机床与液压杂志

机床与液压杂志2025年第12期

• 基于动静态补偿的机床定位精度检测和误差补偿研究

  王晓强，王彪，田英健，姚国光，徐诗博

  为了提高数控轴承磨床的定位精度，保证轴承的加工质量，提出动静态误差补偿法。以砂轮修整平台为研究对象，对无误差补偿、动态误差补偿和动静态误差补偿3种工况下的定位精度进行测量，并对3种工况下加工的轴承套圈进行圆度和表面粗糙度检测。试验结果表明：动态误差补偿后的定位精度提升19.4%，重复定位精度提升5.9%，误差降低45.5%；动静态误差补偿后，定位精度提升53.1%，重复定位精度提升36.2%，误差降低61.4%，采用动静态相结合的误差补偿方法可使机床的定位精度得到大幅提升。同时动态误差补偿后，轴承套圈圆度提升了12.5%，表面粗糙度降低了40.2%；动静态误差补偿后，轴承套圈圆度提升41.1%，表面粗糙度降低56.8%，验证了动静态补偿方法的可行性及其在提高机床定位精度方面的优势。

• 粒子群优化随机森林机床热误差建模与补偿

  苏哲，郭世杰，丁强强，唐术锋，邹云鹤，吕贺

  为了提高机床热误差预测精度，提出一种自适应粒子群(APSO)优化随机森林(RF)模型的机床直线轴热误差预测方法。采用浣熊优化算法(COA)对K-Means算法进行优化，并结合相关性分析筛选出温度敏感点；提出动态惯性权重与学习因子的线性调整策略来避免粒子群算法陷入局部最优解，构建了基于APSO-RF的直线轴热误差预测模型。为了验证模型的准确性与实用性，在VDL-600A型加工中心上以X轴为例进行热误差测量与建模验证，基于FANUC系统坐标原点偏移(EMZPS)功能结合自主搭建的热误差辅助补偿系统，实现了计算机与系统间的通信连接。结果表明：APSO-RF热误差模型的均方根误差相比PSO-SVM、RF及BP模型分别降低了18.3%、45.2%及47.2%，有效提高了建模精度。根据构建的模型与补偿系统功能模块，补偿后热误差最大值由71.15 μm降至13.4 μm，精度提升81.2%，所构建的热误差补偿方法可有效提高机床的加工精度及稳定性。

• 基于MTF-DCGAN的齿轮箱故障诊断方法研究

  杨敏，孙文磊，刘志远，钟荟玄，辜英政，王云浩，张宇

  为解决齿轮箱故障诊断过程中因样本分布不均衡导致的模型泛化性能不足和识别准确度不高的问题，提出基于MTF-DCGAN和改进EfficientNet网络的故障诊断方法。根据马尔可夫转移场（MTF）图像编码原理将收集的一维振动信号转换成二维可视化图像，按比例划分训练集和测试集；将训练集数据与随机向量输入至深度卷积生成对抗网络（DCGAN）模型中，交替训练生成器和判别器直至实现纳什均衡，生成与原始样本特征相似的新增样本，以此扩充故障数据集；最后，对EfficientNet的MBConv模块数量和激活函数进行改进，并将原始样本及增广后的样本集导入改进后的EfficientNet中进行特征提取，实现齿轮箱故障的识别与分类。结果表明：所提方法显著提高了样本不均衡情况下齿轮箱故障的诊断准确率，具有维度变换简单和模型参数量小的优势，加快了收敛速率。

• 基于多方法融合的机床主轴系统FTA可靠性分析

  陈红霞，牛波，李宏悦，张蛟腾，陈王浩

  以某重型数控机床的主轴系统为研究对象，针对其故障分析时面临的结构复杂、关键功能部件系统的故障数据少等问题，采用主客观融合的方法展开FTA分析，深入剖析主轴系统发生故障的根本原因。针对专家评定底事件发生度时无法进行定量计算且具有较大的个人主观性这一问题，采用熵权、灰色关联度方法对底事件主观发生度进行计算，减少专家评估造成的人为主观性误差。对于已经发生的故障，由于样本量较少，有时会忽略故障发生的偶然性，采用证据理论方法对底事件客观发生度进行计算，减少因重型机床故障数据不足导致的随机误差。最后采用熵权和TOPSIS法对故障树底事件主、客观发生度进行综合计算并排序，得出排名前4的底事件分别为：拉刀爪损坏、轴承磨损、油缸漏油及爬行、切削量大。这4个底事件对主轴系统故障的影响程度最大，企业在日常维护保养过程中应重点关注。

