果表明：优化后，横梁在刚度和强度保持不变的情况下，质量减少了9.30%。并且相比于 Workbench自带的优化程序，优化效率提升了35.7%，质量进一步减少了2.42%。

非同轴锥盘式磁流变传动装置温升特性研究

吴向凡^１，刘伟^２，田祖织^{２，３} ，

郭阳阳^２，朱敏健^２，陈子博^２

１. 徐州工程学院机电工程学院

２. 中国矿业大学机电工程学院

３. 智能采矿装备技术全国重点实验室

【摘要】针对传统磁流变传动装置动力传递过程中生热严重的问题，提出一种新型非同轴锥盘式磁流变传动结构。对传动装置的热源进行分析，确定主要热源并推导发热功率。建立温度场仿真模型，利用有限元分析探究传动装置内5个线圈传动组的稳态和瞬态温度场分布规律。结果表明：在磁流变液工作区域形成明显的温度峰值区，温度以工作区域为中心向边缘逐渐降低;在瞬态温度场中，传动装置的温度在前60 min内快速上升，600 min后温升速率显著降低;5个线圈传动组的稳态温度均远小于磁流变液的最高许用工作温度，表明该传动装置具有优异的温升特性和可靠的工作特性。搭建非同轴锥盘式磁流变传动装置性能测试系统，开展传动性能和温升特性实验。结果表明：在低转速下，传动装置能够在一定范围内调速，满足基本的调速需求；传动装置在空载工况下25 min内升温1.5 ℃，加载工况下25 min内的最大温升为9 ℃，具有良好的温升特性。

重型数控立车滑枕液压平衡系统的设计改进

徐妍妍^１，王潇^１，张文源^１，

孙豪^２，黄友弢^１，严向云^１

１. 武汉重型机床集团有限公司

２. 武汉数字化设计与制造创新中心有限公司

【摘要】针对重型数控立车加工平面出现明显刀纹的问题，分析发现液压平衡系统异常是刀纹产生的直接原因。综合考虑滑枕重力、最大快移速度、进给速度、运动行程，选用定量泵与蓄能器闭式平衡系统。以滑枕闭式液压平衡系统为研究对象，确定以压力波动系数 ε 为设计关键指标，气囊式蓄能器的初始压力和气体体积为设计参数，推导关键设计指标和设计参数之间的关系。应用AMESim对滑枕进给和液压平衡系统进行建模和仿真分析，并利用完全析因试验设计方法进行设计参数优化。仿真结果表明：压力波动系数 ε 最大不超过0.4。从工程的角度选择，将压力波动系数 ε 控制在0.1~0.15之间较为合理。通过试验修正了仿真参数，试验结果表明：在滑枕运行过程中，液压平衡系统的压力变化在1.0 MPa以内，压力波动系数 ε 在0.1~0.15之间，其他参数大多都在合理范围内，验证了改进方案的有效性。同时通过试验证明：滑枕安装液压平衡系统后，上下运行过程中驱动电机的电流绝对值减少了60%~90%，说明液压平衡系统能有效降低滑枕运行的能耗。

智能制造与控制技术

基于改进BP-PID的塔机分布式泵控同步系统研究

王子路^１，２，殷晨波^１，２，马伟^１，２，

胡从裕^１，２，笪文闯^１，２

１. 南京工业大学车辆与工程机械研究所

２. 三一重机有限公司

【摘要】为解决传统的单缸塔式起重机在顶升过程中抗干扰性差和安全性低的问题，因泵控系统能量效率高、压力损失低，更适合高精度同步控制，提出一种泵控分布式液压回路系统实现双液压缸的同步控制。该系统采用交叉耦合控制策略，并结合改进的BP-PID控制方法，以提升同步精度和动态响应性能。将改进BP-PID与传统PID和模糊PID对比，通过AMESim/Simulink进行联合仿真分析。结果表明：相较于传统PID控制器，改进BP-PID达到稳态的时间缩短了49.88%，稳态误差降低了0.07 mm，增强了单缸系统的响应速度与鲁棒性；与模糊PID算法相比，改进BP-PID达到稳定时间缩短了49.18%，稳态误差降低了0.04 mm；双缸最大同步误差为1.49 mm，稳定后降至0.18 mm，有效提高了系统的抗干扰能力、鲁棒性和安全性。

