2020年, 第48卷, 第3期　
刊出日期：2020-02-15

  

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工业机器人专栏
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  基于模糊切换增益消抖的机械臂滑模控制设计与仿真

  崔鑫, 姜宏, 周建平, 袁亮

  机床与液压. 2020, 48(3): 1-4. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2020.03.001

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  针对滑模控制算法本身固有的抖振问题，设计一种新的模糊滑模控制器。利用拉格朗日方法建立双关节机械臂的动力学模型；基于Lyapunov稳定性原理，根据滑模到达条件，利用模糊规则对切换增益模糊化并代替原切换增益，以此设计了新的模糊滑模控制器；用MATLAB/Simulink进行仿真，并与普通的滑模控制器做比较。结果与原控制器相比，在具有外界非线性干扰的情况下，模糊滑模控制器对抖振仍有很好的消除作用，具有更优良的控制性能，更好的跟踪效果，更快的响应速度。文中所做的研究对实际机械臂的运动控制具有一定的参考价值。
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  小型Delta机器人理论建模及抓取实验研究

  张续冲, 张宪民, 刘胜

  机床与液压. 2020, 48(3): 5-8,4. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2020.03.002

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  人机协同操作是机器人研究的热点。基于自主搭建的用于人机协同操作的小型Delta并联机器人，对其进行了系统地理论建模及抓取实验研究。建立了系统的运动学约束方程，推导出机构的运动学正逆解方程，并在此基础上利用虚功原理建立系统的简化动力学模型。在工作空间内对末端进行抓取轨迹规划。为检验系统的可行性，搭建实验系统进行抓取实验研究，实验结果表明了该小型Delta机器人系统的可行性，为后续人机协同操作奠定理论和硬件基础。
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  模糊PID控制的桁架机器人轨迹规划研究

  丁鑫, 张锁怀, 祝梦洁, 陈亚楠

  机床与液压. 2020, 48(3): 9-13. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2020.03.003

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  针对仓库用大型桁架机器人轨迹规划研究现状，将传统的五次多项式进行优化，设计并规划了一条以电机最大速度和加速度为约束的五次多项式轨迹，得出数学模型。为满足桁架机器人取物这一非线性系统的控制精度要求，设计一种以参数自适应模糊PID的控制方法，对规划好的轨迹作轨迹跟随实验。结果表明：该控制方法能够获得较好的路径跟随结果，可有效提高桁架机器人的运动精度，符合实际使用要求，对同类工程研究具有一定的参考价值。
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  三自由度欠驱动机器人系统的优化设计

  赖火生, 陈新度, 吴磊, 吕思杰, 徐学

  机床与液压. 2020, 48(3): 14-17. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2020.03.004

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  以一种串联的欠驱动机器人为研究对象，设计一种优化机器人末端控制机构，并在此基础上建立其运动学模型。提出在确定运动轨迹下，以控制机器人末端对轨迹的跟随性为目标，通过多关节配合，实现机器人末端工具对曲面的柔性跟踪。实验证明：该机器人能够按照指定的轨迹运动，并且在被动轴的作用下，机器人末端可以与跟踪曲面保持良好的柔性接触。
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  基于单目视觉的工业机器人拆垛系统设计与实验

  闫九祥, 赵永国, 张艳芳, 肖永飞, 陈铁

  机床与液压. 2020, 48(3): 18-23. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2020.03.005

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  基于单目视觉提出了工业机器人拆垛系统构想。为实现工业机器人视觉拆垛系统中机器人精确运动控制与工件位姿识别，运用D-H位移矩阵法建立了机器人运动学模型，得到机器人末端相对机器人坐标系的位姿信息。基于形状模板匹配法提出目标图像识别算法，得到各个目标图像在相机坐标系下的位姿信息；将三维视觉模型与机器人运动学模型进行信息融合，建立机器人视觉拆垛控制系统数学模型。基于CCD工业相机、4-DOF工业机器人搭建视觉定位抓取实验系统。通过对空间目标进行抓取的实验，验证基于单目视觉的工业机器人拆垛系统的正确性、精确性、鲁棒性。
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  工业机器人绝对定位精度测量的研究

