机床与液压杂志

机床与液压杂志2026年第3期

• 基于ESKF位姿估计和约束优化的改进Cartographer算法

  陈帅，朱建阳，蒋林，曾勇，钟世杰

  针对Cartographer算法前端位姿估计精度不足和后端约束筛选机制不均衡的问题，提出一种基于ESKF融合的位姿估计和运动幅值筛选约束的回环检测方法来优化Cartographer算法。在前端位姿估计阶段，采用ESKF滤波方法融合IMU数据和里程计数据，补偿里程计产生的线速度偏差和IMU的旋转估计偏差，提高位姿估计的准确性。在后端回环约束筛选阶段，在保留原始节点集合空间结构信息的同时，基于运动幅值从子图集合中筛选出稀疏骨架节点，通过扫描匹配与最新子图构建约束，完成位姿图优化并构建地图。在真实环境实验中，文中算法相比Cartographer算法的匹配分数提升约3.5%；在两个不同的公开数据集实验中，文中算法建图时的绝对轨迹误差相比Cartographer算法分别降低24.36%和16.36%，建图效果更好。实验结果表明：文中算法在环境适应性和建图全局一致性方面表现优异。

• 四旋翼-六足双模态仿生机器人系统设计

  陈天琦，孙卉，张树

  为满足复杂地形下能源勘探与信息采集任务需求，突破传统单一模态机器人环境适应性不足的局限，提出一种新型四旋翼-六足双模态仿生机器人系统。该系统采用分层控制架构，结合高扭矩舵机与四旋翼构成复合驱动，并设计可折叠旋翼机臂结构，实现地面六足爬行与空中四旋翼飞行的自主模态转换。基于D-H模型的运动学分析建立多模态步态规划模型，开发适应不同地形特征的步态规划算法，并利用旋翼倾转机制实现起飞姿态自校正。物理样机实验证实：较普通六足机器人，所设计的双模态机器人体积减小37.5%，在斜坡等路段移动速度更快，舵机响应速度更快，且每百米行进偏差更小；普通六足机器人的最大跨越高度一般为12~18 cm，而该系统通过双模态协同机制，既可在地面跨越18 cm障碍物，又能借助飞行模态实现500 m空域作业，兼具地面精细信息采集与全域态势感知能力，极大地提升了系统的灵活性。该机器人能有效完成崎岖地形移动、狭缝穿越等典型场景任务，在模态转换效率与环境适应能力方面展现出显著优势，验证了双模态设计在复杂环境作业中的工程应用价值。

• 一种基于环境特征点与射线模型的路径规划算法

  崔芯睿，向贤宝，蒋林，辜忠波，汤勃，潘艳桥

  为解决现有路径规划算法计算效率低、生成路径转折多的问题，提出一种基于环境特征点与射线模型的路径规划算法。对栅格地图进行预处理，通过二值化、形态学闭运算及连通性孤立块移除操作，剔除噪点与孤立障碍块，实现地图边界平滑。通过边缘检测、多边形拟合及向量叉乘方法，提取地图边界内凹点与障碍物拟合多边形顶点，将其作为环境特征点以替代传统栅格节点，显著缩小路径搜索空间。在路径搜索阶段，结合射线模型定义合法邻居节点，优化寻路逻辑，仅在环境特征点间进行遍历搜索，大幅减少计算开销的同时保障路径质量。最后，采用基于迭代二分搜索的自适应贝塞尔曲线，对路径拐点进行平滑处理。仿真场景验证得出：相较于A?*算法，文中算法时间缩短72%，折点个数减少93%；相较于Theta?*算法，时间缩短80%，折点个数减少25%；相较于射线模型算法，时间缩短59%。真实场景验证得出：相较于A?*算法，时间缩短61%，折点个数减少89%；相较于Theta?*算法，时间缩短67%，折点个数减少40%；相较于射线模型算法，时间缩短49%；验证了所提算法的有效性。该算法能有效解决传统算法在复杂环境中计算量大、路径曲折的问题，为移动机器人高效、平滑的路径规划提供了新的解决方案。

• 机器人加工模态预测与姿态优化方法研究

  彭宇，杨晓京，廖昭洋

  机器人铣削加工常发生振动或颤振，从而导致加工精度下降，这些动态不稳定性主要受刚度、姿态等因素的影响。传统的防颤振策略基于频率响应函数优化工艺参数，但在应对复杂大规模加工任务时效果有限。针对该问题，提出一种少样本数据驱动的机器人模态预测与颤振抑制方法。通过整合生成对抗网络和高斯过程回归，准确预测机器人姿态相关的模态参数。基于此，结合稳定性叶瓣图和全离散化方法，构建机器人的稳定性准则。提出一种利用河马算法的冗余姿态优化策略，用于增强刀具的路径规划。通过仿真与实验进行验证。结果表明：姿态优化算法可以有效降低达到稳定所需转速；在5 400、6 000 r/min主轴转速下，经姿态优化后的加工表面平均粗糙度约下降2 μm，铣削后的表面质量得到有效改善，验证了姿态优化策略的有效性。

