机床与液压杂志

机床与液压杂志2024年第20期

• 基于改进鲸鱼动态调度算法求解带外协的柔性装配作业车间调度

  李仲华，唐红涛，张伟

  针对制造企业外协价值被低估、人工决策不合理的问题，提出一种改进鲸鱼动态调度算法，以制定合理外协决策和外协价值最大化。构建考虑拖期成本、库存成本和外协成本的混合整数规划模型，设计了针对工序、机器、外协、产品和装配特点的编解码策略，设计了3种针对性强的动态领域结构，最后根据企业实际数据设计实验算例，通过对比验证了算法的有效性。结果表明：合适的外协能显著提高按时交期率，减少高负载情况下车间的拥堵，从而减少总成本。将此混合求解算法应用于生产系统实践，集成为自适应调度系统，可为车间调度决策提供帮助。

• 用于高转速液压泵吸油增压的离心泵设计与可视化研究

  王一轩，冀宏，李晨，杨胜清，汤荣福，王素燕

  液压泵高转速化时容易出现吸油不充分从而引发吸空，提升液压泵的入口压力可以缓解这一现象。为此,设计一种用于高转速液压泵前置增压的离心泵。通过CFD仿真与可视化试验相结合的方法，揭示其内部流动本质。结果表明：所设计的增压离心泵产生空化时的临界转速为2 400 r/min，当转速超过临界转速时，叶片压力面开始产生空化，空化产生的气泡向叶片的吸力面与尾部移动，尾部处的气泡受叶片的切削破碎为小气泡游离在蜗壳内；随着转速的升高，油液内的空化现象越明显，气泡数目也逐渐增多，但泵内流型始终为气泡流。

• 车载滑片式压缩机数值建模及其性能研究

  王华伟，彭峰，何利勇，吴耀中，胡溧，王博

  由于对滑片式压缩机几何优化的研究有限，大多数受几何结构影响的流动和泄漏机制尚未完全揭示。为此提出一种新型车载滑片式压缩机，其设有密封减震垫片以减小磨损摩擦，进、排气口采用异面布置且进气口端面为月牙形结构，以改善腔内流动。结合动网格技术，选取RNG κ-ε 湍流模型，采用Pumplinx对滑动叶片数量、叶片尖端间隙高度进行数值研究，并搭建压缩机试验台架进行试验验证。结果表明：随着滑片数量的增多，出口温度和定转子啮合间隙泄漏减小，质量流量增加；定转子啮合间隙高度从0.01 mm增大到0.05 mm时，质量流量和容积效率分别降低了11.46%和6.69%，而排气温度增加了45.8 K，间隙泄漏量增大了1.13倍。

• 基于热应力PDC钻头胎体断裂失效分析及试验研究

  陈霖，贺育贤，马海云，张慧，庞合善，陈伟林，易先中

  聚晶金刚石复合片（PDC）钻头在陇东致密油井作业时出现胎体裂纹和刀翼断裂的问题，严重影响了整个钻头的使用寿命和钻井时效。针对此问题，通过理化性能试验，分析PDC钻头胎体化学成分、力学性能、硬度和金相组织，采用电子显微镜扫描和能谱分析，对PDC钻头裂纹断面的物质进行定量。基于热-弹塑性理论，建立PDC钻头胎体热应力模型，探究预热温度和银钎焊温度对PDC钻头胎体的影响，提出了PDC钻头制造工艺改进措施，开展了现场试验。结果表明：热应力是引起PDC钻头开裂的根源，残余应力和组织应力共同作用是PDC钻头开裂的直接原因； PDC钻头胎体残余应力主要集中在刀翼根部和水眼部位，以1、4号刀翼和3、5号水眼最为显著； PDC钻头胎体与复合片钎焊温度过高会产生较大残余应力，钎焊温度在700 ℃、胎体预热温度在380 ℃为宜；改进预热温度和钎焊温度后的PDC钻头施工并未有断裂异常，可以安全作业。