  赵建峰, 徐志玲, 厉志飞, 沈斌, 陈刚

  机床与液压. 2020, 48(3): 24-27. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2020.03.006

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  以新松SR04C工业机器人为对象，提出了一种利用激光位移传感器和标准样板结合的方法对工业机器人末端位置进行定位，检测系统主要由激光位移传感器和标准样板组成。利用API软件对实验结果进行验证，结果表明：经过标定后的工业机器人绝对定位精度有了明显的改善。
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  仿鸟扑翼飞行器的气动性能分析

  张后伟, 侯悦民

  机床与液压. 2020, 48(3): 28-33. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2020.03.007

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  为研究仿鸟飞行器的气动性能，设计了一款新型仿鸟扑翼飞行器，利用Fluent中线弹性实体光顺法来分析周围气体对机翼的气动性能的影响。机翼上下扑动时，同时参与俯仰运动，内翼与外翼间也存在弯曲运动，周围流场的速度与压力都在变化，同时机翼的升、阻力系数随流场也在变化。仿真得到了机翼运动时，在一定流速、频率、定攻角范围内，升阻比、升力及阻力分别随流速、频率、攻角的变化规律。
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  基于双目视觉的机械手捡球机器人设计

  周旭, 周海波, 陈睿, 张兆强, 张忠党

  机床与液压. 2020, 48(3): 34-40,79. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2020.03.008

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  为解决人工捡球费力费时的问题，设计了一种双目视觉识别定位、机械手捡拾和自主避障的轮式智能捡球机器人。该机器人通过双目摄像头和Lab VIEW平台，实现对小球图像的实时采集与处理；运动控制系统采用以STM32F411为主核心的NUCLEO-F411RE嵌入式开发板，实现对各个模块的驱动；通过五自由度机械手实现小球的捡拾；通过红外传感器检测周围环境，实现自主避障；由计数器统计捡球数量，通过手柄模块人机交互辅助完成卸载过程。仿真结果表明：该机器人能够完成高尔夫球、乒乓球、网球等多种小型球类的捡拾任务。
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  变速箱齿轮啮合测试机上下料机械手设计

  陈锐鸿, 谭兆湛

  机床与液压. 2020, 48(3): 41-46. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2020.03.009

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  齿轮啮合测试是齿轮装配前的必经工序，人工上下料的方法效率低、成本高，使用机械手上下料是大势所趋。通过分析齿轮的外形参数，设计出可快速更换的夹具垫块及储料装置以适应不同机种切换。采用PLC及PROFACE触摸屏搭建控制系统，合理规划机械手的行走路径，采用变址寄存器的方法调用不同机种的点位位置参数，提高了编程和调试的效率。系统使用伺服电机控制X、Y轴及提升装置快速地将齿轮从储料装置放入到测试工位，实现齿轮的精准放置。该系统在某日资汽车变速箱齿轮厂已经过试生产，实践证明该机械手工作稳定，效率提升14%，人工成本减少1/3，系统的搭建方法可在相似的使用环境中推广应用。
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  双连杆柔性机器人手臂的非线性自适应鲁棒控制器设计

  韩亚丽, 刘聪, 郭亚男

  机床与液压. 2020, 48(3): 47-51,23. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2020.03.010

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  针对双连杆柔性机器人臂，设计了非线性自适应鲁棒控制器，该控制器基于动态反馈，实现刚性模式鲁棒调节及弹性振动抑制。由于高度非线性双连杆柔性机器人臂受间隙、有效载荷变化及外部干扰等不确定因素影响，非线性自适应鲁棒控制器设计具有较大挑战性。该设计针对未知干扰，通过内部模型与鲁棒稳定器并行的方式进行自适应调整，稳定器采用进化算法进行优化，提高了自适应鲁棒性。
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  纤维缠绕机芯模自动装卸机械臂轨迹仿真与分析

  田会方, 潘宁静

  机床与液压. 2020, 48(3): 52-57. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2020.03.011

