机床与液压杂志

机床与液压杂志2025年第16期

• 基于自适应VMD与MNAD的行星轴承故障特征增强与诊断

  陈浩乾，陈新度，吴智恒，李平，方晟堃

  绞车减速器中行星轴承故障信号存在传递路径复杂、信号耦合严重、受噪声干扰强烈等问题，难以有效诊断。针对此，提出一种融合自适应变分模态分解(VMD)与最小噪声幅值解卷积(MNAD)的故障特征增强与诊断方法。引入理论故障特征频率区间对最大包络谱幅值进行寻优，使VMD自适应分解信号得到最优分量，去除部分噪声并提取周期信号；将最大包络谱幅值对应的频率确定为实际故障特征频率，并将其和最优分量输入到MNAD中增强指定故障特征；最后，结合包络解调分析故障类型。通过仿真信号验证实验和绞车减速器故障诊断实验可知，信噪比分别提升了10.8 dB和7.9 dB，通过包络谱诊断出行星轴承外圈故障；与VMD方法、MNAD方法、VMD-MCKD方法、循环小波包分解方法相比，所提方法的处理效果更优。

• 一种基于改进YOLOv8n的蜗杆表面缺陷检测方法

  张豪杰，郑鹏，乔王威，王明基，李季村

  小模数蜗杆是工业中常用的机械零件，但其表面结构复杂且几何尺寸较小，导致表面缺陷检测难度大，检测精度和效率均较低。为解决这一问题，提出一种基于改进YOLOv8n模型的蜗杆表面缺陷检测方法。针对蜗杆的缺陷特点和材料特性，设计图像采集装置。通过引入C2fCIB模块，有效降低YOLOv8n模型的参数量和计算复杂度；结合高效通道注意力（ECA）机制，在不增加模型规模的前提下提升特征提取能力。此外，引入Focaler-CIoU损失函数，有效缓解困难样本与简单样本分布不平衡的问题，进一步提高检测精度。最终，通过继续训练方法优化模型。实验结果表明:该方法在检测精度、mAP@50、FPS等方面均优于现有主流算法，检测精度达到91.4%，mAP@50达到91.8%，FPS达到191.6，参数量和浮点运算次数分别为2.79×106和7.9×109，基本能够满足工业实际应用需求。

• 基于ResNet50和视觉Transformer的滚动轴承故障诊断方法

  史梦瑶，陈志刚，王衍学，张志昊，魏梓书

  针对因数据量少、故障信号非平稳等特点而导致滚动轴承故障诊断分类方法分类准确率不高及模型泛化能力不强等问题，提出一种基于残差神经网络（ResNet50）与视觉变换器（ViT）的滚动轴承故障诊断方法。通过连续小波变换将轴承振动信号转换为时频图像，并将其作为ResNet50的输入，以进行隐式特征提取，将其输出作为ViT的输入。ViT将输入的图像特征按预定尺寸划分为块，并线性映射为输入序列，通过自注意力机制将全局图像特征进行集成，以实现故障诊断。为提高模型的效率和精度，在ViT的输入层引入深度可分离卷积层（DSC），通过逐深度卷积和逐点卷积的方式显著减少模型的参数量和计算量。使用华中科技大学（HSUT）的滚动轴承数据集进行验证，模型的诊断准确率达99.73%，能够有效完成对轴承故障类型的分类识别。在不同工况下进行实验验证，与其他深度学习方法相比，文中方法具有更高的诊断精度和更好的泛化性。通过消融实验验证了所提模型能够显著提升诊断准确率、召回率、精确率和 F1-score，表明其在滚动轴承故障诊断领域具有良好的应用前景。

• 转子开槽型永磁同步电机敏感度分层优化设计

  刘艺硕，耿慧慧，孟凡希，张学义，刘易鑫，刘世强

  为了降低内置式永磁同步电机的齿槽转矩、削弱转矩脉动和提升其输出性能，提出一种在转子表面开设组合反凸形辅助槽的方法。推导电机齿槽转矩和转矩脉动的理论解析式，分析其主要影响因素；建立3相8极48槽内置式永磁同步电机有限元模型，对辅助槽的位置角度、尺寸等参数进行敏感度分层优化，分析辅助槽参数对电机齿槽转矩、平均输出转矩和转矩脉动的影响，通过对数据进行归一化处理与加权评价指标的方式，得到最优解组合；最后通过仿真分析及样机试验验证该方法的可行性。结果表明：当转子表面开辅助槽时，其结构参数敏感度指数高的位置角度和槽深对电机性能的影响较大，合理选择槽形及开槽参数可以有效改善齿槽转矩、转矩脉动和平均输出转矩，优化气隙磁密的正弦性；优化后的电机齿槽转矩降低了32.47%，平均输出转矩提高了1.12%，转矩脉动降低了18.5%，气隙磁密峰值提升，提高了电机稳定性。

