机床与液压杂志

机床与液压杂志2025年第7期

• 柔性薄壁轴承的径向变形分析

  米凯东，赵学智

  柔性薄壁轴承是谐波减速器内部波发生器的核心零部件，将其装配到椭圆凸轮轴上后，内、外圈会发生强制变形，从圆形变为椭圆形，这与普通滚动轴承的变形完全不同。为了确定柔性薄壁轴承的变形情况，建立轴承变形计算模型，对轴承的内、外圈变形进行理论分析。基于赫兹接触理论，对轴承内、外圈与滚动体之间的接触力进行分析。最后，通过搭建柔性薄壁轴承振动检测平台，对理论结果进行验证。结果表明：外圈变形量是时变的，导致其内、外圈的受力也是时变的，这种变化的径向变形导致轴承产生一种周期性冲击；实验测试的外圈变形量与理论计算结果一致，验证了理论分析的准确性。

• 摩擦工况对超高分子量聚乙烯/SiC复合材料摩擦学性能的影响

  郭永刚，彭江博，庞杨，张庆，张新瑞

  探究不同摩擦工况下，SiC含量对超高分子量聚乙烯/SiC（UHMWPE/SiC）复合材料摩擦学性能的影响规律，以期获得摩擦学性能优异的复合材料。采用热压成型法制备不同SiC含量的5种UHMWPE/SiC复合材料，利用傅里叶变换红外光谱仪表征复合材料的红外特征峰。借助扫描电子显微镜拍摄磨损样品的表面微观形貌，并基于往复式摩擦磨损实验机对复合材料的减摩耐磨性能进行测试，探究润滑介质、摩擦频率、负载等条件对复合材料摩擦磨损性能的影响规律，并分析相应的磨损机制。结果表明：当摩擦速度较低时，SiC质量分数为1%、2%时UHMWPE/SiC复合材料的平均摩擦因数最小；当摩擦速度较高时，低载干摩擦工况下复合材料的摩擦因数基本不变，其他工况下，添加SiC可适当减小复合材料的摩擦因数；当SiC质量分数为1%时，复合材料的摩擦因数和磨损量均最低，可为设计具有优异低摩擦、耐磨损性能的新型水润滑轴承复合材料提供参考。

• 基于多传感器融合的异步电动机故障诊断研究

  古玉锋，肖子叶，燕钢强，黎程山，李昆鹏

  针对电动机故障诊断方法中存在的单一传感器信号所含故障信息有限以及浅层学习模型故障诊断准确率较低等问题，提出一种基于多传感器融合的卷积神经网络（CNN）和长短期记忆（LSTM）网络的故障诊断方法。通过多传感器同步采集电动机的多源信息，并结合多源同类传感器信息的性质和特点，采用基于熵权法的数据加权融合方法，实现了电动机多源同类信息的数据层融合。构建CNN-LSTM故障诊断模型，自动提取多源异类信息的特征，完成特征层融合。最后，通过搭建三相异步交流电动机故障模拟实验平台，对该故障诊断算法进行实验验证。结果表明：该方法可有效实现电动机定子、转子及轴承的故障诊断，平均准确率达到99.53%，与1D-CNN、LSTM及仅使用单一振动信号的CNN-LSTM模型相比，准确率分别提高了6.41%、9.11%、28.39%。

• 基于蝴蝶优化算法改进的参数化重采样时频变换

  郑直，王叶仑，贾晓龙

  参数化重采样时频变换(PRTFT)在处理多模态信号时，其窗口长度 L 选取存在经验性和主观性，导致模态分量的能量分散和时频轨迹模糊等问题，而背景噪声干扰又加剧了上述问题。基于此，引入蝴蝶优化算法(BOA)对PRTFT进行优化选取最优窗口长度 L ，进而获取多模态信号的各个模态分量的较高能量集中度和较高时频分辨率；采用改进反演定理对多模态信号进行消噪处理，进一步获得更高的能量集中度和清晰时频轨迹。通过滚动轴承内圈故障实验验证分析可知，经BOA优化后的PRTFT可有效地提升信号能量集中度和时频分辨率，且较麻雀搜索算法、星鸦优化算法具有优越性。