高效短电弧TC4钛合金深窄槽加工实验研究

张峻锋，胡国玉，高伟，田永森，宋吉龙

新疆大学机械工程学院

【摘要】为了实现TC4钛合金深窄槽的高效高精度加工，提出一种高效、高精度的深窄槽短电弧铣削加工方法。通过电流电压波形图与电弧能量的匹配关系分析304不锈钢、紫铜、钨铜W70Cu30三种电极材料加工深窄槽结构的加工效率，并结合加工后深窄槽底面微观形貌差异探究不同电极材料对深窄槽加工精度的影响，最终选用钨铜电极作为后续加工实验的电极材料。针对脉冲电压、脉冲频率、占空比和进给速度等加工参数进行单因素实验，研究不同参数下材料去除率、电极相对损耗率、平均槽宽和底面粗糙度的影响规律，确定最优实验参数为：脉冲电压为27 V、脉冲频率为2 000 Hz、占空比为60%、进给速度为2.4 mm/min。最后，采用最优工艺参数组合进行短电弧铣削加工，得到材料去除率为127 ｍｍ^３/min，电极相对损耗率为2.3%，平均槽宽为3.46 mm，槽底表面粗糙度为22 μm，实现了深宽比为4的TC4钛合金深窄槽结构的高质高效加工。

改进黏菌优化算法求解绿色柔性作业车间天车调度问题

马昌谱^１，２，林冬梅^１，廖秀梅^３

１. 桂林航天工业学院管理学院

２. 航空物流低空运输智能融合技术广西高校工程研究中心

３. 同济大学机械与能源工程学院

【摘要】针对具有时空约束的绿色柔性作业车间双天车调度问题，构建以最小化最大完工时间和总能耗为目标的双目标优化模型。为有效求解该问题，提出一种基于自适应反向学习的改进双目标黏菌优化算法（AOBSMA）。该算法在黏菌优化框架中引入自适应反向学习机制以增强种群多样性，并结合变邻域搜索策略提升局部开发能力，同时设计矩阵编码机制表征工序、机器与天车的联合调度方案。最后，通过11组不同规模算例进行实验验证。结果表明：AOBSMA在帕累托解数量、分布均匀性IGD和超体积HV方面均优于NSGA-II和MOGLS算法，其中在IGD和HV指标上分别取得9/11和8/11的优胜率，且多数结果具有统计显著性，验证了AOBSMA在解决具有时空约束的柔性作业车间天车调度问题时的有效性。

基于ECA-VGG16和迁移学习的砂轮磨损状态识别研究

周思康^１，张明柱^１，２，王宁宁^１，

王一帆^１，史帅涛^１，邱明^１

１. 河南科技大学机电工程学院

２. 黄河科技学院工学部

【摘要】针对轴承套圈磨削过程中砂轮磨损状态识别精度低的问题，提出一种基于ECA-VGG16和迁移学习的砂轮磨损状态识别方法。采集3种工况下砂轮全寿命周期磨削过程中的声发射信号，并使用格拉姆角和场(GASF)将声发射信号转换为二维图像，构建源域数据集和目标域数据集。分析不同砂轮进给速度下3种砂轮磨损迁移学习任务，并对所提方法进行验证。结果表明：所提模型在3种多源域数据集中的平均识别准确率达到97.61%，比单源域迁移识别准确率94.04%提高了3.80%，表明通过构建多源域数据集进行迁移学习，可以有效提高砂轮磨损状态的识别准确率；与残差神经网络ResNet、对抗神经网络GAN和域自适应网络DAN相比，所提方法在多源域迁移（A/B→C、A/C→B、B/C→A）中的识别准确率分别为97.00%、97.50%、98.32%，均比上述3种算法得到的识别结果优异。研究结果为当前轴承套圈砂轮磨损状态监测工程应用提供了参考。

