八自由度喷丸机器人设计与轨迹规划
徐壮１ ， 刘旭东２ ， 闫栋梁２ ，
杨富春１ ， 范书龙１ ， 符一恒１
１. 山东大学机械工程学院
２. 山东开泰抛丸机械股份有限公司
基于力矩输入整形补偿的工业机器人末端振动抑制
陈琳１ ， 凌善１ ， 刘谦２ ，
张青１ ， 潘海鸿１
１. 广西大学机械工程学院
２. 广西中烟工业有限责任公司
【摘要】为解决六轴工业机器人关节柔性引起的末端振动问题，提出一种基于力矩输入整形补偿的抑制方法。建立柔性关节伺服控制模型，分析关节振动成因。基于此，在柔性关节前引入最优输入整形器，通过对电机输出力矩进行输入整形后提取波动力矩，并将其以力矩补偿的形式反馈至电流环前，以迅速平衡关节弹性力矩变化并滤除电机力矩在自然振动频率点附近的频率。在Simulink中搭建机器人关节2仿真模型，对比补偿前后位置、速度、加速度响应。最后，为验证所提方法在六轴机器人系统中的可行性，搭建工业机器人实验平台，对比力矩输入整形补偿前后位置跟踪误差。结果表明：机器人运动过程中，电机输出力矩未能及时平衡关节弹性力矩变化是导致关节振动的主要原因；采用力矩输入整形补偿方法后，振动幅度和持续时间明显下降，1.1 s后关节位置、速度和加速度振动信号几乎完全被滤除；使用该方法后，各关节位置跟踪误差均方根显著降低，关节1~6分别减少58.24%、58.79%、59.57%、54.37%、63.39%和59.8%，验证了力矩输入整形补偿方法在机器人振动抑制中的可行性和有效性。
基于图像熵的移动机器人激光点云闭环检测
吴广卓１ ， 颜俊杰１ ， 朱建阳１，２ ，
蔡芸１，２ ， 蒋林１，２ ， 钟世杰１
１. 武汉科技大学， 冶金装备及其控制教育部重点实验室
２. 武汉科技大学机器人与智能系统研究院，
【摘要】闭环检测是移动机器人同步定位与建图过程中的重要组成部分。针对现有SLAM算法难以处理反向闭环检测，以及闭环检测准确率有所欠缺的问题，提出一种基于图像熵的激光点云闭环检测算法。利用激光点云可以转化为像素矩阵的特性，提取点云的高度、强度与层次信息3种特征，根据图像熵加权融合为全局描述符，再利用图像熵将全局描述符编码为拥有旋转不变性的哈希码，通过三阶段相似度匹配寻找闭环匹配帧，再对匹配帧进行旋转补偿，构建回环位姿约束，使机器人以任意方向重访历史地点时，均能准确构建回环位姿约束。最后，为了验证所提算法的有效性，在KITTI数据集和真实环境中进行实验验证。结果表明：该算法不仅提高了闭环检测的准确率与召回率，而且在处理反向和交叉闭环检测的能力上展现了显著的提升。在KITTI数据集的测试中，该算法的最大 F1评分和EP值较现有先进算法至少提高了9.7%和17.0%。
新型三节臂液压挖掘机的轨迹跟踪控制方法
周希亮， 贺湘宇， 陈毅， 范厚禄， 吴卓禹， 杨子涵
长沙理工大学机械与运载工程学院
【摘要】传统两节臂液压挖掘机因其结构局限性和作业灵活性差等问题，已难以满足现代工程对高效、精准作业的需求。为提升设备性能，提出一种新型三节臂液压挖掘机（TAHE）结构，并设计配套的分布式液压动力驱动系统，以增强控制精度与响应能力。在轨迹规划方面，基于五次多项式插值方法，对TAHE在3种典型作业工况（WC-Ⅰ、WC-Ⅱ、WC-Ⅲ）下的末端轨迹进行系统性规划，获得各液压缸的期望位移变化曲线。在控制策略上，针对液压系统的非线性特征，研究自适应模糊PID（F-PID）控制方法。通过构建AMESim与MATLAB联合仿真平台，分别对PID与F-PID控制器进行轨迹跟踪仿真，并将液压缸位移误差 e 为评价指标。仿真结果表明：F-PID控制器3种工况下的性能均显著优于传统PID控制器，具备更高的跟踪精度和更强的动态稳定性，适用于复杂工况下的液压系统轨迹控制。
皮文俊１ ， 尤晶晶１ ， 黄宁宁１ ，
闻王虎１ ， 叶鹏达２ ， 李飒１
１. 南京林业大学机械电子工程学院
２. 常州大学机械与轨道交通学院