• 丘陵山区农用动力底盘液压系统设计与协同控制研究

  席昌钱，张富贵，郑乐，韩忠禄，贺乘龙

  机械传动农用动力底盘动力输出转速单一、不能适应丘陵山区复杂多变的作业环境。为解决此问题，设计单泵驱动行走马达和动力输出(PTO)马达的液压系统，并根据作业需求对液压系统主要元件进行选型计算。为验证所设计单泵驱动多马达系统的协同动作可行性和模糊PID控制效果，在AMESim中建立液压系统模型，在MATLAB/Simulink中分别搭建基于PID与模糊PID的协同控制系统并进行仿真试验。结果表明:所设计模糊PID控制器比PID控制器最大超调量和延迟响应时间平均减少11%和0.9 s，所设计农用动力底盘液压系统可满足打滑、越障、变坡度和土壤特性变化工况下行走马达和PTO马达的协同控制要求。

• 车用高速永磁同步电机电磁结构多目标优化

  鲍玉志，程远雄，田京坤

  高速永磁同步电机是电动汽车驱动技术竞争的焦点。高速电机对动态性能提出了更高要求，针对电磁结构参数对电机各方面性能影响的复杂性，将多目标智能优化算法应用到电磁结构参数设计中。以提高转矩、减小转矩波动和降低定子铁芯损耗为设计目标，以定子齿槽结构等参数为设计变量，采用电磁场有限元及响应面法，利用拉丁超立方采样和电磁仿真获取25组数据，构建了优化代理模型来拟合优化变量与电机性能参数之间的映射关系；利用多目标粒子群算法开展了结构参数优化。结果表明：电机的输出转矩得到了有效提升，同时转矩波动和铁芯损耗均有明显降低。

• 不规则平面边界约束喷涂涂层均匀性调控方法

  颜斌，曾勇，赵雪雅，韩德庆，陈洪博，袁铁军

  针对不规则平面边界约束喷涂的涂膜均匀性优化问题，提出基于膜厚精度要求的边界约束喷涂涂层均匀性调控方法。基于考虑喷枪喷涂高度和倾角为变量的静态喷涂模型，采用积分法建立喷枪沿圆弧轨迹动态喷涂的涂膜厚度分布模型，并进一步建立相邻两圆弧喷涂轨迹间涂层均匀性的优化模型；通过对不同曲率半径搭配喷涂轨迹间的涂层均匀性进行优化求解，获得相邻轨迹曲率半径搭配对膜厚误差的影响规律，并进一步给出满足膜厚精度要求的喷涂轨迹曲率半径调控与生成算法，实现涂层均匀性的调控。最后以某种不规则平面工件喷涂为例，通过实验验证所提方法的有效性和可行性。结果表明：与边界约束喷涂调控前相比，所提方法的膜厚标准差提升了13.5%，可适应膜厚精度要求；且与无边界约束的喷涂方法相比，喷涂时间减少了32.0%。

• 提升设备液压制动器启闭特征参数的分段拟合提取方法

  符加春，薛玉君，王正国，李济顺

  制动器启闭时间是表征提升设备液压制动器性能优劣最直观的特征参数，但在实际工程中不易直接提取。针对此问题，以液压制动系统为研究对象，通过分析制动器启闭压力数据特征，提出一种分段拟合的提取方法。此方法对制动器启闭压力上升或下降阶段的数据进行指数函数拟合，取稳定阶段数据的均值作此段拟合曲线，通过拟合曲线的交点坐标可以解出制动器的启闭时间；利用Simulink建立液压制动系统仿真模型，获取制动器启闭压力仿真数据，并结合实际测量数据对所提方法进行验证分析。研究结果表明：基于此特征提取方法，所得启闭时间特征结果与理论特征值对比，误差可控制在3%以内；提取的实际启闭时间特征值在过渡段范围之内，验证了提取方法的有效性与实用性，可满足工程中对液压制动器特征参数提取的要求。

• 基于深度迁移混合模型的刀具磨损状态监测方法

  唐祎晖，王宇钢，杨历夏，张阴硕，穆俊珍

  为提高刀具磨损的监测精度和效率，针对加工过程中刀具磨损状态监测出现的数据不均衡问题，提出一种基于深度迁移混合模型的刀具磨损状态监测方法。通过混合类平衡正则化、数据增强与批量归一化技术对经过图像编码的数据集进行图像预处理，再利用ResNet32残差神经网络从图像中自适应地提取相关重要特征，然后采用ResNet32残差神经网络作为分类器进行两阶段训练，采用标签感知平滑优化损失函数，通过参数迁移获得最优分类模型。结果表明:所提方法有效改善了刀具磨损监测数据不均衡的问题，与目前的基于深度学习的刀具磨损监测方法相比，在准确率和计算效率方面均有较大提高。

