机床与液压

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谷勇霞, 于书勇, 尹丹妮, 张玉玲

机床与液压. 2021, 49(5): 1-8. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2021.05.001

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谐波传动关节是机械臂的典型关节。为了研究含谐波传动关节的机械臂在不同转速情况下的时频特性，针对空间机械臂，研制机械臂实验装置和测试系统，测试不同转速下机械臂关节处和末端标志点的振动响应。采用小波变换信号分析方法并借助于机械臂的驱动模型，分析谐波传动关节处的摩擦和运动滞后等非线性因素对不同转速下机械臂振动特性的影响。基于非线性响应面法和非线性规划方法分析了机械臂的最佳运行工况。研究结果表明：小波变换能够较好地表征机械臂在不同转速下关节和末端振动响应的时频特征；随着转速的增大，机械臂关节处和末端标志点的振动能量向低频段集中，振动能量峰值及其对应的频率呈现出局部波动；机械臂末端的振动特性明显弱于关节，关节处的振动频率更为丰富，但关节的振动能量峰值衰减比末端要快；且机械臂处于低速运行工况时可以保持较好的动力学性能。研究结果揭示了含谐波传动关节的机械臂在不同转速下的时频特性，对含谐波关节的机械臂设计及其振动抑制技术水平的提高具有重要意义。

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3-PSR并联机构运动学和动力学分析

谢志江, 余欣, 胡知诿, 王稳

机床与液压. 2021, 49(5): 9-13. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2021.05.002

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建立3-PSR并联机构的约束方程，求解3-PSR并联机构的运动学正逆解。在此基础上，求解3-PSR机构的速度雅可比矩阵以进行动力学分析。采用凯恩法建立动力学模型，以动平台位姿为参数，对机构各构件进行受力分析，并转化为3个驱动滑块的等效驱动力。通过对比MATLAB和ADAMS仿真结果，总结了该机构的基本动力学性能。研究结果为研究该机构的工作空间、功率优化等提供了参考。

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基于工具坐标标定改进的工业机器人零点位置自整定方法

何英武, 梅江平, 黄玄庆, 陈绵鹏, 郑东海

机床与液压. 2021, 49(5): 14-19. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2021.05.003

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在工业机器人应用过程中更换工具时需要重新标定工具坐标，一般情况下工具坐标通过固定点约束的3点法进行标定，此方式在机器人本身零点位置不准确的情况下往往会得到一个较差的结果。基于3点法中定点约束的原理，提出一种改进的工业机器人零点位置自整定方法，对出厂标定过的六自由度串联机器人，修改其零点位置与工具坐标的标准值产生给定误差，基于空间内一个固定点的约束关系，在已知机器人连杆参数的情况下建立机器人坐标变换模型，取21组机器人关节角与笛卡尔坐标数据作为辨识条件参数，机器人工具坐标与零点位置的偏差作为未知数据，通过最小二乘迭代算法计算出工具坐标与零点位置的偏差数据。将实验对象的整定结果和给定的误差参数进行对比，整定结果基本与给定误差一致，并通过比较自整定前后示教器上的位置显示值之间的误差值，证明了校准算法的可行性。

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基于正交试验的工业机器人机械臂的结构优化和轻量化

陈超, 陈贺贺, 武姝婷, 王杰

机床与液压. 2021, 49(5): 20-24. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2021.05.004

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以ER20-C10六自由度工业机器人的大臂为研究对象，针对其质量轻、强度高、动态特性好的需求现状，在保证大臂现有功能的基础上，采用正交试验设计对大臂的最优结构进行研究，通过多次正交试验，将各个影响因素的取值范围不断缩小，最终确认最优的大臂结构。采用ANSA软件对优化后的大臂进行几何清理和网格划分；采用solidThinking Inspire软件对优化后的大臂进行静力学分析，采用ANSYS Workbench软件对优化后的大臂进行模态分析，最后将分析结果与原模型的分析结果进行对比，发现优化后的大臂在提高强度、刚度和最小安全系数的同时减轻了质量。对大臂进行轻量化研究，大幅度减轻大臂质量的同时，最大应力比结构优化后的大臂更小，为工业机器人机械结构研发提供了参考。