• 基于M2-MHA Block轻量化模型的小样本跨工况轴承故障诊断

  邓兴超，朱冠华，张清华，张发振，赵乾惠

  针对轴承故障诊断中存在的训练数据不充分、模型泛化能力差以及计算复杂度大等问题，提出一种基于轻量化卷积神经网络的小样本跨工况轴承故障诊断方法。采用原始振动信号与量纲一量辅助数据集的并行输入方式，搭建基于深度可分离卷积的多输入多尺度（M2）特征提取架构，避免了仅使用原始振动信号可能导致的特征不充分问题。此外，提出一种多头注意力块（MHA Block），以提升训练效率和诊断性能。最后，通过迁移学习技术实现了基于小样本的跨工况诊断，并在凯斯西储大学数据集上进行实验验证。结果表明：所提方法在源域下的平均诊断精度达99.8%，且模型参数量和模型大小仅分别为28 789和540.5 kB；在小样本跨工况迁移诊断中，采用100个样本进行训练、500个样本进行测试，平均诊断精度高达99.3%；文中所提方法能够在低计算量条件下，实现高准确率与良好的泛化性能。

• 微凸体相互作用和基底变形对结合面静摩擦因数的影响

  王颜辉，郭强，孙万，张学良，巩少鹏

  结合面静摩擦因数是摩擦润滑研究中的一个重要参数。为了探讨结合面微凸体相互作用以及微凸体基底变形对结合面静摩擦因数的影响以及二者对摩擦因数影响的显著程度，建立基于GW模型的结合面静摩擦因数模型和分别考虑相互作用和基底变形的结合面静摩擦因数模型。在建立考虑基底变形的结合面静摩擦因数模型的过程中，应用力的静平衡原理以及位移平衡原理，建立等效基底复合弹性模量的计算模型。通过MATLAB软件仿真对比了不同塑性指数下3种模型的结合面静摩擦因数随量纲一法向接触载荷及量纲一平均分离间距的变化关系。结果表明：微凸体间的相互作用和基底变形对结合面静摩擦因数有显著影响，二者均有利于静摩擦因数的增大；微凸体间的相互作用和基底变形对结合面静摩擦因数影响的显著性与等效微凸体的复合弹性模量与等效基底的复合弹性模量的比值λ相关，在相同塑性指数和量纲一平均分离间距下，当λ小于临界值λ0时，相互作用的影响较为显著，当λ大于λ0时，基底变形的影响更为显著；λ0由接触条件决定，不同接触条件对应不同的λ0。

• 基于激光干涉仪的大型机床运动轴垂直度检测方法分析

  刘莹，赵红，刘芳

  针对重大型机床加工范围广、运动行程长，传统方法无法有效检测任意两线性轴全行程范围内垂直度的问题，提出一种利用激光干涉仪测量机床两运动轴间对角线的方法。从原理分析了对角线垂直度检测方法的可行性，并介绍对角线垂直度检测所需测量设备及具体检测过程。同时，通过对比实验验证了该方法的有效性、准确性和可靠性。最后，深入分析了对角线垂直度检测法，阐明其优势和缺点。结果表明：相较于传统垂直度检测方法，该方法测量范围更大、检测效率更高，可应用于重大型机床的垂直度检测。