• 基于NSGA-Ⅱ算法的数控磨床回转工作台结构优化设计

  王晓强，徐诗博，田英健，王彪，陈怡晴

  为提高回转工作台的综合性能，提出一种基于NSGA-Ⅱ算法的回转工作台结构优化设计方法。建立回转工作台三维模型，利用ANSYS Workbench对回转工作台静动态特性进行分析，以回转工作台最大变形量、质量和1阶固有频率为评价指标，开展六因素五水平正交试验。基于正交试验结果构建其多元回归预测模型，并利用方差分析和正态残差图验证模型的准确性和可靠性。通过NSGA-Ⅱ算法对多元回归模型进行优化，得到帕累托最优前沿。结果表明：当迭代次数为?1 600?时，Pareto前沿粒子光滑连续，且其性能随迭代次数的增加无明显改善，此时优化效果最好；优化后的回转工作台最大变形量减少了15.3%，质量减少了3.9%，1阶固有频率提高了14.8%，优化后回转工作台的静动态特性得到显著提高，验证了NSGA-Ⅱ算法对于回转工作台尺寸优化的可行性，为回转工作台的结构优化设计提供一种有效且可靠的方法。

• M50轴承滚道电化学加工机床的几何误差分析

  杨大波，吴怀超，汪武，吴健兴，黄旭，刘勇涛

  为提高电化学加工机床对M50轴承滚道的加工精度，建立机床的几何误差模型并进行全局灵敏度分析。通过分析机床的结构和运动形式，基于多体系统理论建立机床砂轮磨削系统和砂轮修整系统的几何误差模型，通过误差传递推导出整机的加工误差模型，并与几何关系法的计算结果进行对比，验证误差模型的正确性；采用蒙特卡洛法对机床45项几何误差源进行误差取样，基于Sobol法对该误差模型进行全局灵敏度分析，并识别出影响机床空间误差分量的关键几何误差项和敏感运动轴；最后，对机床的关键几何误差项进行数值修正，并通过实验对比分析调整前后轴承滚道的半径。结果表明:调整关键几何误差项后， X、Y、Z方向位置误差和角度误差均明显降低，并趋近于0；轴承滚道半径精度平均提高了0.098 mm。说明通过灵敏度分析结果对机床进行结构调整和精度设计能够有效改善该机床整体的加工精度，从而提高M50轴承滚道的加工质量，为提高电化学加工机床的加工精度提供了参考。

• 主动学习自适应PC-Kriging在结构可靠性分析中的应用

  代俊男，周金宇

  为提升复杂结构在小失效概率条件下的可靠性评估效率与精度，提出一种结合PC-Kriging模型与主动学习自适应K均值聚类的新型可靠性分析方法。将主动学习U函数与自适应K均值聚类相结合，引入并行计算，对候选样本点进行分组，每次迭代同时选取多个关键样本点，扩大样本选择覆盖范围，有效识别对失效概率计算影响较大的关键区域，从而提高PC-Kriging代理模型的计算效率和预测精度。将该方法应用于复合材料层合板的随机固有频率可靠性分析中，与APCE模型、AK-MCS+U模型和MCS模型进行对比分析。结果表明：与传统的APCE模型和AK-MCS+U模型相比，所提算法在可靠性评估中表现出显著的优势，尤其是在计算精度方面。尽管所提算法的运算效率略低于APCE模型，但通过更高的精度补偿了这一不足，使得其在实际应用中更具可靠性和适用性。

• 基于数控成形磨齿机的内斜齿轮齿向修形误差补偿研究

  张祥，苏建新，杨宏斌，蒋闯，金明选

  成形磨削内斜齿轮在齿向修形过程存在齿面原理性加工误差。为进一步提高成形磨齿的齿面加工精度，建立加工运动误差模型，提出误差控制方法。基于数控成形磨齿机建立成形砂轮与内斜齿轮的空间啮合坐标系，求解成形砂轮与齿面接触方程和齿向修形运动轨迹；分析多轴附加运动对齿廓斜率偏差的影响和砂轮安装角对修形齿面接触线的影响；建立齿面磨削误差模型，为了控制齿面误差，提出中和左、右两齿面误差的误差控制方法并编制成形磨削齿向精度补偿软件，计算齿向精度调整参数，对多轴附加运动量进行补偿,提高修形齿面的成形磨削精度。最后，进行修形内斜齿轮成形磨削试验。结果表明：利用开发的成形磨削齿向精度调整软件对齿面误差进行补偿，左、右两齿面齿向精度均达到6级，比调整前高，验证了齿向精度补偿的有效性。