• 气压调节的恒力打磨控制技术研究

  王新，张海洋，孙禹，姜代旬，徐云龙

  针对机器人磨抛加工过程中的接触力恒定控制问题，设计安装于机器人末端的恒力控制装置，提出相对应的力控制算法。从恒力装置整体方案及系统建模出发，深入分析气压调节下的装置工作原理以及装置系统的气体流量模型和受力平衡模型，实现恒力装置系统建模,并对系统进行时域和频域的稳定性分析。对恒力控制装置的控制算法进行研究，在传统PID控制的基础上引入模糊控制，结合两种算法的优点提出模糊PID混合控制、自适应模糊PID控制和模糊PID分级控制，选用可实现上升时间小于0.2 s、稳态调节时间小于1.0 s、在外力碰撞试验中输出力波动控制在5 N之内的模糊PID分级控制。最后，通过对比试验，进一步证实了系统的整体动态性能，验证了所提方案的可行性与实用性，为实现机器人打磨过程中打磨工具的随形贴合且保持输出力恒定提供参考。

• 基于误差补偿RSM-NSGA-II的无框力矩电机优化设计

  徐洋，张秋菊，孙宇辰

  为了满足无框力矩电机高转矩输出和低转矩脉动的要求，提出一种优化设计方法，将响应面模型(RSM)和非支配排序遗传算法II (NSGA-II)结合得到Pareto前沿，结合核密度估计(KDE)采样和径向基函数(RBF)拟合误差曲线提升RSM精度。通过等效磁路法分析主要设计参数，并设计六因素六水平正交试验进行敏感性分析，进一步筛选出关键设计参数。通过RSM建立预测模型并利用NSGA-II获取 Pareto前沿。通过基于KDE的随机采样对模型误差进行评估，证明了电磁转矩模型具有良好的预测性能，但转矩脉动模型的预测误差略大。利用RBF插值拟合误差曲线并根据其值进行补偿，提高模型的预测精度。最后，通过有限元对最优解进行验证。结果表明：误差补偿后，转矩脉动RSM模型预测的误差显著降低，满足设计要求；优化后电机的电磁转矩提高了3.9%，转矩脉动降低为最初设计方案的51.14%，证明了所提方法的有效性。

• 基于NSGA-Ⅱ算法的焊接机器人运动轨迹优化研究

  韩桂荣，李健轲，王雯雯，陈绪兵?，黎晓，黄偲

  针对焊接机器人工作效率低、能耗高及运动振动明显等问题，以压力容器管道相贯线焊缝为应用对象，提出一种基于非支配排序遗传算法（NSGA-Ⅱ）的运动轨迹规划与优化方法，通过多目标轨迹优化，提升焊接效率、降低能耗并抑制振动。建立FANUC M10iA机器人正运动学模型,并进行逆运动学验证；基于非均匀有理B样条（NURBS）曲线对末端位姿进行插补，并在MATLAB中仿真分析各关节位移、速度、加速度与加加速度；以时间、能耗和冲击为优化目标，在PlatEMO平台中采用NSGA-Ⅱ算法对轨迹关键点进行优化，求解Pareto最优解集；最后,根据优化轨迹生成马鞍形焊缝，并进行焊接实验验证。结果表明：时间-能量-冲击均衡解总时间为7.70 s，能耗为5.60 J，冲击为17.25°/s3，各关节运动曲线连续平滑，满足约束条件；将优化的关节轨迹通过ROS驱动机器人焊接，得到的关节焊缝均匀，未发现焊接气孔等缺陷。该方法够有效协调时间、能耗与运动平稳性，显著提高焊接效率与质量，具有可行性与实用价值。

