机床与液压杂志

机床与液压杂志2024年第14期

• 螺旋桨滑流对机翼特性的影响研究

  吴浩，石永康，赵越，邹楠，郭稳敏

  为了验证多参考系模型方法对于螺旋桨气动性能的定常数值模拟仿真的正确性与实用性，以螺旋桨-机翼为研究对象，建立三维模型，基于Navier-Stokes方程和Spalart-Allmaras湍流模型的多参考系模型方法仿真得出螺旋桨不同转速情况下的拉力、扭矩;与测试台相同转速下采集的实验结果进行对比，得出拉力的相对误差平均值在1.77%以内，扭矩的相对误差平均值在27.45%以内，分析螺旋桨不同安装位置对机翼气动性能的影响。结果表明：实验结果与基于多参考系模型的数值模拟方法结果有较好的一致性，机翼的升力系数与阻力系数在前置螺旋桨滑流的影响下同时增加，总的升阻比下降；螺旋桨的转动在其转轴两侧产生了上洗和下洗效应，机翼的当地迎角相应增大和减小。

• 基于H∞控制器的阀控非对称缸位置伺服系统控制

  李虎山，孙淼，王猛，高有山，席浩，郝建楠

  以阀控非对称缸位置伺服系统为研究对象，建立其数学模型；针对负载突变及油液弹性模量变化提出了H∞鲁棒控制方法，从频域上分析了控制器对系统动态性能和稳态性能的影响。采用AMESim和MATLAB/Simulink搭建了阀控非对称缸位置伺服系统的联合仿真模型，对不同工况下控制器的跟踪精度及抗扰能力进行仿真研究。最后，通过油缸加载实验测试平台对仿真结果进行进一步验证。结果表明：所设计的H∞控制器提高了系统的快速性和鲁棒性，相比于PID控制下系统正弦响应结果，H∞控制器的最大跟踪误差在无负载工况下降低了48.8%，在负载突变工况下降低了56.25%；同时阶跃响应时间缩短了7.5%。

• 数控弯管加工碰撞检测算法研究

  徐瑞康，倪俊芳，李鹏举，贾帅，王宇峰，刘庆升

  针对数控弯管加工碰撞检测算法计算效率低、侧重性差的问题，提出一种改进最近面碰撞检测算法。采用 KPP-Means 聚类算法构建三维模型层次包围二叉树结构，将碰撞检测算法划分为基于包围盒的初步碰撞检测与基于三角形面片距离场的精细碰撞检测；将一组包围盒之间的碰撞检测简化为空间线段与有限平面之间的干涉检测。基于OpenGL框架开发仿真系统对此算法进行验证。结果表明：改进最近面碰撞检测算法能正确判断加工仿真中数控弯管机零部件与成形管件的碰撞情况，同时与经典算法相比碰撞检测效率提升了42.4%，并减少了0.29 s的总仿真时间。

• 位移-流量反馈式比例阀先导液阻匹配策略研究

  赵瑞豪，袁祥，石慧婷，柴玮锋

  高水基比例阀先导液阻桥路直接影响主阀的控制特性，多功能、多类型液阻构成的复杂先导液阻网络成为比例阀设计的关键。采用数学建模、流场仿真以及试验研究相结合的方式分析位移-流量反馈式高水基比例方向阀先导液阻桥路的液阻特性，考虑了主阀进液阀芯和阀套之间环形间隙的流量泄漏。结果表明：当环形间隙面积一定时，位移反馈槽宽度越大，位移反馈节流控制线性度越好，然而，位移反馈槽宽度越大，先导液桥流量需求越大，高速开关阀组匹配设计难度越大；回液液阻对液桥起背压作用，回液液阻尺寸越小，背压效果越好，位移反馈槽节流控制线性度越差。根据流场仿真结果，综合匹配设计高速开关阀组及进液液阻，通过试验验证了先导液阻网络各液阻尺寸匹配策略的正确性。

