机床与液压杂志

机床与液压杂志2024年第15期

• 多目标复合可视性约束下的机械臂无模型标定位姿研究

  苏瑞，蒋周翔，秦鹏举，宋鹏程，马紫怡

  与基于模型的机械臂标定方法相比，无模型标定方法具有算法简洁和线性化误差小的优点，但这种方法需要在多个机械臂姿态下同时采集各连杆表面的靶标位姿，因此其可视性同时受视场角狭窄、靶面方向异常以及臂体遮挡的影响，增加测量位姿的构造难度。为此，提出一种基于多目标视觉的复合可视性约束下的机械臂无模型标定位姿遴选方法。依据机械臂连杆参数及轮廓尺寸，生成贴合其等效模型的有向包围盒树，并依据臂体外形特征设定各连杆靶标固连位姿。在此基础上，分别建立靶标角点被包含判据、靶面法向夹角判据以及各包围盒与靶面视锥干涉判据，将其融合为多目标复合可视性约束条件，该算法可在既定工作轨迹下遴选出全体靶标均为可视的机械臂位姿。最后，通过搭建实验台验证所提方法的有效性。实验结果表明：该方法对臂体与靶面的遮挡关系判断精准，靶标在所选位姿处可视性良好，满足机械臂实时无模型标定方法对于多靶标位姿同时采集的需求。

• 基于轨迹优化的机器人数字孪生系统

  张跃飞，李琰，苏宇锋

  研究6R机器人的时间最优轨迹规划。采用牛顿-欧拉法建立机器人动力学模型；机器人末端路径采用多项式插值，通过动力学和运动学约束情况下的相平面法获得时间最优轨迹数据。针对机器人手动示教存在的精度不稳定、编程时间长、机器人工作效率低的问题，研发基于OpenGL和C#的数字孪生系统。将轨迹优化算法应用于该系统，实现了机器人离线示教、轨迹规划、离线仿真和在线控制。最后在ZRRT-608机器人上验证了该系统和时间最优轨迹规划算法，结果表明机器人作业时间达到最短。

• 高压输电线软体巡检机器人磁致动机制及PI滑模控制研究

  徐显金，张奕康，颜海峰，刘兰兰，黄彦澔

  为解决高压输电线刚性悬臂巡检机器人尺寸大、笨重、越障不灵活、效率低等问题，设计一种高压磁致动软体巡检机器人，利用载流线圈在高压直流环形磁场中受到的安培力驱动软体机器人以柔顺和蠕动方式高效灵活地跨越多种障碍物。对该机器人进行本体构型设计并分析其工作姿态，实现稳定巡检功能；对磁致动驱动器进行理论设计和分析，利用Comsol仿真软件对其所需驱动力进行仿真，验证理论的可实行性；通过拉格朗日法对高压磁致动软体巡检机器人进行动力学建模，构建系统动力学方程，获取机器人的关节角度、速度、加速度之间的关系；最后，通过MATLAB利用基于PI滑模控制法对简化后的高压磁致动软体巡检机器人动力学模型实行速度和角速度高精度追踪仿真。仿真结果表明：在滑模控制下，角度在1.5 s追踪上理想信号，角速度在0.3 s后追上理想信号，证明基于PI的滑模控制器能够实现对高压磁致动软体巡检机器人的有效控制。

• 模块化管道焊接机器人结构设计与分析

  罗雨，叶朔朔，许耀波，焦向东

  针对城市供水管网铺设时操作空间狭小、人工焊接效率低、质量不稳定等问题，设计一种模块化管道焊接机器人。采用模块化设计方法，完成焊接机器人的机械结构设计，主要包括焊接行走底盘、焊枪姿态调整机构和可调柔性导轨3部分。运用D-H参数法建立机器人运动学方程，基于蒙特卡罗法对该机器人的可视化工作空间进行仿真分析。最后进行模块化管道自动焊接工艺实验和施工现场应用。实验结果和施工现场应用结果表明：该机器人能够完成对应壁厚钢管的全位置焊接任务，焊接过程稳定且焊缝成形良好。

