《机床与液压》2025年第18期导读展会快讯

目次与摘要

2025-18

高端装备与零部件

基于DDPG算法的球关节电机LuGre摩擦模型参数辨识

张勇^１，张倩^１，２，马倩倩^１，李国丽^１，２

１. 安徽大学电气工程与自动化学院

２. 安徽大学工业节电与用电安全安徽省重点实验室

【摘要】新型三自由度球关节电机进行轨迹跟踪控制时因摩擦等非线性扰动可能出现爬坡、抖振等现象。针对此，提出一种基于深度确定性策略梯度（DDPG）算法的球关节电机摩擦模型参数辨识方法，并基于自抗扰控制策略设计补偿环节。针对球关节电机设计转速-摩擦力矩实验。针对LuGre模型参数辨识问题，设计DDPG算法的动作、环境和奖励，辨识球关节电机各自由度LuGre摩擦模型静态参数。对比DDPG参数辨识算法、传统神经网络法和遗传算法的辨识误差。实验结果表明：所提DDPG算法辨识参数更准确。最后，基于LuGre摩擦模型设计自抗扰控制摩擦力矩补偿环节。结果表明：摩擦补偿策略可有效抑制摩擦扰动，提高了系统的跟踪精度。

融合注意力机制的高端制造机床故障知识图谱建模方法

王村松，周彤，薄翠梅，彭浩，张泉灵

南京工业大学智能制造研究院

【摘要】传统高端制造机床的故障诊断依赖于专家经验和规则，然而随着故障形态的复杂化，传统方法的处理效率显著下降。因此，针对更加复杂的故障形态，提出一种融合多头注意力机制的高端制造机床故障知识图谱信息建模方法，并采用自顶向下的方法构建知识图谱，实现数控机床故障的高效率诊断。基于双向变换器模型（BERT）模型改进中文训练的全词掩码预训练模型（RoBERTa-wwm），获取故障描述文本的上下文词向量表征，并采用双向长短期记忆网络（BiLSTM）捕捉长距离序列信息。然后，提出一种融合多头注意力机制，用于准确捕捉实体之间的复杂关系和上下文信息，并采用条件随机场（CRF）层优化实体边界的标注。最后，基于故障文本的知识抽取的三元组构建知识图谱，利用Neo4j图数据库存储实现图谱可视化，设计基于知识图谱的故障问答系统。基于某航空制造企业叶轮产线历年故障维修数据进行实验验证，结果表明：所提方法的准确率、召回率、综合指标 F1 值均最佳，验证了该模型在识别高端制造机床领域故障实体的有效性。

考虑润滑与涂层影响的齿面接触法向刚度分形模型

王雪，刘晓鑫，马俐

东北大学机械工程与自动化学院

【摘要】考虑润滑作用，建立包含固体刚度与液体刚度的齿面接触法向刚度模型。基于Hertz接触理论和分形理论，考虑微凸体弹塑性变形在内的4种变形机制，并引入齿面接触系数，建立齿面接触的法向固体刚度。利用固体接触载荷与刚度，求解液体接触油膜厚度，再通过超声波反射系数，建立包含微观分形形貌参数的润滑液体刚度模型。仿真分析润滑以及微观形貌参数对齿面法向接触刚度的影响，并通过4组包含涂层与未涂层齿轮试件的表面粗糙度获取接触面的微观分形参数，进而求解齿面法向接触刚度，分析涂层对齿轮承载性能的影响。最后将该模型与其他两个模型进行仿真对比，验证该模型的合理性。结果表明：有润滑作用和涂层技术的齿面法向刚度有明显提升，且齿面法向刚度随着分形维数、材料特性参数的增大而增大，随着分形尺度参数的增大而减小；所建立的模型与其他两个模型变化趋势与数量级一致，验证了模型的合理性,且所建模型考虑了润滑与弹塑性变形的作用，比其他模型更完整。

基于动力学分析的滚珠丝杠副工况参数优化

王晓强，王彪，田英健，谭奥，刘梦豪

河南科技大学机电工程学院

【摘要】为提高滚珠丝杠副传动的数控机床定位精度，基于Hertz接触理论和牛顿第二定律，建立滚珠丝杠副动力学理论模型，利用Adams进行滚珠丝杠副动力学仿真分析，研究不同转速和轴向载荷对滚珠丝杠副的影响。结果表明：随着滚珠丝杠副转速增加，滚珠与螺母滚道间接触力增大，滚珠的振动幅值增大；随着轴向载荷增加，滚珠振动幅值降低，且轴向载荷和滚珠与螺母滚道间的接触力无明显关系。根据上述动力学分析结果，设计正交试验，基于试验结果，构建接触力峰值和动态特性均值二阶响应曲面预测模型，并通过显著性分析验证模型的可行性。利用响应变量优化器对滚珠丝杠副工况参数进行双目标优化，通过定位精度测量试验验证结果的可靠性。结果表明：最优工况参数为转速600 r/min、轴向载荷500 N。优化预测值与仿真值误差均小于5%，优化后定位精度高达2.7 μm，验证了滚珠丝杠副优化后工况参数的可行性。

