《机床与液压》2025年第22期导读展会快讯

目次与摘要

2025-22

高端装备与零部件

周期螺距误差影响下液体静压丝杠副空化及承载特性分析

于滋谦^{１，２，３} ，潘伟^{１，２，３} ，

徐大伟^{１，２，３} ，张永涛^４，王润泽^{１，２，３}

１. 山东大学机械工程学院

２. 山东大学，高效洁净机械制造教育部重点实验室

３. 山东大学，金属成型高端装备与先进技术全国重点实验室

４. 青岛科技大学机电工程学院，山东省高性能碳材料制备及应用工程实验室

【摘要】当液体静压丝杠副存在螺距误差时，会使螺母与丝杠间的油膜厚度在螺旋方向上发生波动，进而对液体静压丝杠副油膜的压力分布和承载特性产生影响，因此基于Fluent采用两相流分析方法对其进行仿真分析。建立液体静压丝杠副内部油液流场三维模型，采用两相流仿真分析方法，考虑螺母存在螺距误差时会导致液体静压丝杠副产生空化这一现象，得到不同的丝杠转速、周期误差幅值下间隙油膜的空化规律以及周期误差幅值和转速对其压力分布和承载性能的影响。结果显示：随着误差幅值的增大和丝杠转速的增加，空化现象会越来越剧烈；丝杠转速为3 500 r/min、螺距误差幅值为3 μm时，上、下侧油膜由于空化现象出现的气相在螺旋周向上占比分别占44.2%和41.01%，气体体积分数最大值分别为86.38%和59.93%。综合考虑误差幅值和转速大小与轴向承载力的关系，其润滑和承载性能在螺距误差幅值较小且转速较大但不至于产生空化现象时最佳。

大型增等减复合制造机床静力学分析及结构优化

邢卓^１，２，邢飞^１，２，李明^２，孙中刚^２

１. 沈阳工业大学机械工程学院

２. 南京中科煜宸激光技术有限公司

【摘要】针对航空航天大型结构件一体化成型的技术瓶颈及单一制造模式的局限性，提出一种多工艺融合的复合制造装备。通过集成增材制造、减材加工、等材加工三大核心工艺模块，构建双龙门结构的大型增等减复合制造机床。然而，大型增等减机床的结构庞杂，相较于普通龙门式机床，其精度要求更加严苛。为了保证机床的加工精度，借助SolidWorks和ANSYS Workbench建模仿真软件，在机床稳定运行及载荷峰值的工况下，对机床进行静力学分析与结构优化。在此基础上，依据材料力学理论和响应面优化方法，对增材-等材主轴箱和增材-等材横梁分别进行优化。优化结果表明：大型增等减一体化机床满足设计精度要求，并且经过优化后，增材-等材主轴箱和增材-等材横梁变形量分别降低了37.84%和18.11%，进一步提升了机床的加工稳定性与精度可靠性。

数控机床进给系统多学科设计优化

非浩宇，张东宁，李嘉炜，李宝奎，郭祥福，王超

中国机械总院集团云南分院有限公司

【摘要】为了提升数控机床进给系统的设计效率与综合性能，基于多学科设计优化思想，建立结构、传动、控制子系统分析模型，明确各子系统的设计变量与约束条件。通过响应面模型构建高精度结构子系统学科代理模型，并将工作台质量、进给系统一阶固有频率及 JITAE 指标作为目标函数，提出基于协同优化方法的数控机床进给系统的多学科多目标优化模型。优化框架采用第二代非支配排序遗传算法（NSGA-II）进行求解，分析优化过程中各目标函数的调节效果,并将控制子系统纳入系统级分析中。结果表明：该优化框架能够有效协调各优化目标，有效提升了求解的精度和求解效率。考虑最小化 JITAE 指标，选取优化方案1与初始方案进行比较，优化后工作台移动质量减轻了77 kg，JITAE 指标降低了91.7%，一阶固有频率提升3.5%，实现了系统综合性能的优化。

结构动力学模型的频率响应动能修正方法研究

梁松炜^１，２，袁锐波^１，龙旦风^２，

梅文华^３，吴智恒^２

１. 昆明理工大学机电工程学院

２. 广东省科学院智能制造研究所，广东省现代控制技术重点实验室

３. 广州计量检测技术研究院

【摘要】选取不同的激励点或响应点进行测试并修正模型时,得到的模型参数存在差异。针对此问题，提出频率响应动能（KEFR）的概念，有效描述结构在各次激振中产生的振动响应总体水平。进而提出一种结构动力学模型的频率响应动能修正方法。以固有频率实验测试值为目标，修正模型的刚度和质量等相关参数，以平均KEFR测试值为目标，修正模型的阻尼系数等相关参数，运用多目标遗传优化算法使模型的仿真数据趋近于实验数据。建立装配协作机器人的动力学有限元模型并进行修正，有效识别刚度、质量和阻尼等未知参数。结果表明：前8阶固有频率的平均相对误差为0.56%，平均KEFR相对误差为0.29%。然后转变机器人的姿态，采用识别的参数建立新姿态的有限元模型，对比有限元仿真结果和测试结果。结果显示：前8阶固有频率平均相对误差为2.9%，平均KEFR相对误差在5%以内。最后与响应面拟合修正法进行对比，验证了结构动力学模型的频率响应动能修正方法的有效性。