• 基于TRIZ的全断面铺锚支机器人结构创新设计

  何涛，郑浩，骆元庆，方思源，秦颖

  为解决煤矿巷道掘进过程中支护、铺网、钻孔及锚固等工序自动化水平低、难以高效协同等技术难题，基于TRIZ理论，开展全断面铺锚支机器人的结构创新设计。通过九屏分析法、功能模型图与因果轴分析得出现有铺锚支机器人效率不足的根本原因，并综合运用技术矛盾法、物理矛盾法以及76种标准解等方法，设计出新型全断面铺锚支机器人结构，进而通过ADAMS-AMESim联合仿真，开展其关键迈步式自移支架的机液耦合分析。结果表明：全断面铺锚支机器人具备迈步行走、铺网、支护、锚固、钻孔的平行作业；迈步式自移支架工作时推移缸的最大推架力为10 940 N，最大拉架力为18 510 N，实际位移与理想位移误差满足设计要求。

• 面向管道检测的连续体机器人主从控制研究

  孙杰，齐飞，张恒，李宵灵，林冀，封金成

  针对遥操作技术在连续体机器人应用中存在可移动性差、环境适应能力低与价格高昂等问题，提出一种连续体机器人主从控制方案。在常曲率圆弧假设下基于几何分析法建立连续体机器人的运动学模型，并在MATLAB软件中采用蒙特卡罗法对其工作空间进行仿真分析；建立主手关节空间与从手关节空间之间的映射模型，并提出一种基于主从映射模型的连续体机器人控制方法；最后搭建连续体机器人样机平台，分别通过运动控制实验、主从跟随实验和模拟管道通过实验对建立的运动学模型和主从控制方法进行验证。实验结果表明：连续体机器人具有较好的轨迹控制性能，验证了主从控制方法的有效性和准确性，满足了连续体机器人在管道内检测过弯的控制需求。

• 基于碰撞检测的双机械臂避障路径规划

  刁慧，陈桂，曹飞虎，马俊哲

  针对协同作业的双机械臂系统，提出一种不依赖于外部传感器和无需动力学建模的实时避障路径规划方法。基于运动学和混合包围盒法简化机械臂模型与障碍物，经投影相交法快速判断干涉的可能性，将碰撞检测转化为求解最短距离，再结合速度场以及添加虚拟约束点和考虑障碍物边界来改进传统人工势场法。最后，通过MATLAB-CoppeliaSim联合仿真验证包含静态和动态障碍物的碰撞检测算法。结果表明：该碰撞检测算法适应动、静两种复杂障碍物环境，通用性较高，生成的避障路径能够跳出极小值和实现目标可达，有效保障人机交互及设备的安全性。

• 基于对决深度Q网络的机器人自适应PID恒力跟踪研究

  杜亮，梅雪川

  为确保机器人与环境接触时能保持稳定的接触力，基于对决深度Q网络设计一种自适应PID控制恒力跟踪算法。分析机器人与外界的接触过程，并构建基于PID算法的机器人力控制器；提出基于对决深度Q网络的自适应PID算法，以适应外界环境的变化，该算法利用对决深度Q网络自主学习、寻找最优的控制参数；最后，通过Coopeliasim与MATLAB软件平台展开机器人恒力跟踪实验。仿真结果表明：提出的基于对决深度Q网络的自适应PID算法能够获得较好的力跟踪效果，验证了算法的可行性；相比于深度Q网络算法，力误差绝对值的平均值减少了51.6%，且收敛速度得到提升，使机器人能够更好地跟踪外界环境。

• 基于分解插补和拐角平滑的机械手轨迹规划

  李瑞芳，苏琦，杨付

  为了实现工业机械手高速高精度加工的目标，提出一种基于分解插补和可控拐角平滑的轨迹规划方法。对工业机械手关节坐标系插补存在的问题进行研究，分析在工件坐标系中进行轨迹插补的必要性;提出一种基于分解方法的工件坐标系插补方法，通过将位置命令分解到笛卡尔坐标，姿态命令分解到球坐标，实现工作空间中的轨迹插补，从而生成高精度线性轨迹;其次，提出一种新的运动学可控拐角平滑策略，通过在关节空间的拐角处使用3段式恒定加加速度曲线来生成平滑的轨迹，可通过改变拐角持续时间来控制由此产生的拐角误差;最后，在6DOF机械手上进行了多段刀具路径测试。结果表明：文中方法能够在3.886 s内以0.01 mm的误差有效地实现刀具的线性运动，并在0.5 mm的自定义公差范围内生成每个拐角处的平滑轨迹，从而实现机械手的高速、高精度加工。