• 叶序排布凹坑旋成体表面设计及磨削的研究

  徐瑞，吕玉山，李兴山

  为了在旋成体上磨削出叶序排布凹坑结构化表面，基于叶序排布理论对旋成体曲面划分出结构化单元；设计出叶序排布凹坑旋成体表面的三维模型，并分析结构化单元凹坑的拓扑特征变化量，给出了球形磨头磨削凹坑表面的策略。最后通过计算机仿真获得了磨削加工中主轴不同角度方向和叶序排布系数对结构化凹坑表面的影响规律，并进行了初步磨削实验。结果表明：此磨削方法可以实现叶序排布凹坑旋成体表面的加工，随着叶序排布系数减小，凹坑在旋成体表面上排布更加稀疏；当球形磨头绕不同轴线旋转磨削时，在凹坑内部可形成纵向纹理、横向纹理和同心圆纹理。

• 增强型气动柔性驱动器形变与驱动特性实验

  苟志攀，耿德旭，刘洪波，武广斌，贾鑫

  为解决现阶段柔性驱动器负载能力低、变形范围小等问题，设计并制作一种三自由度气动柔性驱动器，分析其变形机制并通过实验研究增强肌肉对驱动器伸长量、弯曲方向及弯曲角度、驱动力的影响。实验结果表明：通过控制驱动器人工肌肉内腔气压，驱动器可以产生轴向伸长和空间0°~360°任一方向弯曲变形；增强肌肉通压对驱动器变形量和驱动力有增幅作用，0.4 MPa气压下驱动器无增强肌肉时伸长率为49%，弯曲角度为68°，轴向驱动力为278 N；有增强肌肉时驱动器伸长率为54%，弯曲角度为77.5°，轴向驱动力为300 N。

• 铸铝合金螺旋弹鼓的车削数值模拟仿真与试验

  赵海越，曹岩，黄亮，李昊泽，孟智超，王宁

  为了研究螺旋弹鼓车削工艺技术，采用单因素试验、正交试验方法进行有限元仿真，采用极差分析方法分析刀具主要几何角度对切削力及刀尖温度的影响规律。通过切削加工试验对仿真结果进行验证。结果显示：当车刀前角为4°、后角为12°、刀尖圆弧半径为0.6 mm时，切削过程表现较好；有限元仿真软件可以较好地反映实际加工过程，可以为刀具参数的优化提供可靠依据。

• 基于AMESim的大型磨齿机静压支承转台特性研究

  陈勇，杨佳兆，丁文政，张虎，于春建

  为提升大型数控磨齿机的加工精度，研究了磨齿机静压支承转台的整体结构和工况以及分析了求解油膜厚度和输出流量的理论模型，初步得出了偏载对油膜厚度具有较大影响。为了进一步验证，在分析现有参数设计方法的基础上，利用AMESim软件建立系统模型，对不同工况和结构参数进行系统动态仿真分析。仿真结果表明：静压支承转台结构参数可以保证转台产生足够的承载力，流量脉动对油膜厚度变化率的影响不到0.4%，偏载对油膜厚度变化率的影响最大为13%，静态和动态仿真结果均与实际数据相符，性能测试结果满足磨床设计要求。

• 全液压失压制动反向调节制动阀动态特性研究

  刘杰，朱平，周锋涛

  针对全液压失压制动系统制动过灵敏问题，通过分析反向调节制动阀结构组成和失压制动工作原理，建立失压制动系统反向调节制动阀动态数学模型和Simulink仿真模型；以踏板力激励为输入，研究反向调节制动阀在不同结构参数下制动压力的动态输出特性及变化规律；最后，利用整车实验台验证了仿真模型。结果表明：制动压力呈现弱非线性下降特性，适当增大反向调节制动阀偏置弹簧刚度和制动器容腔容积，减小调压弹簧刚度，能够有效延缓制动压力卸载速度，从而抑制制动过灵敏现象发生，保证制动的平稳。