石油钻井机械设备的异常监测与故障诊断方法综述

杨林杰，何洪涛，高杨，于丽丽，常文庆

中石化胜利石油工程有限公司智能信息技术支持中心

【摘要】随着钻井作业难度不断提升、自动化设备广泛应用以及工况环境的日益复杂，设备故障的频率显著上升，严重威胁井场正常生产并可能引发安全事故。因此，智能故障诊断成为保障钻井现场安全与高效运行的重要手段。基于此，以石油钻井机械设备为研究对象，分析井场设备的故障特征及诊断需求，探讨钻井机械设备故障诊断的重要性和研究现状；介绍钻井系统的基本组成及其功能，分析各类设备的故障特性；从信号数据获取、特征提取和故障识别3个关键环节，总结当前典型的故障诊断方法，并评估其原理和优缺点。同时，重点梳理国内外学者在泥浆泵、齿轮箱、轴承与电机等关键部件的研究成果。最后，讨论钻井机械设备故障诊断面临的挑战，并对未来的发展方向进行展望，为相关研究与实践提供参考。

不同载荷作用下高速膜片联轴器承载性能研究

金同鑫^１，王建梅^１，２，王博^１，薛海义^３

１. 太原科技大学重型机械教育部工程研究中心

２. 山西工程技术学院山工科技忻州创新研究院

３. 唐陌传动机械（安徽）有限公司

【摘要】为研究不同载荷作用下的膜片联轴器承载性能，建立联轴器整体结构有限元模型，通过仿真分析联轴器等效应力最大值和出现位置，并与实际运行发生的失效形式进行对比，验证了有限元仿真结果的可靠性。分析转矩、转速、轴向位移、角向位移和螺栓预紧力5种载荷单载荷作用及多载荷作用下联轴器各部件等效应力变化规律和分布特征，探讨不同工况下每层膜片的等效应力特性。结果表明：角向位移、轴向位移及转矩对膜片组应力的影响最显著，而转速和预紧力分别显著影响中间体和螺栓组。在单载荷作用下，当转矩、轴向位移、预紧力变化时，等效应力集中出现在螺栓孔处，当转速及角向位移变化时，应力集中出现在束腰部分；在多载荷作用下，随着5种载荷变化，等效应力均集中出现在螺栓孔附近。角向位移载荷是造成膜片等效应力分布不对称以及膜片组内层与外层、左端与右端应力差值的主要因素。

基于Transformer编码器和手工特征的航空发动机剩余寿命预测

陈栋，黄国勇

昆明理工大学民航与航空学院

【摘要】为了更准确地预测航空涡扇发动机剩余寿命（RUL），充分提取利用不同维度传感器数据之间的相关性和手工筛选特征，提出一种基于多层Transformer编码器（Encoder）和多个手工筛选特征融合的预测模型。利用多层编码器（Encoder）进行特征筛选，利用编码器多头注意力机制同时处理发动机整个特征序列，提取各维度传感器数据之间的相关性并重新分配权重，使模型能够捕捉到各维度不同特征之间的相互依赖关系；利用模型提取每个特征维度的均值、线性回归趋势系数及传感器数据与真实剩余寿命的协方差3个手工筛选特征，将编码器的输出进行展平和多层全连接处理，然后与手工筛选特征进行拼接，经过全连接层对RUL进行预测。将所提模型在公开数据集C-MAPSS的FD001上进行验证，对比未加入手工筛选特征的模型，文中模型的RMSE降低了18.4%，Score降低了30.3%；对比未对Encoder输入数据进行转置操作的模型，文中模型的RMSE降低了20.8%，Score降低了44.9%，编码器（Encoder）提取了不同维度传感器之间的相关性，通过融合不同手工筛选特征提高了发动机剩余寿命预测准确性。针对相对复杂的数据集FD004，该模型也获得了较好的预测结果，表明所提模型具有较好的稳定性及泛化性。

六自由度并联机床误差辨识与补偿

李静棣，钟建琳，张天虎

北京信息科技大学机电工程学院

【摘要】并联机床因其结构稳定、运动响应快、末端承载能力强等优势，在现代制造业中具有广泛的应用前景。然而，其精度问题限制了其在高精度领域的进一步应用。传统的提高制造和装配精度的方法成本高昂且不适用于已投产机床，因此运动学标定成为提高精度的有效手段。介绍并联机床的优势及其在高精度行业中的应用需求，指出运动学标定在提高精度方面的重要性。采用最小二乘法结合Levenberg-Marquardt（L-M）算法对六自由度并联机床的误差参数进行辨识，并通过MATLAB仿真验证了辨识方法的准确性。在此基础上，提出基于BP神经网络和PSO-BP神经网络的修正系统输入法用于误差补偿。该方法根据误差辨识结果，不修改机床内部控制器参数，仅修改输入的位姿数值，通过神经网络代替正解模型的计算，并采用粒子群算法（PSO）对BP神经网络的权值和阈值进行优化，解决了BP神经网络收敛速度慢、易陷入局部最小的问题。实验结果表明，PSO-BP神经网络修正系统输入法在误差补偿方面表现出更好的提升效果，能有效降低机床的位姿误差，提高其精度。