基于局部-全局动态图神经网络的机械设备剩余使用寿命预测

邓立伟^１，２，刘继新^１，２，邓兴超^１，

曹月^２，刘美^２，宋执环^２

１. 吉林化工大学信息与控制工程学院

２. 广东石油化工学院自动化学院

【摘要】目前，通过相似度和先验知识等方法构建的图关系通常是静态的，无法有效捕获随时间变化的动态信息，而且多数方法仅考虑局部信息，忽略了长时间的特征提取。为提升机械设备剩余使用寿命（RUL）预测精度，提出一种局部-全局动态图神经网络（LGDGNN），由门控循环单元（GRU）和动态图卷积（DGC）组成局部通道，由多头注意力和图注意力网络（GAT）组成全局通道，自适应学习序列的时间特征和传感器间的空间特征，克服单一模型的局限性。设计动态图生成方法，基于节点嵌入和时间位置编码动态构建邻接矩阵，增强对传感器动态关系的学习能力。在CMAPSS数据集上进行验证，将LGDGNN算法与12种算法的预测性能进行对比，采用均方差误差RMSE和评分函数Score评估模型性能。结果表明：LGDGNN模型的预测值在实际RUL附近波动；在FD001和FD003上，LGDGNN的RMSE和Score与最佳模型相近；在较复杂的数据子集FD002与FD004上，和最佳模型相比，其RMSE分别降低了3.6%和5.2%，Score分别降低了4.7%和17.8%，验证了该方法的有效性。

考虑三维裂纹前缘奇异性影响下的拉杆组合转子系统应力重组分布特性研究

王南山，赵嘉辉，王向东，李勋荣，张学良

太原科技大学机械工程学院

【摘要】拉杆组合转子系统是燃气轮机及航空发动机的关键动力组成部分，实际运行中常因复杂交变载荷、界面微动、局部应力集中等因素诱发裂纹故障，对机组的稳定运行构成安全隐患。针对现有研究未能充分反映裂纹前缘奇异性及其影响的问题，基于断裂力学理论，采用有限元方法，以三维等参奇异单元表征裂纹前缘奇异性，分别建立反映裂纹前缘奇异性的盘根及轮盘裂纹故障的拉杆转子有限元模型，分析三维裂纹前缘奇异性对组合转子系统主要界面及系统应力重组分布的影响规律，同时探究不同位置裂纹前缘奇异效应的敏感性差异。结果表明：考虑或忽略裂纹前缘奇异性均会导致系统主要界面及系统应力分布发生重组，但考虑转子系统三维裂纹前缘的奇异性时，裂纹前缘附近应力集中效应更突出且其应力略有提升；对于盘根及轮盘两不同位置的裂纹，轮盘裂纹前缘奇异性对系统主要界面及整体应力影响差异敏感性更明显。

基于扩展元结构的床身结构优化设计

李有堂，候宗仁

兰州理工大学机电工程学院

【摘要】床身作为机床的重要支撑件，其静、动态性能直接影响机床的加工精度与稳定性。为提高某立式加工中心床身的抗振特性，基于元结构理论，对元结构的扩展形式进行优化分析，基于此，提出一种设计床身结构的方法。结合床身内部结构特点提取元结构并进行优化分析，进一步优化扩展形式的元结构，确定具有更优传力性能的出砂孔形状；对上述两种方案的关键出砂孔尺寸进行多目标参数优化，将优化参数应用于床身进行结构设计与性能对比，证明扩展元结构法对于提升床身性能的优越性。结果表明：元结构法的优化参数改善了床身的静动态性能，但改善幅度不大；扩展元结构法的优化参数使得床身最大静变形的减小量与基频的提升量均大于元结构法，且在谐响应分析中， X、Y、Z方向上的波峰位置与幅值均发生不同程度的后移与下降，显著改善了床身的静动态性能。

热激励对方形气浮轴承三维微振动的影响

雷美荣^１，柴辉^２，胡丹^３，

刘春生^２，卞美卉^２，李军^２

１. 山西大同大学机电工程学院

２. 中国北方车辆研究所

３. 军事科学院战争研究院

【摘要】为提高空气静压导轨在不同温度条件下的运行稳定性，基于气体润滑理论、稀薄气体与理想气体理论建立方形气浮轴承内部气膜流体动力学模型，利用ANSYS软件对轴承系统进行气固热耦合分析。利用LMS动态监测仪，揭示不同方向及温度条件下气浮轴承与气膜的局部变形对气腔内气旋、微振动强度的影响规律。结果表明：气膜内气体的流动特性和压力分布对温度变化表现出高度敏感性，且气膜压力呈现周期性的波动，这表明主气旋的动态行为是引发轴承微振动的主要原因。在热激励影响下，气腔内的涡旋在低温条件下移动最快，波动幅值最大；随着环境温度的升高，气膜内气旋的移动速度与气腔压力的变化幅度减小；方形气浮轴承在 z 方向的微振动幅值显著高于 x、y 方向， x、y方向的微振动幅值相差不大。在高精度设备的应用中，需根据气浮轴承的工作方向制定相应的精度标准，并根据环境条件合理调整气膜厚度，以有效抑制自激微振动的影响。