水轮机巴氏合金轴瓦在位修复方法研究

耿在明^１，刘辉^１，马明^２，吴涛^１，时浩然^３

１. 中国长江电力股份有限公司检修厂

２. 中国长江电力股份有限公司科技创新部

３. 华中科技大学机械科学与工程学院

【摘要】针对水轮机巴氏合金轴瓦补焊后需快速恢复表面几何精度的问题，提出一种“在机测量-表面建模-刀路补偿-精修加工”的轴瓦在位修复方法。利用机床集成测头对补焊轴瓦阵列扫面进行扫描，以获取表面数据，并通过最小二乘法拟合当前曲面，从而计算装夹误差与余量分布。将误差映射至刀路坐标系，自适应修正刀路轨迹。最后，在试制轴瓦上进行加工实验，并通过在机测量系统进行加工评估。结果表明：轴瓦通过单次装夹即可完成加工修复，且修复后补焊部位与周边区域的误差在20 μm以内。该系统可可靠地完成水轮机巴氏合金轴瓦的现场精密加工，为大型滑动轴承的快速修复提供一条可行的新途径。

基于数字孪生的机器人智能装配工作站远程监控系统设计

赵豆^１，２，梁盈富^１，２，

祝战科^１，２，柯熙政^{１，２，３}

１. 陕西工业职业技术大学航空工程学院

２. 咸阳市智能制造装备技术重点实验室

３. 西安理工大学自动化与信息工程学院

【摘要】针对工业机器人工作站远程监控系统中存在的可视化程度低、虚实交互能力弱、数据同步难等问题，提出一种基于数字孪生技术的可视化、全方位、全流程机器人智能装配工作站远程监控系统设计方法。基于“几何-物理-行为-规则”多维特征，数字化物理对象的行为和过程，构建设备的数字孪生模型。设计NXMCD可视化远程监控平台，开发工业机器人PC SDK通信接口数据采集系统，并将所采集的真实机器人工作站数据以OPC UA通信方式与数字孪生模型进行信息交互，实现虚实系统之间数据的实时可靠传输。最后，部署调试数字孪生监控系统，通过上位机远程监控工作站系统运行，实现工业机器人工作站的虚实联动。结果表明：系统在实现远程监控可视化的同时，可以根据实时数据动态更新模型；工作站虚实装配流程完成一套工件的装配时间均为3.5 min，保障物理设备与虚拟对象运行的完全一致性，对提高工业机器人的安全性和生产效率具有重要意义。

液压基础件

阀芯旋转式高速开关阀关闭过程压力冲击特性研究

刘子龙，王鹤，时祖攀，张晓宇，刘晋沛

太原理工大学，新型传感器与智能控制教育部重点实验室

【摘要】为突破阀芯往复运动结构对高速开关阀开关频率的限制，提出一种阀芯旋转式高速开关阀，通过阀芯快速旋转实现高开关频率。在此基础上，通过CFD仿真研究阀口快速关闭过程中阀内部压力冲击，分析阀芯转速、阀芯直径、阀腔长度、阀口面积变化规律对冲击压力的影响。研究结果表明：阀口关闭过程中，阀芯转速增加与阀芯直径减小会使最大冲击压力增加，但阀腔长度对最大冲击压力几乎没有影响；在3种不同的阀口面积变化规律中，阀口为菱形和三角形、沟槽为三角形两种结构的阀最大冲击压力结果相近，然而阀口为圆形、沟槽为矩形结构的阀由于对称性较好且没有尖角，其最大冲击压力明显小于前两者；改变阀芯结构，提出一种圆锥形阀杆，为流体提供了一个平滑的过渡区域，有效降低了最大冲击压力，为结构优化提供了参考。

卧式泵织构化柱塞-耐磨环摩擦副的磨粒磨损研究

何涛^１，２，顾云飞^１，方思源^１，

刘龙^１，顾云龙^１

１. 安徽理工大学机电工程学院

２. 安徽理工大学矿山智能装备与技术安徽省重点实验室

【摘要】卧式泵是煤矿井下安全和高效开采核心动力装置之一，其柱塞-耐磨环摩擦副在煤矿高污染工况下的磨粒磨损是影响卧式泵使用性能的关键。为此，基于相似理论和离散元理论建立干摩擦工况下柱塞副磨粒磨损的EDEM仿真模型，将圆柱摩擦副简化为平面摩擦副，并分别研究了上接触（耐磨环在上）和下接触（柱塞在上）两种情况下，织构位置、柱塞运动速度、耐磨环径向载荷等参数对磨粒破碎、磨痕分布及磨损量的影响。结果表明：在柱塞和耐磨环上同时设置织构的抗磨效果较差，在耐磨环上设置织构的抗磨效果较好，且织构化耐磨环方案S3和U1有助于磨粒容纳于织构凹坑而不参与摩擦副间的挤压磨损，起到“容而不排”的作用，抗磨效果最佳，相较于对应的无织构方案S2和U2，总磨损量分别降低76.8%和62.2%；且随着柱塞运动速度上升，上接触摩擦副的总磨损量持续增加，下接触摩擦副的总磨损量先减后增；随着耐磨环径向负载的增加，上接触和下接触摩擦副的总磨损量均持续增加，因此应尽量减小柱塞副的径向载荷。研究结果可为织构化摩擦副的磨粒磨损研究提供参考。