• 基于零样本学习的故障诊断研究

  赵必创，岑健，黄汉坤，黄昊霖，陈杜衡

  随着数据驱动智能化故障诊断方法的发展以及机械设备的日益复杂化，零样本学习技术正逐渐成为该领域创新的关键。因此，对基于零样本学习的故障诊断研究进行归纳和总结，对相关的方法应用进行了整理。系统介绍了零样本学习在故障诊断领域的必要性，并对零样本故障诊断问题进行了定义。对基于属性对齐式的零样本学习方法进行了介绍和梳理，根据度量方式对属性对齐式方法进行了系统剖解，分析属性对齐式方法的优缺点。另外，将基于属性转换式的零样本学习方法进行了介绍与分类，根据分类器的不同对其性能进行探讨。最后，针对目前基于零样本学习的故障诊断研究提出了改进方案。

• 卧式加工中心主轴用组合式磁流体密封设计及优化

  梁肖，朱维兵，王凤麟，颜招强，王和顺

  为有效解决卧式加工中心主轴密封的难题，设计一种带挡液环的新型组合式磁流体密封三级密封装置。采用有限元分析方法探究不同密封间隙 Lg、极齿宽度 Lt、极齿高度 Lh 、槽宽 Ls下的磁场分布规律，并采用正交试验法对关键结构参数进行优化设计。结果表明：根据各参数对密封性能的影响规律，得到正交试验中各参数的取值范围为： Lg=0.1~0.5 mm、 Lt=0.3~0.7 mm、Lh=1.4~1.8 mm、Ls=1.4~1.8 mm；各变量因素对密封性能影响程度由大到小依次为Lg、Lt、Ls、Lh，最优组合为Lg=0.1 mm、Lt=0.7 mm、Lh=1.6 mm、Ls=1.6 mm，优化后结构的密封耐压值为0.17 MPa，远高于工况所要求的耐压值，满足密封要求，优化效果显著，密封性能达到最佳状态。

• 织构化圆锥滚子轴承摩擦学与振动性能研究

  龙日升，于福一，高淑芝，吴金雅

  为了揭示凹坑织构化圆锥滚子轴承的摩擦学和振动性能，采用激光打标方法在30206型圆锥滚子轴承外圈滚道表面制备了凹坑直径为200 μm、深度为10 μm、面密度为24%的织构。然后，利用立式万能摩擦磨损试验机在油脂润滑条件下得到其摩擦磨损数据和振动信号,与光滑参照组轴承进行对比。结果表明：凹坑织构化轴承的摩擦力明显小于光滑轴承，轴承的磨损量也显著降低。其中，外圈和内圈的磨损量分别降低约43.56%、27.07%。织构化轴承的时域振动更具有周期性，且振动幅度随着试验时间的增加明显减小。光滑轴承的频率均在400 Hz以下的低频区域波动，而织构化轴承的频率波动出现了700 Hz和1 400 Hz。在功率谱图中，在400 Hz以下的频段，光滑和织构化轴承的能量波动大致相同，在400~3 800 Hz的频段，织构化轴承的能量波动较大，而在3 800 Hz以上高频区域，织构化轴承的能量波动略低于光滑轴承。采用MATLAB计算光滑和织构化圆锥滚子轴承的峭度，结果表明：织构化轴承的峭度明显小于光滑轴承且更接近3，说明织构化轴承具有平缓的特点，振动信号更加平稳。

• 基于快速学习图卷积网络的滚动轴承故障诊断研究

  宁少慧，董振才，戎有志，周利东

  图神经网络跨层的递归邻域扩展为训练大型密集图带来时间方面的挑战，导致轴承故障诊断的训练效率不高。针对此问题，提出一种基于快速学习图卷积网络方法并将其应用于滚动轴承故障诊断中。利用快速傅里叶变换（FFT）将采集的轴承故障时域信号转化为频域数据，再利用K近邻（KNN）算法将频域信号转换为图数据，以图数据显示频域特征，极大丰富了输入信息；引入快速学习图卷积网络（Fast-GCN）模型，通过重要性采样对故障特征进行学习；最后，利用Log-Softmax函数输出最终分类结果，从而实现滚动轴承单一故障的分类。实验结果表明：所提模型在保证故障分类准确率的前提下，诊断速度显著提升，甚至比图卷积神经网络（GCN）的诊断速度增加了约1倍，且所提方法具有良好的半监督诊断性能与泛化能力。