• 基于GRA微细铣削单晶硅工艺参数优化及试验研究

  朱译文，曹自洋，徐文杰，杨凯

  为满足实际应用中对单晶硅微槽底部的表面粗糙度、上口尺寸精度以及材料去除率的需求，选择微细铣削的加工方法，并利用灰色关联度分析法对以上3种评价指标进行参数优化。通过设计正交试验获得评价指标的预测值，并分析了各个指标与工艺参数之间的关系；运用灰色关联法计算试验序列中各评价指标的灰色关联系数，并对各个试验序列的灰色关联度进行了排序，从而得到了最佳的工艺参数组合，并通过多次试验来验证其可行性，加工出了表面粗糙度为71.2 nm的微槽，提高其加工质量与加工精度。

• 不同类型磁弹磨粒对刀具钝化的研究

  张庆，赵雪峰，袁银

  为研究不同类型磁弹磨粒对刀具钝化的影响，分别以硅胶和环氧树脂为黏弹性基体、氧化铝(Al2O3)颗粒为磨粒相、铁颗粒为磁粒相制备出硅胶型磁弹磨粒和环氧树脂型磁弹磨粒；基于双磁盘的磁场特性，采用Maxwell软件建立双磁盘磁场的三维模型，对双磁盘磁场及磁弹磨粒的磁场强度和磁感应强度进行分析；并建立磁弹磨粒细观单元模型，运用ABAQUS软件分析2种磁弹磨粒的细观力学特性；最后，基于双磁盘磁力钝化设备，研究2种磁弹磨粒对刀具钝化的影响。实验结果表明：采用环氧树脂型磁弹磨粒钝化后的刀具刃口表面粗糙度值比硅胶型磁弹磨粒钝化后的刀具刃口表面粗糙度提高了约4.2%，且刀具刃口形貌更为规则。

• 基于振动时间序列的威布尔参数检验

  卜德天，陈龙，刘红彬，成依杰，韩一念

  为了寻找更适合轴承振动性能的分析方法，将轴承全寿命周期振动时间序列细分为正常运行阶段子序列和故障阶段子序列，以威布尔分布为分析模型，以精度为衡量指标，采用极大似然法、矩量法、图表法，求出3套轴承不同运行阶段的振动加速度概率密度函数，通过比较精度确定最佳参数估计方法。结果表明：极大似然法求得的参数更接近实际情况，矩量法次之，图表法最差。

• 大兆瓦风机主轴法兰螺栓疲劳寿命评估方法研究

  宁文钢，王奇，姜宏伟，王岳峰，宁可

  大兆瓦风电机组主轴法兰螺栓连接受到复杂交变载荷的作用，极易产生疲劳破坏。针对此问题，构建法兰螺栓连接有限元数值模型，以法兰界面涂层增摩工艺为背景，分析不同预紧力工况下法兰连接各部件危险部位应力变化规律。通过GH-Bladed结合雨流计数法给出螺栓实际载荷数据，根据Eurcode3规范修正材料 S-N 曲线，使用FE-SAFE得到了不同预紧力下螺栓连接疲劳寿命，明确了法兰界面涂层增摩、预紧力变化对螺栓连接疲劳寿命的影响，提出了基于法兰结构的螺栓疲劳寿命评估方法。结果表明:增大法兰界面的摩擦因数，在850~1 100 kN内降低螺栓预紧力有益于改善螺栓连接的疲劳寿命。

• 安全阀公称流量试验台设计研究

  孔祥凯，李俊士

  随着煤矿大采高综放系统的应用越来越广泛，立柱安全阀额定流量的需求也在不断增大。公称流量启溢闭性能是安全阀的主要性能指标，其高压、大流量、高压力梯度的测试要求使得测试平台的建设难度较高。针对此问题,设计测试平台的方案，通过理论计算得出蓄能器组、增压缸和开关阀等设备的关键参数；然后通过AMESim和Fluent仿真验证了平台方案和设备参数的可行性；最后建设了3 000 L/min安全阀测试平台，通过试验验证了测试平台能够满足标准要求。