200 mm晶圆立式搬运模组设计与试验

许震^１，闵淑辉^１，高自成^１，罗义^２

１. 中南林业科技大学机械与智能制造学院

２. 深圳市湘聚实业有限公司

【摘要】为满足立式氧化炉模组运行平稳度高、力矩波动小及高负载的需求，设计一种基于伺服电机、减速机与滚珠丝杆传动的立式搬运模组。采用ANSYS Workbench有限元分析软件对其静动态特性进行了仿真分析。同时，模拟实际工作环境进行试验，利用Indra Works Ds软件得到模组运行过程中的相关参数。结果表明：静力学仿真分析下模组最大变形量为2.194 4 μm；模态分析其工作频率（25 Hz）远远小于 1阶固有频率（51.848 Hz），表明模组动态特性良好，可避免共振现象；瞬态动力学分析中，模组最大变形量为3.066 1 μm，最大等效应力为3.355 3 MPa，满足结构强度要求。试验验证进一步表明：模组在600 N负载下平稳运行速度为0.125 m/s，波动在2%以内，力矩曲线波动在5%以内，整体运行平稳。研究为后续优化立式搬运模组的性能、提高工作效率提供了依据。

犁刀混合机主轴磁流体密封设计及优化

王鹏^１，朱维兵^１，夏远驰^１，

颜招强^２，王和顺^１

１. 西华大学机械工程学院

２. 自贡兆强密封制品实业有限公司

【摘要】为解决犁刀混合机主轴密封问题，考虑其特定工况，设计一种以磁流体密封为主的磁流体-螺旋组合式密封装置。利用有限元分析软件对磁流体密封进行磁场仿真，得到密封间隙内磁通密度分布规律，并通过分析计算得到其密封耐压值为0.106 MPa。采用单因素分析方法探究关键参数对磁流体密封耐压值的影响规律，结果表明：密封耐压值随密封间隙增大而减小，随极齿宽度、极齿槽宽和极齿高度增大而增大，最后趋于稳定。利用拉丁超立方试验设计方法得到结构参数组合的全局分布样本，通过BP神经网络和GA遗传算法对磁流体密封结构参数进行优化。最终，得到最优结构参数为：密封间隙0.2 mm、极齿宽度1.2 mm、极齿槽宽2.95 mm、极齿高度1.85 mm，优化后密封耐压值提升至0.186 MPa，远高于工况所要求的耐压值，满足密封要求。

超精密气浮主轴动不平衡信号处理方法研究

金盈，杨辉，武海亮，卢超伟，赵宏鑫

北京航空精密机械研究所精密制造技术航空科技重点实验室

【摘要】针对气浮主轴受动不平衡影响大、不平衡信号弱等问题，采用自适应特征模态分解（FMD）算法对主轴振动信号进行分解，提出一种基于自适应特征模态分解与麻雀搜索算法（SSA）融合的信号处理新方法——FMD-SSA算法。特征模态分解(FMD)性能受参数滤波器长度 L 和模态个数 n 影响，提出一种参数自适应FMD动不平衡信号提取方法。以信号分解前后的能量差值为适应度函数，利用麻雀优化算法(SSA)优化FMD的参数选择。利用参数优化的FMD将主轴振动信号分解成多个模态分量，对分解后的模态分量进行傅里叶变换，选择与主轴转速基频对应的模态分量。仿真实验表明：与传统经验模态分解相比，自适应FMD-SSA算法可有效分解复杂信号，提取关键特征。对实际机床主轴振动信号分解后，采用自适应FMD-SSA算法测量出的主轴动不平衡量综合误差为1.278%，优于国外某型动平衡仪的3.222%。

基于SVMD-CNN的摩擦学织构轴承故障诊断方法

龙日升^１，２，龙海洋^１，高淑芝^１，２，于福一^１

１. 沈阳化工大学装备可靠性研究所

２. 辽宁省高效化工混合技术重点实验室

【摘要】针对点状凹坑织构滚动轴承在复杂工况下的故障诊断问题，提出一种基于逐次变分模态分解（SVMD）与卷积神经网络（CNN）的智能诊断方法。利用小波阈值对振动信号进行降噪处理，然后通过SVMD实现信号的自适应分解，提取若干本征模态函数（IMF），并依据能量熵阈值筛选有效模态进行重构，从而突出关键特征。将重构后的信号作为CNN的输入，实现对不同故障类型的自动识别与分类。在织构化HRB30206轴承上进行实验，结果显示：该方法的诊断准确率达到97.8%，显著优于传统的VMD-SVM与VMD-CNN方法，验证了SVMD在特征提取方面的优越性以及CNN在复杂信号分类中的鲁棒性。该方法能够有效提升表面织构轴承在低速重载条件下的故障识别精度，为摩擦学优化轴承的智能诊断提供了参考。

数控龙门导轨磨床万能磨头系统热特性实验研究

秦炜^１，周哲平^１，金正钢^１，

马宇哲^２，栾丛丛^２，姚鑫骅^３

１. 浙江杭机股份有限公司

２. 浙江大学机械工程学院

３. 浙江先端数控机床技术创新中心有限公司

【摘要】万能磨头是数控龙门导轨磨床的核心执行部件，其热特性直接影响磨削加工零件的表面质量和精度水平。为提升数控龙门导轨磨床的加工精度，针对万能磨头系统开展热特性监测实验。在电机、轴承等热源与热敏感区域设置温度测点，并通过高精度电容位移传感器测量磨头轴向和径向热变形。典型工况热特性实验结果表明：磨床运行过程中万能磨头系统存在较大的温升和轴向热变形；达到热平衡状态时，电机的最大温升在9.9～10.5 ℃之间；轴承的温升随工况变化更明显，在7.5～11.4 ℃之间；轴向热变形远大于径向热变形，变工况条件下最大轴向热变形达到67.7 μm。说明采用的测量方法能够有效识别磨头系统的热敏感点，为后续热误差建模与补偿提供了关键测点依据；同时磨头轴向热变形是影响加工精度的重要因素，其变形量与温度变化呈正相关性。因此，通过热设计控制磨头轴向热变形或对其进行热误差补偿，能够有效提高磨床加工精度。