PM/MRF变刚度驱动关节设计与研究

吴向凡^１，付拯^２，田祖织^{２，３} ，

郭阳阳^２，黄咸康^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】为了提高机器人的柔顺性和使用安全性，综合利用永磁体（PM）、励磁线圈和磁流变液（MRF）特性，设计一种具备变刚度驱动、变刚度制动和失电制动功能的PM/MRF变刚度驱动关节。对PM/MRF变刚度模块进行电磁场仿真分析，得到不同工作模式下变刚度模块的磁感应强度分布特性，并分析励磁线圈电流对变刚度模块磁感应强度分布的影响规律。最后，设计并搭建实验系统，对PM/MRF变刚度驱动关节开展驱动与制动特性实验。结果表明：磁感应强度特性与电磁场仿真结果相符；驱动转矩和制动转矩与线圈电流呈近似线性关系，能够实现主动变刚度驱动、主动变刚度制动和失电制动；3种工作模式转矩基本达到设计要求，且具备良好的稳定性。

偏斜分析优化SNN-LSTM算法在数控机床主轴误差预测中的应用

王舒玮

山西大同大学机电工程学院

【摘要】在数控机床加工过程中，主轴未诊出早期故障很容易影响制造精度。为了及时规避因主轴状态不佳而导致的大批量工件报废的质量事故，建立数控机床主轴振动信号数据库；将脉冲神经网络与长短期记忆神经网络融合，构建混合孪生网络架构；利用偏斜分析对振动信号进行数据优化；针对直线插补和圆弧插补路径出现的误差波动状态进行研究；对加工时振动造成的误差波动进行预测。结果表明：与单一LSTM算法、GWO-LSTM算法、GA-LSTM算法模型进行对比，SNN-LSTM可以提高误差预测的准确性，实际误差波动更趋于预测波动状态，直线插补路径的均方根误差从7.213%减少至0.248%，圆弧插补路径的均方根误差从8.655%减少至0.585%。SNN-LSTM是一种鲁棒性较好、精度较高的误差预测模型。

数控机床直线轴定位误差多项式拟合与实时补偿

施庆华^１，南朋涛^１，朱升硕^１，

马宏宇^２，卢宥嘉^２，浦宏毅^１

１. 中国机械总院集团云南分院有限公司

２. 昆明理工大学机电工程学院

【摘要】数控机床直线轴定位精度是数控机床几何精度的重要组成部分。针对龙门加工中心JR2203Q的定位误差实时补偿进行研究，采用高精度XM-60多光束激光干涉仪测量 X 轴、 Y 轴、 Z 轴的定位误差，通过五阶多项式拟合构建定位误差补偿模型，通过外置上位机与西门子828D数控系统通信，实时计算并补偿误差。将所开发的定位误差补偿上位机部署在JR2203Q龙门加工中心上，对 X 轴、 Y 轴、 Z 轴3个直线轴的定位误差补偿效果进行验证。结果表明： X 轴、 Y 轴、 Z 轴3个直线进给轴的定位误差补偿比达到87.53%、85.39%和85.90%，显著提升了数控机床的定位精度，验证了该方法能够实现对数控机床定位误差的实时补偿，取得了较好的补偿效果。

智能制造与控制技术

热源和冷源辅助切削方法及其作用机制研究进展

崔豪，周滔，杜飞龙，张程，田鹏飞，何林

贵州大学机械工程学院

【摘要】通过在切削加工区域引入外部热源或冷源以主动调节切削变形区温度，能够显著改善高强度合金、玻璃及陶瓷等硬脆性材料的可加工性。然而，现有关于热源和冷源的技术实现方法及其核心作用机制的研究尚缺乏系统性的总结与深入探讨。为此，对外部热场、直接冷却、间接冷却、直接/间接混合冷却以及热-冷源混合辅助加工方法及其工艺特点进行系统综述，从降低切削力、减少切削温度、提升工件表面质量及延缓刀具磨损等方面，详细总结了热源与冷源辅助加工技术对材料可加工性的影响及作用机制。直接冷却辅助加工技术的核心作用机制在于强化热传递过程，间接冷却辅助加工技术的主要作用机制是减小摩擦磨损，而直接/间接混合冷却辅助加工技术中的热传递效率增强和摩擦磨损降低具有协同叠加的作用效果。提出未来热-冷源辅助加工技术的发展方向及潜在的突破路径，为进一步推进热、冷源辅助加工理论和技术的创新和发展提供参考。