高速开关阀先导流量调节比例阀流量控制研究

时祖攀，王鹤，刘子龙，刘晋沛，张晓宇

太原理工大学，新型传感器与智能控制教育部重点实验室

【摘要】针对高速开关阀先导流量调节的比例阀输出流量波动并受负载压力变化影响的问题，提出一种基于模糊自适应PID的流量控制方法。基于其主阀输出流量与先导流量成线性比例的特性，设计一种两输入三输出的模糊自适应PID控制器，通过输出流量反馈动态调节先导阀占空比，从而实现主阀流量的稳定输出。结果表明：采用所设计的模糊自适应PID控制器，实现了对主阀输出流量波动的抑制，其流量波动抑制35%；可有效抑制负载压力变化对该比例阀主阀输出流量的影响，主阀流量基本不受压差变化的影响；可有效改善高速开关阀先导流量调节的比例阀的流量稳定性与动态性能，满足液压控制技术对数字液压阀输出流量稳定的需求。

电热形状记忆合金驱动磁流变液传动装置转矩分析

陈雨果^１，陈松^１，肖涛^１，

刘雨婷^２，李德智^３

１. 重庆理工大学机械工程学院

２. 重庆机电职业技术大学机械工程学院

３. 重庆中烟工业有限责任公司

【摘要】为了提高磁流变传动装置启动稳定性并减小启动时的冲击，利用电热形状记忆合金弹簧的热敏效应驱动磁流变液，设计一种电热形状记忆合金驱动的磁流变传动装置。分析装置的工作原理，并推导磁流变传动装置的转矩方程和不同工作腔内磁流变液体积变化方程。通过ANSYS软件建立传动装置的二维磁场有限元模型，并进行有限元仿真，得到传动装置的磁感应强度及分布，进而分析传动装置的转矩变化情况。结果表明：当电流为0.25~1.25 A和2~3 A时，磁流变液传递的总转矩只受磁场作用呈线性变化；在电流为1.25~2 A时，传递转矩呈高度非线性变化，增长速度先增大后减小；传动装置转矩随电流增大而增大，电流为3 A时转矩达到最大值22.12 N·m，实现了传动装置低转矩启动后转矩快速增加。

多体柔性输流管的失稳特性研究

吕建行，秦达，王乙坤

湖北文理学院机械工程学院

【摘要】由多段弹性管串联而成的输流管是典型的多体流固耦合系统。基于广义Hamilton原理，推导内流激励下两段串联输流管耦合运动控制方程。利用悬臂梁和简支-自由梁的模态函数对其进行伽辽金离散，分析转动弹簧刚度和管道刚度比对临界流速及失稳阶次随质量比的变化规律。通过对比退化模型与经典模型的失稳特征，验证了理论模型的正确性。结果表明：转动弹簧刚度能显著影响系统失稳的模态阶次，当其增加到一定值时，临界流速趋于恒定值；当两管为柔性连接时，刚度比对临界流速的影响较小，对失稳模态阶次的影响较大；而当两管为硬性连接时，临界流速和失稳特征受刚度比的影响较显著，取较大值时还会使系统经历多次模态转迁并伴随1阶模态屈曲失稳。