• 基于极值搜索的阀控对称缸线性自抗扰控制

  金坤善，李宇翔，梁涛，王鲁军，展保同，曹继贤

  针对传统线性自抗扰控制器难以满足非线性、不确定性电液伺服控制系统高性能控制要求的问题，提出一种基于极值搜索的阀控对称缸电液伺服系统线性（LADRC）自抗扰控制方法。该方法融合了线性自抗扰控制不依赖系统精确数学模型和极值搜索算法多参数并行优化能力的优点，将控制器参数优化问题转换为目标函数的极值搜索问题。在分析优化过程收敛性的基础上，完成了LADRC参数的优化，并进行控制仿真研究。该方法继承了传统LADRC对不确定扰动的实时估计和动态补偿机制，同时具备动态调整扩张状态观测器带宽和状态反馈控制器增益的能力，可实现对系统的高性能控制。结果表明：该方法能够有效抑制电液伺服系统中多源不确定扰动，减小动态跟踪误差，缩短过渡过程，提升控制品质，为非线性、不确定性电液伺服系统的高性能控制提供了一种有效的解决方案。

• 某高空台喷雾供水系统建模与水压控制研究

  彭炬，唐炜，侯龙飞，杨东，王文，王睿，谷云凤

  喷雾系统作为某高空台关键设施之一，用于模拟发动机结冰云雾环境，其喷嘴前端水压控制精度和快速稳定性对提高云雾品质和结冰试验效率具有重要意义。针对高空台喷雾供水系统组成复杂、控制回路多、控制难度大等特点，开展仿真建模和水压控制算法研究。在喷嘴元件建模方面，结合仿真阀门元件特性和试验数据，得到压力、流量和阀门开度之间的关系，并将其作为控制函数作用于节流阀上，以“受控节流阀”的方式模拟系统喷嘴的流量特性，其模拟精度可达99.96%以上。通过分析供水压力控制流程，设计前馈解耦补偿器，解决了不同喷雾耙之间的耦合问题，并通过变参数PID减弱了控制超调。最后，在AMESim/Simulink环境中对系统水压控制进行联合仿真。结果表明：喷雾耙之间的耦合性显著减弱，超调明显降低，说明该控制方法有效。

• 磁弹磨粒形状对磁力钝化的数值仿真影响

  杨海，赵雪峰，郑伟，陈曦，刘勇

  由于磁弹磨粒形状具有不规则性，为研究双磁盘磁力钝化过程中不同形状的磁弹磨粒对刀具钝化的影响,采用离散单元法(EDEM)模拟磁力钝化过程，预测刀具受到不同形状磨粒冲击后的磨损分布情况，探究磁弹磨粒形状对刀具钝化的影响。结果表明：磁弹磨粒的形状对磨粒的速度没有明显的影响；随着球形度减小，磨粒旋转速度随之减小，同时磨粒对刀具刃口作用力也减小；磁力钝化中，不同形状的磁弹磨粒钝化刀具的最大磨损都发生在刀具刃口上，且磨粒造成的磨损分布大致相同。其中，球形度为0.623的磨粒对刀具的磨损最大，球形度为0.831的磨粒次之，球形磨粒对刀具的磨损最小，磁弹磨粒形状显著影响刀具磨损结果。

• 基于改进D3QN的轴承生产智能排程方法

  杨逢海，杨晓英，李笑笑

  针对多零件全流程协同生产的轴承生产排程问题，构建以最小化最大完工时间和最小化订单平均交付偏差为优化目标的多目标协同优化模型和马尔科夫序列决策过程。设计30种排程策略作为动作空间，同时提炼出适当的状态特征和奖励函数。通过改进D3QN算法对模型进行求解，并采用双经验池设计和改进?ε-greedy搜索策略，显著提升了算法的稳定性和收敛速度。最后，以某企业实际数据为基础，设计4组不同规模的仿真试验，将所提算法与NSGA-II、DQN和人工排程3种求解方法进行比较。结果表明：D3QN算法可以在每个决策点根据实际情况在动作空间选取适当的排程策略做出决策，具有较高的灵活性，其结果均优于其他3种方法，实现了评价指标的最小化。