基于STM32的高速开关阀数字控制器设计

张惊蛰，赵久瑶，魏列江，师成成，苟想想

兰州理工大学能源与动力工程学院

【摘要】针对高速开关阀大功率、高频响的应用需求，基于STM32单片机设计一款高频响可编程数字控制器，通过CAN总线与主控制器进行数据交互。详细介绍数字控制器中的关键电路高速开关阀驱动电路和LVDT调制解调电路的设计过程。同时介绍控制器软件设计，形成电流和位置双闭环控制，提高高速开关阀主阀芯的位移控制精度和动态响应能力。为了验证控制器的性能，搭建实验平台，对高速开关阀数字控制器进行测试。结果表明：在PWM频率100 Hz、占空比50%、信号幅值24 V的条件下，电流阶跃响应的上升时间约为1.93 ms，下降时间约为1.09 ms，驱动电路的特性良好，满足应用需求；设计的LVDT调制解调电路可实现LVDT传感器位移信号的测量，误差在2%内，线性度良好。该控制器集通信、采集和驱动为一体，并具有较小的尺寸结构，为电液阀数字控制器的设计提供了参考。

基于PSO-ACO的刀具路径优化在加工长工件热变形控制中的研究

任重义，刘继宁

宁夏大学机械工程学院

【摘要】在超长工作台数控机床加工横梁过程中，切削热累积导致的长工件热变形显著影响加工精度。针对该问题，提出一种基于PSO-ACO混合算法的刀具路径优化方法，以降低加工过程中的热输入与控制热误差。对比所提方法与传统方法、蚁群优化方法、粒子群优化方法、遗传优化方法的刀具路径，结果表明：PSO-ACO方法优化路径的波动小，显著优于其他优化方法；与传统刀具加工路径相比，经PSO-ACO方法优化后总加工路径长度和平均加工时间均缩短25%。基于此，建立传统加工路径和PSO-ACO方法优化路径对工件温度的影响模型，采用有限元仿真对比二者对长工件热变形的影响。结果表明：与传统刀具加工路径相比，经PSO-ACO方法优化后，工件总体温升降低约100 ℃，工件变形从1.660 mm降低至0.907 mm，且最大应力降低至屈服强度以下。最后通过加工实验验证了PSO-ACO优化刀具路径在维持刀具稳定性的同时，显著降低了加工过程中的几何误差，证明了所提方法的有效性与可行性。

基于改进蝴蝶算法的排气压力自抗扰控制参数优化

张丰麟^１，张松^２，白克强^１，陈华^２

１. 西南科技大学信息与控制工程学院

２. 中国航空发动机集团有限公司四川燃气涡轮研究院

【摘要】用飞行环境模拟排气系统开展发动机过渡态试验时存在强非线性、气流扰动大和强噪声干扰。针对此问题，为了保证飞行环境模拟排气系统压力跟踪控制的精度，对蝴蝶优化算法进行改进，利用改进的BOA对自抗扰控制器（ADRC）的参数进行整定，提出一种改进BOA-ADRC方法。引入惯性权重系数，其值可根据蝴蝶香味浓度动态调整，使蝴蝶根据距离最优解的远近来动态调整搜索步长，以提高算法的自适应能力；并将算法中的幂指数系数由固定值调整为非线性递增，以此平衡算法全局和局部搜索能力。将改进BOA-ADRC算法与PID控制算法、线性ADRC以及BOA算法在无噪声以及强噪声环境下的仿真结果进行对比，以验证所提方法的可行性。结果表明：在无噪声环境下，改进BOA-ADRC算法的最大误差和平均误差在4种方法中最小，分别为0.64 kPa和0.071 kPa，具有收敛速度快、跟踪误差小等优势，即使在强噪声环境下，也可有效提升系统的稳定性和抗干扰能力。

基于非因果稳定反演迭代学习控制的轨迹跟踪控制方法

梅雪川^１，２，王宇林^１，３，刘焕牢^１，３，

叶敏^２，崔贵华^２，申淑丽^２，高喜涛^２

１. 广东海洋大学机械工程学院

２. 国机智能科技有限公司

３. 广东省小家电创新设计及制造工程技术研究中心

【摘要】为了解决高速高精度运动控制系统中由非最小相位（NMP）零点导致的控制信号发散和跟踪精度受限问题，提出一种基于非因果稳定反演的迭代学习控制（ILC）方法。利用时域稳定反演技术，通过将不稳定部分视为非因果操作，并结合无限预览信息生成控制输入，实现对非最小相位系统的精确反演。将这一策略与ILC结合，并在具有非最小相位零点的数控机床X轴上进行双轴圆形轨迹跟踪实验。结果表明：相较于传统方法，文中方法在3次迭代内便实现快速收敛，并在10次迭代后将跟踪误差的均方根值（RMSE）降低至亚微米级别。球杆仪测试结果也进一步证实了该方法能显著提升数控机床的轮廓圆度精度。该研究为高精度轨迹跟踪控制的发展提供了有效的解决方案。