• 一种双气道球关节内骨骼软体手爪的研究

  童晨迪，滕燕，宋科蒙

  针对纯软体手爪与刚体材料耦合后自适应能力降低的问题，提出一种双气道球关节内骨骼软体手爪的技术方案。以人体手指外柔内刚的结构为灵感，将刚性骨骼内置于软体材料中；采用串联多球关节骨骼结构，以保证刚性骨骼的多自由度和软体手指的灵活性；每单根手指均为双气道设计，通过控制双气道的气压力实现单根手指不同的位姿，并在此基础上设计由4根软体手指构成的软体手爪。建立单个软体手指的关节弯曲变形理论模型，分析指尖位姿，得到手指关节齐次变换矩阵。制作双气道球关节内骨骼单个手指及软体手爪的试验样机，搭建试验平台，并进行试验研究。单个软体手指的试验结果表明：双气道同时供给50 kPa气压力时，软体手指可绕?x?轴弯曲180°;单气道供给60 kPa气压力时，软体手指可绕?x轴弯曲93°以及绕z?轴弯曲85°;双气道同时供给70 kPa压力时，单根手指能够输出约2 N的指尖压力。软体手爪的抓取试验结果表明：通过对不同单个手指指尖压力的实时采集及多手指模糊PID控制，可实现对软体手爪抓取姿态的实时控制，保证对异形件及易碎物品的柔性安全抓取，提高了软体手爪的自适应抓取能力。

• 融合多模态信息的机器人轴孔装配

  代卓宏，黄腾飞，渠继强，毕德学

  针对当前轴孔装配策略多依赖单一传感器且缺乏不同模态数据深度交互，导致环境感知不全面、装配精度与鲁棒性受限的问题，提出基于Transformer进行多传感器融合的装配方法。通过自监督学习提取图像、深度图、力-力矩的特征，利用注意力机制构建模态间的复杂关系并自适应分配权重，动态调整不同数据类型对状态表示的影响，并对结果进行可视化分析。最后，采用近端策略优化（PPO）算法提取装配状态并生成动作，引导机器人调整装配姿态。实验结果表明，相较于仅依赖单一视觉（RGB）、深度(Depth)或触觉（Tactile）输入的轴孔装配策略，基于Transformer的多模态融合输入将装配成功率分别提高了31%、21%和51%。注意力可视化结果进一步表明，所提方法能够依据装配阶段（寻?孔/插?孔）自适应聚焦关键模态与区域。

• 带电作业机器人结构轻量化设计及控制研究

  朱亚红，樊磊

  为提高机器人作业的效率和稳定性，提出一种新型轻量级双臂机器人带电作业系统(DARLOS)，适应空间高效部署与安全作业的需求。采用十二自由度结构实现机器人的减重，设计融合视觉引导自主操作与实时人工遥控的双模式控制框架，结合视觉引导的自主作业与实时手动遥控操作，实现双机械臂同步精细控制；同时，设计一种快速更换工具系统，通过标准化接口实现多种作业工具的快速切换与稳固连接。为了减轻主安装平台的质量，基于有限元分析(FEA)模拟进行设计优化。仿真结果表明：安全系数从原设计的3.69降低到3.19，降低了13%，但仍然能够满足应用要求，同时平台的质量从原来的40 kg降低到24 kg，降低了40%。通过构建机器人样机，并在模拟环境中进行室内、外操作实验。结果表明：该机器人可以完全自主地执行日常操作任务，无需人工直接操作，验证了所设计带电机器人控制的有效性。该双臂机器人带电作业系统兼具紧凑性与轻量化特性，可适配多种现有高空作业平台，实现高机动性与高效率作业。

• 基于深度学习网络和领域知识图谱的机械臂故障智能诊断研究

  张顺堂，许佳宇，宋海草

  针对机械臂故障诊断领域存在的故障原因复杂和诊断过程缺乏解释性问题，提出一种基于深度学习与知识图谱的智能诊断方法。构建基于双向编码器表征法(BERT)，并融合双向长短期记忆网络(BiLSTM)、注意力(Attention)机制与条件随机场(CRF )模块的知识抽取模型，实现故障文本的知识抽取。通过FMECA和FTA将抽取结果进行整合，分析故障模式，形成机械臂故障诊断知识框架，构建领域知识图谱。最后，将领域知识图谱作为图数据库，以BERT模型为问答框架，搭建机械臂故障诊断平台。试验结果表明：改进后模型的?F1值提高了9%，能够提升模型识别准确度，同时通过集成领域知识图谱和语言模型，平台能够实现故障原因的追溯与解答，有效辅助维修决策，提高诊断过程解释性，提升先验知识的利用率。