精密机床差异化主动温控系统结构设计与分析

胡军^１，２，李静岩^１，龙湛基^１，宋伟^１

１. 天津科技大学机械工程学院

２. 天津市轻工与食品工程机械装备集成设计与在线监控重点实验室

【摘要】为满足精密机床对不同部位的温度控制需求，设计一种机床差异化主动温控系统。基于机床温控系统的工作原理，对液压集成块和子回路温控水箱进行结构设计，确定其结构参数；针对空蚀现象和温控效果，对所设计的结构进行数值模拟，验证选型的合理性。结果表明：10 mm阀通径、650 mm流道长度下的集成块压力损失最小，空蚀概率最低；5 mm孔直径、40开孔数的2号水箱压力损失较小，且传热效率最高。制造样机并与机床相连，测试温控效果。结果表明：所设计结构可将冷却介质温度精确控制在15～25 ℃内且控制精度高（±0.3℃），温度波动小，满足机床的温度控制要求，为机床差异化主动温控系统的设计提供了参考。

智能制造与控制技术

基于激光粉床熔化的硅表面变截面微通道设计

马少昂^１，付婷^１，王江波^１，丁小康^２，张峰^１

１. 武汉科技大学机械工程学院

２. 衢州学院机械工程学院

【摘要】与传统直型微通道相比，变截面微通道由于传热表面积增大，并且流动过程中热边界层会发生破坏并重新发展，强化了微通道换热性能，提升热量传递效率，因而具有更广泛的应用前景。为了满足芯片热管理需求，提出一种变截面微通道的激光加工方法。通过规划激光扫描路径，采用多熔道搭接的方法实现变截面微通道的加工，并通过数值模拟实现这一加工过程。通过多组仿真模拟，探究激光功率、激光扫描速度、扫描间距等参数变化对变截面微通道成形质量的影响。结果表明：激光参数的变化会造成表面凸起、表面凹陷以及形成内部孔隙等缺陷；当激光功率为200 W、激光扫描速度为0.8 m/s、扫描间距为80 μm时，能够获得较好的微通道成形效果，该参数组合可为实际加工工艺参数的选择提供参考。

基于迁移学习的选区激光熔化熔池温度场预测

孙克强^１，周金宇^２

１. 江苏理工学院机械工程学院

２. 金陵科技学院机电工程学院

【摘要】在选区激光熔化（SLM）过程中，熔池温度场的精确预测对成型质量控制和工艺优化至关重要。然而，传统机器学习方法高度依赖大样本数据，难以适应多材料条件下的高效迁移。针对该问题，提出一种融合材料属性的迁移学习方法，用于不同材料间熔池温度场的预测。基于有限元模拟获取TC4钛合金与316L不锈钢的熔池温度场数据；构建包含3层隐藏层的多层感知机（MLP）模型，并在TC4数据集上进行训练，作为源模型；在高层特征中引入材料属性，实现模型向目标材料的迁移；最后，利用少量目标数据对预训练模型进行微调与验证。结果表明：该方法在小样本条件下仍具较高预测精度，峰值温度的相对误差小于1%，熔池长度和宽度的相对误差均小于3%。该方法能够有效提升SLM多材料熔池温度场预测的准确性，为多材料增材制造的智能建模与优化提供了可行路径。

基于PLCopen双轴转台控制器的设计与实现

颜子青颖^１，张平^２，邱红军^３

１. 湘潭大学机械工程与力学学院

２. 湖南华南光电（集团）有限责任公司

３. 长沙民政职业技术学院通识教育中心

【摘要】针对传统PID控制方法的局限性，以双轴转台为载体，将运动控制与PLCopen规范结合，采用开放式的控制系统，提出一种基于扩展卡尔曼滤波扰动补偿与前馈控制器和反馈控制器相结合的综合控制方法。根据转台控制系统的特性，建立伺服机构的电流环模型、驱动模型和传感器模型，在MATLAB中建立控制模型并进行验证。以分布式实时以太网为架构搭建实验平台，通过Simulink PLC Coder开发控制算法，使其成为符合PLCopen规范的功能块，集成在主控程序中，为复杂的控制算法及MATLAB模型集成在控制系统中奠定了基础。最后对该算法和模型进行实验验证。结果表明：与PID控制算法相比，该综合控制算法的阶跃信号和正弦信号跟随性能分别提升了11.3%、12.9%，低速平稳性误差为4%，验证了该综合控制算法的有效性。

基于图和规则的盘类零件车削特征识别方法

秦中旭^１，陈涛^１，唐祥武^２

１. 武汉理工大学机电工程学院

２. 苏州千机智能软件有限公司

【摘要】针对航空发动机中盘类零件的特征自动识别问题，提出一种基于图和规则的盘类零件车削特征自动识别方法。根据盘类零件的结构特点，对盘类零件的车削特征进行分类；通过边、点以及点的凹凸性来描述各部分之间的逻辑关系，构建盘类零件的属性邻接图，根据轮廓与端面的邻接关系对属性邻接图进行初步分解；使用启发式规则和轮廓重构规则，得到槽特征和孔特征的特征子图，与预定义特征库进行子图匹配，完成车削特征的识别；最后，在QJCAM平台中完成车削特征识别模块的开发，并通过零件实例验证方法的有效性。结果表明：所提方法识别出盘类零件11个车削特征，其中包含5个槽特征和1个孔特征，总用时1 s；应用传统子图同构的方法识别该盘类零件用时1.5 s，可见所提方法通过启发式规则筛选特征子图，减少了特征匹配的计算量，有效提高了特征识别的效率。