• 基于归一化高斯网络的电机多材料拓扑优化

  张选举，周金宇

  目前的电机拓扑优化研究多集中于单一的材料分布，忽略了电机作为复杂多材料系统的本质特性。为此，以四极24槽永磁同步电机为研究对象，引入归一化高斯网络拓扑优化(NGnet-TO) 对电机转子进行多材料拓扑优化，考虑空气、硅钢片以及两种不同充磁方向的永磁体。以高斯函数权重值为设计变量，永磁体面积为约束，结合NSGA-II对高斯函数权重值进行寻优，以获得最优的权重组合并确定电机转子中磁芯、磁通屏障以及磁体的最优分布，实现最大平均转矩和最小转矩脉动的优化目标。结果表明:NGnet-TO法能够自动生成新型结构，显著提升电机性能。为消除新型机构锯齿状边缘，采用B样条曲线拟合技术对优化模型结构边界进行光滑处理，以获得更好的制造性。通过有限元验证，优化后的电机平均转矩提高了27.9%，转矩脉动降低了5.6%，永磁体面积减少了20%。在永磁体面积减少的基础上提升了电机的动力输出能力和运行效率，同时降低了振动与噪声。

• 带iTNC530数控系统的BC型双转台五轴机床的后处理构造技术研究

  孙文，郭磊磊，朱新波，田衡

  以BC型双转台五轴机床为研究对象，构造该机床的后处理。建立BC型双转台五轴机床模型，对该机床的结构及运动学关系进行分析，在此基础上构造BC型双转台五轴机床的后处理通用算法。介绍HEIDENHAIN iTNC530数控系统常用的两种倾斜面加工代码格式和两种五轴联动加工代码格式，对刀位源文件进行分析，利用后处理开发平台完成后处理器的构造。最后，以叶轮为加工对象，编制叶轮加工的刀具路径，通过将刀具路径后处理为数控程序，采用数控加工仿真软件对后处理后的程序进行仿真，验证该后处理算法的可行性。结果表明：基于BC型双转台五轴机床建立的运动学关系模型可精准描述各部件运动特性，所开发的通用后处理算法能够适配HEIDENHAIN iTNC530系统的倾斜面加工与五轴联动加工模式;通过叶轮加工仿真及验证，证明了该后处理构造正确可行，为同类机床后处理开发提供了参考。

• 基于长短时记忆网络的数控设备剩余寿命预测方法

  田丽晶，薛建华，何罗宁

  数控设备的可靠运行对制造业至关重要,其退化过程和剩余寿命预测是设备健康管理（PHM）的关键问题。从时间序列的角度分析数控设备的状态监测信息,提出一种基于信号处理和长短时记忆网络（LSTM）的数控设备剩余寿命预测方法。利用信号处理技术提取振动信号的时频域退化特征,通过Spearman相关性分析和核主成分分析（KPCA）进行特征选择和降维。引入退化程度指标 D 来量化设备的退化状态。在此基础上，构建基于长短时记忆 (LSTM)网络的退化过程演变模型，用于预测退化程度指标，并结合线性回归模型实现了设备剩余寿命的估计。结果表明：所提LSTM模型能够有效捕捉设备退化的长期趋势和复杂动态特征，结合线性回归模型实现了设备剩余寿命的高精度估计。最后，利用XJTU-SY轴承退化数据集进行实验分析，通过对不同工况和故障类型的数据集进行退化趋势可视化和剩余寿命预测，验证了所提方法的有效性，为数控机床的可靠性研究提供了新思路。

• 高速机械密封端面螺旋槽结构多目标优化设计研究

  程小军，汪溪，李治舟，张磊

  以轴端螺旋槽机械密封为研究对象，基于试验设计、响应面模型、优化算法与计算流体力学仿真，对高速螺旋槽机械密封进行结构优化设计与性能仿真分析。建立高速螺旋槽机械密封端面流动仿真模型与结构多目标优化设计系统，探究螺旋槽设计参数之间的交互影响关系，对高速机械密封端面螺旋槽的结构方案进行优化设计。结果表明：槽堰宽比与槽坝宽比、螺旋角与槽坝宽比对泄漏率的交互影响作用大，而螺旋角与槽堰宽比以及螺旋角、槽堰宽比、槽坝宽比与槽深分别在小螺旋角与小槽深范围对泄漏率的交互影响弱；槽坝宽比与螺旋角、槽堰宽比对开启力的交互影响弱，槽深与螺旋角、槽堰宽比、槽坝宽比对开启力的交互影响复杂；高速机械密封螺旋槽优化结构参数为：螺旋角16°，槽堰宽比0.52，槽坝宽比0.47，螺旋槽深6 μm，此时密封端面平均压力为3.44 MPa，额定转速20 000 r/min下的泄漏率为5.55 g/s、开启力为7.62 kN，泄漏率随着转速与压力的增大而稳定增加，开启力随着转速的增大而迅速增加，证明了其优异的流体动压结构性能。