【摘要】“12-6”台体型Stewart并联机构的耦合度低且可实时反馈控制，但其装配方式特殊，不具有一般性。为此，设计一种改进的“12-6”台体型Stewart并联机构，改变原有的装配方式，将装配方式一般化，即将4个动球铰布置在棱点上，剩余2个动球铰在对应的动平台棱边上任意对称布置，并解析求解正向运动学方程。运用静球铰与动球铰之间、动平台中心与动球铰之间的约束关系，建立运动学方程。通过同构运算，将运动学方程转化为有关动球铰位置矢量的4个方程组。基于方程组系数矩阵的奇异性及动球铰间的约束关系，得到正向运动学方程的唯一全解析解。最后，通过虚拟样机试验验证正解算法的正确性。
１. 太原科技大学机械工程学院
２. 吉利汽车研究院 （宁波） 有限公司
王国荣１ ， 杜茂华１ ， 吴智恒２ ，
李平２ ， 杨志新３
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. 澳门大学， 智慧城市物联网国家重点实验室
【摘要】针对传统粒子群算法(PSO) 在工业机器人标定过程中存在的衰减机制落后、易陷入局部最优导致精度低的问题，提出一种基于改进SA-PSO的工业机器人几何参数辨识和定位精度提升方法。基于D-H模型建立工业机器人误差模型，将几何误差标定问题转换为高维非线性方程的寻优求解问题。在参数辨识过程中，结合粒子群算法与模拟退火算法，在跳出局部最优解的基础上，设计正态分布曲线来控制算法惯性权重的变化，并引入控制因子优化粒子的位置更新公式。通过对KUKA KR 6 R900机器人进行仿真与测试实验，将该改进算法与传统PSO、APSO、NDPSO、SA-PSO等算法进行性能对比。结果表明：改进SA-PSO算法能够跳出局部最优解，波动更小，预测精度更高，搜索过程达到较低适应度值时所需迭代步数更少，收敛速度更快；利用改进SA-PSO算法完成机器人参数辨识和标定后，综合位置误差从1.144 7 mm降低至0.173 1 mm，降低了84.87%，最大误差从1.968 6 mm降至0.995 9 mm；标定后 X、Y、Z 轴误差分布更集中，波动更小，表明该算法的辨识精度和适应性更高，具有较大的工程应用价值。
石伦１，２ ， 曹鹏彬１，２ ， 张聪１，２ ，
李健轲１，２ ， 叶冬１，３
１. 武汉工程大学机电工程学院
２. 武汉工程大学， 智能产线装备湖北省工程研究中心
３. 智能制造装备与技术全国重点实验室
【摘要】针对传统激光软钎焊装备仅适用于平面PCB焊接的局限性，提出一种面向三维空间焊接的激光软钎焊机械臂解决方案。将激光软钎焊与机器人技术结合构建系统框架，并对机械臂结构进行分析。采用旋量理论建立正运动学模型，并构建逆解问题目标函数。采用改进牛顿-拉夫森法进行逆运动学分析，通过引入信赖域法以及初值迭代方法对算法进行改进。最后，在MATLAB中进行正逆运动学仿真验证。结果表明：改进算法在求解速度上相比牛顿-拉夫森法算法提升约82.35%，求解位姿误差保持在1×10-6 mm以下，验证了改进算法对激光软钎焊机械臂逆运动学求解的有效性以及优越性。
液压机器人自适应滑模轨迹控制策略研究
许德芳１ ， 赵华民２
１. 吕梁学院数学与人工智能系
２. 山西农业大学信息科学与工程学院
【摘要】针对工程液压机器人的双驱动摆动轨迹，利用立体视觉和机器人动态识别机器人转动惯量的新方法，提出一种自适应滑模控制跟踪策略。根据工程液压机器人摇摆数学模型，建立双驱动摆动非线性液压动力学模型，并设计参数自适应滑模控制策略。在抓取和卸载物体时，基于二自由度机器人重力识别方法，并结合立体视觉信息开发一种新型初始值识别算法，提高了识别算法的性能。通过对工程机器人摆动非线性自适应算法初始值的讨论，证明该方法在提高机器人抓取和卸载过程中轨迹跟踪精度方面的有效性。同时，通过与仅使用机器人动力学方法和仅使用立体视觉方法进行对比分析，表明所提控制策略具有较优的轨迹跟踪性能。最后，通过仿真和实验验证了所提轨迹控制跟踪方案的有效性。