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  目前国内纤维缠绕机芯模装卸多由人工完成，为提高生产效率，减轻工人劳动量，以水处理缠绕罐为例设计自动搬运装置，以实现芯模的自动装卸。确定了搬运过程中机械臂经过的目标点及其位姿，并根据D-H参数在MATLAB Robotics Toolbox工具箱创建了机械臂运动学模型；在不同的工作空间运用五次多项式插值对机械臂进行运动轨迹仿真，最终得到满足水处理罐搬运过程中无冲击、运行平稳要求的运动规律。
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  基于ARM-MCX514的机器人-数控协同系统运动控制器设计

  安嘉强, 汤晓华, 刘美莲, 吴婧, 李天骄, 杨泗苹

  机床与液压. 2020, 48(3): 58-62. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2020.03.012

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  由于机器人工作的复杂性日益增加，单个机器人的工作能力愈发显得不足，针对当前问题，提出将ARM微控制器与MCX514运动控制芯片相结合用于机器人-数控系统的协同运动控制。在硬件设计层面，以ARM微控制器与MCX514运动控制芯片为核心硬件，设计了芯片间的通信线路以及外围电路和接口。在软件设计层面，依托FreeRTOS嵌入式操作系统，采用多线程编程模式，由MCX514控制四自由度数控系统，ARM控制三轴的机械臂部分，利用握手式基坐标系标定方法实现机器人与数控系统的协同运动，并设计了配套的上位机程序。通过与ACR9000运动控制器的对比分析，证明所设计开发的控制器精度达到预期效果，具有一定的市场价值和应用前景。
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  陶瓷插芯同轴度光电检测技术及系统研究

  吴敏, 夏天, 刘萍, 张舜德

  机床与液压. 2020, 48(3): 63-65. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2020.03.013

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  陶瓷插芯内孔与外径的同轴度误差是判断陶瓷插芯品质优劣的重要指标，寻求精确高效的同轴度检测方法是陶瓷插芯生产行业多年的追求目标。针对陶瓷插芯同轴度检测问题，提出了一种基于CCD探测与图像测量相结合的同轴度检测新方法，并构建了测量系统。该系统以插芯外圆柱面作为基准，按旋转一定角度采集内孔图像，根据类拐点算法提取内孔图像边缘轮廓；利用最小二乘法拟合内孔圆曲线，求出不同转角对应的圆心位置，多个圆心位置对应的外接圆直径就是插芯的同轴度误差。实验表明：该方法及系统简单实用，在满足插芯测量精度要求的前提下具有很高的检测效率和低误判率。
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  基于工业机器人的步进电机智能装配系统设计

  胡盘峰, 刘光新, 岳东海

  机床与液压. 2020, 48(3): 66-69,27. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2020.03.014

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  设计了基于PLC与工业机器人的步进电机智能装配系统，该控制系统由总控单元、行走单元、雕铣机单元、装配单元、输送单元、立体仓库单元等组成，采用以太网通信，实现了机器人、机器视觉、PLC之间的数据与I/O信号交换，能完成了步进电机各零部件的搬运、加工和装配等工序。提高了工厂智能制造与装配水平、降低了人工成本，具有较高推广应用价值。
试验与研究
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  数控机床在线检测系统的定位误差补偿实验研究

  方瑞, 陈岳坪, 谢梦敏, 葛动元

  机床与液压. 2020, 48(3): 70-73. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2020.03.015

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  为了提高数控机床在线检测精度，研究机床各个轴的定位误差对数控机床在线检测精度的影响。针对数控机床误差补偿进行实验研究，采用激光干涉仪在数控机床上测量出各个轴的定位误差，将各个轴的定位误差依次进行补偿；并以Visual C++6.0为工具，编写了三次样条曲线的算法程序，将测量的数据点拟合成一条曲线，达到可以预测机床任意点误差的效果；进行标准块检测实验。结果表明：在数控机床在线检测系统中实施误差补偿，效果较为明显，利用补偿软件可以实现对数控机床任意点进行补偿。
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  基于LabVIEW和S7-300 PLC的液压机监控系统设计

  王乐平, 张春

  机床与液压. 2020, 48(3): 74-79. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2020.03.016