• 基于深度强化学习微小软排线装配技术的研究

  林杰，楚中毅，任芸丹

  传统机器人控制方法仅限于固定种类和较为规则的来料，通过位置关系完成装配。由于排线的形态变异较大，很难实现抓取和自动化组装，排线的组装成功率和良率较低。针对宽度小于2 mm微小排线装配难题，通过机器3D视觉传感、力觉传感、触觉传感和本体觉传感等多模态融合技术,设计一套基于深度强化学习的微小软排线装配智能控制算法。在此基础上搭建了一组由协作机器人、六维力传感器、3D机器视觉系统组成的实验设备，并在多环境、不确定因素下验证了此方法装配的可行性。基于高精度微小排线的装配要求，通过深度强化学习多模态控制方法大幅提升了可靠性和装配的成功率，相比传统控制方法装配效率提升15%以上。此测试系统的装配精度可达±0.1 mm，装配成功率到达98%以上。

• 双主轴卧式加工中心横梁结构综合优化设计

  尹浇钦，高自成，李立君，刘怀粤，乔志东，胡意波

  为了在降低横梁总质量的同时保证其低阶固有频率和刚度，提出一种结合拓扑结构和尺寸优化的设计方法。使用拓扑优化方法确定横梁内部结构，并对它进行修复；根据修复后横梁的有限元分析结果，以横梁内部的厚度、孔尺寸等多个参数为设计变量，整体最大变形和1阶固有频率为约束条件，采用总质量最小为目标函数建立数学模型。利用多目标遗传算法（MOGA）进行求解，通过CCD试验设计获得初始样本点，并使用Kriging模型建立响应面。经过多次试验发现，横梁的总质量相比于优化前减少了20.3%。

• 基于PLC的中空吹塑成型机开合模装置的系统设计

  毛旭，张礼华，周磊，王浩南，贾辉

  为提高吹塑制品生产的质量和效率，提升吹塑生产作业过程自动化程度和降低人力劳动强度，设计一套双工位中空吹塑成型机开合模装置及其液压系统和电气系统。结合工作流程对开合模装置总体方案进行设计，在控制系统硬件方面，确立控制系统总体方案，选择PLC型号、设计电路接线图和I/O分配表；在控制系统软件方面，在TIA Portal V16环境下，进行控制系统程序的编写和触摸屏的制作；最后在上位机编译中实现人机交互以及系统的调试。结果表明：该系统下的开合模装置运行精度、自动化程度得到了提高，改善了吹塑制品的生产质量，且缩短了产品的生产周期，满足工业生产要求。

• 液压动力补偿卡盘夹紧力特性分析与研究

  王天成，孙鹏文，张兰挺，张国斌，王岩松

  液压动力卡盘是数控机床的核心功能部件，其设计应用水平直接影响工件的加工质量。根据液压动力补偿卡盘的结构和工作原理进行受力分析，分别推导静态和动态夹紧力理论计算模型，得出影响静态、动态夹紧力的主要因素分别是楔面倾角、摩擦因数和油缸推力、机床转速、卡盘和工件的刚度。基于有限元仿真分析平台，采用位移载荷代替输入力的方法模拟卡盘动态夹紧过程，不同工况下的夹紧力仿真与理论结果对比表明：二者数值相近，最大误差为6.2%，验证了所建立动态夹紧力理论计算模型的正确性。