• 基于WTConv-KAN算法考虑刀具磨损的数控机床误差分析与预测

  王舒玮

  为了解决企业数控机床批量生产过程中刀具磨损导致的误差问题，通过对刀具磨损产生的误差类型进行整理和归纳，找出常见误差多发类型，分析误差的产生机制，掌握刀具磨损常见误差发生的概率。由于对企业数控机床进行实验分析的难度较大，利用开放式数控系统，搭建数字孪生机床，通过分析可知，及时处理因刀具损坏造成的加工误差可以有效提高数控机床零件加工精度；建立刀具磨损误差信号数据库，采用小波卷积函数代替传统Kolmogorov-Arnold神经网络中的B样条函数，将误差信号通过小波变换转化为时频图，通过WTConv-KAN算法构建误差优化模型，对刀具磨损误差进行优化。对不同加工方式进行分析，相比LSTM算法、GWO-LSTM算法、GA-LSTM算法、KAN算法模型，所提WTConv-KAN模型具有更好的预测性能，为此类技术的工程示范推广奠定了基础。

• 基于双泵动力源的起重机变幅系统模式切换压力冲击抑制研究

  朱慧典，杨敬

  现有起重机变幅系统在流量、压力控制模式切换时，泵、阀动态特性不匹配导致系统压力冲击显著与流量波动剧烈。针对此问题，提出一种双泵动力源压力流量复合控制系统。以电液比例变量泵为主动力源，以高压定量泵为补偿泵源，由三相异步电机驱动电液比例泵进行流量控制，由伺服电机驱动定量泵进行压力闭环控制，将双泵合流为一个系统元件输出流量。利用AMESim和Simulink仿真软件建立九柱塞泵泄漏模型、单泵动力源泵阀协同系统、双泵动力源泵阀协同系统及对应的控制算法，利用液压泵试验台测试电液比例泵的容积效率，以验证九柱塞泵泄漏仿真模型的准确性，通过仿真分析双泵动力源系统在抑制压力冲击和流量补偿上的优势。结果表明：双泵源合流后的流量在快速运动模式和微动模式下分别达到期望流量的1.005 5倍和99.92%，压力冲击最大值降低至原系统的86.6%，最小压力值较原来提高了32.2%，模式切换后压力稳定所需时间减少至原系统的56.2%。双泵动力源系统能够有效补偿流量并抑制压力冲击，验证了双泵动力源泵阀协同系统的优越性。

• 考虑刀具磨损的比能耗动态建模与机制分析

  何堰，鲁娟，廖小平，覃小倍，马俊燕

  为探究刀具寿命周期内刀具磨损对切削比能耗的影响机制，构建考虑刀具磨损的切削比能耗动态模型。采用混合正交试验设计方法确定工艺参数和刀具磨损值的组合，得到满足数据驱动建模要求的样本；然后通过铣削试验制备组合中各磨损值的刀具，并获得不同参数组合下比能耗数据，最后采用遗传算法优化的支持向量机回归(GA-SVR)获得切削比能耗动态模型，建立的动态模型的 R2=0.956 2，MSE为0.339 5，MAPE为0.102 8，验证了模型的可行性与有效性。基于铣削试验数据和建立的比能耗模型进行了机制分析。结果表明：在给定的加工参数范围内，对比能耗的影响按照从大到小的顺序为：磨损值、铣削宽度、进给速度、主轴转速和铣削深度，且比能耗与进给速度成正比，与铣削宽度和主轴转速成反比，选择较小的进给速度和铣削深度、较大的铣削宽度和主轴转速时，可获得较小的比能耗，为刀具寿命周期内工艺参数的选择提供指导。

• 重载机械臂集成储能一体化驱动系统多模式控制方法研究

  王鹏廷，夏连鹏，葛磊，黄伟男，郝云晓，王翔宇

  对于以三腔液压缸为核心的挖掘机集成储能一体化系统，当处于重载挖掘或撑车等特殊工况下时，驾驶员会操作动臂下降以辅助完成动作，但在蓄能腔阻力的作用下，动臂下降时有杆腔的压力会骤升至系统的溢流值附近，挖掘机无法顺利完成指定动作。针对此问题，提出一种集成储能一体化系统多模式控制方法。对挖掘机的特殊工况进行分析，归纳其特点,通过分析特殊工况下的工作原理，设计多模式控制系统;针对系统自动识别动作工况的问题，提出一种由动臂工作压力判断策略和输出力工作点判断策略共同判断的控制策略和切换方法；搭建挖掘机整机工作装置的SimulationX仿真模型和控制方法的Simulink仿真模型，并进行联合仿真。结果表明：该系统能够自动判断挖掘机工作模式并且完成工作模式的自动切换，进一步提高了整机的操控性。