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  塑性加工过程中对各种成形参数进行实时记录和监控，对冲锻工艺的研究以及成形数值模拟时各阶段参数对比有着重要的意义。运用图形化编程语言Lab VIEW作为上位机软件开发工具，利用计算机的强大计算功能和良好的交互性能，与西门子S7-300 PLC及其采集模块相结合构建监控系统，无需配置采集板卡即可实现对冲压工艺状态信息的实时监控。运用OPC技术实现了Lab VIEW与PLC的通信，实现了运用上位机对液压机冲压试验过程的实时监控。实际运行结果证明：该系统运行稳定可靠，能够对液压机的位置、速度、压力等数据进行实时采集、监控、数据导出记录以及系统报警等任务。
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  压电悬臂梁能量收集及减振研究

  彭中波, 高阳, 张敏, 雷林, 陈丹桂

  机床与液压. 2020, 48(3): 80-84. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2020.03.017

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  根据压电悬臂梁和悬臂梁-质量块振子的理论模型，针对船舶柴油机多振源、高频振动等特点，提出了一种集压电集能和减振降噪两种功能协调工作的多压电悬臂梁装置。运用COMSOL有限元分析软件建立了带质量块的多悬臂梁仿真模型。有限元仿真分析结果表明：压电悬臂梁结构振动频率接近柴油机固有频率时产生共振，振动由柴油机转移到悬臂梁装置，柴油机振动情况明显减少，压电片输出电压和功率分别为5.88 V和3.46 m W。压电悬臂梁减振降噪和压电能量收集实验得出：悬臂梁与振动源在频率18 Hz发生共振，振幅由19.49 d B减少到2.41 d B，压电片最大的输出电压约为5.92V，集能效果和减振都较为明显。
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  非接触式R-test测量仪结构参数优化方法研究

  彭炳康, 祝帅, 江磊, 刘健, 张历记

  机床与液压. 2020, 48(3): 85-89. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2020.03.018

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  R-test测量仪是用于五轴数控机床旋转轴结构误差测量的专用设备，其结构形式和参数决定了测量范围和可靠性。对采用电涡流位移传感器的非接触式R-test测量仪典型结构及其测量原理进行了分析。在其他元器件尺寸确定的情况下，通过优化计算R-test测量仪结构参数，包括传感器仰角α和传感器中心间距λ，实现测量仪的灵敏度和测量空间最大化，有效改善了测量仪性能。
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  深小孔超声振动钻削轴向力的仿真与实验研究

  史尧臣, 张学忱, 于雪莲, 刘红岩, 张龙飞

  机床与液压. 2020, 48(3): 90-93. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2020.03.019

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  建立深小孔轴向振动钻削加工仿真分析模型，针对轴向力通过DEFORM-3D有限元软件进行了超声振动钻削与普通钻削仿真，对两组仿真结果进行分析比较，并在超声轴向振动钻削装置上对不锈钢板进行了深小孔振动钻削和普通钻削实验，利用压电传感器测量了振动钻削和普通钻削加工的轴向力。实验结果与仿真结果对比表明：仿真结果与实验结果偏差低于8%，超声振动钻削的平均轴向力小于普通钻削的平均轴向力，钻削过程平稳。
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  变频燃油加油机系统节能与控制研究

  刘振东, 刘亚俊, 张研晋, 张青

  机床与液压. 2020, 48(3): 94-99. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2020.03.020

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  针对普通燃油加油机泵送效率低和能耗大的问题，提出将变频技术引入加油机系统中。分析了变频燃油加油机的结构和原理，通过理论分析推导了系统数学模型。针对变频燃油加油机系统存在的超调量大、动态响应慢、稳态精度不足等问题，提出了一种模糊自适应PID控制策略，建立相应的数学仿真模型，并搭建变频泵送系统实验平台，进行了能耗测试。仿真和实验结果表明：采用模糊PID控制的变频控制系统超调量小、稳定性好，该方法对输入信号变化的响应具有更好的鲁棒性和快速性，显著改善了系统控制效果。随着电机频率的增大，燃油加油机的泵送效率先增大后减小，证明了加油机系统引入变频技术的必要性。与普通燃油加油机相比，采用模糊PID自适应控制的燃油加油机大大降低了系统能耗，节能率达43%以上，加注精度可控制在0.2%内。
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  运载火箭框环自动钻孔设备控制系统的设计