大型龙门数控机床热特性检测方法研究

乔明鑫^１，黄智^１，孙建宏^２，

唐健军^２，熊镐楠^１，何实^１

１. 电子科技大学机械与电气工程学院

２. 济南二机床集团有限公司

【摘要】大型龙门数控机床内外热源的耦合效应导致机床发生热变形，对加工精度产生显著影响。针对该问题，开发一种综合性大型龙门数控机床热特性检测系统。该系统结合热像仪、位移传感器、温度传感器以及PLC控制系统，能够实时监测机床的温度分布和热误差变化。通过ANSYS仿真与热像仪确定机床关键温度点，并采用五点法测量机床的热位移。通过设计机床静态及空载状态实验，验证了该系统能够实时采集并显示机床不同状态下的温度变化和热误差。在静态条件下，机床床身温度变化与环境温度变化趋势一致，但由于热阻效应，床身温度的变化较缓慢；在热误差方面，x轴的热误差最显著，最大值为43.91 μm，y轴的热误差较小，仅为4.53 μm。通过空转实验发现主轴高速旋转过程中温度迅速上升，导致主轴轴向热变形约为60 μm。在y轴往复运动实验中，温度和热误差均呈现明显的上升趋势。结果表明：该检测系统能够有效监测机床的热特性，为大型龙门机床的热特性检测提供了一种高效、稳定且易操作的方法，为热误差补偿和加工精度优化奠定了基础。

基于坐标的双目视觉6D位姿估计及数据集制作方法研究

杨恒，宁锴旭，陆晴，王韶涵

太原科技大学机械工程学院

【摘要】针对直接法和间接法姿态估计的局限性，提出基于物体坐标信息的双目视觉6D姿态估计网络——BIN-COOR网络。将Linemod和Occlusion Linemod数据集扩展为双目数据集，在此基础上，使用BIN-COOR网络提取双目数据集中的目标图像，输入主干网络中进行融合，并分别进行旋转和平移的解耦估计，最终输出物体6D位姿。消融实验结果表明：BIN-COOR网络具有更高的模块化和灵活性，无需训练。采用平均点距离指标ADD，2D投影指标2D Proj.5pix和5 cm-5°指标对该网络与其他网络在Linemod和Occlusion Linemod数据集上的结果进行评价。结果表明：对于无纹理物体，在位姿优化情况下，BIN-COOR网络的ADD指标得分是PoseCNN网络的1.22倍，是BB8网络的1.43倍；2D Proj.5pix指标得分是PoseCNN网络的1.46倍，是BB8网络的1.28倍；5 cm-5°指标是BB8网络的2.2倍，而PoseCNN网络则无正确估计结果；对于遮挡物体，当使用真实图片和仿真图片(Real+syn)训练时，BIN-COOR性能优于PvNet、GDR-NET、 MV6D等网络，进一步验证了数据集制作方法的有效性和姿态估计网络的鲁棒性。

基于强化学习混合算法求解液压缸热冷加工车间调度问题

王前莉^１，李颖^１，樊海超^２

１. 宜春学院数学与计算机科学学院

２. 江西理工大学信息工程学院

【摘要】针对液压缸热冷加工车间调度问题的复杂性和多目标优化需求，构建多目标调度模型，旨在最小化总完工时间和机器总能耗。液压缸生产过程中涉及并行加工、批处理和单件加工等多种工序，传统调度方法难以兼顾生产效率和能耗控制。为此，提出一种基于强化学习的混合灰狼优化算法（IGWO）。采用双层编码结构，设计混合解码策略，分别针对并行工序、热处理工序和单件加工工序进行解码。在灰狼优化算法的基础上，引入基于Q-learning的自适应参数控制策略，通过强化学习动态调整收敛因子和步长因子，提升算法的全局和局部搜索能力。此外，设计渐进式头狼选择机制和基于关键路径的变邻域搜索策略，有效避免算法陷入局部最优。试验结果表明：所提算法在24个测试算例中显著优于NSGA-II、GWO和ABC算法，尤其在较大规模问题上表现出更强的收敛性和多样性。通过工程案例分析进一步验证了该算法在实际生产中的有效性，能够为液压缸热冷加工车间提供高效、节能的调度方案。

基于泵阀融合控制的承压试板疲劳液压系统仿真研究

张东京^１，２，王永军^１，２，潘广善^１，２，

张震^１，２，张浩^１，２，刘水清^１

１. 中国船舶科学研究中心

２. 船舶结构安全全国重点实验室

【摘要】为提升承压试板外压疲劳液压系统的控制精度和能效，避免试验过程中稳定性降低、能源效率低和系统过热，以典型试板外压疲劳加载系统为对象，考虑试验腔壁面柔性，基于压力-流量解耦思想，采用泵阀融合控制方法，制定流量前馈+基于动态限幅PID的压力闭环控制策略；并结合实际系统开环特性实测数据，通过AMESim和LabVIEW进行系统分析、建模以及联合仿真，研究其动态性能和系统能效。结果表明：试验腔液体压缩性和壁面柔性的理论计算值与AMESim液压腔与弹簧式蓄能器的仿真值结果相近，说明所建模型正确，可用于对真实试板受压特性进行模拟；采用流量匹配和基于动态限幅的压力闭环控制技术,控制误差在±0.1 MPa内，无溢流损失，显著提升了系统的控制精度和能效。针对不同作动频率的试板，控制器应提前匹配流量，以降低节流压差和相应的能量损失，同时试板作动频率不宜偏低，需结合实际泵的最优效率区间对最低频率进行限制，以维持系统的控制精度和能效。