• 静压气体轴承气膜间隙动态调控精度研究

  申旭，贾晨辉，路艳辉，贾硕，符瑞涛，黄亚冰，徐鸿顺

  为满足超高速电主轴变承载力的加工需要，设计一种具有气膜间隙主动调控能力的锥形气体轴承气膜间隙调控机构。基于压电驱动技术，通过控制轴承外圈轴向平移来调节径向气膜间隙，从而实现不同工况下电主轴变承载稳定运行。建立气膜间隙调控机构三维模型，基于柔性梁弯曲变形理论和胡克定律，推导出有无外部负载作用下的位移放大比求解模型以及输入刚度和输出刚度解析模型；同时建立圆柱坐标系下的锥形气体轴承润滑方程，并编制MATLAB超松弛迭代程序求解气浮力。建立移动体轴向动力学方程，求解轴向位移量，并将移动体轴向位移转换为径向气膜间隙调控量。基于多体耦合动力学仿真软件Recurdyn，对间隙调控机构进行动力学仿真。结果表明：轴向气浮力受偏心率和轴颈转速影响较小，在无转速条件下，轴向气浮力与供气压力呈正相关，与气膜厚度呈负相关；供气压力分别为0.4、0.5、0.6、0.7 MPa，驱动时间为0.25 s时，气膜间隙调节理论误差分别为4.2%、5.8%、6.4%、8.4%，仿真误差分别为1.6%、1.8%、2.1%、2.5%，表明机构具有较高的调控精度。通过改变轴向预紧力、压电促动力、轴向气浮力和弹簧力的耦合作用，可对气膜间隙进行高精密的动态调节以得到不同的转子承载力，从而满足不同工况的应用要求。

• 磨粒的图像处理及三维重建过程研究进展

  许聪锐?，曹蔚?，苏睿，王一凡，丁乐天，严阳，MUHAMMAD Maqsood，郝蓉蓉

  磨损状态是反映机械运行状况的一个重要指标，直接关联设备故障风险与维修决策需求。介绍磨粒监测和磨粒跟踪方法，并指出二维磨粒图像常受噪声与模糊等问题影响。为此，总结图像处理方法以及问题，包括图像去噪、图像分割，旨在提升边缘、纹理和颜色等特征的提取质量。现有研究表明，二维测量易受环境与光线等因素干扰，误差较大，而使用三维测量能够有效减少该类因素的影响，推动铁谱技术从二维分析向三维形貌表征拓展。基于前期磨粒分析和图像预处理，通过针对单个磨粒的三维重建，可实现更精准的机械设备故障诊断，不仅有助于提高设备质量，也为关键零部件剩余寿命的预测提供了新途径。最后，总结当前磨粒图像处理及三维重建方法中存在的问题与挑战，为后续技术改进与工程应用提供参考。

• 316L不锈钢激光熔覆工艺参数的数值模拟研究

  尹海宴，孙文磊，武玉柱，何紫棋，许黄帅，王中

  为探究激光功率与扫描速度对316L不锈钢激光熔覆层温度场及流场的影响规律，建立基于双椭球体热源模型的三维多物理场耦合数值模型，并通过实验验证其准确性。结合质量、能量及动量守恒方程，考虑熔池动态演变过程中的传热、流动及相变行为，分析不同工艺参数下熔池温度梯度、流速分布及形貌特征。结果表明：模拟与实测熔覆层宽度及高度的误差分别为2.12%和3.41%，模型可靠性较高；随着激光功率从1 500 W增至2 100 W，熔池最高温度由2.13×103 K升至2.66×103 K，熔池尺寸显著增大，表面张力梯度驱动的马兰戈尼对流主导流体由中心向边缘流动；扫描速度为8~?12 mm/s时，熔池最高温度呈现先升后降的非单调变化趋势，在最优扫描速度10 mm/s下，熔池形貌稳定性与表面张力梯度驱动的马兰戈尼对流形成协同效应，促进热量向熔池中心聚集，使温度分布均匀性提升至0.92，且流场最大流速稳定于0.12~0.13 m/s，熔覆层对扫描速度敏感性较低；温度与流速分布具有方向依赖性，边缘区域流动更为剧烈。研究结果为优化激光熔覆工艺参数、提升熔覆层形貌稳定性提供了理论依据。

• 基于EfficientViT与多维度动态注意力的智慧工厂工人异常行为

  王宏铝，蒋一翔，叶志晖，丁男哲，王文娟，程超，邵新光

  针对现有异常行为方法在复杂工业环境中存在的多尺度感知能力不足、动态遮挡干扰及实时性受限等问题，提出一种高效的智慧工厂工人异常行为检测框架。采用轻量化EfficientViT作为主干网络，嵌入级联分组注意力模块对时空特征进行并行化提取，并通过多阶段编码器-子采样层堆叠，实现多尺度上下文语义关联的高效建模。提出一种分布偏移卷积模块，动态调整通道与核分布特性，结合自适应权重分配策略，抑制复杂背景噪声干扰，并优化深度网络中的收敛性退化问题。通过深度融合检测头注意力机制与几何感知优化的SIoU损失函数，利用尺度感知注意力强化跨层级特征融合，并通过任务自适应通道切换机制，精准解析异常行为的时空相似性，提升网络对不同尺度目标的检测性能。实验结果表明：所提方法在ShanghaiTech与CUHK Avenue数据集的跨场景测试中，mAP分别达到92.7%与95.5%，同时推理速度达到71.8 FPS和57.2 FPS，显著优于主流方法。此外，在工厂工人异常行为检测数据集SF-WAB上的mAP达97.7%，较现有最优模型AMP-Net提升0.9%，且推理速度达到65.3 FPS。该研究为智慧工厂的安全生产管理提供了可靠的技术支持。