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基于改进人工势场法的搬运机器人避障算法研究

付泽民, 吴力杰, 乔涛涛, 石博文, 余奇

机床与液压. 2021, 49(5): 25-29. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2021.05.005

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搬运机器人作为移动机器人中的一种，应用前景十分广泛。基于搬运机器人的避障问题，对人工势场法进行研究，针对人工势场法容易出现的局部极小值问题和目标不可达问题进行分析，通过引入虚拟障碍物模型，较好地解决了人工势场法的局部极小值问题；修改斥力模型修正了目标不可达问题。在MATLAB软件中对改进之后的算法进行仿真，验证了该算法的可行性。

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基于视觉技术的铸件打磨机器人设计

姬鹏飞, 侯凡博, 卢超

机床与液压. 2021, 49(5): 30-33. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2021.05.006

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通过分析铸件毛坯现有打磨技术的劣势，提出自动扫描三维重构铸件模型，获取工件3D点云数据，然后根据打磨工艺自动规划路径并进行离线编程，获得机器人运动程序，最后按照工艺路径自动完成铸件打磨的工艺方案。在综合考虑成本、功能、力学及干涉等各方面因素的基础上，确定打磨装备的整体布局形式，并对专用恒力打磨机构、视觉系统等关键部件作了详细设计与阐述。利用现有的机械设备、工业相机及线激光组成的视觉系统对实验工件进行三维模型重构，结果显示：模型尺寸精度在±0.1 mm以内，扫描速度为1 000 mm/min。打磨实验显示：打磨后工件表面粗糙度值小于R_a6.3μm，整个打磨表面平整度也满足检测需要，单台设备打磨效率达到人工的10倍左右。

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一种高效的机器人自由曲线运动位姿同步规划方法

倪晓伟, 黄昕, 祝润泽

机床与液压. 2021, 49(5): 34-39,59. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2021.05.007

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针对机器人在自由曲线运动中位姿难以同步的问题，提出一种机器人自由曲线运动的位姿规划方法。该方法采用抛物线边界的三次非均匀B样条曲线拟合任意数目的示教点位置，同时采用四次四元数样条曲线拟合示教点姿态。根据示教点将自由曲线分段，以获得速度规划降速点，减少机器振动。对分段位置曲线及姿态曲线采用复化的辛普森积分求得曲线长度及姿态转角；对位置曲线进行七段S形速度规划，并利用位置规划所得的时间对姿态曲线进行速度规划，从而得到速度连续且时间同步的位置及姿态。实验表明该方法可行、高效。

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基于几何不变性和滑动模态算法的冗余机器人运动控制研究

姜苏, 万刚

机床与液压. 2021, 49(5): 40-44. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2021.05.008

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冗余机器人可以通过冗余自由度实现额外的优化目的。针对受空间约束条件下机器人运动控制问题，采用几何不变性和滑动模态算法，实现冗余机器人的有效控制，并对控制效果进行仿真验证。通过建立冗余机器人系统数学模型，给出冗余机器人轨迹跟踪典型控制方案，优化了冗余机器人控制目标。设计推导出能确保机器人关节位置向量在约束空间内，且冗余机器人关节能平滑到达约束边界的几何不变性和滑动模态算法。采用数学软件MATLAB对平面3R冗余机器人系统进行仿真。同时，与不采用文中算法的计算结果进行对比和分析。仿真结果显示：冗余机器人关节在受到外部约束时，采用几何不变性和滑动模态算法所有关节能保持在约束空间内，同时关节能够平滑地接近约束边界，关节误差在3.2 s就能够快速收敛。

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基于全局最优滑模控制器的冗余自由度机械臂运动控制的研究

屈海军, 杨森

机床与液压. 2021, 49(5): 45-49. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2021.05.009