基于RGB-D图像的机械臂工业零件抓取研究
刘生寿１，２ ， 杜敏３ ， 张旭２ ， 谢小正２
１. 白银矿冶职业技术学院机电工程学院
２. 兰州理工大学机电工程学院
３. 重庆工贸职业技术学院智能制造学院
【摘要】针对机械臂在复杂堆叠场景中视觉抓取识别成功率低、速度慢等问题，基于RGB-D图像提出一种新型机械臂视觉抓取检测算法。通过融合RGB图像和深度图像，生成多模态特征图，从而增强图像的语义信息。采用ResNet-34作为编码器，并结合SE-Net模块，提升模型的表达能力，利用ESP-Net对不同尺度目标进行分割，获取多尺度语义信息。通过对特征图进行上采样解码，并与加权特征图进行跳连接，提取梯度信息，进一步提升网络性能。在Cornell和Jacquard数据集上验证了该算法的有效性，识别成功率分别达到98.31%和95.65%，推理速度为36.40帧/s。为验证算法的实用性，构建工业零件数据集，并在UR5-e机械臂上进行实时抓取实验。结果表明：在非堆叠场景中抓取成功率超过93%，在堆叠场景中抓取成功率超过81%，表明该算法能够显著提升非结构化环境中零件的抓取成功率。
基于CompactRIO的垂吊式水下重载液压打捞机器人控制系统设计
杨明东１ ， 张翔龙２ ， 霍文军３ ，
周红坤１ ， 杨帆１
１. 昆明船舶设备研究试验中心
２. 海军装备部驻广州地区军事代表局
３. 中国人民解放军 ９２９４２ 部队
【摘要】针对垂吊式水下重载打捞机器人在复杂深海环境作业时对灵敏度、准确性、抗干扰能力等要求，设计一种基于CompactRIO的机器人模块化控制系统。以CompactRIO平台和NI数据采集模块为核心，设计可重复配置的控制系统硬件，构建机器人多源监测信息，实现大功率液压动力调节及打捞动作控制。基于命令的生产者-消费者模型，采用多任务消息队列处理器的设计思想和高内聚、低耦合的设计原则，设计基于LabVIEW的水面监控层-水下实时控制层-FPGA接口层3层模块化控制软件，增强软件的扩展性。最终，通过改进航向双闭环运动控制算法，提高机器人航向保持和微调自动控制性能。经海上试验验证：该控制系统控制命令下发至执行机构动作平均用时约255 ms，航向控制精度保持在±0.5°以内，表明该系统实时传输效果好、机器人运动及打捞控制准确率高。
耐张线夹X-ray无损探伤机器人设计及应用
姜传霏１ ， 尚鑫１ ， 张欣伟１ ，
黄志建２ ， 莫剑波２ ， 陈翠珠２
１. 国网内蒙古东部电力有限公司电力科学研究院
２. 广东冠能电力科技发展有限公司
【摘要】为提高高压输电线路耐张线夹无损探伤作业的效率和安全性，增加电力系统的稳定性，针对带电作业的电磁环境进行分析，自主设计X-ray无损探伤机器人。基于功能模块分解实现自上线机构、线路行走机构、X光检测机械臂及电磁兼容系统的设计，开展核心零部件和等电位过程的电磁仿真分析，初步完成探伤机器人样机研制并进行220 kV带电作业实验。开发的无损探伤机器人具有轻量化设计、结构紧凑、操控简单、精准高效以及位姿灵活等特点，可实现带电线路一键自动上下线、快速跨越障碍物、保持通信流畅、实时成像等功能，在高压输电线路无损探伤作业领域具有广阔的应用前景。
基于RobotStudio的柔性加工单元离线轨迹仿真研究
陈波， 张虎， 张超鹏， 廖华健，
陈勇， 沈勇， 陈加才， 康林清
四川航天长征装备制造有限公司