• 基于萤火虫算法优化BiLSTM的五轴四联动数控机床转台温升预测

  高炜圩，朱佳雯，张婉君，杨郡守，邓小雷

  热误差是影响数控机床加工精度的主要因素，而温升控制对于加工精度提升有重要作用，温升预测是温升控制的重要措施之一。转台是五轴四联动数控机床的主要加工组件之一，精准预测其温升特性有助于提升加工精度。因此，提出一种精准预测五轴四联动数控机床转台温升的方法。基于萤火虫算法（FA）对双向长短期记忆神经网络模型（BiLSTM）进行优化求解，实现对BiLSTM内权值的位置更新与寻优，以更精确地预测转台温度的变化。将所提模型的预测结果与实际五轴四联动数控机床温度场实验结果相比可知，所提FA优化BiLSTM获得的转台温升结果与实验结果非常接近，最大预测误差为0.96%。同时，与仅使用BiLSTM和反向传播(BP)神经网络模型获得的预测结果相比，所提模型的平均绝对误差和均方根误差分别降低了0.011 8、0.014 5 ℃和0.024 3、0.123 8 ℃，R2分别提高了0.001 1、0.006 5。这表明FA-BiLSTM模型能够更好地实现对热误差的预测。

• 数控机床切削力与几何误差元素解耦方法研究

  张帅伟，胡勇文，陈国华，王中任，周博

  切削力造成的几何误差是机床动态误差的重要组成部分，在实际加工过程中，切削力与几何误差的耦合关系不清晰导致机床切削力误差辨析、分离、建模难度大。针对上述问题，提出一种机床切削力误差耦合关系解耦方法。根据机床导轨受力作用产生形变的原理，分析3个切削力分量对机床几何误差元素的影响关系；基于CMV-1160立式加工中心平台，通过实验同步获取切削过程中切削力分量与对应进给轴的几何误差数据；采用斯皮尔曼等级相关理论分析切削力分量与几何误差元素之前的相关性，获得了切削力分量对几何误差元素的响应程度，实现了切削力与机床21项几何误差元素的解耦。

• 基于失效率非线性转换分配法的曲柄连杆机构可靠性分配研究

  韩佩良，王延荣，张丽强，张丽，李满，李秀春，王根全

  在高强化柴油机的设计研发阶段，可靠性分配结果确信度不高或难以分配可靠度。针对此问题，以故障模式、影响和危害性分析（FMECA）为基础，仿照型号设计过程中各组别关重件（关键重要零件）的定义，提出可靠性关重件的概念，进一步提出失效率等级评分非线性转换可靠性分配的方法。基于此，以可靠性关重件工作失效率转换值代替其失效率等级评分计算分配权重因子，将高强化柴油机曲柄连杆机构的可靠性指标由系统层分配至零件层。与ARINC方法计算的权重因子与可靠度相比，所提方法由于采用非线性模型对可靠性关重件失效率等级评分进行了转化，其活塞与连杆瓦的可靠度分配结果分别降低了0.32%和0.04%，所分配的可靠性确信度更高，更符合曲柄连杆机构整机台架实机的服役情况，验证了该方法的合理性与可行性。

• 基于MFCC和HSMM的加工过程信号状态标记

  姜东升，周焮钊，李雄伟

  针对加工过程中加工信号自动状态标记困难的问题，结合梅尔倒谱系数（MFCC）和隐半马尔科夫模型(HSMM)，提出一种适用于单一参数加工场景的模型。该模型通过对振动信号进行预处理和特征提取，利用Baum-Welch算法估计隐半马尔科夫模型的参数，并基于给定的观测序列采用Viterbi方法进行预测，从而根据状态序列得到分割边界，实现信号的标记。在此基础上，搭建基于MFCC和线性判别分析（LDA）降维的隐半马尔可夫（HSMM）时序信号状态标记模型，同时采用查准率 P 、查全率 R 以及边界准确性 FB等指标来全面评估模型在信号标记任务中的表现。最后验证了MFCC-HSMM模型在单一参数场景下进行信号状态标记的有效性。