• 自适应绳索驱动并联机器人构型优化设计研究

  尹田，刘芳华

  不同绳索驱动并联机器人的构型设计将产生不同的工作空间和灵活特性。提出一种自适应绳索驱动并联机器人结构模型，该结构模型可以在不增加运动冗余的情况下，通过绳索缠绕修改末端执行器的粘接点，提出的机器人可以被动重构为多种构型。基于重构条件，提出自适应原理，建立自适应绳索驱动并联机器人的运动学模型和静力平衡模型。通过定义工作空间和灵活性指标，对自适应粘接点进行比例优化。结果表明这种设计具有更大的工作空间和更好的灵活性。

• 基于仿生优化神经网络的6DOF工业机械手标定

  曹俊，任吉慧，邓绯

  针对六自由度工业机械手标定中的定位精度问题，提出一种基于仿生优化神经网络的机械手标定方法。研究六自由度工业机械手的运动学模型，并给出其D-H参数。通过将关节挠度模型和传统的运动学模型标定技术相结合，来同步识别机械手的运动学参数和柔度参数，以提高定位精度。然后，构造人工神经网络对未建模误差进行进一步补偿，如摩擦、机械传动误差和热膨胀。此外，采用入侵杂草优化算法对神经网络的权值和偏置进行优化。最后，采用六自由度机械手HX300对所提方法进行了实际测试，验证其可行性。研究结果表明：标定后机械手的定位精度得到了显著提高，平均误差、最大误差和标准差分别为0.345、0.637 4、0.162 4 mm，均小于其他标定方法；与GA-BP神经网络标定方法相比，所提方法具有更好的收敛能力，平均误差降低了15.92%，适用于高精度的各种工业应用。

• 掺氢天然气管道氢损伤管外漏磁检测机构设计

  陈子俨，赵弘

  掺氢天然气管道受氢损伤等因素影响，容易产生缺陷进而导致管道失效，因此需要定期对掺氢管道进行检查。通过对掺氢管道的主要缺陷产生机制和缺陷特征进行分析，得到主要的缺陷形式，设计一种针对掺氢管道氢损伤的管外漏磁检测机构对管道进行缺陷检测，利用Maxwell进行漏磁检测仿真模拟，采用响应面法建立检测探头各参数与轴向漏磁曲线峰谷差值、吸附力和成本之间的函数，得到探头的结构参数最优组合。最后搭建实验台，利用单组探头进行单通道的漏磁检测。结果表明：与未优化结构对比，优化后管外缺陷检测效果提高26.2%，管内缺陷检测效果提升11%，探头与管壁吸附力降低56.7%，探头成本降低14%，检测效果得到提升；优化探头不仅能检测到已成型的比较明显的掺氢管道缺陷，也可以在缺陷形成早期管壁损失达到整体壁厚40%时将其检测出来。缺陷检测实验验证了文中设计方案的可行性。

• 数控铣齿比能耗与工件粗糙度预测优化

  丁文政，邢波，张金，卞荣，尹铭禹

  根据铣齿机床能耗与工件表面粗糙度信息，提出一种结合多元非线性拟合和粒子群算法的预测优化方法，旨在为齿轮铣削提供优选工艺参数。基于数控铣齿机床动力结构建立能耗模型，进而提出铣齿切削比能的概念；开展正交和全析因试验对多工况铣齿机床的功率和表面粗糙度数据进行监测；通过多元非线性拟合函数建立机床切削比能和工件粗糙度的预测模型；将拟合目标函数组代入粒子群算法进行工艺参数的优化。试验结果表明，基于多元非线性拟合的预测模型拟合优度均超过了0.99，采用粒子群算法求解获得的8组解集考虑到了机床节能增效的客观需要。