• 变工况条件下的齿轮泵容积效率特性研究

  张羊，李祥阳，陶佳欣，尉祎光

  容积效率是反映液压泵性能的重要指标，针对某特种齿轮泵的容积效率影响因素进行分析和试验验证。建立数学模型并通过UG建立齿轮泵内流场仿真模型；导入Pumplinx中进行仿真模拟，分析不同工况条件下负载压力及转速与容积效率的关系。仿真结果表明：当负载压力较小时，油液脉动较小，产生泄漏量较小，负载压力增大时，由于齿轮腔齿间容积压力快速变化，油液产生剧烈波动，内泄漏加剧，导致齿轮泵容积效率降低；当转速较小时，出口处出现吸空，使容积效率降低，随着转速升高，单位时间内容积腔油液流量增大，容积效率随之升高。根据仿真条件进行实际试验，试验结果与仿真结果差值小于5%，表明了仿真分析的正确性。

• 温度对航空计量活门摩擦特性影响研究

  胡文涛，周燕昆，杨卓澄，万方，王国风，胡文杰

  航空发动机燃油调节器计量活门组件确切的摩擦特性对于系统级仿真的精确性至关重要。实践经验表明:温度是影响计量活门组件摩擦力的关键因素之一。因此，针对活门摩擦力的温度特性，提出一种基于接触模型和内摩擦理论的计算方法，定量描述温度影响活门摩擦力的2个基本途径。其中，活门与衬套直接接触摩擦力随着温度的上升近似呈线性下降趋势；活门与油液之间的摩擦力随温度上升呈指数形式下降。在0~50 ℃内，活门与油液之间的摩擦力随温度的升高下降较快，计量活门摩擦力随温度的变化主要受活门和油液摩擦力的影响。在50~150 ℃内，活门和油液的摩擦力下降较慢并逐渐趋近于零，此过程中活门和衬套的直接接触摩擦力对活门摩擦力随温度的变化起主要作用。设计了相关的试验系统，验证了所提方法的有效性，为进一步明确航空计量活门的摩擦特性奠定了理论基础。

• 基于机翼变形主动反馈的航向载荷自适应加载技术研究

  陈超，王刚，张柁

  机翼垂向大变形会导致航向载荷加载力线方向发生变化，引起附加载荷，从而影响试验加载精度。为了真实模拟机翼航向受载状态，航向载荷的施加需要根据机翼的变形实时调整加载方向，确保大变形下航向加载力线方向与实际受载方向始终一致。为了满足试验要求，提出一种考虑机翼变形的主动反馈式双力控机翼航向自适应加载技术，基于机翼大变形的主动反馈，结合力的矢量合成原理，通过2个力控加载作动筒实时主动控制保证机翼航向加载的大小与方向，从而解决机翼大变形下航向载荷施加难题。通过设计模拟试验验证了新方法的可行性、有效性和实用性。最后将所提技术成功应用于某型号稳定俯仰2.5g工况限制载荷静力试验。结果表明：此技术能够有效实现大变形机翼航向载荷的随动加载，提升了试验的加载精度。

• 3-PUU并联机构运动副间隙耦合误差特性分析

  王亚阁，陈朝大，刘倩宇，徐铭桦

  并联机构运动副间隙直接影响机构的运动精度，导致末端输出特性产生差异。为了探究并联机构运动副耦合特性对末端输出精度的影响，以3-PUU并联机构为研究对象，设置运动副间隙误差为0.05、0.1、0.15、0.2 mm，利用单开链-局部指数积公式法对其进行耦合误差建模，从理论上推导运动副耦合特性与末端输出精度之间的关系,采用MATLAB对运动副耦合误差进行仿真分析,并制作样机进行试验。结果表明：当并联机构不同支链运动副存在误差时，机构末端沿 x 轴位置偏差随机构运动时间和关节间隙误差的增大呈现波动且伴随拐点和曲线分离； y 轴位置偏差波动较大，在运动中轨迹拐点、折点和分离点相继出现，运动不平稳且超出运动空间，当并联机构双支链运动副误差为0.2 mm时,超工作空间达到-5.31 mm；机构末端沿 z 轴的位置偏差随着运动时间和关节间隙的增大呈现轨迹相互交错，与仿真分析一致。