  雷斯聪, 袁定新, 朱忠良, 赵维刚

  机床与液压. 2020, 48(3): 100-103. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2020.03.021

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  设计了一套基于西门子828D数控系统的运载火箭框环自动钻孔设备控制系统，用于在运载火箭框环侧面进行钻孔以及在短壳表面进行开孔。该控制系统主要由828D数控系统、S120伺服驱动器、伺服电机、变频器、主轴电机、光栅尺构成，实现全闭环驱动控制，极大地提升了钻孔及开孔的效率、精度及质量；同时，应用828D数控系统的柱面转换功能，实现旋转轴B与直线轴Y之间的圆弧插补，有效降低了设备硬件成本。经调试与应用显示：该钻孔设备的自动钻孔效率为15个/min，自动开孔效率为10 min/个。
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  超声波磁流变钻削硬脆材料小孔研究

  刘旦, 闫占辉

  机床与液压. 2020, 48(3): 104-106. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2020.03.022

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  硬脆材料在航空航天等领域的应用日益广泛，在硬脆材料上加工出微观表面形貌损伤少的小孔，一直是制造领域的技术难题之一。采用超声波磁流变复合钻削方法加工硬脆材料小孔，通过建立材料去除理论模型，揭示了超声波磁流变复合钻削材料去除规律。实验表明：超声波磁流变钻削硬脆材料小孔方法可较好地提高零件的表面加工质量。
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  泵阀联合调速在电动叉车中的应用

  王一新, 柯坚, 杨志军, 杨雯雯, 李灵芝

  机床与液压. 2020, 48(3): 107-111,115. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2020.03.023

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  为解决电动叉车液压系统在启动和位置调整时响应速度慢等问题，提出了一种采用泵阀联合调速的解决方案。针对电动叉车工作特点，提出了泵阀联合调速的控制方式，在泵控环节，通过引入模糊控制作为算子函数，实时整定PID参数，从而提高电机在不同工况下的自适应能力；在阀控环节，采用PID控制确保输出流量的稳定性。采用Simulink和AMESim进行仿真，结果表明：采用模糊控制的矢量调速对于不同工况的适应能力有很大提高，而采用阀控则可有效提高系统响应速度。两者结合的泵阀联合调速，不仅克服了单纯变频调速响应滞后的缺点，同时对于复杂工况有很好的适应能力。
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  一种EHA试验台设计与研究

  李祥阳, 陈万强

  机床与液压. 2020, 48(3): 112-115. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2020.03.024

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  针对伺服直驱泵控液压系统，研制了一种EHA（电静液作动器）试验台。对试验台数据测试和数据采集系统进行了集成设计，对试验台的组成、技术要求、工作原理以及功能和控制系统进行了设计与研究。该试验台按DDVC系统试验台的要求而设计，能够实现同一试验完成多项测试的目的，具有很好的推广价值。
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  基于刀具几何参数的薄壁叶片切削力预测方法研究

  江敏, 齐龙

  机床与液压. 2020, 48(3): 116-121. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2020.03.025

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  切削力是影响刀具耐用度和被加工表面质量的重要因素，其中刀具几何角度在金属切削加工过程中对切削力的大小影响很大。以汽轮机薄壁叶片为研究对象，在ABAQUS的基础上，研究金属模拟过程中的关键技术，提出薄壁叶片的铣削加工模拟模型；在此基础上对刀具几何角度进行了单因素和多因素正交模拟实验分析，建立了刀具几何参数的切削力经验模型。实验证明：切削力有限元模拟值与切削力实验测试值大体一致，所得结果基本有效。
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  枕式包装机伺服控制系统的研究与优化

  赵峰, 舒志兵, 赵春苗

  机床与液压. 2020, 48(3): 122-126. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2020.03.026

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  为了确保枕式包装机各项功能能够得到精确高效的运行，对神经网络控制策略进行了具体的研究。通过建模仿真，对比分析经典PID控制与神经网络PID控制的优劣，论证了神经网络PID的控制方法更有优势。在优化完成的基础上，开发出色标切功能。对包装机进行实际生产测试结果表明，整套系统在完成相应功能的过程中满足了稳定性和包装精度的要求，具有良好的应用价值。
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  飞机加油模拟系统设计及试验