• 基于无模型自适应的阀控非对称缸控制研究

  朱明照，强红宾，程章剑，刘凯磊，康绍鹏，杨静

  针对阀控非对称缸系统存在非线性、强耦合、多变量等现象，以及基于模型的控制策略依赖精确数学模型的问题，提出一种基于误差的改进紧格式无模型自适应控制（eICF-MFAC）方法。该控制方法在离散时间非线性系统的无模型自适应控制（ICF-MFAC）基础上，在控制器中引入了误差反馈输出项，以增强控制器参数整定的灵活性，并提升系统的稳态控制精度。使用粒子群算法对eICF-MFAC控制器的关键参数进行优化，并在MATLAB/Simulink中搭建无模型自适应控制系统进行仿真分析。结果表明：在正弦响应下，相比ICF-MFAC，eICF-MFAC的位置偏差消除率最大值达到32.3%；在阶跃响应下，控制器响应速度提升28%，跟踪精度提高37%。为进一步验证所设计控制方法的有效性，搭建车载六自由度减振平台试验样机进行试验验证。试验结果表明：改进后的无模型自适应控制器的位置偏差消除率最大值达58.2%，位移跟踪误差更小，控制精度更高。所设计的控制方法能够有效提升系统的响应速度和控制精度。

• 基于时延估计的陶瓷取坯机械手动态分数阶非奇异终端滑模控制

  朱永红，陈羽凡，金光浪，高路

  针对存在参数不确定及外界扰动的陶瓷取坯机械手轨迹跟踪控制问题，提出一种基于时延估计的自适应超螺旋动态分数阶滑模和高阶扰动观测器补偿时延估计误差的鲁棒控制方法。引入时延估计策略建立二自由度陶瓷取坯机械手的局部动力学模型，构建具有动态调节的分数阶非奇异终端滑模面，设计具有自适应增益的超螺旋趋近律代替传统超螺旋趋近律，对上界未知扰动具有鲁棒性。采用高阶扰动观测器补偿系统模型所受的可见扰动。最后，证明所设计控制器可保证所讨论的系统稳定。仿真结果表明：相较于非奇异终端滑模控制器与分数阶非奇异终端滑模控制器，所提控制器使机械臂关节1位置跟踪的平均绝对误差分别降低70.7%、59.1%，关节2的平均绝对误差分别降低54.4%、46.6%；高阶扰动观测器能快速准确地估计并补偿系统不确定项，使跟踪误差进一步降低（关节1和关节2分别降低19.4%和5.2%）；自适应超螺旋算法在不同未知扰动下均表现出良好的控制精度和较强的鲁棒性。

• 基于优化蜉蝣算法的无人机轨迹自抗扰控制

  俞斌，余浩楠，席万强，齐飞

  针对四旋翼无人机易受外界干扰、工作时飞行环境复杂的问题，为提高其轨迹跟踪精度与抗扰能力，设计一种基于优化蜉蝣算法的无人机轨迹自抗扰控制器。基于四旋翼无人机欠驱动、强耦合模型，通过模态解耦将控制器设计转化为多目标参数优化问题，并提出一种基于改进蜉蝣算法的自抗扰控制器参数整定方法。该方法引入Pareto精英保留策略，提升了收敛速度。仿真结果表明：在算法性能方面，优化后的蜉蝣算法较优化前收敛速度明显提高；在控制效果方面，结合优化蜉蝣算法整定自抗扰控制器参数，相较经典PID控制器以及经典自抗扰控制器（ADRC），简化了调参过程，在常规环境下误差较ADRC降低约8%，在风扰环境下较ADRC降低约25%，提高了系统的响应速率和稳定性。最后，搭建基于Pixhawk 2.4.8飞控与QGC地面站的实验平台，通过轨迹跟踪实验并分析飞行日志数据，验证了所提方法的有效性。