• 微米孔径管式陶瓷膜对切削液过滤性能差异化研究

  刘明华，孙宏昌，蒋永翔，梁志强，张世德，刘月红，李挺，邓三鹏

  通过在极端条件下进行长期腐蚀实验、多组pH过滤环境通量实验、多种类加工液通量实验，揭示以SiC、Al2O3、钛合金为代表的3种陶瓷无机膜对水基、油基切削液的过滤特性。完成3种陶瓷无机膜所得过滤样液理化性质的分类及检测，分析陶瓷无机膜对切削液的作用条件，探究陶瓷无机膜过滤过程中通量稳定性的变化规律及切削液过滤结果的回用价值，得到最满足实际切削液过滤条件的过滤介质。实验结果表明：SiC陶瓷无机膜在水基切削液的回用方面更具优势，Al2O3陶瓷无机膜则更适用于油基切削液的过滤与回用。

• 基于流固耦合的机翼结构优化设计

  吴浩，石永康，邹楠，王浩然

  针对前置螺旋桨条件下复合翼无人机机翼的结构布局优化问题，采用CFD软件并基于Navier-Stokes方程和Spalart-Allmaras湍流模型的多参考系模型方法进行气动特性分析，并利用ANSYS Workbench静力学模块对机翼进行流固耦合分析。根据翼型的设计原理，以S4320作为机翼翼型进行机翼模型的建立，对机翼内部结构进行初始布局设计，并对机翼采用参数化建模；采用流固耦合对机翼施加边界条件，从而进行静力学分析；最后基于遗传聚合的响应面法进行优化。结果表明：机翼的最大变形量降低了29.3%，最大应力值下降了11.7%。此优化方法能够准确地得到机翼结构的最佳布局。

• 基于EtherCAT的软PLC系统设计与实现

  杨木志，刘建群，高伟强，许东伟，黄国静

  针对软PLC系统难以实现实时运动控制的问题，基于EtherCAT实时以太网设计一种软PLC系统。在x86架构处理器的PC上搭建Linux+Xenomai双内核实时系统，并基于开源主站协议栈IgH构建可对从站进行实时控制和同步控制的EtherCAT主站；基于EtherCAT实时控制框架设计软PLC系统，根据IEC61131-3编程标准设计ST结构化编程语言的解析模块和运行模块，遵循PLCopen规范开发了运动控制功能块接口，并在大型浴缸自动喷涂生产线上进行IO控制和伺服电机实时运动控制实验。结果表明：基于EtherCAT实时以太网的软PLC系统实时性满足要求，能准确完成IO控制和伺服电机实时运动控制。

• 一种小型教学用五轴激光加工机床控制系统设计与实现

  李忠群，杨尚臻，刘强，殷振朔，张伟峰，杨雨

  为满足教学型五轴激光加工机床数控系统高精度、实时性和适教化要求，设计基于PC及TwinCAT3 PLC的五轴激光光机电协同教学数控系统。在上位机中，使用基于Windows 7的QT Creator设计人机交互界面，以实现对PLC和CNC的实时状态监测、控制和非实时任务处理。在基于TwinCAT3 PLC的下位机中，使用ST语言编程实现了实时功能模块的开发与伺服运动、光束运动的控制。上位机与下位机之间通过ADS通信实现了数据交换，而下位机与伺服控制系统之间则使用EtherCAT实时以太网总线通信。最后，对教学用五轴激光加工机床的控制系统进行了初步测试，包括基本运动控制测试与激光控制测试，一定程度上验证了此系统的可行性与稳定性，为后续激光教学机床控制系统的开发奠定了基础。

• 基于机器视觉的电主轴轴承损伤识别与检测研究

  罗良传，郭伟科，张华伟，陈浩，王翔，廖菲

  轴承是电主轴的核心回转部件，其稳定可靠的运行是确保电主轴正常运行的关键。针对高速电主轴核心回转部件轴承表面的裂纹损伤、润滑油污染等损伤识别检测难度大等问题，提出基于机器视觉的电主轴轴承损伤识别与检测系统。基于OpenCV库，对采集到的电主轴回转部件角接触球轴承的图像进行特征分类与形态学预处理以及损伤特征图像的灰度化处理，并对轴承损伤特征图像进行标记以及边缘特征提取，基于Visual Studio自主开发的轴承损伤特征识别算法对分类的轴承损伤特征进行识别和检测，实现了对电主轴轴承损伤的在线实时识别与检测，且具有较高的识别速度与检测率，有一定的实际应用价值。