• 基于模型参考自适应的电液负载模拟器主动加载力控制研究

  钟海防，刘凯磊，强红宾，康绍鹏，陈茂泽，张钰琦

  针对电液负载模拟器在主动加载过程中参数不确定、非线性、易受到外部干扰等导致控制精度较低的问题，提出一种基于模型参考自适应的主动加载力控制方法。根据电液负载模拟器加载系统的工作原理，建立系统的数学模型，通过对参数模型辨识得到系统的传递函数，设计模型参考自适应控制器，并基于李雅普诺夫理论验证控制器的稳定性。最后，通过AMESim和Simulink联合仿真模型对提出的控制方法进行分析。仿真结果表明：与传统PID控制器相比，在不同加载力指令下，模型参考自适应控制器显著提升了加载系统的控制精度和响应速度，加载力误差控制在0.6%以内，有效抑制了外部干扰。

• 采煤机搬运车悬挂系统智能控制与调平策略研究

  李勇恒，刘航，胡言章，张浩

  为降低采煤机搬运车在装载和运输中倾覆风险，分析常用的位置误差调平法和角度误差调平法的优缺点，在此基础上提出改良的位置误差调平法。通过分析计算求得平台上各点在竖直方向上的坐标；通过计算平台平面方程结合各支撑点几何关系，得出各点竖直方向运动速度，形成了悬挂系统调平控制策略。通过AMESim和Simulink联合仿真建立了悬挂系统的仿真模型，并采用了边界稳定法和试凑法确定比例、积分、微分三项系数及其模糊放大系数，从而利用模糊PID控制器优化了多路阀动态响应特性，减小了响应过程中的超调量。仿真结果表明：在悬挂系统升降过程中，各支撑点间的竖直位移差均不超过2.0 mm，且各悬挂缸压力差小于0.1 MPa，不会出现虚腿现象。最后通过试验分析了悬挂系统的控制性能，结果表明：实际升降过程中的最大位移误差小于5.0 mm；结合采煤机搬运车尺寸计算得到，车身平台在长度方向上的倾角为9.16×10-4 rad，在宽度方向上的倾角为1.27×10-3 rad，在工作允许范围内，验证了方案的有效性。研究内容为悬挂系统调平策略和克服调平过程中的“虚腿”现象提供了新的思路。

• 基于响应面法的仿生PDC钻头水力结构优化设计

  吴泽兵，袁若飞，张文溪，刘家乐，沈飞

  合理的钻头水力结构能避免泥包现象发生，提升钻井效率。为完善仿生PDC钻头的水力结构，基于 κ-ε 湍流模型和离散相模型对4种不同水力结构方案进行数值计算，确定了最佳方案为喷嘴和辅助喷嘴结合。为确定该方案下最佳结构参数，使用响应面法建立了以喷嘴直径x1，辅助喷嘴直径x2、喷嘴距钻头中心径向距离x3为设计变量，采样点最大速度D和采样点平均速度E为目标函数的数学模型，基于回归分析对钻头水力结构进行优化设计，求出最佳参数为喷嘴直径16.36 mm，辅助喷嘴直径8 mm，喷嘴距钻头中心径向距离63.85 mm，并对该参数下的水力结构性能进行了数值计算。结果表明：优化后的钻头水力结构不仅减少了流体井底速度波动次数，且明显提升了整体速度，解决了原有的涡流现象，增强了钻井液携岩性能，减小了粒子浓度。

• 直升机传动系统轴承试验机设计

  郝邦国，刘丹丹，付力扬，杨喜军，王志远

  随着我国航空工业的迅速发展，对航空轴承的质量要求也越来越高，为了保证直升机飞行安全，在直升机传动系统轴承出厂装机前，需要对其进行模拟试验。通过分析直升机传动系统轴承的规格、运转状况并结合工作环境，进行试验机总体设计及各系统设计，研制一款直升机传动系统轴承试验机，在转速、载荷、温度和润滑等方面模拟直升机实际运转状况，对直升机传动系统轴承进行高温、断油和耐久性等试验，最终满足了试验要求，保证了轴承质量。