【摘要】针对柔性加工单元调试工作在系统集成项目周期中占比过大，以及传统示教器引导机器人从一个点到另一个点记录有效点位、合成工作轨迹时存在的效率低下和安全风险高等问题，开展基于RobotStudio的柔性加工单元离线轨迹仿真研究，旨在通过提前仿真指导现场调试，缩短调试周期，满足市场快速响应需求。利用Creo构建与实际环境比例为1∶1的三维模型，涵盖机床、机器人、上下料台等设备，并对其进行简化以减少运算量。在RobotStudio中创建外轴机械装置、机床门Smart组件等，实现设备运动模拟。随后，进行运动范围和干涉仿真，规划机器人路径并验证点位准确性。同时结合西门子PLC编程软件与虚拟PLC软件，通过S7通信协议实现控制逻辑仿真。结果表明：该方法能在虚拟环境中提前发现机器人运动的潜在问题，快速验证机器人及周边设备布局的合理性，输出可直接指导现场的轨迹程序，有效减少现场反复试验次数，降低安全风险，为机器人应用实施提供方案和验证途径，为设备布局论证提供快速、直观的方法，能显著缩短调试周期，提升市场响应速度，对柔性加工单元高效调试具有重要实践价值。
面向新工件到达的柔性作业车间节能调度方法研究
李开心， 尹瑞雪， 周鹏， 张黔富， 潘劲成
贵州大学机械工程学院
【摘要】新工件到达对调度任务的完工时间和能耗产生显著影响，合理的调度方案能有效降低柔性作业车间的能耗。针对这一问题，构建一个节能调度方案选择模型（EESM），该模型以完工时间、能耗和鲁棒性为优化目标。采用改进的NSGA-Ⅲ算法求解EESM模型。最后，通过仿真实验验证了所提算法和EESM模型在解决柔性作业车间重调度问题的有效性。实验结果表明：在20组算例的求解中，INSGA-Ⅲ算法表现出卓越的性能，有助于输出高质量的重调度方案；在4种不同的新工件到达扰动场景下，所提算法在完全重调度策略下能够生成更加节能的重调度方案，验证了EESM在节能调度方案选择上的实用性。
崔奇， 刘哲， 王乐祥， 李成杰
中国工程物理研究院材料研究所
【摘要】为了研究高活性铈镧合金材料的铣削参数对加工表面质量的影响，分析材料特性和切削加工特点，并搭建铣削工艺试验平台。以铣削参数为因素、表面粗糙度为指标，设计正交试验，并在常温、大气环境及干式铣削条件下开展铣削试验，获得铣削参数对加工表面质量的影响及试验参数范围内的最优铣削参数组合。结果表明：铈镧合金材料具有较高的化学活性，易在切削加工中产生切屑燃烧现象，通过合理选取铣削工艺参数，可以在常温、大气环境及干式加工条件下对铈镧合金材料进行稳定的铣削加工；每齿进给量对铈镧合金加工表面粗糙度的影响最大，其次为轴向铣削深度，最后为主轴转速；由于材料特性原因，当铣削每齿进给量较小时，表面粗糙度出现增大的情况；在试验参数范围内，为获得最好的表面粗糙度，最优参数组合为：主轴转速8 000 r/min、轴向切削深度6 μm、每齿进给量4 μm。
基于滑模扰动观测器的永磁同步电机新型无模型超螺旋滑模控制
吴瑄１ ， 朱其新１，２，３ ， 朱永红４
１. 苏州科技大学机械工程学院
２. 江苏省智能共融机器人工程研究中心
３. 苏州市共融机器人重点实验室
４. 景德镇陶瓷大学机电工程学院
【摘要】针对表贴式永磁同步电机(SPMSM)控制系统在突加负载扰动下导致的电机控制性能下降问题，提出一种基于滑模扰动观测器的新型无模型超螺旋滑模控制方法（NMFSTSMC）。根据SPMSM在参数摄动下的数学模型，建立转速环新型超局部模型。采用新型二阶超螺旋滑模控制律设计转速环控制器，以加快电机系统收敛速度，同时削弱滑模抖振带来的影响。为提高系统的控制精度，设计滑模扰动观测器估计新型超局部模型中未知部分并进行前馈补偿。最后，为了验证所提方法的可行性和有效性，与传统PI控制和SMC控制策略进行对比。结果表明：NMFSTSMC可以更快速地达到转速参考值，并且基本无超调，即使突加10 N·m的负载扰动，也能迅速恢复至转速参考值，同时转速波动更小。证明了NMFSTSMC可以实现对电机系统的高精度控制具有强鲁棒性，在削弱抖振的同时提高系统鲁棒性与动态响应速度。
基于LADRC算法的电动液压能源系统高效控制研究
袁若丹１ ， 陈勇１，２，３ ， 吴红４
１. 北京信息科技大学机电工程学院
２. 北京电动车辆协同创新中心
３. 新能源汽车北京实验室
４. 北京新能源汽车股份有限公司