油气悬架刚度与阻尼的参数优化

张友杰^１，２，谢方伟^２，王精明^１

１. 滁州学院机械与电气工程学院

２. 中国矿业大学机电工程学院

【摘要】针对油气悬架的参数匹配问题，提出一种将刚度与阻尼分别优化的设计方法。推导油气悬架刚度和阻尼数学模型，结果表明：刚度随着蓄能器初始充气压力与体积乘积的减小以及簧上质量的增加而增大，与油缸结构参数无关；压缩行程和复原行程的阻尼存在不对称性。以蓄能器初始充气参数为目标函数，同时将悬架动、静挠度及蓄能器使用工况等作为约束条件，利用MATLAB的Fmincon算法优化蓄能器初始充气压力、体积和柱塞截面积等参数。最后，基于刚度和阻尼数学模型，在AMESim仿真平台中建立油气悬架整体仿真模型，并运用遗传算法对不同车速下的往复阻尼系数进行优化。优化后悬架动挠度和车轮动载荷均方根值随车速增加，但一直在约束范围内；车身加速度均方根值为0.41~0.63 m/s²，可以满足使用要求；随着车速增加，往复阻尼系数逐渐减小，双向比变化不大，约为1.5。该优化方法可为油气悬架优化设计提供参考。

高空飞行器新型相变散热器传热性能研究

陈韩荫^１，王慧攀^２，田跃^２，郭小军^２

１. 广东新创意科技有限公司

２. 华南理工大学机械与汽车工程学院

【摘要】针对高空飞行器核心控制器件IGBT功耗高，以及在低、中、高空域工作时环境温度变化范围大等带来的控温难题，设计一种新型相变散热器——并联式铝质吹胀型均热板-热管散热器。通过实验研究该散热器在低空域内的传热性能，并采用数值模拟方法分析其在高空域内的控温效果。结果表明：单纯铝质吹胀型均热板在36%充液率时的传热性能最佳，采用流体理论设计出具有高效对流换热性能、上窄下宽的散热翅片，其集成散热翅片后极限传热功率可达170 W，总热阻为0.313 5 ℃/W；在热阻分析法理论指导下，吹胀型均热板焊接两支压扁型铜水热管，形成并联式吹胀型均热板-热管散热器，其极限传热功率则为240 W，总热阻为0.219 6 ℃/W，与单纯铝质吹胀型均热板散热模组相比，极限传热功率提升了41.17%，总热阻降低29.95%；数值模拟结果表明该并联式吹胀型均热板-热管散热器可以应用于飞行器在低、中、高空域的应用场景，满足飞行器全工况作业需求。该研究为高性能高空飞行器的控温难题提供了新型解决方案。

速度对聚氨酯活塞摩擦磨损影响规律试验研究

付媛媛^１，刘兆霞^１，李玉铭^２，

魏梦晓^１，王馨婷^１

１. 山东科技大学能源与矿业工程学院

２. 山东临工工程机械有限公司

【摘要】链式喷浆机是近年来新研发的机械设备，其参数需要不断调整和优化。为探究速度对链式喷浆机中活塞-缸筒摩擦磨损性能的影响规律，模拟喷浆机中活塞-缸筒的实际运行情况，选用聚氨酯材质的活塞和缸筒分别进行空载、装载混凝土物料运行时不同速度下活塞磨损速度测试试验。对试验所得数据进行定量研究与回归分析，获得回归方程，并借助徕卡显微镜对活塞磨损情况进行微观研究，分析活塞表面损伤形貌并揭示损伤规律。结果表明：活塞运行速度分别为0.015、0.025、0.035 m/s，活塞运行行程从162 m增加到486 m时，随着运行速度增加，活塞平均磨损量增幅逐渐越大，符合磨损基本规律；随着运行行程从162 m增加至486 m，不同速度间的平均磨损量差值逐渐增大；缸套内加入混凝土物料会加剧活塞的磨损，随着运行时间和运行速度增加，活塞表面出现大量磨痕和凹槽，大量磨屑进入凹槽中，严重时出现微裂纹，从而导致疲劳磨损和磨粒磨损。

电动静液作动器模糊可靠性预测与分析

侯艳艳^１，李小刚^１，南秦博^２，李哲^１

１. 空军工程大学航空工程学院

２. 空军工程大学教学考评中心

【摘要】电动静液作动器作为多电/全电飞机的核心作动系统，其可靠性直接影响飞机飞行安全。电动静液作动器是一个典型的机电液一体化系统，其失效机制复杂，故障数据不确定，而传统的可靠性预测方法难以精确处理各故障发生的概率。因此，提出一种基于模糊理论的可靠性预测方法，对电动静液作动器系统可靠性进行预测和分析。建立电动静液作动器的可靠性模型，使用三角模糊数表示故障发生概率，应用模糊运算法则和扩展原理进行预测计算，从而获得模糊故障率的隶属函数，并绘制可靠度预测曲线，找出影响系统可靠性的薄弱环节。结果表明：通过对故障率不确定性进行处理，模糊理论方法得到的可靠性预测结果比传统数学模型法更接近实际情况，同时能够提供一定置信度下的可靠性指标，为新型一体化电动静液作动器的研制提供理论支撑。还得出影响电动静液作动器可靠性的薄弱环节为直流无刷电机和定排量柱塞泵。