• 内曲线马达曲线导轨表面热处理工艺优化

  师文广，张红娟，杨亚森，张晋，高进，李莹

  常规的整体感应器中频淬火法会导致曲线导轨内表面硬化层硬度、深度不均匀，低速大扭矩内曲线液压马达在重载工况下极易造成马达曲线导轨失效。提出一种曲线导轨表面热处理中频淬火工艺优化方法，在常规方法的基础上，应用曲线磨床仿形的加工原理，即采用数控仿形淬火来进行热处理。并分别对常规淬火以及优化后的数控仿形淬火处理后曲线导轨性能参数进行测试。通过对比分析可知：优化后的数控仿形淬火所得曲线导轨曲面硬度相比常规淬火方法更高、曲线导轨硬化层深度均匀性更好，硬度提高了(3~5)HRC，硬化层深度提高了1.5~3.5 mm。采用该新工艺生产的曲线导轨的马达已投入使用，曲线导轨无质量问题反馈。

• 基于机器视觉的齿轮参数测量评定系统设计

  袁帅，万文

  针对传统的齿轮参数检测中测量不便、效率低和人机交互不强等问题，以LabVIEW为开发平台，利用虚拟仪器技术、图像处理技术和机器视觉技术，设计一种基于机器视觉的齿轮参数检测评定系统。系统具有齿轮图像采集、图像处理、系统标定、轴孔中心检测以及齿轮参数检测评定等功能，可测量评定齿轮齿顶圆、齿根圆、单个齿距偏差 fpt 及齿距总偏差 Fp、公法线长度偏差等。采用0级标准量块对系统进行标定，并对设计的系统进行了测试和对比，通过将检测结果与齿轮的设计理论值进行对比评定系统的准确性。结果表明：该检测评定系统界面友好、易扩展、效率高、操作方便，并可对采集数据进行自动保存、回放和齿轮参数可视化评定。

• 高精度数控机床的导轨平行度测试方法研究

  司卫征，卫紫君，罗良传，刘建华，陈启愉，唐健豪

  基于平面度、直线度、平行度的测量及评价原理，对有效行程2 000 mm精密导轨平行度进行测量，并对导轨工作台单个滑块及组合滑块的角度偏差、直线度及导轨平行度进行理论分析和实验验证。结果表明：在相同的环境和装配工艺等条件下，水平面内滑块的角度偏转方向和趋势基本一致，滑块的最大角度偏差相近；组成导轨工作台的4个滑块在水平面内直线度曲线趋势相同均为中间凹，竖直平面内直线度受装配锁紧力和角度偏差的影响，角度偏差的转动方向相同，但趋势稍微有差异；组合滑块直线度的方向与单个滑块直线度的方向一致，因滑块组合后受力的平均效应作用，在竖直面和水平面内组合滑块直线度比单个滑块直线度好；以基准导轨与副导轨的直线度斜度代数运算的绝对值评价导轨间平行度的方法，可为精密导轨平行度的测量提供依据。

• 用于低相干干涉测量系统的多通道数字与模拟信号同步采集方法研究

  丁斌，何飞飞，毛敏，祖洪飞，陈骏，张翔，陈旭雯

  在现代工程领域中，模拟信号和数字信号同步采集的重要性变得越来越显著。同步采集这两种类型的信号可以提高数据采集和处理的准确性、可靠性，并避免数据延迟、抖动等问题，尤其对于一些特定应用场景具有极高的必要性。为了适应低相干干涉测量系统中多类型多路信号的同步采集与处理需求，基于已有的数据采集仪，设计并制作了数字信号调理板，并通过实验验证了数字信号与模拟信号的同步采集情况。实验结果表明：所设计的系统不仅可以实现两种信号的高速同步采集，而且系统整体位移采集的精度很高：电动位移台在0~70 mm行程内，系统测量值与干涉仪测量值最大误差为2.52 μm；压电位移台在0~320 μm内，系统测量值与干涉仪测量值最大误差仅为0.54μm。