【摘要】针对电动液压能源系统在复杂工况下的效率优化与控制性能提升问题，设计一种兼具快速动态响应与强抗干扰能力的三环控制算法，以实现系统在全任务剖面内的高效稳定运行。采用三环复合协同控制策略：电流环采用比例-积分-微分（PID）控制算法，利用其参数调节便捷性与快速跟踪特性，确保电流及时响应；速度环与压力环引入线性自抗扰控制（LADRC），通过扩张状态观测器实时估计并补偿系统内外扰动，提升系统在不同工况下的鲁棒性和抗干扰能力。以一台21 kW的电动液压泵为研究对象，建立三环PID控制和三环复合协同控制对比仿真模型，通过模拟典型单一工况及全任务剖面运行过程，对所提控制策略的性能进行验证。仿真结果表明：所提控制策略在单一工况下，系统响应快速且无超调；在全任务剖面内实现了系统的高效率运行，其整体效率较三环PID控制提升0.44%~4.90%，有效验证了该控制方案的优越性。
航天大型压力容器水压强度试验控制系统研究
张超鹏， 陈波， 张虎， 刘永坡
四川航天长征装备制造有限公司
【摘要】为解决航天大型压力容器水压强度试验中，泵转速控制不稳定导致的压力冲击与效率低下问题，基于变频离心泵动力系统，提出一种结合分阶段控制逻辑与动态反馈调节的控制方案。以试验系统管路特性及压力容器密封性需求为切入点，通过分析注水、加压、排水阶段中管路摩擦损失、局部阻力与泵流量-扬程特性的关联性，构建系统静扬程与动扬程的数学模型。进一步结合达西公式与局部阻力系数，绘制出不同工况下的流量-扬程曲线，并通过分阶段拟合转速与压力关系式，确定离心泵的初始转速范围。在此基础上，设计以压力传感器反馈值为核心变量的闭环控制模式，最终通过PID调节实现目标压力的精准控制。结果表明：该方案显著提升了系统稳定性与效率，加压阶段理论与实测压力偏差范围控制在0.005 MPa内；注水周期缩短至8.5 h，且流量波动率满足工艺要求。文中方法为航天领域大型压力容器强度试验提供了可复用的控制框架，未来可结合智能算法优化多变量耦合系统的实时响应能力。
基于不同电动机泵控二级液压缸性能比较
闫政１ ， 唐光伟２ ， 王爱红２ ，
赵智鹏２ ， 高有山２
１. 晋中学院机械工程系
２. 太原科技大学机械工程学院
【摘要】针对不同电动机的响应性和鲁棒性存在差异，对直接转矩控制、矢量控制和异步矢量控制的3种电动机进行分析，提出将自适应滑模控制作用于三者电动机内环控制上。为进一步研究该控制算法下3种电动机的性能，将其分别作为锚杆钻机推进系统动力源，由于不同围岩硬度需要匹配不同的压力和流量，为减少系统节流损失，提出线性自抗扰泵控电动机外环控制二级液压缸的位移。为验证所提方案的合理性，在AMESim和Simulink中搭建仿真模型。结果表明：电动机无负载启动时，在0.15 s增加负载扰动，自适应滑模控制下的直接转矩控制电动机，其电磁转矩超调量更小以及抗扰性更强；电动机作为动力源时，采用直接转矩控制的电动机转速响应更快，其二级液压缸位移更准确。该方法能够为复杂围岩性状引起的液压缸位移自适应变化提供保障。
爪式真空泵双曲线型转子型线构建与流场分析
李影１ ， 任纯吉１ ， 王君１ ，
李杰杰１ ， 刘腾飞１ ， 崔冬２
１. 中国石油大学 （华东） 新能源学院
２. 合肥通用机械研究院有限公司高端压缩机及系统技术全国重点实验室
【摘要】爪式转子的型线设计是决定爪式真空泵性能的关键因素。针对双爪转子型线组成复杂以及两转子不对称问题，提出一种全新对称双曲线型双爪转子。基于曲线啮合理论建立双曲线与其共轭曲线的啮合模型，求解转子型线上曲线的参数方程；分析新型双曲线型双爪转子型线几何参数对转子内容积比和容积利用率的影响，基于数值模拟获得了其工作过程的压力分布和工作腔内压力随转子旋转角度的关系。结果表明：双曲线型双爪转子实现转子型线光滑连接的同时使转子具有对称性，提高了转子的加工经济性；通过几何参数分析得出新型转子性能最好的半径比取值范围为2.4~2.6，爪顶圆弧角取值范围为14°~18.5°。