• 不同加工方法的表面结构强化池沸腾传热进展

  王子瑜，刘俊浩，梁膳攀，聂家昌，冯振飞

  加工方法决定了表面结构，而不同换热表面结构对池沸腾换热具有显著影响。两相沸腾传热具有传热温差小、换热效率高等优点。池沸腾是两相沸腾过程之一，广泛应用于航空航天、核反应堆、能源动力和高热通量电子元件等领域。优化表面结构是一种有效强化池沸腾传热的手段。为了获得最佳性能的表面结构，研究者探究了诸多表面强化结构的加工方法。基于近年来多种加工方法所构建的表面结构强化池沸腾传热的研究进展，综述机械加工、蚀刻工艺、薄膜沉积工艺以及烧结工艺及其构建表面的结构特点，并对强化池沸腾传热表现进行了总结，指出各工艺的优缺点、构建表面强化传热的机制以及未来的研究方向。

• 基于模糊RBF滑模控制的被动式电液负载模拟器力加载策略研究

  李航，罗小辉，曹树平

  针对大负载工作条件以及系统中存在的舵机运动干扰等问题，以300 kN惯性负载被动式电液负载模拟器为研究对象，在扰动频率不低于2 Hz的工况下开展力加载精度提升试验。考虑实际工作过程中非线性因素与不确定性因素的影响，建立系统非线性数学模型；基于神经网络能够逼近任意非线性函数的优势，结合滑模控制理论与模糊RBF神经网络算法，设计一种模糊RBF滑模控制器，通过模糊RBF神经网络输出值对滑模控制律中的未知项进行估计补偿，使模糊RBF滑模控制器不再依赖系统的准确参数；根据Lyapunov稳定性理论得到神经网络学习率，并证明控制器的稳定性；最后在MATLAB/Simulink环境下搭建数值仿真平台进行仿真试验。结果表明：与PID控制器、RBF神经网络滑模控制器相比，所设计的模糊RBF滑模控制器具有优良的力加载跟踪效果以及良好的抗干扰能力。

• 考虑刀具寿命的数控铣削参数节能优化方法研究

  欧丽，尹瑞雪，赵雪峰

  针对数控铣削加工中刀具磨损导致加工能耗剧增的问题，提出一种考虑刀具寿命和铣削比能的切削参数优化多目标决策方法。以难加工材料316L不锈钢为研究对象，设计基于响应面法的铣削试验，并对试验数据进行交互分析；建立以铣削工艺参数为变量的铣削比能、刀具寿命的数学模型，并以此为优化目标，构建多目标切削参数优化模型；最后，采用NSGA-Ⅱ遗传算法对多目标优化模型进行求解，得到最优解集，并利用熵权TOPSIS法对最优解集进行决策，得到最优解。结果表明：相比工厂经验切削参数组合，优化后切削参数组合的铣削比能降低了24%，刀具寿命提升了37%，验证了该铣削比能和刀具寿命预测及多目标优化方法的正确性和可行性。

• 基于ESO和非奇异快速终端滑模控制的PMSM扰动抑制研究

  杨羽萌，朱其新

  针对永磁同步电机运行过程中受到干扰和不确定性因素影响的问题，提出一种基于扩张状态观测器的非奇异快速终端滑模控制方法。在速度环中，采用非奇异快速终端滑模控制算法，同时引入一种高增益扩张状态观测器实时观测系统的负载扰动并进行前馈补偿。在电流环中，对于电感或磁链等参数失配时产生的电流静差，引入扩张状态观测器，利用观测的电流对电机的实际电流进行校正，并利用观测到的系统内外部扰动对电机的参考电压进行校正。最后，在MATLAB/Simulink中进行仿真验证，将使用新型控制器系统的仿真结果与现有方法进行比较。结果表明：所提方法在跟踪期望速度曲线以及减少抖振现象方面具有更好的效果，能够有效抑制转速和转矩中干扰和不确定性因素的影响。