  康飞, 段安鹏, 罗建军, 屈元元, 王金彪

  机床与液压. 2020, 48(3): 127-130,57. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2020.03.027

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  以飞机加油系统要求的加油压力指标为输入，设计并研制了一套地面加油模拟系统及其控制系统，进行了试验台综合试验。采用旁路分流和串联节流的方式，基于电液伺服调节方法实现加油压力和流量闭环控制。上位机采用LabVIEW软件及信号调理系统完成数据的采集、处理和输出，利用PID控制算法实现过程控制。基于负载模拟和两路压力闭环控制通道切换的方法，使加油压力在地面得以稳压，在加油接头处具备良好的精度和稳定性。给出了几组阶跃响应和冲击响应试验曲线，结果表明：该加油模拟系统能够提供飞机要求的加油压力，其控制精度满足设计指标要求。
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  玻璃纤维机加工刀具失效的在线监测准则

  陈引生, 刘蕴青, 崔勇, 于虹, 王海蓝

  机床与液压. 2020, 48(3): 131-133,89. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2020.03.028

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  玻璃纤维增强聚合物复合材料（GFRP）由于其特殊的材料属性被广泛应用于轻型结构中，然而其加工过程会发生刀具过度磨损，直接影响了加工工件材料的完整性。基于此，提出了一种GFRP材料加工过程中刀具磨损失效的在线监测准则，对刀具失效时的振动信号和主轴功率信号进行了采集，开展了刀具和工件的切削试验，对测量的振动信号进行分析，对该监测准则进行了试验验证。进一步建立了刀具颤振监测准则，从颤振信号分析了刀具的失效，并通过试验验证了该准则的可行性。
建模与仿真
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  双作用子母叶片泵内部泄漏分析与计算

  李少年, 刘阳阳, 林凯, 陈龙

  机床与液压. 2020, 48(3): 134-137,175. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2020.03.029

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  通过对双作用子母叶片泵各泄漏通道进行分析，建立了内泄漏计算数学模型。根据泄漏数学模型，计算出各通道泄漏量大小，结果发现轴向间隙泄漏为双作用子母叶片泵主要的内泄漏途径，绘制出泄漏量随压力和黏度变化分布图，发现低黏度时其泄漏量会随着压力的升高而急剧增大。分析不同温度和转速对泄漏损失的容积效率影响，得到随着轴向间隙的增加，容积效率损失会成倍增加的结论。为减小泄漏量对容积效率的影响，在设计、制造和安装配流盘时应严格控制轴向间隙。
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  混凝土泵S管阀换向系统建模与仿真研究

  谷丰, 刘会勇, 赵青, 尤忍堂, 戴明, 刘长春

  机床与液压. 2020, 48(3): 138-140. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2020.03.030

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  根据混凝土泵换向系统原理，建立了混凝土泵换向系统的AMESim仿真模型，并结合实际工况设置各元件的参数进行仿真，得到蓄能器出口压力曲线及摆缸位移、速度动态特性曲线。结果表明：模型能够较为准确地反映出蓄能器压力、换向速度及规律的变化情况，可以节省大量的试验成本。
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  新型飞机除冰液加热管的优化设计

  吴孟丽, 李云鹏, 聂琪, 王驰宇, 龚淼

  机床与液压. 2020, 48(3): 141-145. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2020.03.031

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  飞机地面除冰系统是保障冰雪天气民航飞行安全的重要装备，加热管是该系统的关键元件。为满足对高黏度除冰液的快速加热需求，提出一种新型双螺旋梯形槽管。建立以槽深h、上底宽m、底角θ为结构特征参数的异型管数学模型，采用多项式函数构建响应面近似模型，综合考虑结构参数对努塞尔数、阻力系数和综合评价指标的影响。利用非支配排序遗传算法进行多目标优化，筛选得到结构参数的Pareto最优解集。结果表明：当h∈[1.06，1.08]、m∈[0.17，0.33]和θ∈[84.06，84.75]时，努塞尔数提高了78.7%，综合评价指标提高了60%~62%。优化后的异型管可实现除冰液的快速加热，有利于提高航班正点率。
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  基于模态应变能灵敏度的数控机床床身结构分析与优化