高水基介质O形圈摩擦特性研究
陶志磊１ ， 廖瑶瑶１ ， 秦豪１ ， 马占江２
１. 太原理工大学机械工程学院
２. 山西平阳重工机械有限责任公司
【摘要】为了研究高水基介质O形圈的摩擦特性，利用ANSYS软件建立O形圈的二维轴对称模型，分析不同密封压力及摩擦因数对O形圈静密封性能的影响，并通过试验测量不同体积分数的高水基乳化液介质中密封件的摩擦力，探究介质体积分数变化对O形圈摩擦特性的影响。结果表明：随着密封压力增加，O形圈最大von Mises应力、接触长度及接触压力都增加，超过密封压力的接触长度减小，静密封性能下降；随着摩擦因数增加，O形圈最大von Mises应力增加，接触长度和接触压力变化很小，静密封性能变化不大；高水基介质体积分数的改变对密封圈的摩擦特性影响显著，当介质体积分数过低时会使接触摩擦力大幅上升，并影响杆的起动特性。实际生产中，应当保证乳化液体积分数范围的稳定。
航空燃油系统旁路冲洗式方孔滤网元件自清洁机制研究
袁林１ ， 邵雪嵩１ ， 何志冬２，３ ，
刘新强２，３ ， 冀宏２，３
１. 中国航发贵州红林航空动力控制科技有限公司
２. 兰州理工大学能源动力工程学院
３. 特种泵阀及流控系统教育部重点实验室
【摘要】旁路冲洗作为航空燃油系统中方孔滤网可保持清洁的重要方式之一，其冲洗效果对航空燃油系统的可靠性具有重要影响。采用CFD-DEM耦合方法研究旁路冲洗式方孔滤网元件自清洁的动态过程和主油路出口压力、入口流速对冲洗效果的影响。结果表明：在旁路油液的曳力及颗粒间碰撞等作用下，冲洗前期，滤网表面和颗粒层表面颗粒被冲洗；中后期，滤网流动区域网孔内颗粒被冲洗，并有少量颗粒进入环形腔。旁路出口压力越高，冲洗效果越佳，其压力由3.5 MPa升至7.8 MPa，冲洗率提高了4.2%；入口流速与冲洗率呈正相关，入口流速为4 m/s时旁路冲洗失效将加速颗粒的累积，入口流速由6 m/s升至8.5 m/s时冲洗率增加了43.7%，而流速升至10 m/s时冲洗率提高了3.9%，流速为12 m/s时冲洗效果饱和。研究结果为旁路冲洗式自主清洁的结构优化提供了有益的参考。
斗杆缸缓冲过程动态特性及缓冲装置参数优化
陈远玲１ ， 周宗池１ ， 王梦乔１ ，
郭敏杰２ ， 唐瑾１ ， 任晓智１
１. 广西大学机械工程学院
２. 广西中源机械有限公司
【摘要】为改善小型挖掘机斗杆缸的缓冲性能，运用AMESim软件建立采用楔形缓冲装置的斗杆缸仿真模型，探究缓冲全过程活塞运动速度与无杆腔压力的动态变化，分析不同楔形缓冲套结构参数对缓冲过程动态性能的影响规律。通过正交仿真试验求解各因素对活塞末速度的影响程度，得到活塞末速度最小的参数优化组合。结果表明：各因素对活塞末速度的影响程度由大到小依次为：缓冲套与缓冲孔间隙、楔形面数量、楔角长度、楔角；最优参数组合为：缓冲套与缓冲孔间隙0.04 mm、楔形面数量2、楔角长度19 mm、楔角2°、倒角30°、倒角长度6 mm。经仿真验证，优化后的活塞末速度由0.304 375 4 m/s下降至0.160 989 7 m/s，下降幅度为47.1%，且缓冲腔内峰值压力小于75 MPa，符合设计要求。
基于循环双谱二次切片的离心泵叶轮故障诊断研究
章立恒１ ， 李少义１，２ ， 王雷３ ，
陈汉新３ ， 吴坚４ ， 易怀胜１ ， 刘雨昊１
１. 武汉工程大学机电工程学院
２. 南昌工学院信息与人工智能学院
３. 武汉工程大学电气信息学院
４. 湖北特种设备检验检测研究院
王龙庆１ ， 侯荣国１，２ ，
吕哲１ ， 孙浩程１ ， 郭燕坤１
１. 山东理工大学机械工程学院
２. 山东省精密制造与特种加工重点实验室