• 盾构机推进液压系统的改进

  王仕会，刘道生，邹彬

  盾构机推进液压系统由于比例变量泵调速+比例减压阀调压节能比高而在工程中得到了广泛应用，但此系统中的比例变量泵在高低压推进与拼装模式转换过程中，泵中比例阀存在较大的换向振动冲击，导致推进与拼装模式转换时发生泵站元件、密封装置和管路损坏等风险。在比例变量泵供油口和比例换向阀之间增加减压阀，使泵中比例换向阀按需平稳换向；在速度控制上，比例变量泵最低供油量不能满足微速推进复杂工况的要求，因此采用变量泵与微速阀联合控制的方法；在油缸锁紧保压控制上，液控单向阀控制口从主换向阀中位机能“B”口与油缸有杆腔之间的油路引入，一旦主换向阀发生故障，将导致液控单向阀控制口油路不能导通并无法关闭，正在拼装管片的油缸也将受到液压油泄漏导致油压降低顶管片油缸活塞杆松动带来的安全隐患。液控单向阀控制口从高压过滤器出油口与主换向阀中位机能“P”口之间的油路由一个独立小换向阀引入，使液控单向阀控制口油路操作变得简单安全，避免了紧急情况下油缸活塞杆松动造成管片脱落的风险。分析改进前后液压系统的工作原理，通过和实际应用对比，验证了改进后系统的节能、安全和稳定等优点，为盾构机推进液压系统的开发提供参考。

• 基于ADAMS的深孔钻机柔性钻杆动力学仿真分析

  黄笛，王文强，刘畅，赵继云

  在救援钻机等深孔钻探装备中，长直钻杆表现出明显的柔性特征，研究其在钻进过程中运动学与动力学特性对提高钻进效率和成孔质量具有重要意义。选取总长度为100 m的长直钻杆为研究对象，建立动力头、钻杆、钻头及孔壁三维模型，采用ANSYS对钻杆进行柔性化建模，使用ADAMS对钻杆进行刚柔替换并建立柔性钻杆的动力学仿真模型，对钻头未接触孔底及接触孔底建立钻压两阶段进行动力学仿真，分析柔性钻杆运动学及动力学特性。研究结果表明:深孔长直钻杆表现出较为明显的柔性特征，两阶段状态下均会产生弯曲变形并与孔壁发生间歇碰撞接触，且越靠近钻杆下端，碰撞接触程度越剧烈。

• 重型AT缓速器液压控制系统的动态特性及其优化

  刘梓文，吴怀超，聂龙，潘克强，路芳，陈兴燕

  为了提高重型液力自动变速器缓速器液压控制油路的液压动态特性，通过分析此部分液压控制系统工作原理，使用AMESim软件建立缓速器液压控制系统的仿真模型。通过改变阀芯质量、阀芯直径、弹簧预紧力、弹簧刚度参数，对缓速器进出口流量差和缓速器油腔压力动态特性进行仿真分析。使用遗传算法对影响动态特性较大的结构参数进行优化。结果表明：优化后的液压控制系统振动幅度明显下降，启动响应时间明显变短。

• 圆柱齿轮滚轧成形数值模拟与突耳控制

  尚永帅，蒋闯，王泽华，肖龙远

  滚轧成形技术可有效提高金属材料利用率、改善齿轮疲劳强度。对直齿圆柱齿轮的滚轧成形技术进行研究，推导齿面方程，实现了齿面点计算，利用DEFORM软件对直齿圆柱齿轮滚轧成形过程进行了模拟仿真，分析了等效应力场、等效应变场以及滚轧力的变化情况，明晰了各个阶段最大应变发生于坯料齿形中点偏齿根处、应力最大值在模具轮和坯料的接触处这一规律；探索了滚轧中突耳缺陷的形成机制，研究了摩擦因数对突耳的作用规律，实现了面向突耳控制的摩擦因数的优选，为圆柱齿轮的滚轧成形加工提供了理论基础。