  徐广晨, 孙兴伟

  机床与液压. 2020, 48(3): 146-149. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2020.03.032

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  基于床身有限元模型进行模态分析，选取1阶模态下模态应变能集中的位置，引入灵敏度分析方法对床身的设计尺寸进行优化。优化结果表明：优化后1阶模态应变能分布均匀，降低了床身质量，同时可以减少结构优化的盲目性，提高优化效率。文中的优化设计过程与方法可推广到机床其他部件的结构动态性能优化中，从而为机床整体结构动态特性的改进、优化设计提供了重要的方法和理论依据。
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  大流量工况下液压阀流道流场数模分析

  刘长誉, 李瑞川, 赵鹏, 杨俊茹, 赵姗, 穆常苹, 高阳, 刘延俊

  机床与液压. 2020, 48(3): 150-154,163. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2020.03.033

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  液压阀用于控制液压系统中液流的压力、流量和方向，因此液压阀性能的好坏对整个系统的性能起着至关重要的作用。以某型号滑阀式多路换向阀为研究主体，建立了液压滑阀内流道不同阀口开度的流场稳态分析模型。基于FLUENT软件分析大流量工况下不同阀口开度时阀内整个流域压力、速度的分布规律，并进一步对节流口1内部复杂流场进行了数值模拟。
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  主动磁悬浮电主轴系统建模与控制参数分析

  陈鹏, 康辉民, 胡斌梁, 熊友平

  机床与液压. 2020, 48(3): 155-158,191. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2020.03.034

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  为实现磁悬浮电主轴的稳定悬浮运行并满足加工精度要求，通过对某型号主动磁悬浮电主轴的结构和控制原理进行研究，在忽略主轴转子磁化和磁漏等非线性因素影响的前提条件下，通过对主轴转子在磁悬浮轴承中的受力分析，建立了磁悬浮轴承的电磁支承力与轴承气隙偏移量及控制电流的表达式，对基于不完全微分PID控制的磁悬浮电主轴系统的临界转速与磁悬浮轴承的电磁刚度进行了定量研究，得到不同PID控制参数下，磁悬浮轴承支承刚度随涡动频率的变化曲线及固有频率随PID控制参数的变化曲线图。研究结果为磁悬浮电主轴控制系统进一步设计使用和分析优化提供了依据。
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  双卸荷槽式柱塞泵配流盘流场优化研究

  宋宇宁, 徐晓辰

  机床与液压. 2020, 48(3): 159-163. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2020.03.035

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  通过分析研究各种配流盘的结构，重新优化设计出了一款开设了双V型卸荷槽的配流盘；利用CFD仿真软件将该配流盘装入到柱塞泵当中进行仿真模拟。通过仿真得出配流盘三角槽的最佳开设宽度约为10°，坡角约为12°，卸荷孔的小孔直径约为0.8 mm，卸荷孔的大孔直径约为1.5 mm时，得到的流量曲线最为平滑。压力冲击以及噪声均为最小。结果表明：通过对阻尼槽的改善，流量噪声及气蚀均有所下降。
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  水基液三螺杆泵动态数值分析

  宿行轩, 李德超, 甘志强, 刘志杰, 林成新

  机床与液压. 2020, 48(3): 164-170. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2020.03.036

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  为开发输送水基抗燃液压液的三螺杆泵，测量了水乙二醇难燃液压液黏温特性曲线，建立了三螺杆泵三维模型，进行了CFD数值分析和试验验证。CFD仿真计算时，为避免网格数量过多或出现负体积而无法保证实际啮合间隙问题，采用SCORG软件对泵内流道进行了共形结构网格的划分，并结合Pumplinx软件进行数据后处理。研究表明：采用动态数值模拟方法的仿真结果与实验结果吻合良好，并对32号液压油与水基液压液输送特性进行了对比分析，得出了主杆扭矩和泵泄漏量随液压介质温度变化关系图；水基液压液相较于滑油更容易产生气蚀，气蚀主要发生在泵进口腔，气蚀现象随着密封腔压力上升而渐减小，泵转速越高，空化气体体积分数越大；泵出口压力越小，空化气体体积分数也越大，随着出口压力的增加，转速对空化气体体积分数的作用越不明显；水基液三螺杆泵工作时更容易发生油膜破损，经流固耦合分析，油膜所承受最大应力为4.369 9 MPa。
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  基于AMESim微型隔膜泵的动态性能分析