• 采煤机搬运车制动系统同步性优化设计

  王磊，封新海，丁雨，张浩

  为提高采煤机搬运车制动系统的响应速度，并解决前后车制动同步性差的问题，结合仿真分析对制动系统进行了优化设计。通过计算搬运车制动效能，得出在可优化的参数中，影响制动系统响应速度的主要因素为消除制动器间隙所用时间和制动器制动力增长所用时间;建立制动系统数学模型，通过Simulink仿真计算可知，通过减小非制动工况下制动器摩擦片的间隙，可有效提高制动系统的响应速度。提出背压控制阀组以最大限度地减小摩擦片间隙，通过计算确定背压值最大为1.29 MPa，并通过试验得知背压小于0.9 MPa时，背压控制阀组几乎不起作用，同时为防止搬运车正常行驶时出现制动拖滞现象，将背压值设定为1.2 MPa。通过试验确定背压控制阀组，提高了前后车制动器响应的同步性，试验结果表明：相较于优化前，前后车制动时间差减小为0.24 s，保证了搬运车制动系统的安全运行。最后，通过试验验证了制动系统响应速度的提升，结果表明：常规制动中制动距离为5.2 m，紧急制动中制动距离为3.2 m，均符合MT/T 989—2006《矿用防爆柴油机无轨胶轮车通用技术条件》的技术要求。

• 拉钩筋自动弯折装置设计与分析

  董奇峰，朱明清，陈斌，程茂林，孟林园

  针对当前拉钩筋装配化施工安装工艺需求，设计一种拉钩筋弯折装置。基于拉钩筋弯折工艺试验，提出了具有夹紧和弯折功能的装置构型。基于弯折装置结构特点，通过理论分析的方法建立了夹紧和弯折机构的运动学模型。基于弯折机构使用和设计要求，采用虚拟样机技术对弯折机构进行多体动力学和有限元结构静力学仿真分析。结果表明：弯折机构在运动过程中动作平滑，各杆件结构强度和刚度在合理范围之内，满足机构运动的平顺性和机械结构的可靠性要求。设计了弯折驱动液压缸电液位置控制系统，通过仿真验证了控制系统的可行性。最后，通过试验对弯折装置使用性能进行验证，结果表明：拉钩筋弯折装置整体结构性能满足设计和工程要求，极大提升了拉钩筋安装效率，达到预期目标。

• 基于通用机器人控制器的色谱试验机器人设计

  黄青丹，吴培伟，魏晓东，王婷延，李助亚

  针对绝缘油色谱分析快速响应、全自动化控制的需求，提出以某公司通用机器人控制器为核心的色谱试验机器人控制方案。通过EtherCAT工业总线实现控制器与伺服的控制与数据交互，基于AtMega2560的外部工控板扩展系统输入输出实现多外部设备的控制;上位机通过网络通信的方式实现控制器与色谱仪、震荡仪的控制与交互，进而实现绝缘油色谱分析流程的全自动化控制;只需将待分析的瓶装油样放入油样放置区，通过上位机选择油样数量与类型，启动色谱分析控制系统就可自动完成油样制备、震荡分离、油气分离、色谱分析全过程，此控制方案操作简单且便于后期维护。通过实际油样进行试验验证，结果表明：所提控制方案性能稳定且高效，绝缘油组分分析的重复性与准确性均达到国标要求。

• 改进粒子群算法求解生产计划与柔性作业车间调度集成问题

  唐红涛，曾骄，刘歆

  为解决机加工企业制定的生产计划与车间调度方案不兼容的问题，建立以最小化最大完工时间、最小化加工成本为目标函数的生产计划与柔性作业车间调度集成模型。提出一种改进粒子群算法（IPSO）作为全局优化算法，在传统粒子群优化算法（PSO）的基础上，引入遗传算子交叉的方式改进群体进化，同时设计随机性的边界变异，提高种群多样性，避免局部最优,学习因子及惯性权重采用幂函数动态变化，增强其搜索能力，更快收敛。最后通过生产实例，验证了IPSO在解决生产计划与车间调度集成问题上的可行性。同时将PSO、灰狼优化算法（GWO）和遗传算法（GA）作为对比算法，在15个Brandimarte基本算例上开展实验，得到的结果均优于其他算法，证明了IPSO求解柔性作业车间调度问题时的有效性和优越性。