• TC4钛合金膜盘表面超声振动滚压强化实验研究

  邓程方，龚荣清，刘姝宁，刘子豪，龚奇华，殷振

  针对TC4钛合金挠性膜盘在交变应力下型面转角处易因表面粗糙、硬度不足引发裂纹与疲劳断裂的问题，通过超声振动滚压装置对TC4钛合金膜盘表面进行超声振动滚压实验研究。阐述超声振动滚压表面强化原理以及对膜盘表面强化的工作原理。对膜盘表面进行超声振动滚压单因素实验，总结超声电源功率、加工表面线速度、进给速度、预压力与表面强化次数对膜盘表面粗糙度、硬度、硬化层厚度、型面轮廓度与控制点厚度变化量影响规律，得到TC4钛合金膜盘的最佳超声滚压强化参数。结果表明：超声振动滚压可显著改善TC4钛合金膜盘的表面质量，当超声功率为150 W、表面线速度为10 m/min、进给速度为0.01 mm/r、预压力为20 N、加工次数为1次时，与加工前相比，表面粗糙度（Ra=0.33 μm）降低56%，硬度提升3.2%，同时硬化层厚度增至5.9 μm，且型面轮廓度与控制点厚度变化量均低于0.02 mm。这说明在获得显著表面强化效果的同时，膜盘几何精度仍能满足控制要求。

• 基于CFD-DEM的微阀射流疏堵模拟研究

  魏列江，张海东，魏小玲，刘豆豆，陈阳，强彦

  针对微阀在长期使用中因微小颗粒物沉积与黏附导致流道堵塞的问题，提出一种通过手指按压储液囊形成射流进行疏通的方法，清除堵塞物的同时避免损伤微阀结构。针对阀芯-阀座间颗粒团聚形成的堵塞，采用CFD-DEM耦合仿真方法，通过改变按压储液囊时间，研究不同射流条件下颗粒聚集状态。仿真结果表明：当匀速按压时间为1.5 s时，射流速度增长平缓，只有20%的颗粒被冲刷出堵塞位置；按压时间为0.5 s时，射流速度迅速增大，97%的颗粒被冲刷掉，有效改善了微阀堵塞，按压时间显著影响疏堵效率。为进一步验证所提方法的有效性，使用放大样机进行实验验证。结果表明：按压1.5 s后，堵塞的明胶颗粒未能被完全冲刷，大量颗粒仍滞留于阀座区域；而按压时间缩短至0.5 s后，阀芯与阀座之间的明胶颗粒几乎完全被清除，微阀恢复正常工作状态。实验与仿真结果一致，证明基于CFD-DEM耦合仿真模拟按压储液囊射流冲刷堵塞物的方法可行。

• 高转速离心液压泵汽蚀特性分析

  王棪，赵先锋，徐伟，史红艳，黄丽娟

  为了研究不同出口流量对高转速离心液压泵汽蚀特性的影响，采用Fluent仿真软件分析腔体内气泡的形成、溃灭过程及原因，并对5种不同出口流量下离心液压泵的汽蚀特性和液压性能进行分析。最后，通过与文献结果进行对比，验证了仿真结果的准确性。结果表明：在离心液压泵运行过程中，由于液压油在离心力作用下被甩出，叶轮进口端补油不充分，并且蜗舌部位汇聚大量漩涡流，使得在叶轮进口端和蜗舌部位会形成低压区，从而导致气泡初生和溃灭现象主要存在这两个部位；随着流量增大，气泡分布位置发生改变，当流量达到1.5Q （Q为额定流量）时，在叶轮叶片进口端初生气泡；随着流量增大，汽蚀加剧，气泡从轴线处沿着周向外扩散；过大的流量导致离心液压泵的液压性能急剧下降，当流量达到2Q时，出口压力与扬程出现断崖式下降，泵的液压性能急剧恶化。高转速离心液压泵的汽蚀强度与出口流量密切相关，过大的流量会显著加剧汽蚀并导致性能骤降，为确保泵的稳定运行，建议其工作流量不宜超过额定流量的2倍。

• 能量直接回收型数字泵高压配流阀自适应控制策略研究

  刘增光，高宏飞，岳大灵，魏列江，司勇恒，王平

  针对能量直接回收型数字泵（DERDP）在工程机械动臂势能回收过程中高压配流阀于启闭瞬间出现的流量倒灌与流量尖峰问题，提出一种高压配流阀自适应控制策略。基于AMESim软件构建DERDP机-液-电联合仿真模型，分析正、负压差工况下流量倒灌与流量尖峰产生的原因，在此基础上提出阀芯缓速驱动和正脉冲延迟驱动控制方法和高压配流阀自适应配流控制策略以消除流量倒灌与流量尖峰，并对其进行仿真验证。结果表明：正压差工况下，采用正脉冲电压延迟驱动方法可完全消除流量倒灌现象；负压差工况下，采取阀芯缓速运动控制方法，使流量尖峰消除60%以上。该研究为数字液压泵的效率提升和性能优化提供了理论依据和技术支持，为数字液压技术的发展提供参考和借鉴。