磁悬浮系统的线性化控制仿真研究

徐明，胡国良

华东交通大学机电与车辆工程学院

【摘要】磁悬浮系统作为典型的非线性、开环不稳定系统，对磁悬浮磁体小球进行精确控制是磁悬浮控制系统设计的主要目标。针对此，根据磁悬浮系统的工作原理建立系统的非线性数学模型，采用基于平衡点的线性化LQR方法设计控制器，并对系统进行镇定控制。为了实现系统全局控制和部分系统状态的状态估计，使用反馈线性化组合观测器的控制方法设计控制器，对系统分别进行镇定控制和跟踪控制。通过MATLAB/Simulink建立仿真模型，开展系统的仿真分析，研究系统在不同权重参数、极点位置等条件下的响应情况。磁体小球的位置和速度响应仿真结果表明，所设计的控制器能够较好地实现磁体小球的镇定控制和跟踪控制，验证了其在实现系统控制方面的可行性。

基于铣削力时空分布变化的加工表面质量预测方法

郑飞^１，徐晓炜^１，周钦哲^１，姜发令^１，

李林艳^１，周竞涛^２，刘彤彤^２

１. 上海航天电源技术有限责任公司

２. 西北工业大学机电学院

【摘要】表面质量对零件性能和可靠性至关重要，是评估铣削加工的关键。针对铣削加工中表面质量受铣削力时空变化影响的问题，提出一种基于铣削力时空分布特征的表面质量预测方法。通过对整个加工过程进行时空离散建模，分别构建铣削力时空分布变化模型和表面质量分布模型。针对两个模型之间的时空耦合映射影响关系，利用卷积神经网络（CNN）对空间特征的敏感感知能力以及生成对抗网络（GAN）的强大生成能力，提出一种基于深度学习的CNN-DCGAN 的表面质量分布预测方法，最终实现通过监测加工过程中铣削力大小和变化情况而预测工件的表面质量分布状态。切削实验结果表明：预测模型的输出结果与实际测量的表面质量之间的最大误差仅为7.173%，证明了模型预测结果的可信度。

液压基础件

基于AMESim的翻车机定位车液压缸缓冲装置优化

梁瑛娜^１，陈楠^１，陆向辉^２，

张法春^１，邢昊^１，高殿荣^１，

孟宪双^３，李斌^３

１. 燕山大学机械工程学院

２. 河北建材职业技术学院机电工程系

３. 秦皇岛港股份有限公司第二港务分公司

【摘要】翻车机定位车主臂伸缩时的运动幅度大、惯性大，极易在行程末端产生冲击，造成其液压缸密封失效及缸体磨损，产生串腔、漏油等。针对该问题，基于缝隙节流原理，提出通过优化液压缸缓冲装置结构参数实现分级缓冲，达到改善冲击、提升运行可靠性的目的。建立缓冲柱塞孔道节流特性力学模型，利用AMESim搭建圆锥形缓冲柱塞液压缸仿真模型，研究缓冲柱塞锥度、长度、直径、环形间隙等参数对缓冲腔压力动态响应及活塞末速度的耦合影响规律；同时建立四因素四水平正交试验数据库，基于遗传算法协同GA-BP神经网络对液压缸进行多参数单目标优化。结果表明：增大缓冲柱塞锥度或环形间隙会加快缓冲腔压力上升与活塞减速过程；在相同环形间隙下，增大柱塞直径则减速更为平缓;柱塞长度对缓冲性能无显著影响;通过正交试验与GA-BP神经网络优化，最大缓冲压力分别降低了0.8%和0.66%。

双转子液压变压器配流盘非光滑表面润滑特性研究

刘巧燕^１，２，刘忠迅^１，２

１. 黄淮学院智能制造学院

２. 驻马店市机器人先进流体动力驱动技术重点实验室

【摘要】为提高液压变压器配流副在高压高速工况下的摩擦磨损性能，通过在其配流盘表面设计非光滑凹坑结构以改善润滑特性，并深入探究其润滑承载机制。采用三维建模软件构建配流盘与缸体间包含6种不同类型凹坑（半球坑、圆锥坑、柱锥坑、柱形坑、柱球坑及阶梯柱坑）的流体域几何模型，对凹坑流场进行数值模拟，通过分析非光滑凹坑流场截面的速度分布及油膜表面压力场，系统研究凹坑类型、凹坑直径、油膜厚度等参数对润滑性能的影响。结果表明：所有凹坑内部均因动面的剪切作用产生了形态各异的漩涡，这是产生动压效应的关键；油膜表面承载力随油膜厚度和凹坑直径增大而增大；在6种凹坑中，圆锥坑和半球坑产生的油膜表面承载力最大，性能最优；在油膜被压溃的情况下，凹坑结构依然能产生一定的表面承载力，且变化规律与油膜存在时类似。在配流盘表面设计非光滑凹坑结构可有效产生油膜表面承载力，该研究为高性能液压变压器配流副的结构设计提供了参考。