• 基于改进的LuGre摩擦模型的电液伺服系统自适应控制策略

  张兵，石飞虎，饶俊森，陆泓宇，蒋嘉柠，钟毓，郑天帅

  电液伺服系统的摩擦力/驱动力之比较大，摩擦模型较复杂、受影响因素较多且存在参数的不确定性，影响电液伺服系统位置跟踪性能。因此，针对电液伺服系统中摩擦非线性以及模型振荡的问题，设计一种改进的LuGre(I-LuGre)摩擦模型，并结合零速穿越窗口函数抑制零速附近的振荡。基于改进的LuGre摩擦模型提出电液伺服系统自适应摩擦补偿控制策略，以补偿系统的动态摩擦行为，提高系统的位置跟踪性能。结合自适应律和双摩擦观测器，在线调整不确定的自适应摩擦参数，以适应外部环境变化对摩擦的影响。最后，通过试验验证该控制器在低负载电液伺服系统中位置跟踪性能的有效性。结果表明：相比PID-V和RISE控制器，基于I-LuGre摩擦模型的自适应摩擦补偿控制器（AFCC-I）始终保持较好的跟踪性能，验证了所提控制器的有效性;当跟踪频率为幅值30 mm、频率0.5 Hz的正弦参考轨迹时，AFCC-I最大轨迹跟踪误差为0.362 mm，平均稳态精度为0.531%。

• 基于超局部模型的永磁同步电机预测转矩控制

  董梦雅，宁博文，张驰

  永磁同步电机控制系统采用传统模型预测转矩控制算法时，由于繁琐的权重因子调整以及电机参数变化导致电机控制性能下降。针对此问题，提出一种采用扩展滑模扰动观测器的超局部模型预测转矩控制策略。为了消除传统模型预测转矩控制中代价函数的权重因子，通过设计不同的代价函数控制单个控制目标，提高系统响应；为了降低电机参数不匹配的影响，建立电机参数摄动时的超局部模型；最后利用扩展滑模扰动观测器估计超局部模型中的未知部分，实现了在预测部分不依赖电机参数的目标，并通过Lyapunov稳定性理论证明该观测器的稳定性。仿真结果表明:当电机参数发生变化时，所提方法能够有效改善电机的动态和稳态性能，并且具有较强的抗干扰性和鲁棒性。

• 基于在线测量系统的成型磨齿加工消空程技术研究

  董文，洪荣晶

  声发射监测系统在成型磨齿消空程过程中容易发生砂轮碰撞问题。为了在提高磨齿加工效率的同时确保磨齿加工的安全性，基于数控成型磨齿机的在线测量系统，提出一种砂轮起始下刀点计算方法。利用测头测量齿槽廓形点的坐标并进行对中修正，随后采用多项式最小二乘法对齿槽测量点进行拟合，对测头半径进行补偿后得到齿槽廓形。根据齿槽的理论廓形构建砂轮理论模型，在MATLAB上建立砂轮的理论廓形，求解砂轮理论廓形与齿槽廓形的最短距离并确定砂轮的起始下刀点。结果表明：采用多项式拟合齿槽廓形， 3次多项式的拟合误差最小，砂轮起始下刀点的模拟值与实际值的偏差绝对值在0.03 mm左右，能够满足实际加工需求。

• 基于IGWO-LADRC的电动叉车液压伺服系统控制策略研究

  郭征，吴静波，郭志军，杨月飞，王红垚

  针对传统电动叉车液压系统因恒定泵速和阀控调节方式导致的能源浪费和效率低等问题，提出一种基于变转速泵的液压伺服系统优化方案。为提升系统的鲁棒性与自适应能力，采用线性自抗扰控制器（LADRC）对系统性能进行优化，并结合改进线性收敛因子、位置更新策略以及适应度函数的灰狼优化算法（IGWO）实现控制参数的自适应调整，克服传统LADRC参数依赖人工整定的问题。为验证所提控制策略的有效性，通过AMESim中建立的液压系统物理模型与MATLAB/Simulink中构建的IGWO-LADRC控制策略模型进行联合仿真试验。仿真结果表明：相比传统阀控系统和PID控制的泵控伺服系统，所提基于IGWO-LADRC的泵控伺服系将跟踪误差控制在0.002 m以内，远低于阀控系统的0.02 m和PID泵控系统的0.054 m，实现了更精准的位置跟踪。同时通过实时调节伺服电机的转速，系统能够精确控制定量泵输出的流量和压力，从而在完成相同作业任务时，将泵输出功率从18 kW降低至5.2 kW以内，液压系统能量利用率提升35%，显著提高了电动叉车工作装置在作业过程中的能量利用效率。