【摘要】高压水射流气液增压装置在工作过程中存在压力、流量波动，影响加工稳定性和加工质量。为提高增压装置压力、流量稳定性，使用AMESim软件进行仿真分析并对其进行试验验证。结果表明：仿真结果与试验结果误差小于4%，试验压力波动为4.81 MPa，流量波动为0.046 L/min；气液增压泵活塞相位差为180°时系统波动最大，两活塞到缸体任意一侧的距离差大于低压水增压过程活塞所需位移时，系统波动最小。建立气液增压装置压力、流量数学方程及压缩空气压力与输出压力的关系，优化压缩空气初始压力和最佳转换时间来控制增压过程，以减小水射流系统压力、流量波动，从而提高工作过程稳定性。优化结果表明：在增压泵活塞换向时将压缩空气的压力由0.31 MPa增加至0.78 MPa，0.2 s后水压达到40 MPa时将空气压力恢复至0.31 MPa，最终试验压力波动减小80.7%，流量波动减小80.4%。
司国雷１ ， 杨超２ ， 陈君辉１ ，
李正贵２，３ ， 颜仲糠２ ， 王羽熙１
１. 四川航天烽火伺服控制技术有限公司
２. 西华大学能源与动力工程学院
３. 青海理工学院工学院
【摘要】为了满足高转速和大流量航空燃油系统需求，以数值模拟方法对一种新型双斜盘轴向柱塞泵在不同工况下的流量特性进行了分析。为进一步提升其性能，依据仿真结果对泵结构进行了优化，主要包括：优化配流盘三角槽、增大流道截面、增加辅助吸油口以及将滑靴副改为配流副结构。优化后结构的流量特性显著提升，平均出口流量和容积效率提升了约12.3%，流量脉动率降低了24.3%，腔内压力波动幅值及正负超调量大幅减少，压力波动的周期性增强，出口压力脉动率降低。最后，通过试验验证该结构在不同转速下的流量曲线与仿真结果高度一致，证明了仿真模型的准确性和可靠性，以及结构优化的有效性和合理性。
赵文超， 陈吉顺， 韦春辉， 张占东
山西大同大学机电工程学院
【摘要】针对现有乳化液泵变频供液方式无法实现快速按需供液的现状，综合利用MPC可实现用液流量与压力超前预测以及数字式配流技术响应快、流量分辨率高的优势，提出一种基于MPC的乳化液泵数字式复合流量调控策略。详细分析基于MPC的乳化液泵驱动电机转速控制原理以及基于数字式配流阀的乳化液泵流量无级调节原理。以三相异步电动机、数字式配流阀及BRW125/31.5C型乳化液泵数学模型为基础，在MATLAB/Simulink及AMESim中搭建联合仿真模型，实现乳化液泵整泵流量可控输出。最后，开展基于MPC的乳化液泵数字式复合流量调控方法与基于MPC的乳化液泵流量调控方法的对比仿真实验。结果表明：基于MPC的乳化液泵数字式流量调控策略能够实现高压小流量供液，变频驱动电机控制乳化液泵频率范围为25~50 Hz时，曲柄角度为180°~185°，MPC和数字式复合控制乳化液泵出口流量的调节范围为46%~100%，由此验证了MPC和数字式复合控制乳化液泵流量调控方案的可行性。
切向增流油水分离器流场特征及分离性能研究
骆帅１ ， 易先中１，２ ， 徐永和３ ，
熊远才４ ， 尹作鹏５ ， 张玺亮６ ， 王利军６
１. 长江大学机械工程学院
２. 湖北省智能油气钻采装备企校联合创新中心
３. 盐城市新永佳石油机械制造有限公司
４. 湖北育明源电力建设工程有限公司
５. 湖北赛利恩特石油科技有限公司
６. 中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司
【摘要】针对目前国内大部分油井含水率高、产油量低及传统水力旋流油水分离器处理量小、存在能量损失等问题，基于轴入式和切入式水力旋流油水分离器的入口方式，设计一种切向增流油水分离器。采用数值模拟方法和计算流体动力学对切向增流油水分离器流场特性和分离性能进行研究。构建有、无切向增流油水分离器模型，分别对比两种模型的静压、切向及轴向速度以及油相体积分数分布，分析混合液入口油相体积分数和入口速度对切向增流油水分离器性能的影响，并设计油水分离室内试验平台验证模拟结果。结果表明：切向增流油水分离器内部油相体积分数分布更为集中，油相含量高的体积分数集中在溢流管内，分离效果好，且处理量和切向速度均有所提升；混合液入口速度为4 m/s时，所形成的速度场和压力场有利于分离器的油水分离，过高和过低油相体积分数会导致分离效率下降；当油水混合液入口速度为4 m/s、溢流分流比为1∶3、入口油相体积分数为5%时，综合分离效率最大，可达85.6%。