乳化液泵站复合流量调控策略研究

张占东，赵文超，陈吉顺，韦春辉，王宇，李逸飞

山西大同大学机电工程学院

【摘要】针对工程实践对大流量乳化液泵站提出的快速高质量按需供液这一技术需求，综合利用MPC方法流量脉动率小、具有多变量约束系统滚动优化能力以及数字配流方法响应速度快、流量调控分辨率高的优势，提出一种适用于多泵并联泵站系统的流量复合调控策略。详细介绍两类方法的流量调控原理，采用仿真手段对比分析其应用于单台乳化液泵的流量调控效果与优势；基于BRW125/31.5C型乳化泵的结构参数，搭建泵流量复合调控仿真模型，并与其他4台工频乳化液泵共同组成多泵并联泵站系统模型，引入泵站系统上流量脉动率与下流量脉动率来量化多泵并联泵站系统总供液流量的脉动程度。针对ZF17000/27.5/42D型支架的升柱、推溜、降柱及移架等4类基本工艺开展仿真分析，验证所提泵站系统流量复合调控策略的可行性。结果表明：由于数字配流方法通过电磁铁驱动进液阀在部分排液行程中的延迟关闭来调控整泵输出流量，其不涉及减速齿轮机构、曲柄连杆机构动力学过程，因而响应速度较快，但其改变了各柱塞腔原有工作节拍接续循环关系，导致流量脉动较大;而MPC方法通过降低泵主轴转速来调控输出流量，其整泵流量脉动程度与这类多柱塞泵的固有水平相当，但由于驱动电机功率有限，且整泵等效转动惯量较大，针对特定目标流量的调控响应速度较慢；由于小流量被控泵提供的补液流量将淹没于泵站系统总流量中，因而对于升柱、推溜这类用液量大的工艺动作，可采用以数字配流方法为主的复合调控策略，而降柱、移架这类用液量小的工艺动作，则可采用以MPC方法为主的复合调控方法。

变阻尼阀性能分析与设计方法研究

张恕森，朱可一，易金华，杨梦柯

上海民用航空控制与导航系统有限公司

【摘要】针对航空液压伺服作动器动态性能提升需求，提出一种变阻尼阀的设计方法。建立变阻尼阀数学模型，并基于AMESim搭建液压系统仿真模型。以某试验阀为研究对象，采用单变量控制法，对弹簧刚度、阀套孔径、杆径、阻尼孔孔径、阻尼阀通油孔孔径、作动器通油孔孔径以及作动器杆径7个设计参数施加正负偏差，研究其对阻尼力的影响规律。结果表明：阻尼阀通油孔孔径、阻尼孔孔径、作动器通油孔孔径3个参数对阻尼力的影响较大，为作动器阻尼力设计的关键设计特征；杆径等对阻尼力的影响较小；阻尼阀通油孔孔径、作动器通油孔孔径与阻尼力呈非线性关系，设计特征较为复杂；阻尼孔孔径与阻尼力呈线性关系。因此，提出一种通过改变阻尼孔形状来进行阻尼力设计的方法。最后，通过实际应用证明了该方法的有效性。

海上稠油热采井下安全阀金属动密封结构优化与应用试验研究

程文佳^１，秦小飞^１，于冲^１，赵双兰^１，

仲崇迪^１，秦赛博^２，易先中^２

１. 中海油田服务股份有限公司天津分公司

２. 长江大学机械工程学院

【摘要】针对海上稠油热采井下安全阀液控系统在高温环境下活塞动密封失效的问题，设计一种金属C形密封环结构。采用有限元分析方法对金属动密封结构的开口角度、过盈量、壁厚、工作压力进行离散优化，得到单因素参数的最优取值区间及对密封结构摩擦力和峰值接触应力的影响规律，并考虑单因素间的交互作用，采用四因素三水平正交优化方法对金属动密封结构参数进行优选；通过自制试验工装，对金属动密封结构开展活塞组件摩擦力测试、密封性能测试及整机冷热交变测试，并在辽东区块开展井下应用试验。结果表明：与单因素离散优化相比，正交优化组合的摩擦力减小35.76%，更符合目标函数的要求。正交优化最佳参数组合为：过盈量0.036 mm，工作压力30 MPa，开口角度150°，壁厚0.35 mm。优化后密封环结构工作时的最大von-Mises应力减小1.81%，剪切应力减小5.81%，最大接触压力减小22.09%；优化后的金属C形密封环能满足350 ℃下的紧密动密封，验证了设计的可靠性。C形密封环活塞密封结构安全阀在辽东区块应用50余井次，密封性能良好，最长稳定工作900余天，为350 ℃下海上稠油热采井下安全阀高温环境下活塞动密封失效提供了有效的解决途径。

基于A10V型柱塞泵的液压管路流固耦合振动特性研究

刘洋^１，郝云晓^２，张子英^１

１. 山西能源学院机电工程系

２. 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】以A10V型轴向柱塞泵驱动的液压管路为研究对象，以揭示其流固耦合振动特性，并提出有效的管路优化方法，以降低振动烈度。搭建液压实验平台，采用特征线-快速傅里叶变换法分析柱塞泵不同工况下的激振频率特性。在此基础上，建立充液长管路的运动学与动力学模型，推导管路任意节点的速度与受力表达式，进一步构建功率流分析模型，探讨液体与管壁之间的能量传递机制。研究结果表明：柱塞泵在 Z 方向上的主要激振频率为900 Hz，且振动幅值随压力和流量的增加而显著增大。分析功率流发现，当管路两侧压力脉动相位相反时，液体对管壁的做功显著减小，从而有效抑制振动。基于此，提出将管路长度设计为压力波波长的整数倍，以实现相位抵消效应。最后，利用SolidWorks与ANSYS进行流固耦合联合仿真，对比优化前后管路的模态频率与振型云图。仿真结果显示:优化后的管路模态频率提升，振型幅值降低3%~15%，验证了理论模型的正确性与优化措施的有效性,为液压系统长管路的振动抑制提供了理论依据与工程参考。