• 基于IPSO-BPNN的电机控制方法研究

  梁策，张兵，朱建阳

  永磁同步电机是一个典型的非线性多变量强耦合系统，会受外部扰动、参数摄动和磁场非线性等因素的影响。针对这一问题，提出一种使用改进粒子群算法优化BP神经网络的PID控制器（IPSO-BPNN-PID）。通过引入自适应变异与随机权重对粒子群算法进行优化，以提升算法的全局搜索能力与收敛速度。利用IPSO算法优化神经网络的初始权值，提升了神经网络的学习速度；并结合神经网络的非线性逼近能力，对PID进行在线调节，以提高PID的响应速度和精度。建立PMSM双闭环调速系统，并采用优化后的IPSO-BPNN算法对PID控制器参数进行在线整定。结果表明：与标准粒子群算法相比，改进后的粒子群算法适应度更佳，收敛速度比标准PSO算法快24%；IPSO-BPNN-PID控制器的平均响应速度分别比PID控制器和BPNN-PID控制器提高了53.57%、19.77%，平均超调量比BPNN-PID控制器低41.67%，表明提出的IPSO-BPNN-PID控制器显著提升了PMSM驱动系统的响应速度和动态抗扰动能力等性能。

• 基于前馈控制的内齿轮强力车齿加工方法研究

  王会良，寇云飞，信稳，魏冰阳

  传统的车齿加工内齿轮具有加工效率高、精度高和成本低等优点，但仍然存在误差。针对车齿加工过程中伺服系统稳态误差大、速度慢以及超调量大等问题，采用前馈和微分负反馈相结合的控制方法，以降低稳态误差，从而改善伺服系统的跟踪性能。通过在MATLAB/Simulink中进行仿真，分析车齿加工内齿轮时的运动轨迹，并对其参数进行分析。最终，通过实验验证了所提方法的有效性。结果表明：引入前馈-微分复合控制策略后，伺服系统的跟随误差和车齿的内齿轮误差明显减小，加工精度明显提高，显著提高了伺服系统的动态性能。

• 基于直驱阀的双闭环模糊自适应PID控制及其在异形销孔精密镗孔中的应用

  李岩，刘建伟，刘鹏

  针对异形销孔的精密镗削加工，研究高频响音圈电机直接驱动伺服阀(VCM-DDV)在精密镗削装置中的应用，提出一种基于干扰观测器的双闭环模糊自适应PID(FPID)控制策略。该控制策略包括基于FPID的阀芯位置控制和基于干扰观测器的输出压力控制。建立基于AMESim和Simulink的联合仿真环境，对系统进行仿真研究。仿真结果表明：采用模糊控制和干扰观测器相结合的两级反馈算法，提高了液压伺服系统在动载荷作用下的位置和压力性能，阶跃响应时间在21.2 ms内。在此基础上进行了异形销孔镗孔实验，实验结果表明:圆度达0.3 μm，粗糙度达0.15 μm，满足加工精度要求，验证了补偿方法的正确性。

• 基于浸入边界法的阀芯振荡空化研究

  张旭，郑直，闵为，朱斌权，包春祖，王虎军

  锥阀作为调压阀工作时，阀芯极易出现轴向振荡，导致流场出现空化现象，严重影响液压系统的调压精度和工作稳定性。为探究阀芯振荡过程中产生空化的机制，基于开源平台OpenFoam二次开发出具有动态浸入边界功能的两相空化流求解器，并采用数值计算与可视化实验相结合的方法，以先导式压力调节锥阀的导阀为研究对象，探究阀芯振荡过程中产生空化的机制及影响因素。结果表明：在阀芯振荡关闭阶段，随着阀口开度逐渐减小，阀腔中油液受惯性影响向出口流动，形成大范围低压区，促使油液中的空化气核剧烈膨胀并产生二次空化，使得阀腔中形成大范围的空泡群；在阀芯振荡开启初始阶段，阀口处射流会产生附着型射流空化，随着阀芯不断开启，射流撞击阀芯壁面形成的回射流会剪断阀口处射流势核，导致射流空化演化为游移型空化。