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为了提高冗余自由度机械臂的运动准确性，进行基于全局最优滑模控制器的冗余自由度机械臂运动控制的研究。分析冗余自由度机械臂的机械结构，明确其结构组成及运动原理。通过各关节节点的旋转角度及连接臂长度，分别求取了相邻关节节点间的旋转关系式及关节结点相对基础坐标的移动矢量，并通过该移动矢量得出机械臂的动力学方程。通过机械臂的动力学方程，计算出单个关节节点的系统方程。利用角度误差构造滑模面，并在此基础上利用单个关节节点的系统方程，建立滑模控制器。为了获取滑模控制器中滑模加权因子和趋近加权因子的最优解，采用粒子群算法在解空间中对其进行全局搜索，从而得到全局最优化的滑模控制器，用于对冗余自由度机械臂的运动过程进行控制。实验中，采用此方法和干扰观测器方法对关节节点的运动过程及末端执行器的运动过程进行了控制，从控制结果可知：在控制关节节点及末端执行器运动时，此方法比干扰观测器方法的控制准确度分别提高了17.12%和13.49%，表明此方法能有效保障冗余自由度机械臂的运动准确性。

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基于布谷鸟算法的工业机器人轨迹跟踪控制

郑雪芳, 林意

机床与液压. 2021, 49(5): 50-54. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2021.05.010

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研究SCARA工业机器人在关节空间内的轨迹跟踪控制问题。实际应用中，系统的未建模特性、关节摩擦间隙和未知负载等因素将引起机器人动力学性能的变化，从而影响其轨迹跟踪控制；并且外界扰动也会增加机器人轨迹跟踪控制的难度。针对上述问题，提出一种基于布谷鸟算法优化的快速连续非奇异终端滑模控制策略。该方法利用布谷鸟算法寻优机制规划机器人的参考轨迹；控制策略在李亚普诺夫稳定性理论的支撑下，采用连续非奇异终端滑模面来补偿与抑制系统的不确定性与外界扰动，引入快速终端滑模趋近律来加快系统的响应速度，并结合Anti-Windup技术来补偿系统中死区等其他非线性因素。通过李亚普诺夫稳定性理论，证明机器人系统的轨迹跟踪误差全局稳定。最后，通过轨迹跟踪试验验证了此方法的有效性。

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并联煤矸石分拣机器人的结构设计及分析

赵明辉, 宣鹏程, 张少宾

机床与液压. 2021, 49(5): 55-59. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2021.05.011

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针对人工选矸存在的工作环境恶劣、分选效率低等缺点，设计一种并联SCARA型煤矸石分拣机器人。建立其三维模型，阐述各部分的组成结构与工作原理；采用模型对称简化的求解方法，对分拣机器人进行有限元分析和强度校核；根据分拣机器人的几何特点采用解析法求解其正逆运动学。结果表明：该设计能够满足粒度在300~600 mm之间矸石的分拣，具有较高的安全系数和可靠性，能够应用在煤矸石分选及其他相关行业。

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基于工业机器人控制系统的软PLC设计

李汉超, 高燕, 黄昕

机床与液压. 2021, 49(5): 60-63. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2021.05.012

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工业机器人在应用过程中需要外部信号与机器人系统进行交互来完成复杂的工艺，PLC可对两者之间的信号进行逻辑运算来实现控制。软PLC相较于硬件PLC有编程语言标准化、硬件配置灵活等特点，并且可以接口的方式直接嵌入不同的控制系统中。软PLC主要负责系统中的逻辑控制与输入输出管理。针对一款自主研发的新型控制系统，设计一套可配合该系统用于工业领域的软PLC控制系统。该软PLC系统包含编程模块、编译模块、执行模块、监测模块，可用于绘制梯形图、生成指令表、编译可执行文件、执行程序。编程、编译模块基于Windows下Qt平台开发，执行、监测模块基于Linux下Qt平台开发。