基于数字孪生的刀具磨损检测方法

周紫璇^１，朱传军^１，付强^１，张超勇^２

１. 湖北工业大学机械工程学院

２. 华中科技大学机械科学与工程学院

【摘要】针对机床加工产生的刀具磨损、加工过程监控可视化弱等问题，提出一种数字孪生和深度学习融合的刀具磨损检测方法。基于数字孪生技术建立数控机床的数字孪生体，完成物理体和数字孪生体的映射，实现加工过程中的信息可视化。基于VGG16-UNet模型，可以实现高效、可靠、自动化的刀具磨损检测和识别。通过铣削加工实验，获取铣刀各种磨损状态实验样本数据，并进行相关预处理，对该方法进行验证。实验结果表明：VGG16-UNet模型对刀具磨损检测的准确率超过97%，能够准确识别铣刀磨损区域轮廓，得到更精确的刀具磨损量。所构建的数字孪生体使加工过程更直观，实现了刀具磨损在线检测。

管翅式换热器机械胀接成形工艺仿真分析

刘汝江^１，李笑^１，龙晓斌^２，

谭国宏^１，高梓钦^１

１. 广东工业大学机电工程学院

２. 奥美森智能装备股份有限公司

【摘要】针对管翅式换热器机械胀接成形后换热管出现轴向收缩和管端面不平问题，提出一种新的强制胀管工艺。建立强制胀管和压胀胀管工艺有限元模型，仿真分析两种工艺下胀接过程中换热管和翅片的应力和变形、驱动力变化及胀接后管翅之间接触间隙与残余接触压力分布。结果表明：在两种工艺下，换热管的等效应力远大于材料屈服强度，换热管发生塑性变形。在强制胀管工艺下，翅片变形量为0.273 49 mm，胀接后管翅之间的最大间隙为0.003 3 mm，换热管总减薄率6.66%；在压胀胀管工艺下，翅片变形量为0.423 3 mm，最大间隙为0.005 8 mm，换热管总减薄率3.29%。相比压胀胀管工艺，强制胀管工艺的胀接过程换热管无收缩、受力比压胀胀管均匀、胀接后翅片倾斜量小、管翅之间间隙小、换热管壁厚减薄率大，可为提高管翅式换热器机械胀接成形质量提供技术指导。

基于注意力机制改进的KAN-AM-LSTM刀具磨损预测

张合鹏，黄民，孙巍伟，赵文博

北京信息科技大学机电工程学院

【摘要】现有刀具磨损预测方法在捕捉时间序列中的复杂关系和非线性模式方面存在不足，导致预测精度不高。针对此问题，提出一种基于注意力改进的KAN和长短期记忆网络 (LSTM)相结合的刀具状态预测模型。对传感器力信号、加速度振动信号和声发射信号进行预处理。使用Spearman相关系数在时域、频域和时频域进行特征寻优。最后，基于注意力机制赋予不同的输入影响权重，利用改进KAN-LSTM模型处理复杂的非线性关系和时间序列依赖性，增强模型对时间序列全局信息的感知能力，提高加工过程中刀具磨损的预测效果。结果表明：在PHM2010数据集c1、c4、c6上，所提模型KAN-AM-LSTM均方根误差（RMSE）分别为1.74、1.57、1.64，相比LSTM降低了约54%、56%、55%，相比KAN-LSTM降低了约44%、51%、19%。KAN-AM-LSTM模型的刀具磨损预测精度显著提升，为刀具磨损预测提供了可靠技术方案。

多柱塞阀配流乳化液泵数字式流量调控机制研究

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】针对工程实践对乳化液泵以及多泵并联泵站系统提出的按需供液这一技术需求，以BRW125/31.5C型乳化液泵为研究对象，详细介绍其配流原理以及以此为基础的数字式流量调控方法，对该泵的瞬时排出流量进行量纲一化处理，基于此得到数字式配流的流量公式及整泵出口的流量脉动率公式，并以出口额定流量的95%为按需供液的目标进行理论与仿真分析。结果表明：数字式配流的执行机构动磁式电磁铁的动作区间为0~π/3；数字式配流对整泵出口流量的调控区间为原流量的77.9%~100%，对于工程实践提出的更大范围的流量调控需求，可通过结合文中所提数字式流量调控方法与基于变频技术的传统方法实现；当整泵出口流量在数字式配流的调控区间内需达到某一目标流量时，动磁式电磁铁动作数量越多，动作角度越小，整泵出口的流量脉动率越小。

液压基础件

某型加力燃油调节器的计量模块动态特性研究

郭再林^１，刘伟嵬^１，祁俊征^１，

王洋^２，张海星^２

１. 大连理工大学机械工程学院

２. 中国航发贵州红林航空动力控制科技有限公司

【摘要】某型加力燃油调节器在流量测试中出现流量波动较大的问题。针对此，从计量模块的工作机制与结构特性出发，建立计量模块的数学模型和动力学仿真模型，结合流量测试结果验证两模型的正确性。通过探究计量开度和计前油压对主要参数的影响，仿真分析计量模块的时域特性和动态特性。结果表明：压差活门是抑制流量波动的主要元件，且流量波动主要受计前油压变化的影响。基于此，对数学模型进行线性化求解，利用传递函数分析计量模块的稳定性和影响流量波动的参数，并以影响参数为变量，在状态空间方程中引入干扰，观测影响因素的改变对抗干扰能力的提升效果。结果表明：适当减小压差活门弹簧刚度和压差活门弹簧腔受力面积，增加某节流口的过流面积、压差活门质量和压差活门阻尼系数，可提高计量模块的抗干扰能力，且将流量波动由最高的±7.68%降低到±3.39%。