面向门式起重机机-结构一体化的起升动力学模型构建方法
贾璇斌１ ， 苏友成１ ， 董青１ ，
徐格宁１ ， 李屹东２
１. 太原科技大学机械工程学院
２. 舟山市特种设备检测研究院
【摘要】起重机货物起升过程的振动会降低起升过程的平稳性、影响设备的本质安全。要准确、有针对性地消除或减轻动载效应对设备本体的影响，需精确建模。针对现有起升动力学模型存在建模不精确和机构不全面的问题，提出一种面向门式起重机机-结构一体化的起升动力学模型构建方法。以75 t-655 m门式起重机为工程实例，根据其机-结构组成方式，结合起升拖动传递方案，建立门式起重机动力学模型，并推导出起升振动系统的运动微分方程。在确定起升过程三阶段特征的基础上，借助MATLAB/Simulink工具，建立机-结构一体化多自由度联合仿真模型。通过模型求解，得到不同质量货物离地起升过程中钢丝绳拉力及起升动载系数的变化情况。利用控制变量法，分析起升质量、驱动类型、起升速度、系统刚度4种因素对起升动载系数的影响程度，并提出抑制动载效应的有效控制方案。结果表明：系统刚度、起升速度、驱动类型、起升载荷4种因素对动载系数的影响程度依次减小；分别控制系统刚度、起升速度、驱动类型、起升质量单一因素，动载系数分别下降14.66%、13.33%、3.02%、1.48%；综合控制各影响因素，起升动载系数从1.425降低至1.091，下降23.44%，证明所提方法的科学性和可行性，从理论层面上为起重机械本质安全设计、疲劳寿命预测提供动载效应控制依据。
刘磊， 郭钟华
南京理工大学机械工程学院
【摘要】针对危险化工等特种环境下电子元器件应用受限的问题，提出一种非电子式气压反馈抓持方案。利用拉瓦尔型挡板机构背压物理规律，实现反馈与控制，即通过机械本体直接感知变化并自主反馈正负压信号，以实现控制与驱动的功能，而无需借助电子式传感。该方案运用拉瓦尔喷嘴挡板的背压特性，通过压力反馈信号来感知抓持状态，实现对多执行元件的顺序控制。为验证该方法的有效性，针对感应阀机构搭建气动回路进行试验验证。结果表明：阀芯锥角作为设计要素之一，对气流感应装置内部的流体流动具有显著影响，较小的锥角可以放缓工作口压力的变化速度；气压反馈抓持装置能根据操作流程和工件实际状态，自动识别、抓持和移送工件，在特种装备环境下有良好的适应性。此方案不仅满足了特种环境的安全需求，还降低了控制系统的复杂度。
毕超１，２ ， 魏鹏雁１，２ ， 陈旭１，２ ，
陈斌１，２ ， 张世佳１，２
１. 北京精密机电控制设备研究所航天伺服驱动与传动技术实验室
２. 控制执行机构技术创新中心
【摘要】为着力提升喷嘴环带质量缺陷检测过程的效率及自动化、智能化水平，基于显微视觉成像与深度学习检测原理，设计并搭建一套非接触式喷嘴环带显微视觉检测系统，将尺寸缺陷和表面缺陷的识别与判定功能集成在一起，实现喷嘴环带加工质量的综合检测与评价。基于所获取的喷嘴环带正焦显微图像，采用视觉测量手段获取其几何尺寸，并根据是否超出设计值的公差范围实现尺寸缺陷检测，测量误差在±0.003 mm内；同时，搭建基于卷积神经网络的深度学习检测模型，并采用YOLOv7网络与PaddlePaddle框架相结合的结构形式实现表面缺陷检测，经迭代学习训练后的误检率小于5%。最后，随机选取不同型号的10个喷嘴零件进行检测系统与人工检测结果对比，二者在两类缺陷的检测结果方面均达到一致，从而验证了该检测系统的有效性及可行性。
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《机床与液压》杂志
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