• 基于比例溢流阀的密闭容腔压力控制策略研究

  白明磊，卢子艺，方胜勇，魏正义，王飞，包大壮

  针对液压油缸出厂试验台比例溢流加载系统压力调整时间长的问题，提出一种容腔预升压的压力控制策略，通过调整油缸容腔的初始压力，采用压力闭环控制方法，结合比例溢流阀实现加载系统的压力控制。建立比例溢流阀的液压缸密闭容腔压力控制数学模型和AMESim仿真模型，所搭建的比例溢流阀AMESim仿真模型的精度可达96.9%，满足液压缸耐压试验仿真加载的需求。在模型中设置不同的容腔体积和预升压压力，分析其对液压缸密闭容腔保压试验压力加载响应时间的影响并通过油缸出厂试验台进行测试。结果表明：液压缸容腔的初始压力越低，液压缸容腔越大，系统加压时间越长；进行液压油缸保压试验前，提高油缸容腔初始压力可以有效缩短加压时间，提高效率，减少能量消耗。

• 融合VMD和CNN的轴向柱塞泵配流盘故障诊断方法

  强熠宇，杨景昆，石锐，关栋，秦永法

  配流盘是轴向柱塞泵关键的部件之一,长期运转会出现磨损,传统的故障诊断依赖于特征提取,但机械运转过程中噪声大,导致有效信号被淹没。针对配流盘故障检测问题，提出一种融合变分模态分解和卷积神经网络的配流盘故障识别方法VMD-CNN-BiLSTM-Attention。利用数据采集系统采集配流盘3种故障状态的振动信号；利用变分模态分解对振动信号进行预处理，并得到本征模态分量；最后，对本征模态分量进行样本熵计算，将得到的熵值输入卷积神经网络与双向长短记忆网络以及注意力机制结合的模型中进行训练，实现轴向柱塞泵配流盘故障分类。实验结果表明：相比VMD-CNN、CNN-BiLSTM、CNN方法，所提VMD-CNN-BiLSTM-Attention配流盘故障诊断方法在分类性能上表现出色，分类准确率最高为99.2%,能够有效提取振动信号特征，从而提高训练效率。

• 基于VMD-BN的液压支架电磁先导阀故障诊断方法研究

  张杰，杨爱琴，许春雨，宋建成，田慕琴?，宋单阳，李磊，郝振杰，马锐

  电磁先导阀是液压支架电液控制系统的重要组成部分，其数量大、故障率高且难以识别，直接影响电液控制系统工作的可靠性和连续性，已成为影响综采工作面自动化生产的主要问题之一。针对此，对电液控制系统先导阀的故障检测、故障分析和故障诊断方法进行研究，提出基于电流信号变分模态分解和贝叶斯网络的电液控制系统电磁先导阀故障诊断方法。采用变分模态分解算法对液压支架电磁先导阀的驱动电流信号进行分析，利用鲸鱼优化算法优化IMF个数和惩罚因子，得到多个时域和频域的分量。提取电流信号各个分量的能量熵，将其作为故障特征向量并输入所建立的贝叶斯网络中分析故障原因，利用先验概率和条件概率对故障发生的后验概率进行推理。最后，通过煤矿井下实际的故障电磁先导阀对文中所提故障诊断方法进行实验验证。结果表明：所提诊断方法可以基于电磁阀驱动电流单一信源提取能量特征差异，实现电磁先导阀的故障诊断，准确率达到90%；与现有诊断方法相比，准确性提高，实施难度降低。

• 微型轴向柱塞泵流量脉动仿真分析及优化

  冉雪涛，吴怀超，侯刚，王佩瑾，曹明远，朱彬

  为了满足液压系统的微型化需求（高速、高压以及轻量化），通过分析微型轴向柱塞泵的运动特性及配流面积，阐明各阶段过流面积与配流盘参数的关系；建立MATLAB配流面积数学模型及微型泵AMESim七柱塞模型，分析电机转速、斜盘倾角、柱塞直径、柱塞分度圆半径对微型泵流量脉动的影响。结果表明：电机转速增大，流量脉动先减小后增大；斜盘倾角、柱塞直径、柱塞分度圆半径增大，流量脉动增大、容积效率减小。为了降低微型泵流量脉动，采用遗传算法对柱塞直径、斜盘倾角、柱塞分度圆半径进行优化。优化后，流量脉动率从7.85%降至6.5%，脉动幅值从0.296 L/min降至0.261 L/min，输出流量稳定，验证了微型泵参数合理性，为减小微型泵流量脉动提供了一定参考。