  王成刚, 孙浩, 张光胤

  机床与液压. 2020, 48(3): 171-175. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2020.03.037

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  分析微型隔膜泵的结构和工作原理，运用AMESim平台建立凸轮隔膜泵的整体仿真模型，考虑传动机构对泵的工作性能的重要影响，针对出口压力、凸轮转速及最大行程等核心参数进行仿真。研究分析了微型隔膜泵的流量和压力特性曲线，得出合理地改善凸轮转速及行程可以提高泵的工作性能，为微型隔膜泵的设计与进一步研究提供了重要依据。
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  矿井提升机液压站二级制动蓄能器工作性能的仿真研究

  曹艳, 丁红星, 赵刚, 杨乐新

  机床与液压. 2020, 48(3): 176-179. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2020.03.038

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  为了保证矿井提升机液压站有效地执行二级制动，以蓄能器的工作性能为研究目标，详细介绍了液压站二级制动的工作原理，建立蓄能器数学模型，分析了影响蓄能器工作性能的参数，利用AMESim软件搭建液压系统仿真模型，对于恒压系统和变压系统，分析蓄能器的预充气压、节流阀的节流开度对蓄能器工作性能的影响。仿真结果表明：可以通过调节蓄能器的预充气压和节流阀的节流开度优化蓄能器的工作性能，提高液压站二级制动的可靠性。
故障诊断与可靠性
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  基于小波神经网络的航空发动机传感器故障诊断

  白杰, 张正, 王伟, 孙晓楠

  机床与液压. 2020, 48(3): 180-186. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2020.03.039

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  航空发动机传感器故障诊断系统对于保证航空发动机控制系统可靠性和安全性至关重要，针对传统基于发动机模型的传感器故障诊断中存在建模精度不足导致故障诊断存在误诊和漏诊的问题，提出以小波变换和神经网络为基础，使用正常传感器预测故障传感器值。通过对比传感器输出和神经网络预测值的残差来实现传感器的故障诊断，其中神经网络可以在传感器故障后估计出正常的模拟信号代替故障信号供发动机控制系统使用，实现航空发动机控制系统的容错控制；使用改进粒子群优化算法优化BP神经网络的阈值和权值，以提高神经网络诊断和预测信号精度。仿真结果表明：该方法可以有效完成故障诊断，减少漏诊和误诊的发生。
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  液压支腿回路性能衰退预测方法研究

  杨洁, 王崴

  机床与液压. 2020, 48(3): 187-191. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2020.03.040

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  以某装备液压支腿回路为研究对象，分析回路常见故障机制，提取故障特征参数，基于无迹卡尔曼滤波算法，建立了双向液压锁性能衰退预测模型，构建工作指数指标，确定工作指数的异常阈值，估算双向液压锁工作寿命。基于MATLAB/Simulink模块，搭建双向液压锁仿真模型，设置装备相关作业参数，仿真双向液压锁在其寿命周期内性能随压力、温度的变化趋势。研究结果可为该元件的维修保障方案提供科学指导。
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  特大型四列圆锥滚子轴承失效分析

  张东亮, 李国栋, 贾松阳, 王金成

  机床与液压. 2020, 48(3): 192-196. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2020.03.041

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  针对国内某钢厂穿孔机用特大型四列圆锥滚子轴承出现异响、轴承失效的问题，对失效轴承进行了外观、金相组织、外形尺寸和硬度检查，判定轴承材料、表面硬度符合标准。分析认为裂纹为大挡边与滚子端面剧烈摩擦发热所致。尺寸变形因安装拆卸时对轴承的加热冷却措施不当所致。安装时中外圈的倾斜导致了轴承各列游隙不均，导致B列受力较大最终失效。指出多列轴承安装时需注意对各列游隙的控制。