• 柔性定位平台屈曲分析及优化设计

  张璐凡，孙贺贺，闫恒，张鹏启，姜薄士

  超高加速度宏微运动平台是一种超精密定位设备，柔性定位平台对宏微运动平台的稳定性起到至关重要的作用。为增加它的稳定性和安全性，采用有限元方法，通过静力分析、屈曲分析和响应面优化设计，来提高柔性定位平台综合性能。建立柔性定位平台三维模型，对模型进行有限元分析，得到最大等效应力、最大等效应变和负载乘数数据和云图。以柔性定位平台槽的尺寸和位置为优化变量，以负载乘数、最大等效应力及最大等效应变为优化目标进行响应面优化。结果表明：优化后的柔性定位平台在质量几乎不变的条件下负载乘数增加了1.7%，最大等效应力减少了4.3%，最大等效应变减少了4.7%，提高了超高加速度宏微运动平台的稳定性。

• 电液位置伺服系统的RBF-ADRC控制仿真分析

  王棒，李跃松，张贻哲

  电液位置伺服系统具有非线性、时变性、参数不确定性、负载扰动及测量噪声等问题，使得PID控制的电液位置伺服系统精度较低，在负载扰动和参数变化较大时，控制效果较差，ADRC能够有效解决此问题，但是ADRC参数过多，难以整定。针对此问题，采用RBF神经网络在线整定ADRC参数的方法，实现电液位置伺服系统ADRC控制的参数自整定。与传统控制对比，应用RBF-ADRC、ADRC、PID 3种控制算法对电液位置伺服系统的控制效果进行仿真分析。仿真结果表明：RBF-ADRC和ADRC控制具有更好的实时性、抗干扰能力和自适应能力，能够有效地解决电液位置伺服系统的高精度控制。

• 基于剪切-挤压模式的磁流变制动器流动与传动性能分析

  陈松林，尹赞涵，舒锐志，付本元，张卫青，马婧华，殷勤，谢正邱

  针对现有加压式磁流变制动器结构复杂的问题，提出一种利用楔形间隙自挤压强化的盘式磁流变液制动器。此制动器通过在转子壁面上布置4个矩形槽的结构，利用矩形槽与圆盘面之间的间隙产生的挤压力对磁流变液进行挤压，使它在提高工作性能的同时，结构更加紧凑。基于有限单元法对磁场进行分析，得出不同电流下磁流变液的磁学与力学性能；基于计算流体动力学对磁流变液进行流场分析，得到挤压应力沿周向分布的云图；基于Navier-Stokes方程和挤压强化模型，推导出磁流变液的流动方程，并得到制动器产生的转矩与电流、液体挤压应力的关系。结果表明：楔形间隙使得液体挤压应力产生周期性的变化，磁流变液在挤压强化后，剪切屈服应力显著增加，当输入电流为2.0 A时，磁流变液剪切屈服应力最大值为67.7 kPa，制动转矩为24.8 N·m，相较于未挤压状态，制动转矩提升了约46.2%。

• 环下润滑高速滚动轴承环间流场及温度场分析

  高创，刘红彬，曲琼，李梦楠，魏峰

  以三点角接触球轴承为研究对象，采用多重参考系(MRF)描述轴承钢球的自转与公转以及各部件的运动，应用流体体积(VOF)理论，建立轴承油气两相热流耦合计算模型，分析轴承腔内流场及温度场分布情况及影响机制。结果表明：轴承钢球自转存在接触角时，钢球自转会影响环间及内外圈油液分布状态，两侧出口处油液分布不均匀导致轴承两侧出口处温升不同；供油量的增加明显提高轴承腔内滑油体积分数，内外滚道油液附着显著提升，腔内及内外滚道温升不断下降；轴承内圈滑油体积分数明显高于轴承外圈，轴承内圈温升小于轴承外圈；轴承钢球滑动摩擦较滚动摩擦产生的热量大，相比钢球有自转时，钢球无自转时轴承内外圈的温升较高；随着供油量增加，轴承腔内滑油体积分数逐渐增加，使得轴承腔内平均温升及滑油黏性剪切温升和摩擦温升减小，但滑油黏性剪切温升占比会逐渐增加，摩擦温升占比逐渐下降；钢球有自转较无自转时摩擦温升占比小，黏性温升占比大。