• 基于自适应无迹卡尔曼滤波的PID转向控制系统设计

  田雅琴，师旭源，胡梦辉，王杰鹏

  为了避免局部最优解的出现，在灰狼算法中引入了Tent混沌映射初始化种群、非线性收敛因子调整策略、基于精英个体的高斯扰动机制，使灰狼算法的搜索范围得以扩大；搭建了Simulink动力学仿真模型并进行了算法性能模拟，通过观测噪声和过程噪声验证了算法的优越性。针对移动机器人转向控制中传统PID存在的超调量大、响应慢及易受干扰等问题，提出一种基于自适应无迹卡尔曼滤波（AUKF）的参数自整定PID控制方法，其优点是无需雅可比矩阵，通过采用无迹变换来处理非线性系统。对4种滤波模型输入噪声，验证了AUKF的抗干扰和滤波能力最佳，其中AUKF相对于UKF的误差绝对值最大缩小了58%，稳定性最大提高了62%。仿真与实验结果表明：该方法显著改善了系统的控制精度、鲁棒性、响应速度及超调量。

• 直驱泵阀协同式线控制动单元自适应积分鲁棒控制

  姜懿轩，于鹏，王翼飞，谭草

  针对分布式制动和高级别自动驾驶的需求，设计一种直驱泵阀协同式线控制动单元。为进一步提高制动压力控制性能，针对制动单元中参数不确定性和未知干扰问题，提出一种自适应积分鲁棒压力控制方法。设计参数自适应律来估计系统不确定参数，通过积分鲁棒项抑制未知干扰带来的影响，可有效提高系统的压力调节性能；采用李雅普诺夫稳定性证明方法进行稳定性分析，并通过试验证明了控制方法的有效性。结果表明：直驱泵阀协同式线控制动单元具有较高的控制精度，相比积分鲁棒控制，设计的自适应积分鲁棒控制可以进一步提升系统的响应速度、控制精度以及抗干扰能力。

• 阀类零件直孔道磨粒流加工的数值模拟与模型预测

  渠晓刚，张旭鹏，高杰，王长江，王麒超

  由于阀类零件的内孔道微小复杂，使用磨粒流抛光技术对其进行精密加工时，各加工参数难以确定。针对此问题，利用Fluent软件对不同参数下的流体孔道模型进行仿真分析，得到孔道直径、深度、入口压力、磨料浓度、磨粒粒径等参数对加工效果的影响规律；设计正交试验验证并进行极差分析，将试验结果进行多元非线性回归分析，得到表面粗糙度的预测模型。结果表明：不同磨粒流加工参数在数值模拟和正交试验下对于加工效果的影响一致，最显著的为入口压力；在最优的正交试验参数组合下，内孔表面粗糙度降至0.312 μm；在多个表面粗糙度预测模型中，多项式回归模型的预测效果最优，拟合优度达到0.969 2，预测误差在0.03%~5.64%之间。

• 圆柱表面螺旋沟槽微结构绕流减阻特性研究

  袁轶巍，韩佳乐，韩媛，吕凯波，庞新宇

  受切削振动作用下圆柱筒表面形成螺旋微细纹理现象的启发，在圆柱表面周向设计不同深度和宽度的螺旋沟槽结构，采用SST κ-ω 湍流模型对圆柱绕流过程进行数值模拟，分析微结构几何特征参数对圆柱绕流力学性能的影响，探究圆柱表面螺旋微结构减阻机制。结果表明：与光滑圆柱相比，布有螺旋沟槽圆柱的减阻率随沟槽深度的降低而增大，随沟槽宽度的降低而减小，随沟槽倾斜角度的减小而增大，当槽宽为0.1 D 、槽深为0.01 D 、角度为35°时，减阻率达27.17%。通过分析绕流圆柱表面压力系数及尾流速度、旋涡脱落，发现在圆柱表面布置螺旋沟槽结构，可以延长回流区，降低绕流过程中负压区的离心力作用，抑制尾流旋涡脱落，减弱旋涡脱落对圆柱的作用强度。

• 外约束式轴向伸长型气动柔性致动器设计与实验

  赵文伟，赵云伟，刘政，卫恒，刘晓敏

  针对伸长型致动器制作工艺复杂、易损伤且刚度不足的问题，设计一种外约束式轴向伸长型气动柔性致动器。该致动器主要由变形层和周向环绕约束层组成，在软体变形层的外侧嵌套刚性约束层或缠绕弹性约束层，用以保护内部变形层，并提升致动器的刚度，在约束层的限制下，变形层受压膨胀轴向变形。基于致动器结构与制作工艺，建立不同气压下致动器的驱动力、伸长量和刚度模型，并进行静力学和刚度实验，获得不同外约束形式和约束层材料对致动器性能的影响。结果表明：通过气压可调节致动器的驱动力和伸长量；约束层的形式和材料决定了致动器变形和刚度特性，气压对致动器刚度无明显影响；采用弹簧约束的致动器的最大伸长率和驱动力分别为58.3%和37.1 N，相比纤维丝和约束环约束的致动器，其轴向刚度和纵向刚度分别提升了64%和200%。