• 定子内置式磁流变制动器制动性能分析

  张利青，胡国良，喻理梵，朱文才

  针对传统磁流变制动器磁场利用率不高及空间利用率低的问题，设计一种定子内置式磁流变制动器。将定子设置在制动器内部，转轴带动制动器外壳旋转，在不改变制动器结构尺寸前提下，增大阻尼间隙长度，从而增大输出制动转矩。通过合理组合隔磁材料及导磁材料，引导磁力线垂直穿过4段轴向和4段径向阻尼间隙。通过阐述制动器结构及工作原理，对8段有效阻尼间隙进行磁路分析，推导并建立制动器输出转矩、电磁场和温度场数学模型。基于COMSOL有限元仿真软件，对磁流变制动器的电磁场与温度场进行仿真分析。结果表明：当外加电流为2 A、转速为500 r/min时，制动器输出转矩可达39.87 N·m；单次紧急制动下，最高温度为29.2 ℃，多次紧急制动的情况下，最高温度为43.2 ℃，满足磁流变液正常工作要求。

• 基于流量均匀分配的八角形布水器蓄热性能及优化研究

  贾春强，范文斌，孙斌，李乃昶，刘鑫洋

  布水器作为斜温层蓄热水罐中的重要部件，其参数对蓄热罐的蓄热性能——斜温层厚度及其形成时间，具有重要影响。以某八角形布水器为研究对象，针对流量分配不均匀问题提出一种基于AMESim的解决方案。在实现布水器流量均匀分配的基础上，采用CFD数值模拟方法研究布水器半径、支管管径、分配管管径以及入口流速等参数对蓄热性能的影响，并通过二阶响应面模型结合多目标遗传算法对各参数进行优化。结果表明：适当减小布水器半径，增大支管管径、分配管管径和入口流速，有助于减小斜温层厚度和缩短形成时间；优化后的布水器使斜温层厚度及其形成时间分别较初始值减小了3.49 m(77.2%)和488.2 s(75.4%)，有效地提升了蓄热罐的蓄热性能。

• 渐开线外啮合斜齿轮泵精确排量计算方法

  孙好刚，纪宇龙，安高成，陈峙，刘宝玉，王文伟

  斜齿轮泵的瞬时流量和排量特性与其振动噪声、效率评估等性能参数息息相关，因此对这些特性的精确、高效计算显得尤为重要，但目前对瞬时流量和排量的研究大多集中于直齿轮泵，针对斜齿轮泵的研究较少。为此，基于齿轮啮合原理、渐开线齿廓性质及瞬时啮合点与转角的关系，以标准渐开线外啮合斜齿轮泵为研究对象，推导出一种精确计算其瞬时流量和排量的公式。在理论研究的基础上，借助MATLAB软件研究斜齿轮泵的瞬时流量特性，并对3款KF型斜齿轮泵的结构参数进行仿真验证。最后，搭建现场实验测试平台，将理论计算结果与实际排量进行对比。结果表明：所提方法计算结果与实际排量误差最大不超过3%，与公称排量的误差不超过2%，且与传统计算结果相比更接近实际排量，该计算方法具有一定的普适性。

• 电静液作动器负载能量回馈抑制设计与效果评估

  王利剑

  以民机副翼作动器为研究对象，搭建电静液作动器EHA的热仿真模型，对其作动筒、泵、阀、管路、电动机、驱动器等核心部件的热载荷进行计算与分析。针对其中对电机控制器散热设计影响最大的电机制动热载荷，设计一种制动能量回馈抑制油路，通过将来自于舵面的制动载荷消耗在液压和机械环节，降低传导至电机控制器的制动能量，进而降低其散热需求，从而提高作动器整体功率密度。该制动能量回馈抑制油路对作动器的静、动态输出特性无影响。基于舵面应用工况设计典型载荷谱，通过仿真分析验证了该设计方案对降低电机控制器热载荷的有效性。