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某型倾转旋翼无人机起落架布局及收放机构设计

齐浩, 王泽河, 朱纪洪, 朱华娟

机床与液压. 2021, 49(5): 64-70. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2021.05.013

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起落架是飞行器结构中的重要装置之一。以某型倾转旋翼无人机为研究对象，基于质量、稳定性、抗坠毁及无人机特性等多方面因素设定了起落架布局。通过结合焦点、重心、承载比及刹车防倾覆等设计参数，快速确定了起落架位置。为避免倾转旋翼无人机高速巡航下的气动损耗，通过增加主起落架主转轴与展向水平线的夹角，设计了一套满足收放空间要求的单侧四面体承载可收放起落架结构。具有该结构的主起落架在向弦向方向收纳的同时，缓冲支柱等支撑部件沿展向向机身内部运动。通过合理设计机轮旋转机构，能够在不增设动力源的基础上避免机轮与飞机机身的大角度夹角。

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基于RBF神经网络的挤出机温度压力控制系统

陈明霞, 周冬冬, 张寒

机床与液压. 2021, 49(5): 71-76. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2021.05.014

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为了确定橡胶复合挤出机控制过程中主要干扰变量与内部耦合关系并较好实现温度压力控制系统的模型辨识自适应控制与精确解耦控制，结合径向基函数（RBF）神经网络与PID神经元结构，设计了一个基于RBF神经网络辨识模型与自适应控制的模型，用于完成对熔体温度、机头压力的模型辨识与自适应控制，并采用优化RBF神经网络进行精确解耦控制。利用MATLAB软件建立温度压力耦合系统的辨识模型，并与传统辨识模型和解耦方式进行对比。结果表明：在干扰作用下，基于优化RBF神经网络的系统具有较好的辨识能力，能自适应地完成系统解耦控制；采用优化RBF神经网络建立的耦合辨识模型的耦合辨识与解耦效果理想，可在一定程度上提高温度压力控制系统精度和挤出半成品质量，实现精密化挤出成型。

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基于多轴伺服驱动系统的FPGA接口电路设计

贺政, 彭端, 龙晓斌

机床与液压. 2021, 49(5): 77-82. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2021.05.015

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为了提高空调冷凝器折弯机多轴伺服驱动系统的稳定性和经济性，提出一种基于现场可编程门整列（FPGA）的多轴伺服驱动系统接口电路设计方案。通过FPGA实现了一种可支持8轴的脉冲多模式发送接口电路，可以适配伺服驱动器，对原有的空调冷凝器折弯机数控系统进行升级。采用硬件描述语言（Verilog HDL），在Quartus prim集成开发环境下，在Intel Cyclone10LP的FPGA硬件平台上进行验证。实验结果证明，接口电路能够稳定输出，达到空调冷凝器折弯机多轴数控系统的要求。

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永磁同步电机有限时间转速控制

管虎, 毕俊喜, 常桂龙, 秦开胜

机床与液压. 2021, 49(5): 83-87. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2021.05.016

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为了提高永磁同步电机的动态性能，提出一种基于永磁同步电机电流环有限时间的控制方法，即电机速度环采用传统PI调速控制、电流环基于有限时间控制的策略。MATLAB仿真结果表明：相较于传统的双PI控制电流环、速度环的策略，调整后基于有限时间的策略引入二阶扩张状态观测器，削弱不确定性扰动对系统的负面影响，使系统动态动态性能更佳，在快速跟踪转速指令、缩小转速超调量、缩短系统调整时间方面具有优势。

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一种新型并联驱动双向移动平台的动力学及精度分析

魏碧辉, 陈纯, 张昌明, 徐永帅, 徐慧茹, 王佳伟

机床与液压. 2021, 49(5): 88-93. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2021.05.017