• 自动抢接止回阀装置液压伺服系统模糊控制研究

  刘先明，严宇，卢文平，卿玉，杭峥，管锋

  针对发生井喷事故时人工抢接止回阀存在的抢接时间长、可靠性差、易造成人员伤亡等问题，设计一种可用于抢接止回阀的自动化装置。为了使自动抢接止回阀装置在发生井喷时能够快速、平稳、精准地进行止回阀的对接，以装置的立柱回转关节和折叠臂关节为对象，采用控制理论和数值分析结合的方法，建立2种关节液压伺服系统的数学模型，研究了模糊PID控制算法，并结合专家经验设计一种模糊控制器。基于MATLAB/ Simulink搭建了2种关节的液压伺服系统仿真模型，并在相同参数条件下对模糊PID控制和常规PID控制进行了仿真研究。仿真结果表明：相较于传统PID控制，所提模糊PID控制方法优势在于：当无干扰时，立柱回转关节和折叠臂关节的调节时间分别缩短3.8 s和2.25 s,最大超调量分别降低15%和13.7%；当有干扰时，立柱回转关节和折叠臂关节的震荡超调量分别下降6.2%和3.4%,调节时间分别缩短1.95 s和1 s，模糊PID控制方法使得控制系统的动态响应性能更加优异、抗干扰性能更强。

• 不同叶型的液压动力轴的设计与数值模拟

  王桃，董元诚，黄腾飞，郭庆

  涡轮可将高压射流的能量转换为维持液压动力轴运转的机械能，合理设计其型式可显著提升液压动力轴的工作性能。设计4种不同型式的涡轮模型，采用数值模拟的方法，分析了不同型式方案下液压动力轴外特性、内流场分布以及能量损失的影响。结果表明：在切击式涡轮方案下，涡轮平均总扭矩最大，装置水力效率最大，达到了94.37%；切击式涡轮叶片的湍动能最小，流体速度梯度变化更加均匀；由于此方案中涡轮设计与流体流动的匹配良好，旋转域部件和整个模型的总熵产值均最小，降低了水力损失，能量转换效果更优。在同一工况条件下，切击式涡轮方案的液压动力轴性能最优。

• 新能源汽车电机控制器液冷散热系统热仿真分析及特性研究

  寿好芳

  新能源汽车电机控制器散热系统中针柱的直径、高度和冷却液体积流量对系统的综合性能有重要影响。采用数值仿真方法，分析3个设计参数对热源最高温度和冷却液压降的影响规律，得到3个参数的最优设计范围；利用仿真数据和响应面方法，建立3个参数与热源最高温度和冷却液压降的多项式代理模型；建立散热系统综合优化数学模型，并进行求解，得到最优设计参数；最后，利用数值仿真方法对最后设计结果进行验证。所述方法可以在较少的计算成本下，实现电机控制器散热系统结构的快速优化设计。

• Shuttle配流方案对轴向柱塞泵关键性能的研究

  吴海青

  针对轴向柱塞泵配流过程中产生的节流损失、压力冲击等问题，创新设计基于Shuttle配流方案的柱塞泵模型，建立基于Shuttle配流方案的斜盘式轴向柱塞泵AMESim仿真模型。通过与原配流方案对比，验证了Shuttle配流方案中的无节流槽配流盘和可变容积缸体，可以使得柱塞腔在配流中实现更柔和的压缩和膨胀，压力超调更小，同时不存在配流节流损失。仿真结果与2022年INNAS公司公布了Shuttle技术的试验效果一致。

• 多排阀口水液压安全阀动态开启与气蚀特性研究

  陈跃强，吕善超，李聚领，姬会福

  煤矿高压大流量水液压安全阀阀芯采用多排阀口设计，具有体积小、结构紧凑等优点，利用数值模拟方法，在3种不同开启次序下，对4排阀口安全阀的动态响应与气蚀特性进行研究。通过瞬态仿真,分析3种开启次序下阀芯位移和速度变化以及阀腔内气蚀分布特性。结果表明：阀芯采用3步和4步次序开启时，首排阀口完全开启用时短，响应速度更快；不同开启次序下，阀腔内气蚀产生位置一致，均发生在阀芯左端入口台阶和各阀口靠近阀芯入口侧位置；在阀腔中心截面，2步次序降气蚀效果最优，4步次之；采用4步次序能够有效降低各排阀口内壁面的气蚀强度。阀芯的4排阀口单排依次开启方案，有利于安全阀面在高压时快速响应，并能降低阀口壁面气蚀伤害。