龙门架式力矩马达偏转射流伺服阀前置级流场特性研究

张鑫宇^１，蒋承忠^２，黄健康^２，

王朝玖^２，董越^１，朱玉川^１

１. 南京航空航天大学机电学院

２. 中国航发贵州红林航空动力控制科技有限公司

【摘要】龙门架式力矩马达偏转射流电液伺服阀衔铁组件谐振时容易引起偏转板-反馈杆的断裂，严重影响飞机液压伺服系统的稳定性。衔铁组件受到前置级瞬态液动力的作用，容易导致衔铁组件谐振产生高频噪声。针对该问题，以龙门架式力矩马达偏转射流伺服阀为研究对象，通过流场仿真揭示前置级流场气穴和漩涡的分布情况，分析前置级流场漩涡的周期性变化，研究偏转板全部受力面的 X 方向瞬态液动力的幅值和频率；通过模态分析得到衔铁组件的固有频率；通过啸叫噪声频率测量伺服阀啸叫频率。结果表明：当入口压力为8 MPa、出口压力为1.1 MPa时，流场内的气穴现象不明显，气穴不是造成瞬态液动力的主要原因；偏转板 X 方向的瞬态液动力需要同时考虑偏转板V形槽面和两侧壁面，瞬态液动力频率为3 100 Hz；伺服阀前置级漩涡频率与瞬态液动力频率基本相同，说明漩涡的周期性变化引起了前置级瞬态液动力的周期性变化；伺服阀啸叫频率为3 504 Hz，衔铁组件第4阶模态频率为3 409 Hz，伺服阀在衔铁组件第4阶固有频率处谐振。因此，龙门架式力矩马达偏转射流伺服阀啸叫机制如下：前置级流场在V形槽内和偏转板两侧出现周期性漩涡，引起液动力周期性变化，当瞬态液动力频率与衔铁组件固有频率相近时，衔铁组件发生谐振，导致伺服阀啸叫。

基于室内实验与CFD的全金属螺杆泵工作特性及间隙优化研究

马斌^１，２，王伟^２，范高飞^２，

张明^２，李南星^２，齐韦林^２，张慢来^１，３

１. 长江大学，ＣＮＰＣ气举试验基地多相流研究室

２. 吐哈油田工程技术研究院

３. 长江大学机械工程学院

【摘要】全金属螺杆泵存在间隙设计的矛盾：大间隙导致漏失增加、效率降低，小间隙则易于引发定转子磨损，影响举升寿命和效率。为此，明确各因素对螺杆泵举升性能的影响，优化配合间隙及转速对于推动全金属螺杆泵的应用尤为重要。为了解决此问题，通过锥形全金属螺杆泵实验数据验证全金属螺杆泵CFD数值模拟的可行性。然后利用数值模拟方法分析小间隙锥形螺杆泵的流场特征及泄漏规律，并考虑压差、黏度、间隙对螺杆泵举升情况的影响，以高泵效为目标，得到不同黏度下最优定转子间隙。结果表明：在压差作用下，流体由高压区向低压区泄漏，在相邻腔室密封线处尤为显著;当流体黏度低于50 mPa·s时，定转子间隙应小于0.003 6 mm，当流体黏度大于50 mPa·s，应尽量取间隙为0.004 5 mm的全金属螺杆泵;当运输高黏液体时，可通过增大定转子间隙来提升泵效。

三位四通电磁换向阀压力损失仿真与试验研究

吴崧瑞^１，２，袁显举^１，２，

吴明辉^１，２，尹铁军^２

１. 湖北汽车工业学院汽车工程学院

２. 湖南凯恩利液压机械制造有限公司

【摘要】电磁换向阀作为液压系统中的重要控制元件，其压力损失等流态特性显著影响液压系统的效率和稳定性。为了研究压力损失产生的位置以及不同工况条件对压力损失的影响，建立实际工程应用的三位四通电磁换向阀的三维模型；利用Fluent仿真软件对阀体模型内部的流场分布情况进行详细分析；以开度、流量为仿真变量，统计多组仿真结果并使用MATLAB软件对仿真数据进行拟合，构建开度-流量-压损之间关系的插值公式。结果表明：油液流经阀体的压损集中在从进油口P到出油口T的沿途流道收缩、弯折、拐角和狭窄开口处；阀口开度-流量-压损之间为非线性关系，选取合适的开度范围能够有效避免不必要的压力损失，提高系统的工作效率和稳定性。仿真与试验之间的相对误差与平均误差均小于12%，验证了仿真模型的准确性和可靠性，为后续模拟不同工况下阀体工作情况及预测压力损失提供了实践基础。