• 变压器油前处理自动化装置设计

  吴培伟，魏晓东，宋浩永，赵崇智，刘静

  针对变压器油前处理操作复杂、效率低下的问题，模块化设计一套变压器油前处理自动化装置。该装置控油模块的开瓶机构实现瓶装油样到液路系统的转移，注油注气套胶帽机构实现瓶装油样到针筒油样的自动化转移，脱气进样模块的多工位振荡托盘实现多个针筒油样升温振荡后将脱出的样气通过定量管注入色谱仪进行组分分析。对油样转移的准确性、重复性及脱气量的精准性进行了实验，实验结果表明：该装置能够精准地将机械振荡脱出的气体转移到小针筒内，小针筒上方的激光传感器计算出的脱气量能精确到0.000 1 mL，实现了自动化的变压器油前处理。

• 水基高速开关阀动静态特性研究

  李智源，王伟，卢德来，廖瑶瑶，廉自生

  为了研究水基高速开关阀的动静态特性，以一款水基高速开关阀电磁铁为研究对象。阐述其结构及工作原理，在Ansoft Maxwell软件中搭建电磁铁仿真模型；通过研究平面形磁极和锥面形磁极的稳态电磁力的大小，得到该水基高速开关阀电磁铁更适合采用平面形磁极，且得到稳态电磁力与半锥角?θ?之间的关系；加入隔磁环对环路磁通进行优化，并分析隔磁环结构参数对电磁力的影响规律，根据仿真结果及生产工艺确定了隔磁环的最优参数；最后针对电磁铁滞后时间长、响应频率低的问题，提出一种复合PWM控制策略来提升电磁铁的动态特性。根据仿真和试验结果，电磁铁滞后时间缩短了15.8 ms，响应频率由29 Hz提升到了40 Hz。

• 基于三维数值仿真的球式配流阀阀口空化流场特性研究

  陈誉，朱天龙，吴柳杰，张晋，孙宝林

  针对球式配流阀在配流过程中阀口出现的空化问题，建立三维流域仿真模型。结合Zwart-Gerber-Belamri空化模型和湍流黏度修正后的重整化群 κ-ε 湍流模型对球式配流阀空化现象进行数值模拟，通过典型工况下流场体积分数云图与气相等值面图，揭示阀口空化强度及空泡形态的周期性演变规律，并基于速度场和压力场分析，阐明空化周期性演变过程中的流场特性。同时探究阀口开度、入口压力和背压对空化流场的影响规律。结果表明：球式配流阀阀口空化特性受开度影响，开度越大，空化范围与强度越小，周期性的空化流场演变在开度超过0.3 mm后不再出现；背压的增高使空化区尾部无法向出口发展，抑制了流场空化范围，同时降低了流场周期性脉动频率；增大入口压力将加快阀口空化初生速率，当开度超过0.4 mm后，入口压力对阀口空化强度影响减弱。

• 高速开关阀先导流量控制的比例阀压力补偿研究

  刘晋沛，王鹤，张晓宇，时祖攀，刘子龙

  针对高速开关阀先导流量控制的比例阀输出流量受负载压力变化影响的问题，基于其主阀流量线性放大先导流量的特性，提出先导阀压差补偿方法，保证先导阀两端压差不变，使得流量不受负载影响，从而实现主阀流量的稳定输出，设计压差补偿器并进行参数优化。结果表明：在先导阀和主阀之间增设压差补偿器可以抑制负载压力变化对先导流量的影响，使得线性放大后的主阀流量保持稳定；通过对压差补偿器的参数进行优化，提高了主阀输出流量的响应速度，同时降低了主阀输出流量波动，满足液压控制技术对数字液压阀输出稳定流量的需求。