• 低温环境液压元件密封研究进展

  严誉乾，吴张永，崔季，蒋佳骏，朱启晨，张刚，莫子勇

  液压系统在航空航天、能源运输等低温环境中应用广泛，液压元件密封的可靠性直接影响设备的性能与安全。低温会造成液压元件密封材料脆化、弹性降低、摩擦增加等，从而导致液压元件密封装置泄漏，进而使密封性能下降。对液压元件密封进行分类，并从密封材料、密封失效、密封性能优化3个方面阐述了低温液压元件密封的研究现状。分析了影响液压元件密封寿命的因素，以及低温环境下密封件密封、间隙密封和磁流体密封3种密封方式对液压元件低温密封性能的影响，综述了低温液压元件在理论模型、性能评估、材料选择和优化等方向的前景，可以为推动低温环境液压元件密封技术的发展提供参考。

• 基于多源域深度域自适应的跨工况滚动轴承故障诊断

  吕智明，董绍江，朱孙科，邹松，黄翔

  在实际生产中，不同工况下的源域数据与目标域数据分布差异大且含标签的故障样本量少，单源域迁移故障诊断无法同时利用多个源域提供的诊断信息，会出现负迁移与模型泛化能力差的问题。针对此情况，提出一种基于多源域深度域自适应模型的滚动轴承故障诊断方法。将多个源域与目标域的原始一维时域信号输入到模型中的共享特征提取网络中，提取所有域的域不变特征；利用私有特征提取网络分别匹配每个源域与目标域的特征空间分布，结合最大均方差异(MMSD)与局部最大均值差异(LMMD)设计新型损失函数——局部最大均方差异(LMMSD)，减小每对源域与目标域之间的数据特征分布差异，同时，使用领域判别器损失进一步增加域混淆；最后，根据LMMSD损失获得不同源域相对于目标域的权重，将多个源分类器与相应的权重相结合，对设备状态进行综合诊断。在2个公开变工况滚动轴承故障数据集上进行实验验证，结果表明:所提方法相比其他方法具有更高的诊断精度与泛化能力。

• 基于K-Means聚类的粒子群优化CNN-BiGRU-HAM发动机剩余使用寿命预测方法

  王晓鹏，王磊，韩小伟，张鹏超，徐浩然

  飞机在多种工况条件下运行时，发动机退化特征复杂性不断增加，导致发动机剩余寿命预测精度低。针对此问题，提出一种基于聚类分析的端到端剩余寿命(RUL)预测方法。采用K-Means聚类方法对发动机的多种工况和运行条件进行分组；再利用卷积神经网络(CNN）提取反映剩余寿命复杂动态变化的高维特征，将结果输入到双向门控循环单元(BiGRU)中学习特征之间的变化规律，设计并引入了新的混合注意力机制（HAM），充分考虑变量之间的关系，对重要特征信息赋予更大的权重，同时抑制冗余信息的影响；然后进行非线性变换，获得RUL预测结果；最后使用粒子群优化算法对神经网络的超参数进行调优。采用美国航天局NASA研究中心提供的涡轮发动机模拟数据集验证所提网络模型的有效性。结果表明：对于多工况运行条件，所提方法的均方根误差相比于CNN、LSTM、BiLSTM、CNN-LSTM分别降低了49.2%、37.1%、33.6%、24.8%，有效提升了模型的预测精度。

• 基于改进类别嵌入发掘网络的液压泵零样本故障诊断

  李克，郑直，刘彤谣，袁晓明，韩炬

  当引入类别嵌入发掘(VGSE)对液压泵进行零样本故障诊断研究时，该模型不具备收敛性、泛化性和稳定性，且存在计算效率低等问题，因此提出了改进类别嵌入发掘网络（SCP-VGSE）。为了改善VGSE网络性能，将SE注意力机制嵌入到网络结构的特征提取功能模块中；为了进一步改善网络性能，引入CAME优化器替换Adam优化器，对网络的学习率、权重等超参数进行优化处理；最后，利用粒子群算法对网络的学习率进行优化。通过液压泵实测零样本故障实验验证分析可知，所提改进方法提升了模型的收敛性、泛化性和稳定性，实现了高达96%的收敛精度，且诊断效率提升了68.75%。