适用于高动态离心场下的液压缸静力平衡及位移定中方法

朱志洁，王军评，严侠，王宇飞，毛勇建

中国工程物理研究院总体工程研究所

【摘要】为解决高动态离心场下的液压作动器定中问题，简要介绍动态离心-振动复合系统，简述宽频激振组件的组成以及相关组成结构的设计方法，设计“缸中缸”定中系统。利用给定位移信号与实测加速度对力反馈进行补偿，通过补偿后的驱动信号控制伺服阀，进而克服离心力导致的位置偏差。利用双支撑腔压力补偿控制技术，通过实测压力补偿上、下支撑腔压力。最后，通过闭环控制解决了作动器支撑力的平衡问题。提出动态作动缸和内嵌定中缸的设计方法。根据激振系统特点设计了具有定中控制、状态检测等功能的定中程序。测试结果表明：激振装置台面始终保持在“零位”附近，位移幅值在±0.5 mm以内，实际压力与给定压力几乎一致，跟随效果较好，验证了该系统具有较好的定中控制能力。

系统与应用

开/闭式泵控非对称缸系统能效特性对比研究

杨雪鹏，孙斌，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】对当前闭式泵控非对称缸系统与开式进出口独立负载敏感阀控非对称缸系统在四象限工况下的能效特性进行比较分析。介绍两系统在四象限工况下的工作原理，对其进行理论分析，并利用AMESim软件搭建两系统的仿真模型，比较不同速度和负载对两系统的影响。仿真结果表明：阻抗工况下，相比闭式泵控系统，负载敏感系统液压缸的功率波动更显著；两系统第Ⅰ象限的能量利用率高于第Ⅲ象限，闭式系统第Ⅱ象限的发电能量高于第Ⅳ象限，且随着负载的增大，二者越来越接近；第Ⅰ/Ⅲ象限负载敏感系统比闭式系统分别多消耗41.65%、18.12%的能量，损失的能量分别为闭式系统的2.2倍、1.35倍，第Ⅱ/Ⅳ象限负载敏感系统不输出能量，闭式系统提供补油能量。将两系统应用于实际60 kN挖掘机斗杆液压缸控制，在空载工况下，进出口独立负载敏感系统比闭式系统多消耗22.12%的能量。负载敏感系统相较于闭式泵控系统能效利用率在不同象限均低于闭式泵控系统。

基于强化学习的动力电池柔性拆解调度方法

孔贝贝^１，鄢威^１，阮兵^２，

田芮利^２，胡溧^１，江志刚^３

１. 武汉科技大学汽车与交通工程学院

２. 中国汽车工业工程有限公司

３. 武汉科技大学机械传动与制造工程湖北省重点实验室

【摘要】针对动态多变生产环境导致的动力电池柔性拆解难题，提出一种基于强化学习的废旧动力电池拆解柔性车间调度方法。分析拆解序列和拆解深度对调度的影响，构建以最小化最大完工时间为目标的柔性拆解线调度模型。引入强化学习的思想，将问题转化为马尔可夫决策过程（MDP），并采用基于策略梯度的演员-评论家的PPO算法进行求解。最后，设计3种典型的拆解场景（8×8、15×10和15×15的工件与设备组合），模拟不同电池特性和拆解工艺的操作实例。将PPO算法所得的完工时间与遗传算法、粒子群算法等常见算法进行比较。结果表明：所提方法在求解质量上明显优于传统算法，有效提高了完工时间的预测精度和调度效率，验证了其在废旧动力电池拆解调度中的有效性和优越性。

双体铰接式履带车辆液压转向系统设计及性能研究

穆绍猛^１，刘志奇^１，高山铁^２，墨海波^１，３，

姜稳稳^１，杜锐^１，贺志伟^１，贾鹏飞^１

１. 太原科技大学机械工程学院

２. 贵州詹阳动力重工有限公司

３. 山西工程科技职业大学机械工程学院

【摘要】为解决双体铰接式履带车辆转向时因双缸伸缩协调不均而产生的转向不稳定问题，设计一种通过闭环控制双缸协调同步的液压转向系统，以达到减小伸缩量误差、保证车辆转向稳定的目的。建立包含转向液压缸、液压泵、比例换向阀等的数学模型，作为双缸协调控制的理论支撑；搭建液压转向系统AMESim仿真模型，通过控制转向油缸的协同伸缩，实现车辆平稳精准的转向过程；最后，基于RecurDyn虚拟样机技术进行联合仿真，分析车辆转向的工作性能。仿真结果表明：所建立的理论模型准确可靠，车辆能够完成极端工况下的转向过程且双缸伸缩误差不超过0.93%，能够实现不同转向角度下转向半径的精确控制，直径误差不超过0.81%。此外，当车辆转向时，适度降低车速能够显著提升转向过程中的横向稳定性。