• 基于泵泄漏模型的双泵源流量控制系统

  任冠旭，杨敬

  目前，泵阀协同压力流量复合液压控制系统在流量控制模式和压力控制模式之间切换时，由于过流匹配，系统会产生压力冲击和能量损失。为解决这一问题，基于泵的泄漏模型，提出一种由伺服电机作动力源的内啮合齿轮定量泵和三相同步电机拖动的电液比例变量泵组成的双泵源流量控制系统。建立基于泵泄漏模型的双泵源流量控制系统的AMESim和Simulink联合仿真模型，对新的控制策略进行验证。结果显示：以伺服电机驱动内啮合齿轮泵作为补偿泵的双泵源流量控制系统，由流量控制模式切换到压力控制模式时，压力冲击降低30.7%，流量波动减小58.3%;由快速模式切换到微动模式时，模式切换所用时间减少62.5%;当负载发生突变，快速模式可以有效补偿系统泄漏量，且系统的流量波动减小2.68%;在微动模式下，系统的流量波动减小10.86%，比传统的泵阀协同压力流量复合液压控制系统速度稳定性提高。

• 电液负载敏感分流同步纠偏驱动系统仿真分析

  胡继东，罗艳蕾

  将负载敏感控制用于双缸同步驱动中，为提升系统的同步精度和效率，设计电液负载敏感分流同步纠偏驱动系统。在分析其工作原理的基础上，基于AMESim软件搭建此系统的仿真模型。在无同步纠偏系统参与工作时，分析偏载对系统分流精度和同步精度的影响规律；在所设计的同步纠偏系统参与工作时，分析不同偏载下液压缸的缸径相同与相差0.5 mm时的同步精度与位移损失效率。仿真结果表明：电液负载敏感分流同步纠偏驱动系统可通过损失较低的液压缸位移效率，使得同步精度得到极大的提高，此系统可用于高精度、高效率的同步驱动中。

• 基于DDPG的振动台控制参数整定方法

  纪金豹，黄飞，张文鹏

  三参量控制是地震模拟振动台的底层控制算法，其参数整定过程中涉及的参数多，传统的参数整定方法存在效率低、过程繁琐等问题。为了提高整定效率和准确性，提出一种基于确定性策略梯度(DDPG)算法的振动台三参量控制参数整定算法。此方法通过将振动台三参量控制系统作为强化学习环境，利用DDPG算法对系统的状态-动作-奖励数据进行学习和训练；训练好的智能体则可以输出最优的控制参数，然后将整定完成的控制参数放在实际振动台系统模型中进行测试。结果表明：DDPG算法可以有效优化振动台控制性能，提高试验结果的准确性和可靠性，具有实际应用价值。

• 基于流固耦合的阀芯旋转式高速开关阀结构优化

  张晓宇，王鹤，刘晋沛，刘子龙，时祖攀

  在阀芯高速旋转时,阀芯旋转式高速开关阀内部流场会对阀结构强度产生影响。针对此问题，利用 Fluent对阀进行动态流场分析，将流场仿真结果作为压力载荷，通过 Static Structural 进行流固耦合分析，在此基础上，对阀芯旋转式高速开关阀的结构进行优化。结果表明：阀内部应力整体分布规律为:越靠近中心应力越大，越靠近边缘应力越小，阀芯中心圆柱与阀芯台肩的接触面为阀的危险区域；阀套窗口处油液流动速度变化梯度明显，对阀套产生显著压力冲击；通过对阀套窗口进行倒角处理、阀芯细化等优化，使得阀内部应力强度减弱，流体对阀的压力冲击显著降低。

• 高速液压缸导向套静压支承温度场分析

  徐志坚，曾良才，湛从昌

  高速液压缸是电液伺服控制系统的执行元件，其导向套静压支承结构具备优良的导向性能、抗偏载力、低摩擦力，可以大大影响系统的控制精度以及动静态性能。通过理论分析得到不同工况会引起静压支承油膜的温度变化，而温度变化对导向套静压支承的承载力影响很大。应用Fluent对液压缸活塞杆导向套处静压支承的温度场进行建模仿真，分析活塞杆偏心量、入口流量、活塞杆移动速度与油膜温度的关系以及油膜的温升与油膜承载力的关系。结果表明： 随着偏心量的增大，轴向封油面的温升越来越大，同时温升较大的面积占比增多；入口流量与温升成正比关系；活塞杆往复直线运动带动液压油运动，油膜产生温升;同时，油膜温度升高，油膜支承力减小，导向套静压支承性能降低。