• 氦气减压器非金属阀芯失效分析及改进

  王天舒，贾强，陈宏飞

  针对某高压氦气减压器非金属阀芯失效的问题，通过仿真结合理论分析探究非金属阀芯密封的失效机制及改进方式。对失效现象及导致阀芯失效的关键因素进行分析，包括气流冲蚀、振荡压溃等；采用Fluent仿真软件对瞬态冲击及稳态工作过程进行对比分析。结果表明：在减压器工作初期的建压过程，阀芯表面的瞬时超声速冲刷、极限静压力冲击、流量雍塞等极端工况的耦合因素是阀芯损坏的主要原因。最后，采用AMESim软件进行动态特性仿真与理论分析，通过增加入口流阻、适当降低阀芯阻尼、优化阀芯材料等，以有效避免冲蚀失效。基于改进方案开展试验验证，结果表明：更换阀芯材料及增设缓冲阀后，减压器的建压时间由0.01 s增加至0.05 s，流量峰值由73 g/s降低至15 g/s，阀芯处的流量与流速明显降低，压力超调值由50 MPa降低至31 MPa。试验后对减压器进行分解检查，阀芯表面无损伤，验证了优化方案的有效性。

• 基于AMESim机车减振器劣化参数集的构建

  刘东旭，蔡磊，李喆，赵明瀚，李睿

  针对机车油压减振器内部劣化难以直接监测与诊断的问题，构建一种基于仿真模型的劣化参数集，以参数化表征其典型劣化模式，从而为减振器性能评估与故障排查提供理论依据。以某型单循环垂向油压减振器为研究对象，分析其工作原理，建立数学模型，并在 AMESim 中构建仿真模型。深入分析劣化因素，明确劣化现象与劣化参数集的匹配规则，进而构建减振器劣化参数集。以减振器压缩过程劣化现象为例进行仿真实例分析，设置仿真模型相关参数，通过单因零件劣化影响分析和正交试验，研究劣化参数集变化对示功图的影响；同时，利用减振器阻尼试验机进行试验验证，并对比仿真与试验结果。结果表明：增大活塞阀片刚度、减小阀口孔径和底阀泄漏缝隙均会导致压缩阻尼力增大；当活塞阀片刚度从150 N/mm增至350 N/mm时，试验测得最大压缩阻尼力从3.31 kN升至3.87 kN，增幅达17%，活塞阀口孔径从7 mm减至3 mm时，试验最大压缩阻尼力从3.32 kN提升至3.58 kN，增幅为7.8%，底阀泄漏缝隙从0增至0.6 mm时，试验最大压缩阻尼力从3.31 kN显著降至2.86 kN，降幅达13.6%，其中阀片刚度和底阀泄漏缝隙影响尤为显著；调整劣化参数集可对减振器不同劣化阻尼特性进行仿真建模，仿真与试验结果变化趋势相同，最大阻尼力的相对误差均在6%以内，验证了所构建劣化参数集的正确性。所构建的劣化参数集能够有效表征减振器内部典型劣化模式，通过调整参数集可实现不同劣化状态下阻尼特性的仿真建模，为减振器的检修设计提供一定参考。

• 基于动网格技术的减震支柱流场分析

  苏旭磊，雷彦军，代龙

  飞机着陆过程中，减震支柱内部油液、氮气因压缩运动形成复杂的油气两相流，流体的运动规律对减震支柱的性能产生极大影响。以减震支柱内部流场区域为研究对象，对减震支柱运动过程进行受力分析，利用Fluent的二次开发语言编写动网格程序，模拟减震支柱受力状态时的压缩运动，进一步分析减震支柱内部两相流的分布特性。结果表明：主油孔以及辅助油孔区域结构突变，油液经过阻尼孔时的速度增加,主油孔沿圆周方向速度最大波动为1.6 m/s；随着氮气的压缩程度增大，油液通过油孔进入氮气腔，减震支柱内部形成不均的油气两相流；通过计算得到减震支柱压缩特性曲线，与试验数据相比，当压缩量小于120 mm时，试验数据和仿真分析数据基本重合；当压缩量大于120 mm时,作用力最大误差9.8%，表明建立的仿真分析模型准确、可靠，可为减震支柱的优化改进提供指导。