基于Stacking模型融合的分布式液压系统故障诊断

潘厚翔^１，２，田野^２，３

１. 长春理工大学中山研究院

２. 长春理工大学计算机科学技术学院

３. 长春理工大学人工智能学院

【摘要】传统算术平均法对数据进行处理后，深度学习能够高精度地诊断单一故障；然而，其在液压系统复合故障诊断方面的表现较差。针对此，提出一种通过Stacking技术将随机森林(RF)与线性判别分析(LDA)相结合的集成模型。该模型的核心效果主要由随机森林提供，而线性判别分析发挥辅助作用。将两者的软投票结果通过岭回归算法(Ridge)进行融合，以提升故障诊断的准确性和泛化能力。结果表明：使用Ridge作为元学习器可以有效提升随机森林的性能;当随机森林子树数量较多时，引入单一LDA算法没有明显的提升效果，但可通过设置权重来进一步提升模型性能;与现有文献准确率进行对比，使用LDA-RF算法的优势有：该集成模型的解释性比深度学习更强,计算量低、对缺失值不敏感,调整的参数较少。因此，LDA-RF算法具有较好的诊断性能。

融合神经网络与支持向量机的桥式起重机服役能耗时序预测研究

戚其松^１，郭志恒^１，刘文明^２，赵忠祥^１

１. 太原科技大学机械工程学院

２. 河南东起机械有限公司

【摘要】桥式起重机作为工业领域核心装备，准确预测其在复杂多维吊装-运输作业中的全时域服役能耗，是实现设备节能运行与生命周期能源优化的关键技术问题，而当前单一预测模型难以兼顾时序动态性与复杂运动适应性，导致能耗评价精度不足。为突破上述技术难题，开展基于起重机-货物空间运移特性的服役能耗时序预测研究。以起重机起升、小车运行、大车运行三大机构驱动电机为研究对象，设计不同运动参量下的电机能耗实验并获取基础数据，基于电机耗能原理与能耗累计原则构建基于神经网络的能耗预测模型，进一步融合回归型支持向量机（SVR）提升模型对时序数据的处理能力与预测精度，探索时序状态下驱动电机能耗的瞬态量化原则。通过实验详细分析起重机吊装过程中各电机功率因数的分布规律和动态特性，以深入了解起重机实际运行过程中的能耗动态特性。对比预测结果与实际测量数据可知：文中提出的基于神经网络和SVR的能耗预测方法能够为后续起重机能耗评价提供参考。

倾转旋翼飞行器/舰船耦合流场数值计算研究

梁洪瑜^１，李正阳^１，苏析超^２，黄斌^３

１. 海军装备部

２. 海军航空大学

３. 中国船舶及海洋工程设计研究院

【摘要】美国V22鱼鹰倾转旋翼类飞行器在美国黄蜂级两栖攻击舰上悬停时，舰面不对称流动会对其产生影响。针对此开展倾转旋翼飞行器/两栖攻击舰耦合流场数值计算研究。采用URANS方法求解非定常可压N-S方程，并采用滑移网格方法实现旋翼的旋转运动，通过在滑移界面上进行交换信息，实现网格间的通量计算。通过对比分析V22鱼鹰在舰面甲板不同横向位置下的耦合流场与旋翼气动力，发现V22鱼鹰一侧旋翼在舷外(模型B)时，其气动力特性略优于两侧旋翼均在舷内(模型A)的情况。这表明V22鱼鹰倾转旋翼类飞行器在舰面起降时，上层建筑尾流的影响大于地面效应对于旋翼的影响。在0°风向角，两种起降位置均出现了右侧旋翼拉力大于左侧旋翼拉力的情况，且模型B的起降位置优于模型A。在30°风向角，模型A左侧旋翼拉力大于右侧旋翼拉力；而模型B左右侧拉力相当，且略大于模型A的拉力。

工件质量及放置位置对进给系统跟踪误差影响规律研究

冯裕海^１，苏芳^２，秦森豪^１，王晨升^２

１. 山西大同大学煤炭工程学院

２. 山西大同大学机电工程学院

【摘要】加工过程中进给系统的动态特性会显著影响机床整体的加工精度与稳定性。为探究工件质量及放置位置对进给系统跟踪误差的影响规律，基于Simulink和Simscape构建滚珠丝杠进给系统机电刚柔耦合动力学模型；通过对比特征轨迹验证模型的有效性；最后，通过改变工件质量和放置位置开展跟踪误差变化规律研究。结果显示：加工过程中工件质量及其放置位置的改变使得进给系统实时跟踪误差变化，工件质量 mw 增大，跟踪误差的振动幅值增大；工件中间放置时的跟踪误差峰值最小，直线指令、斜坡指令、正弦指令轨迹的跟踪误差峰值分别为2.832 60×10^-3、1.410 53×10^-3、1.328 68×10^-3m。因此对于加工精度要求较高的零部件，应综合考量其质量与放置位置，以提高加工精度与稳定性。