• 三级喷嘴-挡板式电液伺服阀健康诊断技术研究

  钱占松，王烨波

  为提高三级电液伺服阀的可靠性及故障诊断效率，以三级喷嘴-挡板式大流量电液伺服阀为对象，研究其健康诊断技术，旨在通过仿真与试验相结合的方法，构建典型故障特征库，实现快速故障定位与诊断。基于AMESim仿真平台对伺服阀关键组件（先导伺服阀、功率级滑阀、位置传感器及控制器）进行精细化建模，并通过参数标定与动态特性验证确保模型的准确性。针对典型故障模式开展仿真分析，通过调整节流孔通流面积来模拟喷嘴/节流孔堵塞，修改反馈杆小球与阀芯的间隙参数以表征反馈杆小球磨损，增大阀芯摩擦力以模拟先导阀与主滑阀芯因污染导致摩擦力增大的情况。最后，搭建包含液压动力源、数据采集系统及伺服阀试验台的验证平台，采集正常与异常状态下的输出曲线，对比仿真与试验数据的一致性。结果表明：通过AMESim建模与多故障仿真以及试验验证，所提健康诊断方法能够准确识别喷嘴堵塞、反馈杆磨损等典型故障特征，定位故障根源。该方法可扩展至力矩马达气隙变化、弹簧管刚度变化、磁量减弱、传感器非线性等未涵盖故障模式，为构建三级伺服阀全生命周期健康管理技术奠定了基础。

• 径向柱塞式液压马达等接触应力内曲线分析

  毛文亮，赵彦军，柴红强，乔扬

  内曲线液压马达柱塞副的运动规律完全取决于导轨曲线形式。为了设计出性能优异的内曲线，介绍液压马达柱塞副组件的基本构成及工作原理。在忽略一些影响较小作用力的基础上，对柱塞副组件进行受力分析，并采用幅角函数法推导滚轮－导轨副接触力方程。通过分析滚轮－导轨副接触状态，确认该接触满足赫兹理论应用条件。运用弹性接触赫兹理论，同时编制MATLAB程序求解等接触应力曲线隐式微分方程组。最后，明确影响内曲线性能的基本参数，采用控制变量法分析极径初值对关键工作参数的影响，并在此基础上选取合理初值设计出十作用液压马达内曲线。结果表明：极径初值三阶导数对内曲线性能影响可忽略；随着一阶与二阶导数增加，滚轮与导轨接触点极径逐渐增大；随着一阶导数增加，理论曲线的连续性就变差，有效接触角减小，柱塞－滚轮副行程先增大后减小，滚轮与导轨间接触应力不断减小；随着二阶导数增加，柱塞－滚轮副行程逐渐增大，滚轮与导轨间接触应力变化不明显。

• 高压高速微型轴向柱塞泵特性研究

  蔡金典，杨毅博，周蕾，黄玖琦，陈经跃

  为满足机器人及航空航天领域对电静液作动器液压泵高压化、高速化及轻量化方面的迫切需求，基于瞬态配流副流固耦合模型，揭示了转速升高和压力增大对配流副承载润滑特性的影响。针对零件变形、缸体倾覆以及空化气蚀问题，进行针对性的结构设计与优化。通过材料、结构与工艺的协同创新，研制出一种高压高速微型轴向柱塞泵，其排量0.5 mL/r，最大压力可达42 MPa，最高转速达16 000 r/min，质量仅为270 g。该泵在结构上采用熔铸式双金属缸体复合结构，以提升其在高压下的抗变形能力，同时结合球面配流技术，改善了高压和高速工况下液压泵的运转特性。基于拓扑优化与3D打印技术设计出的渐变曲率喇叭口流道提升其在高速下的吸油能力。通过性能测试及耐久测试，优化后的微型轴向柱塞泵在高压高速工况下容积效率可达95%，总效率为75%，满足航空航天500 h耐久循环的严苛要求，具备工程应用能力和可靠性。