• 水下航行器垂向冲击载荷仿真研究

  段家佳，赵祉昕，高隆隆，李宝仁

  针对水下航行器低速巡航工况下存在的深度控制失稳难题，基于计算流体力学（CFD）平台ANSYS Fluent，构建国际标准Suboff AFF-8全尺度模型，系统开展连续4个周期垂向冲击载荷作用下的动态深度响应特性研究。通过建立包含338万非结构化网格的动网格体系，并耦合SSTκ-ω湍流模型与六自由度（6DOF）运动方程，解析水下航行器在垂向冲击过程中的关键流场参数与运动响应。结果表明：水下航行器在冲击载荷作用下呈现显著的深度振荡与艏倾耦合效应，最大垂向位移达到-11.94 m，艏倾角最终增至12.35°；外流场分析结果表明指挥台围壳与尾舵区域的压力分布不对称性是导致艏倾的主要诱因。低速巡航工况下需重点关注垂向冲击载荷与流固耦合效应的协同作用，在工程实践中可采用动态深度控制装置与动态艏倾补偿技术来消除这些影响。

• 改进NOA优化ResNet-BiLSTM的轴承剩余寿命预测

  段丁彧，李刚，齐金平

  在智能制造转型升级进程中，高速列车轴承的剩余使用寿命预测面临三大技术挑战：复杂工况下振动信号的非平稳特征难以表征，设备全生命周期数据稀缺导致的模型泛化瓶颈，以及传统深度学习模型参数优化效率低。为解决上述问题，提出一种改进星鸦优化算法（NOA）优化残差网络和双向长短期记忆网络（ResNet-BiLSTM）组合模型的滚动轴承剩余寿命预测方法。构建基于峭度-相关系数双准则的变分模态分解（VMD）预处理机制，对原始振动信号进行自适应分解与重构，以抑制噪声与模态混叠，准确提取退化特征。构建ResNet-BiLSTM混合深度学习模型：利用ResNet的残差块强化对时域微弱故障特征的提取能力，通过BiLSTM捕捉退化过程的长期时序依赖关系。针对模型超参数优化难题，引入融合正余弦算法（SCA）的改进星鸦优化算法（SCA-NOA），在参数空间进行高效全局搜索与局部求精。最后，在XJTU-SY和IEEE PHM 2012两个公开轴承全寿命数据集上进行实验验证。结果表明：所提模型在预测精度与泛化性上均显著优于对比模型。在XJTU-SY数据集（轴承A4）上，模型取得了最低的MAE（0.066 8）和RMSE（0.085 1），以及最高的R2（0.926 6）；在PHM 2012数据集（轴承B3）上同样表现最优，MAE为0.067 1,RMSE为0.081 1,R2为0.924 3，证明所提模型优越的预测性能。

• 基于RMFD-Transformer的柔性薄壁轴承细粒度损伤检测研究

  郭明军，冯泽安，陈昕昀，李鑫

  针对柔性薄壁轴承的细粒度损伤识别问题，提出一种用于旋转机械故障诊断的Transformer模型(RMFD-Transformer)。对柔性薄壁轴承的振动加速度信号进行非重叠采样，获取1 024个采样点的故障样本，每种故障类型采集200个样本；将所有样本预处理为频域数据集，并将样本集划分为训练集和测试集，分别用于训练RMFD-Transformer模型以及对模型进行诊断性能测试。试验结果表明：即使在小样本条件下，该模型能够准确识别柔性薄壁轴承的故障类型和故障程度，多次独立验证的平均准确率为96.43%，诊断性能优于Transformer、1DCNN、SVM和BP等传统模型。采用西储大学滚动轴承数据集的故障诊断试验结果表明：所提模型同样适用于滚动轴承的故障诊断，多次独立验证的平均准确率达98%，在滚动轴承上具有更高的识别精度。该研究为复杂工况下的轴承故障诊断提供了新的解决方案。

• 驼峰车辆减速器液压动力单元设计与试验

  胡淼，甄宇阳，周晔，邱战国，丁景新

  气动系统的固有属性使得气动车辆减速器在应对重载和长编组列车时的工作效率与安全性存在局限性。针对此问题，基于重力式车辆减速器制动性能的分析，重点研究减速器工作过程中的受力情况，分别提出制动时和缓解时系统压力应满足的条件；设计满足重载列车的液压动力单元，制动时工作油缸输出的力为气动减速器工作气缸的1.46~2.92倍。通过仿真模拟液压动力单元连续驱动减速器工作的情况，分析工作油缸和蓄能器的压力、行程变化，确定液压动力单元能够满足减速器快速动作和重复工作的要求。搭建液压重力式车辆减速器试验平台，对液压动力单元的功能和性能进行验证。通过试验平台采集工作油缸和蓄能器的关键参数，与仿真结果进行对比，二者的吻合度较高，制动、缓解时间分别缩短了50%和33%。驼峰车辆减速器液压动力单元工作过程的有效性得到充分验证，能够满足重载、长编组情况下的应用需求。