• 转速对等温活塞压缩系统的影响分析

  吴博，任腾，闫泳利，许未晴，谷艳玲

  等温活塞多孔介质和液体之间存在流动阻力，系统克服阻力做的功会抵消等温活塞由于增强换热而节省的能量，且这一现象表现出显著的转速依赖性。为了探究转速对等温活塞内部流动阻力以及压缩效率的影响规律，基于面心立方结构假设，建立流动阻力数学模型，定义等温活塞的节能率和系统压缩效率。通过分析转速对阻力的影响，综合评价等温活塞的节能性能。结果表明：随着转速的增加，阻力功的变化率也随之增加，阻力功占总功的比例逐渐增大，等温活塞压缩系统的节能率和效率逐渐下降;当压缩比为7、节能率为0时，等温活塞压缩系统的最高转速为650 r/min。

• 基于CMGWO算法的外骨骼膝关节结构优化设计研究

  罗天洪，蒲俊杰，梁爽，马翔宇，黄厚勤

  目前下肢外骨骼结构具有较高的非线性以及舒适性较差，实际应用效果不理想。针对此问题，提出一种基于气动人工肌肉驱动的多连杆膝关节结构。该结构通过2个旋转轴运动，更加贴近人体自然步态；同时设计线性传动比，以减小四连杆引起的非线性。建立多连杆膝关节结构的运动学和力传递模型，并求解其瞬心轨迹方程及传动比。通过引入自适应t分布或蚁狮优化算法扰动MGWO算法灰狼位置的更新来改进MGWO算法，增加物种多样性，以跳出灰狼优化算法的局限性。改进后得到的CMGWO算法对双目标函数的优化效果优于MGWO算法。结合2个目标函数，利用CMGWO算法对人机瞬心偏差支配目标传动比进行优化。仿真结果显示：优化后的人机瞬心偏差小于5 mm，基本满足传动比0.6的设计目标，证明了所设计结构在提高人机瞬心适配性的同时，减小了四连杆结构的非线性，为后续人机相容性的研究提供了理论支持。

• 一种船闸用新型先导插装式平衡阀性能分析研究

  杨国来，李文庭，曹文斌，曹川川

  长江船闸作为我国最重要的水利工程，其永久船闸一闸首人字门液压启闭机运行时受到很大的外负载，当淹没深度为35 m时，人字门开门用平衡阀无法保持系统速度稳定，系统油缸会出现爬行和关终飘逸现象。针对此问题，按照外负载1∶50设计一款新型先导插装式平衡阀，搭建了新型先导插装式平衡阀及液压启闭机系统的AMESim模型，通过模拟仿真研究了新型先导插装式平衡阀的静态特性与外负载抗干扰能力。结果表明：新型先导插装式平衡阀具有流量大、压降低等特点，且其动态特性较好，能够适应外负载的变化，对外负载不敏感，基本与速度无关。液压启闭机在交变外负载下未出现液压缸爬行现象和人字门关终漂移现象。

• 摆线泵内啮合偏心距精确极值的简洁确定方法

  梅晓雄

  针对泵用一齿差圆弧-摆线内啮合齿轮副的偏心距设计问题，提出一种基于几何干涉分析的精确设计方法。通过建立内齿轮摆线齿廓的坐标方程及其曲率半径表达式,利用短幅外摆线曲率半径对齿形相位角的一阶导数为零的条件，确定了偏心距极值及其可能的干涉位置，并采用UGNX软件进行逆向验证。同时考虑外齿轮圆弧齿廓的无干涉布置要求，建立完整的偏心距设计范围确定方法。结果表明：摆线齿轮的最大适用齿数为8，单位宽度排量随齿数或偏心距的增大而增加，其中偏心距的影响最显著;偏心距的增大会导致内齿轮尺寸增大且力学性能提升，但同时会减小外齿轮尺寸并降低其力学性能；对于摆线齿数3-8的情况，量纲一偏心距的上、下限分别为0.098和0.2，0.103和0.167，0.1和0.143，0.099和0.125，0.097和0.111，0.094和0.1，随着齿数的增加，偏心距及其短幅系数的设计范围逐渐变窄；摆线齿廓干涉位置由具体设计的偏心距决定，与现有认知的齿廓顶端和根端存在较大差距，从而完善了部分粗略结论；对于 5-8 齿的内齿轮，最小偏心距由摆线齿廓无干涉设计确定；而对于3-5齿的内齿轮的最小偏心距和3-8齿的最大偏心距均由圆弧齿廓的无干涉布置确定。