• 舰载机阻拦着舰系统建模与仿真

  郑坤，张达

  阻拦装置作为保障舰载机安全着舰的关键装备，其稳定运行对舰载机执行训练以及作战任务具有重要意义。以MK7.3型液压阻拦装置为参考，研究其结构组成以及工作原理，并搭建相应的数学模型，应用MATLAB的可视化仿真工具Simulink对阻拦系统进行仿真模拟，建立舰载机在不同的质量、速度及偏航状态下着舰的阻拦系统模型。结果表明：在偏移量不超过跑道宽度25%内，此阻拦系统模型可以在100 m内对舰载机进行拦截，用时为3～4 s，且将结果与美军标中MK7-3 型液压拦阻装置阻拦力曲线进行对比可知，所建立的模型能够准确描述阻拦着舰中阻拦系统的工作过程，达到安全着舰的目的。

• 基于高空模拟试车台大口径套筒式柱塞阀流动特性分析

  李浩东，张健平，张松，但志宏，伍相全，王韬竣

  为了准确描述大口径套筒式柱塞阀内速度、压力和流阻系数的变化规律，通过Fluent软件模拟开度、压比对套筒式柱塞阀流动特性的影响。结果表明：阀内速度和压力都沿着阀芯轴线对称分布，当开度增加时，轴向射流汇集区速度增大，出口速度随之增大，速度均匀性降低，节流窗口处气流压力减小，轴向压力趋于均匀，流阻系数随开度增加先迅速减小后趋于稳定;当压比增大时，进口速度先保持不变而后不断减小，存在临界压比，速度和压力逐渐趋于均匀，压比越大流阻系数下降越显著。

• 基于田口法与CFD的新型除砂装置中冲砂喷嘴性能优化

  方志刚，马斌，王振松，苏省，王伟，王志亮

  由于吐哈油田的许多油气井相继进入到成产后期，因此井内出砂已逐渐成为影响产量的主控因素之一。为了提高中后期井的生产效率，减少砂埋产层风险以及实现降本增效，提出一种新型除砂装置。通过充分分析装置的工作原理后，发现此装置可同时实现对井底砂粒或砂层的冲击与携带。由于冲砂喷嘴的结构与具体尺寸对装置整体性能（冲砂深度）影响较大，因此对冲砂喷嘴的结构进行优选。利用田口方法与CFD（数值模拟）共同对冲砂喷嘴的结构尺寸进行优化。定义冲砂深度为试验指标，出口直径、出口圆柱段长径比以及喷嘴收缩角等为控制因子，分别进行分组试验，并利用信噪比与方差分析方法对试验结果进行研究。结果表明：当冲砂喷嘴的出口直径为8 mm、入口直径为16 mm、收缩角为15°、出口圆柱段长度为20 mm、入口圆柱段长度为32 mm时，冲砂喷嘴的性能最好，并且其最远冲砂深度可以达到0.594 m。与优化前的喷嘴对比，优化后的喷嘴冲砂能力提高了31.3%。

• 基于损伤等效的压裂泵柱塞疲劳载荷谱研究

  李魁，王蒙蒙，王安伟，郭福征，武正权

  在页岩气作业中，压裂泵柱塞受到周期性载荷的作业易出现疲劳破坏，而压裂泵柱塞产品开发初期没有疲劳计算所需的实测疲劳载荷谱。针对此问题，根据6000型机械压裂泵的百万冲次试验测试柱塞组件的应变载荷谱，采用一定方法对柱塞的疲劳载荷谱进行等效编谱，评估柱塞疲劳寿命并对柱塞的结构进行优化设计，最后锁定柱塞设计数据。通过分析证明了通过测试与仿真相结合可评估柱塞疲劳耐久性，提升产品质量。为了减少重型件产品设计的验证时间，基于采集的柱塞载荷谱以一定方法获得柱塞疲劳载荷谱。基于等效损伤原理，采用block cycle方法进行柱塞台架试验载荷谱的提取，为后续搭建柱塞台架试验台提供设计依据。