• 宽体矿车X型互联式油气悬架参数匹配方法研究

  李阁强，晏宇泽，刘雨昌，毛波，王帅，李东林

  宽体矿车多行驶于复杂路面，对车辆悬架的振动特性要求较高，目前的同侧互联式和同轴互联式油气悬架无法同时兼备抗俯仰和抗侧倾性能，为此提出X型互联式油气悬架，以提升宽体矿车的抗俯仰和抗侧倾能力。分析X型互联式油气悬架的结构和工作原理，建立数学模型。分析悬架系统的非线性刚度和非线性阻尼特性以及其参数对性能的影响，并探究悬架的连通特性。最后，利用MATLAB建立整车七自由度模型，将蝗虫优化算法（GOA）应用于油气悬架的参数匹配设计中。结果表明：X型互联式油气悬架具有良好的非线性刚度和非线性阻尼特性，使车辆更平稳地通过复杂路面，且具有抗侧倾和抗俯仰功能，保证车辆在俯仰和侧倾方向的稳定性；采用GOA优化算法对悬架进行参数匹配后，车身的俯仰角加速度、侧倾角加速度、垂直加速度均方根分别降低了32.24%、22.78%、8.86%，提高了车辆的操控稳定性，为X型互联式油气悬架的参数匹配设计提供参考。

• 特种车辆悬架系统磁流变阻尼器阻尼特性分析

  甄亮，冯黎成，方占萍，张琪

  以特种车辆悬架系统为研究对象，基于磁流变阻尼器的工作原理和特点，分析流动模式和剪切模式下阻尼力的产生机制，设计满足悬架系统减振需求的磁流变阻尼器。分析磁流变阻尼器阻尼缝隙处流体的流动状态，对各区域磁流变液的流速以及产生的输出阻尼力进行理论推导，并通过有限元软件COMSOL建立仿真模型，对多物理场耦合下阻尼器内部流场的分布情况进行仿真分析。最后，利用搭建的性能测试实验台完成磁流变阻尼器样机动态性能测试实验。结果表明：仿真结果与理论分析结果一致，在刚性流动区液体的流速最大，充分说明磁流变阻尼器阻尼缝隙处的流体具有复杂的流动状态。实验测试的阻尼器的最大阻尼力达到11 857 N，最小阻尼力为968 N，与理论分析结果一致，满足设计要求输出阻尼力大于10 000 N、动力可调范围不小于4。

• 液压锥阀水力建模及对液压系统的影响

  毛文亮，张德龙，柴红强，李彦橦，赵宇涵

  为了完善液压锥阀水力模型理论，依据锥阀结构特征及液体流动理论建立该型液压锥阀水力模型。采用商业CFD仿真软件对该类型锥阀的压力-流量特性进行分析，并在此基础上采用系统仿真工具AMESim搭建包含液压锥阀的某工程机械液压系统。最后，运行仿真模型并与试验结果进行对比。结果表明：随着锥阀开度增加，其出口侧瞬时压力与瞬时流量不断增加，锥阀对液体流动的阻尼效果不断减弱，为了降低能量损失，应尽量在大开度条件下工作；不同圆角半径液压锥阀中的水力直径和过流面积随阀口开度的增加同步增大，变化规律近似线性分布，阀芯圆角半径对液压锥阀的水力直径与过流面积影响显著，圆角半径越小，水力直径与过流面积越大；当开度为3.5 mm时，仿真与试验的瞬时压力曲线趋势基本一致，周期基本相同，两条曲线的重合度很高，相同时刻对应的最大压差不超过0.2 MPa，偏差率低于10%。

• 基于泵泄漏的闭式泵控三腔缸动臂系统动作协调性研究

  闫泽彬，杨敬

  为提高挖掘机液压系统功率利用率，使用泵控三腔缸系统替换原有动臂系统，在消除节流损失的同时回收动臂下降的势能。针对泵控三腔缸系统中容积调速回路存在速度负载特性软从而影响不同控制系统的执行元件之间动作协调性的问题，以370 kN挖掘机为研究对象，对泵控系统进行泄漏补偿，得到准确的实际输出流量，使两系统的流量成比例,从而保证执行元件动作协调性。利用AMESim和Adams仿真软件，建立基于泵泄漏补偿的泵控三腔缸控制系统的联合仿真模型。结果表明：当泵出口压力从10.0 MPa变化到30.0 MPa时，基于泵泄漏模型的闭式泵控三腔缸动臂系统可以对泄漏流量进行补偿，使流量稳定在期望值;将三腔缸动臂由正流量系统控制变为泵控控制系统后，能够在完成指定的复合动作的同时减小复合动作增减时的速度突变，提升了其动作协调性。