• 盾尾密封试验台液压调姿系统的设计与研究

  李净凯，郭京波，韩梦泽，葛骏，齐浩然，张子悦，王大超，李杰

  为了在盾尾密封试验中模拟盾尾与管片的相对位姿，设计一套盾尾密封试验台液压调姿系统。利用CAXA设计盾尾密封试验台液压调姿系统原理图，并对关键液压元件进行理论计算与选型；基于功率键和图理论，通过AMESim平台搭建液压仿真模型，对偏载状态下的油缸压力、流量、位移差进行仿真分析；最后，试制盾尾密封试验台样机并安装调试液压系统，进行偏载同步性试验。结果表明：液压系统运行稳定，分流阀可实现稳定分流，当双缸同步伸出时，负载较小的油缸先到达极限位置，此时出现最大位移差，推进油缸最大位移差为15 mm，姿态油缸最大位移差2.7 mm，可满足试验台的使用要求，且最大位移差出现时间与仿真结果相同，验证了仿真模型的可靠性。

• 抽水蓄能电站启闭机液压系统故障仿真分析

  沈永浩，李和林，郑书峰，张明亮，赵华东

  为了量化评估启闭机液压系统的故障风险，基于AMESim建模仿真平台建立了液压系统的仿真模型。通过模拟系统的正常工作状态，分析油缸的运动状态及管路流量变化，并与空载运行数据进行对比，验证仿真模型的可靠性和准确性；结合故障注入，对系统液压泵内泄漏、油缸内泄漏、三位四通换向阀内泄漏典型失效形式进行建模，分析不同故障模式对液压系统的影响，识别油缸运行参数的变化。结果表明：对比实际正常运行数据，系统仿真模型各项数据指标误差均低于4%，验证了仿真模型的可行性;在液压泵内泄漏状态下，整个液压系统均受影响，系统各部位流量明显下降，闸门无法在规定时间内开启；在三位四通换向阀内泄漏状态下，随着内泄漏程度逐渐加重，油缸推进速度明显小于正常工作状态；在油缸内泄漏状态下，经油缸有杆腔回流到油缸无杆腔的油液减少，油缸无法克服阻力向前推进，闸门无法正常开启。

• 液压支架耦合模型下的底座比压响应特性研究

  何磊，靳大为，张鑫，兰勇剑，侯佳娜，袁祥

  在复杂工况下，液压支架的底座、顶梁受底板与直接顶之间耦合作用的影响，出现抬底或扎底现象。为了对比立柱和平衡千斤顶不同安装位置对底座前端比压和后端比压分布特性的影响，基于Denavit-Hartenberg理论，建立液压支架的运动学模型和动力学模型，将两个模型进行耦合，建立耦合数学模型，并在MATLAB环境下进行仿真。结果表明：底座前端比压和后端比压随着立柱在顶梁、平衡千斤顶在掩护梁的安装位置向煤壁方向移动而减小，在平衡千斤顶受拉工作区降低了抬底或扎底的风险，而在立柱和平衡千斤顶受压工作区的变化趋势则相反；底座前端比压和后端比压随着立柱在底座、平衡千斤顶在顶梁的安装位置向煤壁方向移动而增大，在平衡千斤顶受拉工作区增加了抬底或扎底的风险，而在立柱和平衡千斤顶受压工作区则有所减缓。