• 轴承间隙配合对电主轴转子系统非线性振动影响分析

  张珂，丁馨怡，王展，王子男

  在电主轴转子系统中，轴承与轴承座主要通过间隙配合方式连接，在轴承热变形的影响下间隙配合量会产生非均匀性变化。为了探究轴承配合间隙变化对转子系统振动特性的影响，创建考虑间隙配合的电主轴转子系统动力学模型。利用时域响应和傅里叶频谱分析系统的振动特性，结合分叉图和庞加莱映射分析轴承间隙配合对转子系统稳定性的影响。最后通过搭建电主轴振动测试平台，对仿真结果进行验证。结果表明：在不同转速下，转子系统的振动随着轴承配合间隙的增大而增强，系统稳定性随着配合间隙的增大从周期运动过渡到拟周期运动最后进入混沌状态；间隙为5 μm时，试验结果与仿真结果的振动误差率约为4.18%，验证了模型的准确性。

• 基于双层CESO的电液伺服系统线性自抗扰控制

  贾雁，金坤善，张井岗，李宇翔，曹继贤

  针对含高频噪声的阀控非对称缸不确定扰动抑制问题，采用扰动频率分层技术，利用线性扩张状态观测器低通滤波特性以及扰动估计速度和精度与带宽取值正相关性的特点，提出一种基于双层级联扩张状态观测器的阀控非对称缸电液伺服系统线性自抗扰方法。在分析双层级联线性扩张状态观测器稳定性基础上，与传统线性自抗扰控制方法进行了仿真对比研究。仿真结果表明：该控制方法继承了传统自抗扰控制优点，提高了不确定扰动估计速度和精度，有效抑制了含高频测量噪声不确定扰动带来的不利影响，可实现阀控非对称缸电液伺服系统的高性能控制。

• 气液固多相流条件下球阀冲刷腐蚀磨损特性研究

  陈琳伟，冯辉彬，陈雷，刘快乐，汤何胜，任燕

  以多相流输送球阀为研究对象，对其颗粒冲刷磨损和电化学腐蚀开展数值计算研究。针对稀硫酸携带固体颗粒冲刷腐蚀球阀导致其失效的问题，采用欧拉-拉格朗日流体计算方法，运用Fluent软件对气固液三相流球阀冲刷腐蚀磨损进行数值模拟计算，揭示球阀冲刷腐蚀磨损失效机制，并将模拟计算结果与现有文献的实验数据以及工程现场冲蚀球阀对比，验证数值计算结果的准确性。分析结果表明：球阀内部流速为2~9 m/s，阀芯最大冲蚀量为2.85×10-3kg/(m2·s)，最大腐蚀率为2.28×10-7kmol/（m2·s），阀内冲蚀磨损随开度的增大而减小，气相对球阀冲蚀影响微小，但阀芯内复杂的涡流减缓阀芯内侧壁面腐蚀率。颗粒的冲蚀与电化学腐蚀的交互作用会加快球阀表面镀层失效。

• 非圆行星齿轮马达流场仿真分析

  周如林，黄园月，赵志伟，胡滨，肖浩阳，王煜，袁晓明

  为了研究非圆行星齿轮内部流场特性，建立非圆行星齿轮马达的几何模型和有限元模型，并对模型进行仿真参数设置及网格无关性验证。对非圆行星齿轮马达进行流场仿真分析，探究油膜位置流场速度变化规律，研究入口压力为5~20 MPa时Q100型、Q160型、Q250型非圆行星齿轮马达的流量及容积效率随压力的变化规律；此外针对Q250型非圆行星齿轮马达，探究油膜间隙分别为0.02、0.03、0.04 mm时的流量及容积效率随压力的变化规律。最后通过开展样机测试试验，验证仿真模型的准确性。结果表明：在相同的入口压力下，容积越大，容积效率越高；容积效率随着油膜间隙的增大而降低，当油膜间隙为0.02 mm、压力为5 MPa时，马达容积效率可达90.9%；试验和理论得到的容积效率与转矩关系曲线的变化趋势基本一致，最大误差仅为5.76%，验证了仿真模型的准确性。

• Ti-6Al-4V六槽深浅腔动静压轴承刚度数值分析

  李素丽，王聪

  针对传统材料制造的动静压轴承刚度较差的问题，提出一种基于Ti-6Al-4V材料制造六槽深浅腔交错分布的动静压轴承。利用ANSYS有限元软件建立六槽深浅腔动静压轴承流固耦合模型，研究轴径间隙、转速以及偏心率对QSn4-3轴承和Ti-6Al-4V轴承刚度的影响规律。结果表明：钛合金材料制成的轴承刚度优于传统锡基合金材料制造的轴承，各工况参数中，轴径间隙对轴承刚度的影响最为显著，其次是偏心率。该研究可为钛合金滑动轴承的数值模拟和设计提供参考。