• 不同散料下压带式输送机垂直提升段的力学分析与优化

  姚光辉，曹宇，黄接喜，宋志杰，赵晓霞，孟文俊

  压带式输送机提升段的输送倾角较大，压紧力过小易引起物料泄漏，压紧力过大易造成输送带磨损。针对此问题，以压带式输送机为研究对象，进行受力分析，确定单位长度下物料不下滑的最小压紧力。选取谷物为被输送物料，建立压带式输送机垂直提升段的有限元模型，得到输送带易损部位的确切位置。探究谷物、原煤、干砂和铁矿石4种散状物料在垂直提升过程的压紧力与变形、应力的关系，以获得不同物料在高效率输送下所需的理想压紧力。结果表明：输送带易损伤部位主要集中在空余带宽的最外边缘以及覆盖带和承载带搭接区域的边缘处。在此两区域，输送带的最大形变量与应力值均达到峰值。此外，与高位托辊接触的输送带相比，与低位托辊接触的输送带更易遭受损害。因此，选取适宜的输送带时，应对上述区域实施结构强化措施。为确保物料更高效稳定输送，相较于各物料的初始压紧力，输送谷物、原煤、干砂和铁矿石的理想压紧力需分别增加65.5%、37.4%、47.8%和31.4%。

• 一种阀门泄漏检测装置的设计与试验

  郝振兴，郝用兴，徐要伟，杨瑞

  针对现有阀门泄漏检测方法多数存在信号采样频率过高、易受外界信号干扰、算法较复杂、通用性不强、难以准确及时地反映泄漏信息等问题，提出一种阀门泄漏检测装置的设计方案。采用光电传感技术对阀门泄漏检测装置的整体方案进行设计。根据设计要求，对其电源箱、逆变器箱、阀门泄漏检测单元进行设计，并以PLC为核心，对阀门泄漏检测箱进行优化设计。最后，搭建测试平台，对阀门泄漏检测装置进行测试。结果表明：阀门泄漏检测装置设计合理、结构科学，能够同时实现16个阀门泄漏的实时在线本地监测和远程监测，且其电源箱主备电切换响应时间为12.20 ms (满足不大于15 ms的要求)。该装置具有稳定性高、通用性强、实时性强等特点，为阀门泄漏检测的工程实际应用提供一定的参考。

• 基于Kriging模型的电机控制器散热系统多参数优化设计

  王新艳，李艺超，王志强

  新能源汽车电机控制器散热系统的翅柱直径、翅柱高度和冷却液流量等参数对其综合性能有重要影响。针对传统方法求解过程复杂、计算量大、效率低的问题，提出基于Kriging模型的散热系统多参数优化设计方法。将实验设计方法与数值仿真分析方法相结合，得到翅柱直径D、翅柱高度H和冷却液流量Q与热源最高温度和冷却液压降的关系。通过分析参数影响特性可知，对热源最高温度的影响较大的参数为D和Q，对冷却液压降影响较大的参数为Q；仅当3 mm≤D≤4 mm时， H对冷却液压降才会产生明显影响。并基于此建立Kriging代理模型。经过分析，代理模型误差均小于10%，满足精度需求，可以代替数值仿真过程对后续结构进行优化设计。然后，以此为基础建立电机控制器散热系统综合设计优化数学模型，实现了散热系统结构快速优化分析。与初始设计相比，优化后的散热系统中冷却液压降明显降低，降幅为62.5%，而热源最高温度的升幅仅为0.43%。这表明优化后散热系统的综合性能得到了显著提高。

• 电磁力挤压的双盘式磁流变液传动性能研究

  黄玥，麻建坐

  为了实现挤压方式简便、装置结构简单的研究目标，利用电磁力产生挤压强化效应来提高MRF的传动性能，提出一种电磁力挤压的双盘式磁流变液传动装置。通过对装置进行磁场设计和电磁力分析，建立磁路模型，并基于有限单元法对传动装置的磁场分布进行数值模拟计算，推导磁流变液传动方程并分析不同条件下传动装置的传动性能。结果表明：随着电流的增大，MRF工作间隙内的磁通量密度显著增加，衔铁所受的电磁挤压力也增大，有助于MRF产生更明显的挤压强化效应，从而增大MRF的剪切屈服应力。当电流为4 A时，挤压的MRF传递的转矩相比未挤压时提高了约1.101倍，验证了挤压强化效应在提升MRF传动性能方面的有效性，为高性能MRF传动装置的设计提供了理论依据，也为MRF传动技术的实际应用奠定了基础。