• 基于数字孪生的风力机叶片撞塔分析

  张宇，孙文磊，王炳楷，刘涵，包胜辉

  大型风力机叶片在极端工况下发生变形导致与塔架碰撞的概率大于小型叶片，实时监测叶片的变形及应力载荷分布状况有助于发现叶片的损伤规律，对风力机组的安全与运维具有重要意义。以新疆某风场某2 MW风力发电机为对象，基于风力机叶片的力学模型，提出结合数字孪生和有限元分析的风力发电机叶片高斯过程回(GPR)归算法，建立了风力机叶片在生存风速下的分析代理模型。采用GPR模型对Fluent与LS-DYNA的有限元求解进行了预测分析。对长度为 L 的单叶片碰撞塔架过程进行了仿真，分析了0.4L、0.5L、0.6L、0.8L位置的位移和有效应力变化，确定了叶片碰撞情况下应力集中的位置,应当关注的关键位置为叶根距离叶尖0.8L与叶根附近。最后通过R2与NMAE准则评价证明了该数字孪生模型的可行性，满足工程应用要求。

• 数据驱动下集装箱吊具结构疲劳寿命预测方法及系统

  王泽，王文红，徐格宁，吴丛铭，董青

  为了避免集装箱吊具作业过程中因结构承载性能退化而引发巨大的安全事故问题，提出以服役信息数据为驱动的吊具结构疲劳寿命预测方法及系统。从集装箱吊具服役工况、载荷分布以及结构应力薄弱位置入手，搭建吊具信息采集系统，获取实时工作状态信息和性能参数信息，经数据处理形成用于应力预测和寿命评估的驱动数据。通过随机搜索（RS）改进随机森林（RF），构建基于RS-RF的应力预测模型，利用驱动数据实现吊具结构测点应力的实时预测，并从中提取双参数应力谱，根据Pairs模型和Miner准则，确定结构测点的损伤度和疲劳寿命评估结果。然后，从工程应用的角度，以上述方法为支撑，通过封装集成的方式，围绕运行过程监控、信息可视化、应力预测、寿命评估和数据管理等5大模块开发吊具结构疲劳寿命快速预测系统。最后，以QTH45S型可移动双箱吊具为例，利用上述方法和系统得到吊具结构的疲劳寿命为15.61年，相比基于RF、XGBoost和GBDT的寿命预测模型，预测结果精度分别提高了最少2.75%、1.54%和8.46%，验证了所提方法和系统的科学性和可行性。

• 一种水电站快速门液压启闭机回油箱智能净化装置

  范庆，赵勇，何延，田凡，唐刚，杨世锡，邓亚明，梁兆玉

  为了保证快速门液压启闭机系统油质长期稳定，满足运行要求，实时掌握液压系统油质状况，同时降低运行维护成本，对精滤器进行设计和优化，并选择合适的滤芯进行性能测试，开发一种快速门液压启闭机回油箱智能净化装置。此装置集成在线监测、油液净化、数据传输存储、数据分析、指标结果呈现、警示及自动诊断、无线终端监测、远程操控、自动启停等于一体，既可提高工作效率、节省人力物力，又能够实时掌握液压系统油质的状态，避免快速门液压启闭机系统工作时油质不满足要求引起的一系列风险。通过现场测试发现， 所研发的快速门液压启闭机回油箱智能净化装置提高了油品净化的效率，减少了人力投入，通过油品的实时监测和远程操控自动启停过滤装置，油品质量可以得到持续合格的保障，有利于油品的长期循环利用，降低了运行和维护成本及风险。

• 拉铆机气液转换系统的优化设计与分析

  周帅，张钦莹，谢茂阳，程东松，胡云鹏，孔明旭，王芳

  为了提高拉铆机工作效率，搭建3种拉铆机气液转换系统，以气液增压泵为动力元件，对增加蓄能器、电磁换向阀的系统进行对比分析。在仿真平台中设定气源压力、气液增压泵增压比、流速和工作缸负载和行程等参数，分析了3种方案工作缸活塞侧压力和线速度变化曲线。结果表明：工作缸活塞侧到达拐点的油压从大到小为方案三、方案一、方案二、对照方案；方案一、二、三中工作缸活塞的线速度均大于对照方案，其中方案三的线速度最大，为83.553 cm/s，方案一次之，为77.716 cm/s，方案二较慢，为69.970 cm/s。3个系统的工作效率明显优于对照方案。其中，方案一、三最佳，二者提升效率相差不大。结合设计要求与成本考虑，选用方案一。制造气液转换样机并进行实验，与仿真结果相比，误差均在5%以内，满足实际工况要求，进一步验证了所设计的气液转换系统的可行性和合理性。