乳化液泵数字配流阀用开关电磁铁设计与性能分析

张占东^１，陈吉顺^２，姚丽英^１，

赵文超^２，韦春辉^２，赵聪^３

１. 山西大同大学机电工程学院

２. 山西大同大学煤炭工程学院

３. 山西大同大学建筑与测绘工程学院

【摘要】针对高产高效智能化煤矿综采工作面对液压支架大流量供液系统提出的按需供液需求，提出一种乳化液泵数字式流量调控方法，通过开关电磁铁控制进液阀在部分排液行程中的延迟关闭时刻来实现整泵出口流量的按需调节。以BRW125/31.5C型乳化液泵为研究对象，基于乳化液泵属于多柱塞阀配流往复式容积泵的结构特点，得出开关电磁铁在完成数字配流任务过程中开始动作执行时刻的可行区间。以不出现整泵瞬时零流量为约束条件，得出该型号泵进液阀在排液行程中延迟关闭时长所对应的曲轴转角不得超过π/3，并由此得出所提数字流量调控方法对于该型号三柱塞泵而言，可调流量范围为77.9%~100%。针对伴随进液阀在排液行程中延迟关闭而出现的进液阀内流工况，采用CFD方法分析进液阀阀芯所受稳态液动力，并据此计算得出开关电磁铁在执行进液阀数字配流工况时所需推力至少为15 N。最后，完成了开关电磁铁结构设计，并通过Maxwell平台对所提结构设计方案开展动静态特性仿真分析，结果表明：该结构方案的最大推力为40.6 N，响应时间为300 ms，满足数字式配流要求。提出的乳化液泵数字式流量调控方法及其开关电磁铁结构设计方案，将为面向液压支架工艺动作过程的按需供液技术研发与应用示范提供参考。

系统与应用

闭式泵控旋挖钻机主卷扬系统特性

邱铃，耿怀德，潘之杰，郝云晓，权龙

太原理工大学，新型传感器与智能控制教育部和山西省重点实验室

【摘要】针对旋挖钻机主卷扬传统阀控液压系统节流损失大及大量重力势能浪费的问题，提出一种带超级电容储能系统的变转速闭式泵控方案。以某型号650 kN旋挖钻机为研究对象，分析所提系统的工作原理和旋挖钻机主卷扬系统的运行特性，对该系统的主要元件进行参数匹配。为了能在钻杆长度和质量发生变化的情况下回收利用重力势能，设计一种双向DC-DC变换器和超级电容组成的储能系统，并制定相关控制策略和储能系统能量管理策略，建立旋挖钻机的机电液多学科联合仿真模型，对系统的运行特性与能量特性进行研究。结果表明：该系统具有良好的运行特性，钻杆速度和位移在全行程下放和上提过程中跟随性良好，系统整体运行较为平稳；在全行程下放时母线电压维持稳定，重力势能回收效率达到了56.77%；上提时回收的能量通过DC-DC释放至直流母线，重力势能回收利用率达52%；相较于无能量回收泵控卷扬、阀控卷扬系统，该系统可分别节能23.1%和40.1%。

基于深度学习的挖掘机云端工况识别

刘星宇^１，殷晨波^１，杨超^１，

马伟^１，刘效忠^２

１. 南京工业大学车辆与工程机械研究所

２. 三一重机有限公司

【摘要】为了实现挖掘机挖掘-破碎工况的在线精准识别，提升设备运行状态监测的智能化水平，基于企业云平台数据，搭建基于卷积神经网络(CNN)与长短期记忆网络(LSTM)的挖掘-破碎工况识别CNN-LSTM模型。分析挖掘机在挖掘与破碎两类工况下的作业机制差异，量化参数间相似性并筛选关键特征，最终确定发动机转速、挡位、前泵压力和后泵压力4个参数作为输入特征。利用企业多台设备云端连续运行数据作为输入数据集，结合特征分析与深度学习方法，构建CNN-LSTM模型。与其他常用深度学习模型进行多种性能指标的对比分析，进一步探讨不同时间窗、迭代次数及样本量等因素对分类效果的影响，并提出优化策略。最后，基于最优模型搭建工况识别模型并配置于企业云平台。结果表明：优化后的CNN-LSTM模型识别准确率高达99.45%，同时模型在鲁棒性和收敛速度方面均显著优于对比模型。搭建的识别模型已在企业云平台部署并投入使用，有效支撑了设备运行状态监测、云端集中管理与调度决策，为工程机械智能化管理提供了可行方案。