• 考虑多失效形式的电子制动助力器主密封圈多目标优化设计

  刘朱铖，冯金芝，赵礼辉，张东东

  针对电子制动助力器制动主缸主密封圈容易发生泄漏、啃噬和磨损等失效问题，进行主密封圈参数的多目标优化设计。通过台架试验分析密封圈主要失效形式，并结合用户制动工况数据进行典型工况下的仿真分析，从而确定优化目标。以主密封圈左下处角度、顶点距离、橡胶硬度和摩擦因数为变量进行正交试验设计，并利用Abaqus软件建立力学模型，得到挤入量、最大接触应力和磨损量的拟合方程。最后以密封性、抵抗啃噬和磨损为优化目标，采用多目标遗传算法，结合用户制动工况数据对密封圈材料参数、摩擦因数以及关键尺寸等进行了优化设计。仿真计算表明：优化设计后主密封圈在保证密封性的前提下，抵抗啃噬和磨损性能得到了一定改善。

• 面向人机交互的机器人关节减速器评估与设计方法综述

  杨璐，金守峰，宿月文

  人机交互技术已广泛应用于各领域，但机器人在与人类互动时的性能仍受关节减速器技术的限制。通过梳理国内外学者对机器人关节减速器的研究，特别针对行星齿轮传动、谐波传动、摆线针轮传动以及RV传动技术等常用的机器人关节驱动的主流技术，描述和对比分析其结构特点、传动方式和优缺点，并提出适用于机器人关节减速器适用性和性能分析的框架。针对未来机器人应用场景介绍齿轮轴承传动和Galaxie驱动器两种新型传动技术，展望机器人关节减速器技术发展趋势，为机器人关节减速器的设计和选型提供参考。

• 基于残差网络和时频域特征融合的滚动轴承故障诊断方法

  刘飞，荆晓远，韩光信，冯宇健，廖珂

  针对单一时频域方法对振动信号特征提取能力有限的问题，提出一种基于残差网络和时频域融合的滚动轴承故障诊断方法。通过采集轴承振动信号，计算滚动轴承振动信号量纲一和有量纲特征统计指标、能量算子指标共12个时域特征；将时域信号转化成频域信号，提取出4个频域特征指标；使用离散小波变换进一步提取信号特征，得到16个时频域特征。构建残差网络，将原始振动信号输入残差网络提取特征，在全连接层将提取的时域、频域、时频域特征连接得到32个特征，并与残差网络提取的时域特征融合。最后，将融合的特征输入分类网络得到故障诊断结果。根据在某故障诊断重点实验室数据集以及企业真实运行数据集上的实验验证，提出的方法相对于其他经典分类模型拥有更好的性能。

• 基于多领域耦合建模的轴向柱塞泵故障诊断方法

  唐宏宾，李志祥，董晋阳，陈思源

  针对轴向柱塞泵传统单一领域建模方法存在的建模困难、仿真精度低以及故障诊断所需故障样本不足的问题，开展基于多领域耦合建模的轴向柱塞泵故障诊断方法。利用Simscape构建轴向柱塞泵多领域耦合模型，并对柱塞泄漏、主轴轴承磨损以及组合故障3种常见的故障进行模拟，再通过故障注入技术和MATLAB快速重启功能获取多种工况、不同故障程度下的压力和流量数据；随后从时域和频域对故障数据进行特征提取，同时利用单因素方差分析对故障特征进行选择；最后利用得到的特征对K邻近、朴素贝叶斯、决策树、神经网络、支持向量机等5种故障诊断算法进行训练，得到故障诊断准确率最高的算法，其平均诊断准确率为98.5%。该方法提高了轴向柱塞泵多领域耦合建模的精确性，实现了对轴向柱塞泵的有效故障诊断。