• 位移流量反馈型电液比例方向阀仿真研究

  李国琳，孙大铭，王进，王松峰，张政梅

  为进一步改善电液比例方向阀的性能，提高其稳态控制精度和响应速度，将位移流量反馈原理应用于电液比例方向阀，设计一种新型方向阀。对其动静态数学模型进行理论分析，在开环控制的基础上，增设主阀芯位移传感器，构成电闭环控制方案。基于模型仿真方法对比研究两种控制方案，并分析影响阀动态性能的主要因素，从而优化其结构参数。结果表明：该阀结构设计合理，开环控制时也能获得良好的动静态特性，工作频宽约为7 Hz；电闭环控制可有效抑制主阀芯上的液动力、摩擦力等干扰，消除控制死区，显著改善其静态和动态响应品质，工作频宽可达18 Hz；节流阀槽面积梯度对阀动静态性能具有双重影响，增大面积梯度，会加快动态响应速度，但会导致通流能力降低；阀芯面积比是影响动态响应的关键因素，增大面积比，可提升动态响应速度，但面积比过大会导致超调量增加。理论研究和仿真分析验证了新阀设计方案的可行性。

• 基于改进YOLOv8n的3D打印实时异常诊断算法

  金凯，周敏，胡佳乐，李欢，赵松怀

  针对3D打印过程中异常诊断实时性不足和准确度不高的问题，提出一种改进的YOLOv8n模型（DSW-YOLOv8n）。在骨干网络中引入动态蛇形卷积（DSConv），增强网络对3D打印中出现的拉丝等细长弯曲局部结构特征的提取能力。增加小目标检测层并融入SA注意力机制，提升对小目标的异常检测能力。针对3D打印实时捕获图像质量低的问题，引入动态调整边界的Wise-IoU（WIoUv3）损失函数，降低对距离和纵横比等几何因素的惩罚,从而提高检测精度。最后，通过搭建实验平台，对所提模型进行性能验证。结果表明：DSW-YOLOv8n模型对3D打印异常检测精度和速度均优于Faster R-CNN、SSD和YOLOv5s等主流检测方法，其精度均值（mAP）达到了90.3%，较原始YOLOv8n模型提高了2.8%，平均帧率达到113帧/s，满足实时检测需求。

• 研齿加工系统悬链线-倒锥变幅杆振动特性分析与试验

  耿瑞广，朱德荣，王斌，李喜燕，杨建军

  针对超声研齿声学系统，提出一种结合悬链线和倒锥形设计的复合变幅杆结构。基于波动方程建立复合变幅杆的数学模型，推导出其频率方程。结合MATLAB软件进行求解，计算出频率方程解对系统谐振特性的影响关系，并解得复合变幅杆的谐振频率与结构参数之间的关系。最后，在施加预紧力的前提下对声学系统进行谐振特性试验，以验证理理论计算结果。结果表明：与设计频率27 kHz相比，理论计算频率和测试频率的误差分别为0.04%、1.97%；声学系统实测平均振幅为13.5 μm，位移放大系数为2.7，与理论计算振幅13.029 μm相差3.55%，验证了悬链线-倒锥变幅杆结构的设计可行性。

• 大旋转角两轴磁阻式快速反射镜驱动特性研究

  张青莲，顾雯雯，明奎

  为满足高精度光学应用对大偏转角和结构紧凑的两轴式快速反射镜的需求，系统研究了磁阻式快速反射镜的驱动系统，涵盖理论分析、仿真计算和实物实验3个方面。对磁阻式快速反射镜的驱动机制展开分析，通过建立数学模型，深入探究反射镜偏转角度与线圈两侧所施加电压之间的定量关系，为后续设计与优化提供理论基础。利用有限元软件COMSOL进行仿真计算，研究永磁体高度、直径、线圈匝数及永磁体和线圈之间的工作间隙等关键设计参数对快反镜驱动系统的影响，并得到驱动系统最佳参数。基于理论分析和仿真结果制作了快速反射镜样机，并搭建测试平台进行实验验证。结果表明：所制备的快反镜在X、Y轴方向分别产生±70 mrad的偏转角，稳定时间分别为0.13、0.11 s，满足高精度光学系统对大偏转角的要求，同时具备结构紧凑的优点。