液电混合驱动挖掘机斗杆系统特性研究

王润祥，潘之杰，乔舒斐，权龙

太原理工大学，新型传感器与智能控制教育部重点实验室

【摘要】针对四象限机械臂挖掘机斗杆液压系统节流损失大、重力势能浪费等问题，提出一种以蓄能器为储能元件的液电混合驱动系统。在该系统中，电-机械传动系统无节流损失地控制斗杆运动，液压系统主要克服挖掘阻力并与蓄能器相连，构成储能系统以回收利用重力势能。以某型号60 kN挖掘机为研究对象，建立挖掘机机电液多学科联合仿真模型并进行仿真分析。结果表明：采用所提液电混合驱动系统，挖掘机斗杆可按预期速度运行且超调量小，速度最大超调量仅为12.2 mm/s，具有良好的控制性能；与纯电驱动系统相比，电机峰值功率由4.9 kW下降至2.5 kW，显著降低了电机装机功率；相同工况下，蓄能器回收利用能量7.6 kJ，液电混合驱动系统总能耗为41.2 kJ，较负载敏感系统降低39%，节能效果显著。

船用起重机阻尼式减摆系统动力学分析与试验

张嘉琛，赵明慧，王生海，

韩广冬，邓晨旭，陈海泉

大连海事大学轮机工程学院

【摘要】船用起重机是海上作业不可或缺的设备，由于其作业环境复杂多变，工作时会产生摆动，导致工作效率下降与危险作业等问题。为提高船用起重机在不同工况下作业的工作效率与安全性能，设计一种结构紧凑、控制方便的新型阻尼式机械减摆装置。该装置由静平台、动平台和4个阻尼器组成，并运用改进D-H法与拉格朗日方程，建立“船舶-起重机-吊重”的完整系统动力学模型。在ADAMS软件中对分别安装弹簧阻尼器与采用PID控制的磁流变阻尼器两种方案进行动力学仿真，通过试验设计对关键参数进行寻优。最后，搭建包含六自由度摇摆平台的物理试验台，对动力学模型的准确性与减摆装置的实际性能进行试验验证。结果表明：在模拟四级海况下，与无减摆装置时相比，安装最优刚度（K=55 kN/m）的弹簧阻尼器方案可将吊重面外角摆动幅度减小83.12%，磁流变阻尼器方案的减摆效果高达95.67%，且其速度和加速度变化更平缓，有助于降低设备疲劳损伤；物理试验验证了所建动力学模型的准确性。该研究为机械式减摆装置设计提供了一定思路，并为阻尼式减摆装置的工程应用提供理论支持。

液体加样高精度检测技术

赵鹏，和发展，姚电鹏，杨伟，王超

安图实验仪器（郑州）有限公司

【摘要】为了解决体外诊断设备在通量化实验过程中样本检测系统识别精度低和可靠性差的问题，以微量液体加样的高精度压力检测系统为研究对象，基于边界层理论，在压力梯度沿壁面法向不变且壁面上的压力等于边界层以外主流域的压力条件下，建立压力检测系统数学分析模型，得到影响压力检测精度的影响因子。通过搭建压力检测实验平台，分别对静压孔的结构参数与流体速度进行实验研究，分析其对压力的影响规律。结果表明：影响压力变化的主要因素有静压孔直径、静压孔深度、流体速度以及轴线角度；直径与深度参数改变孔口流阻与内孔涡系结构，流体速度与轴线角度参数改变流体的压力梯度与局部扰动形态，导致压力检测曲线的差异；静压孔对压力检测系统的性能影响比较显著，合理设计静压孔结构能够有效提高系统的响应速度，改善检测系统的精确性与稳定性；采用优化后的检测系统，对于1 μL及以上体积样本，识别率可达到100%（万次测试）。