系统与应用

基于卡盘夹紧力补偿的气动回路分析与优化

虞启辉^１，２，韩镇杰^１，张建龙^３，

孙永涛^１，秦日鹏^１，２，孙国鑫^１，２

１. 内蒙古科技大学机械工程学院

２. 内蒙古自治区机电系统智能诊断与控制工程技术研究中心

３. 广东风华高新科技股份有限公司

【摘要】机床主轴高速运转产生离心力导致夹紧力显著衰减，影响工件加工精度和安全性。为补偿因高速运转引起的夹紧力降低，设计一种基于压力调节的气动卡盘夹紧力回路系统，通过夹紧力衰减的反馈，调节缸内压力以维持夹紧力稳定。分析系统的补偿性能，基于卡盘静态力与动态力方程、气体连续性方程及流量方程等，建立系统的数学模型，并利用AMESim搭建系统仿真模型，通过参数辨识确定摩擦力等相关参数。对系统的压力动态响应进行研究，以腔内目标压力与实际压力的差最小为目标，通过全因子实验设计获得对压差影响显著的关键参数，并采用序列二次规划算法对关键参数进行优化。仿真结果表明：在最优参数组合下，卡盘腔内的压力高于目标压力，误差控制在0.1%左右，且压力上升迟滞时间为0.02~0.04 s；对于缸径100 mm、楔角15°的楔式气动卡盘，随着转速增大，相较于未采用补偿的系统，采用供气补偿系统的夹紧力衰减后可以在0.1~0.2 s内有效恢复至初始压力下的静态力值。在压力0.6 MPa、转速3 000 r/min 时，夹紧力降低为12.62 kN后能够恢复至静态值18.84 kN，提升了33%。系统夹紧力的补偿满足国标中对于夹紧力的要求。

直线截割工况下采煤机截割部机液耦合动力学分析

沈洋，王义亮

太原理工大学机械工程学院

【摘要】为研究采煤机截割部在调高液压系统影响下的动力学响应，以某型交流电牵引采煤机为研究对象，建立截割部的虚拟样机与调高液压系统之间的机液耦合动力学分析模型。通过仿真分别得到摇臂应力分布、变形情况和振动加速度等，并与不考虑液压系统的仿真结果进行对比。结果表明：机液耦合的摇臂最大应力、最大变形和振动强度均小于不考虑液压系统的结果，而两者结果中摇臂上出现的激励频率相似，摇臂振动都表现为摇臂中部振动更明显。这为采煤机截割部的优化设计和振动监测提供了参考。

基于改进YOLOv8网络的废旧机电产品螺钉检测方法研究

宛东旭^１，张秀芬^１，２

１. 内蒙古工业大学机械工程学院

２. 内蒙古自治区机器人与智能装备技术重点实验室

【摘要】针对机电产品自动化拆卸过程中拆卸目标小、背景复杂等导致的拆卸目标检测精度不佳等问题，提出基于YOLOv8-C3S网络的螺钉检测方法。引入包含深度可分离卷积和Swin Transformer的C3SDR模块替换YOLOv8n中的C2f模块，并将FOCUS、SPPCSPC等模块引入骨干网络中，显著提升算法的特征提取能力，以削弱复杂背景对检测过程的干扰。构建螺钉数据集，并对算法进行实验验证。结果表明：相较于YOLOv8n等算法，改进后的YOLOv8-C3S网络的各项指标均有明显提升，具有良好的检测精度和鲁棒性。其精确度为98.1%，召回率为96.1%，检测精度为99.1%，mAP@0.5~0.95为79.3%，F1值为97.1%，有效实现了复杂背景下小拆卸目标的准确检测，同时为其他复杂背景下的小目标检测研究提供了实验基础。

数字孪生系统开发中虚实参数准确的同步技术

田丽萍^１，王俊峰^１，张慧贤^１，张明柱^２

１. 洛阳理工学院智能制造学院

２. 河南科技大学机电工程学院

【摘要】针对灌装生产线物理系统与虚拟模型存在参数同步时间误差大、虚实同步精度低的问题，提出一种融合参数辨识与智能优化的复合策略：通过改进的最小二乘估计方法解决运动参数动态标定问题，并结合机器视觉技术构建故障状态下的位姿补偿机制，有效降低虚实同步参数的时间误差，提高同步精度；相较于传统方法，该策略在保证计算效率的同时可显著提升系统的抗干扰能力。同时采用工业相机的预存图像比对与现场信息的分类识别功能，改善故障状况下虚实同步性。以典型智能制造实验平台为验证对象进行实验，结果表明：采用所提虚实参数同步技术的灌装生产线数字孪生系统虚实同步时间误差小于480 ms，实体坐标与虚拟坐标的同步误差在1 mm以内，故障识别成功率提高到95%，系统同步性得到改善，为工业场景下的数字孪生系统提供一种普适性的误差控制范式。