• 一种动态材料试验机快速脱靶装置的设计与分析

  李金键，王海波，杨青波，何欢

  基于Instron VHS高速材料试验机，针对冲击试验在高加载速率下无法完成对含裂纹金属材料的动态断裂韧性试验，设计一套快速脱靶装置，以辅助动态材料试验机完成被试件的冲击和拉伸试验。绘制脱靶装置的三维模型，并建立二通插装阀的理论模型。基于AMESim软件，搭建液压系统仿真模型，对液压系统全过程进行仿真分析。最后，搭建样机性能试验测试平台，对该装置进行验证。结果表明：弹射脱靶装置的脱靶距离达到50 mm，且系统工作压力为25.5 MPa，能提供足够的支撑力；能实现2 ms快速脱靶2 mm的要求，满足材料试验机的指标要求。

• 基于FCM和CNN-BiLSTM-MHA的矿用带式输送机健康状态评估

  孙琪雅，袁逸萍，张润泽，陈彩凤

  受频繁启停机、负载突变等影响，带式输送机监测数据存在大量噪声、异常值和空值等，从而无法准确表征其运行状态。提出一种基于FCM聚类算法和CNN-BiLSTM-MHA模型的健康状态评估方法。对采集到的多传感器数据，利用动态时间规整进行预处理，采取自适应特征融合方法将降维后的健康指标进行融合；利用FCM聚类分析设备全生命周期退化数据，划分其健康状态；将划分好健康状态的数据输入CNN-BiLSTM-MHA模型进行训练，得到最终的健康状态评估结果。实验结果表明：与CNN和CNN-BiLSTM模型相比，CNN-BiLSTM-MHA模型在准确率、精确率、召回率和F1分数这4个评价指标上表现更优。

• 柔性液压行走支撑训练装置的设计与特性研究

  李茜，黄新元

  针对行走障碍人员的行走训练需求，提出一种具有柔性元件的脚底液压行走支撑训练装置。采用被动悬挂和主动重心控制相结合的协同减重方法，实现障碍人员的行走训练。对行走支撑训练装置的结构进行设计，并建立其动力学模型。通过单轴拉伸试验确定柔性元件的本构模型，基于脚底柔性元件的超弹性有限元模拟结果，验证了试验数据的正确性和脚底液压控制装置方案的可行性。最后，通过着陆缓冲试验分析了柔性元件在脚跟触地瞬间的缓冲效果。结果表明：基于Ogden模型的超弹性有限元模拟结果与试验数据高度吻合，脚底柔性元件在脚跟触地瞬间具有较优的缓冲作用，验证了脚底液压控制装置方案的可行性和可靠性。

• 单双卡瓦坐封对套管力学性能的影响及试验研究

  董社霞，程文佳，葛垣，刘洋，贺育贤，易先中

  为了研究不同结构桥塞对套管力学行为的影响规律，保证桥塞的坐封效果，通过理论分析、有限元模拟和试验研究，探讨了铣齿式和镶齿结构卡瓦对P110和P125套管力学性能的影响。基于桥塞卡瓦与套管间的相互作用关系，推导了卡瓦与套管间的支持力和摩擦力，并对P110和P125套管材料进行拉伸试验。采用有限元方法模拟铣齿式和镶齿式结构卡瓦下入套管的力学行为，并通过试验验证了两种卡瓦结构的坐封效果。结果表明：铣齿式卡瓦坐封力为85~210 kN时，套管最大应力为780 MPa，套管变形比较严重，且变形方向由内向外扩展，当坐封压力超过210 kN时，卡瓦才能有效坐封套管；镶齿式硬质合金卡瓦在坐封压力为85~210 kN时，接触压力呈锯齿状变化，齿痕较深，能够牢固坐封套管。试验进一步验证了镶齿式硬质合金卡瓦在P110和P125套管中的咬合效果显著优于铣齿式卡瓦；采用硬质合金型卡瓦替代铣齿式卡瓦，可有效达到坐封效果。