• 数控机床几何与热误差研究方法综述

  马文竹，付双松，齐向阳，卢然，李泽岩，吴承亮，张晓庆

  数控机床加工精度是衡量机床性能的关键指标。影响加工精度的误差源有多种，最显著的是几何误差与热误差，占据机床总误差的60%～70%。误差补偿被认为是提高机床加工精度经济高效的手段，其中误差精确测量、误差模型的建立是进行误差补偿的基础和前提。针对数控机床综合误差的测量、建模、补偿过程进行归纳总结，分析测量工具、建模和补偿方案的优缺点，列举数控机床精度优化方面的问题，并探讨未来的研究方向。

• 基于DBN的液压泵劣化程度评估方法研究

  李振宝，伊明，李富强，张磊，姜万录

  针对轴向柱塞泵中心弹簧失效故障难以有效评估的问题，提出一种基于梅尔频率倒谱系数(MFCC)和深度信念神经网络(DBN)的液压泵劣化程度评估方法。对现场采集的正常数据和3种不同程度中心弹簧失效故障的液压泵振动信号进行信号预处理，包括预加重、分帧和加窗等；对预处理后的信号进行快速傅里叶变换(FFT)，得到其频率谱和功率谱，然后让其通过Mel滤波器组，得到信号的对数能量；最后对对数能量进行离散余弦变换，得到信号的倒谱系数和一阶差分系数，并以此构成特征向量。基于DBN方法搭建深度学习模型，对特征向量进行学习，将测试样本导入深度学习模型，对中心弹簧失效程度进行评估，并将倒谱系数和一阶差分系数的识别结果进行对比。结果表明：当选择倒谱系数为特征向量时，具有较高的识别精度，能够有效识别轴向柱塞泵中心弹簧的性能劣化程度。

• 基于DBSCAN-ML的液压风力发电机故障诊断研究

  宾世杨，李利强，程乐，陈浩武

  传统风力发电机对于系统故障的解决方案是有限和预先确定的，而具有大量传感器数据的故障预测诊断可以有效预防可能发生的系统故障，从而降低设备维护成本。为此，提出一种基于DBSCAN-ML的风力发电机故障诊断策略。基于密度的应用噪声算法空间聚类（DBSCAN）从正常状态数据中分类出异常状态的风力机数据，然后采用决策树和随机森林算法2种机器学习（ML）算法构建预测模型，最后使用K折交叉验证进行测试。通过广西31台风力发电机组数据对此故障诊断方案进行案例验证。结果表明：DBSCAN算法可以有效分离异常状态数据，且决策树预测模型和随机森林模型可以分别获得92.7%和92.1%的准确率，通过数据挖掘和建模可以检测风力发电机组的故障，并可以预测部件的维护需求。

• 基于LMS滤波算法优化数控加工速度误差的应用

  王舒玮

  针对数控加工过程中速度误差导致加工精度低的问题，研究所加工零件的加工精度、切削加减速误差和切削加速度变化规律等，提出基于LMS滤波算法的数控加工速度误差优化。通过对非均匀有理B样条（NURBS）曲线进行仿真加工，对数控机床加工速度进行自适应控制。通过引入最小均方算法进行误差分析，从而提高插补速度精度，使数控机床加工误差降低、效率提高。通过实验测试对所提误差控制方法进行验证。结果表明：基于LMS滤波算法优化数控加工误差控制，不仅使数控机床加工速度得到提高，还有效解决了数控机床加工运动过程中存在的加工误差问题，使加工精度得到有效提升，证明所提加工误差控制方法具有一定可行性。