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设计一种并联驱动的双向移动平台，该平台由固联于底座上垂直交错的直线移动组件上的滑块驱动，滑块上联结槽型托架，矩形平台的4个侧面与槽型托架之间用移动副相接互为导向，可同时实现两个方向的移动；基于虚功原理和Lagrange法建立了平台的动力学方程；并进行了动力学仿真分析，讨论它在给定外载下实现规定运动时电机所需输出的扭矩，验证了平台运动的可行性与动力学模型的正确性；根据误差独立作用原理对不同类型的误差源做了分析计算，得出了各局部误差，按照误差综合原理对局部误差进行综合，得出工作台在X、Y两个方向上的运动误差限。

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基于PLC的胃酸反流自动阻隔装置

张艺军, 黄家锐, 徐文杰, 杨冀, 蔡敏捷, 周春强, 李克天

机床与液压. 2021, 49(5): 94-97. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2021.05.018

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为解决病人胃酸反流问题，基于PLC设计了一种胃酸反流自动阻隔装置。当发生反流时，气囊可自动充气，维持一定的压力并保持一段时间，以阻止反流物进入气管。将PLC作为控制器、触摸屏作为控制界面，基于蓝牙技术实现了监控。通过手机终端和PLC的无线通信，能实时监控胃管气囊的工作状态。该装置具有自动充气、保压补气、自动排气、胃酸pH值检测以及手机报警等功能。

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薄壁变形机匣件限位检测方法的研究与优化

郑耀辉, 王江, 王明海, 刘娜, 赵明

机床与液压. 2021, 49(5): 98-101,119. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2021.05.019

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为研究薄壁变形机匣件在装配状态下约束表面与相关表面形位误差的变化规律，提出一种限位检测方法。通过有限元模拟机匣件实际装配，分析了不同装夹参数对约束面平面度的影响，并用直观分析法求出了主要影响因素为压板位置。利用所建立的模型，分析了约束面在限位状态下相关表面平面度及平行度的变化情况。通过神经元网络建立了压板位置与约束面平面度的预测模型，并用遗传算法求解了约束面平面度全局最小值及相应的压板位置，从而有效地控制整个机匣件的变形。

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五轴联动数控机床空间综合误差解耦技术研究

姚立权, 张萌, 李刚, 韩伟

机床与液压. 2021, 49(5): 102-106. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2021.05.020

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分析五轴联动机床的误差项和拓扑结构，给出伺服轴运动时理想情况和有误差情况下的坐标变换矩阵。以此为基础，给出五轴联动机床空间综合误差的计算方法。基于多体运动学的微分变换原理，给出五轴联动机床综合误差解耦算法。以某RTTTR型五轴联动机床为例，应用MATLAB进行实际综合误差解耦和补偿计算，结果验证了该解耦算法的正确性。

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滑阀副配合对伺服阀性能的影响研究

陈元章

机床与液压. 2021, 49(5): 107-111. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2021.05.021

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电液伺服阀按结构形式可分为喷嘴挡板伺服阀、射流式伺服阀和直接驱动伺服阀，主要区别在于前置级选取了不同的液压放大器。一般均采用圆柱形滑阀副作为第二级功率放大级，滑阀副的性能同样直接影响伺服阀的性能。为此，从零开口、正开口、负开口形式的轴向配合和径向配合组合方面，分析了伺服阀滑阀副配合对伺服阀性能的影响。同时，分析非对称滑阀副开口对伺服阀性能的影响，并通过实验验证了分析结果。

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基于模糊滑模的两轴伺服系统轮廓误差交叉耦合控制算法

王炯宇, 王三秀, 吴军飞

机床与液压. 2021, 49(5): 112-114. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2021.05.022

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针对两轴伺服系统轮廓误差控制问题，提出一种基于模糊滑模的交叉耦合轮廓误差控制方法。设计了单轴模糊滑模跟踪控制器，用于消除干扰作用。将模糊控制器用于自适应调节滑模控制器切换增益，减小滑模控制的抖振现象。采用交叉耦合控制算法进行两轴间的协调控制，解决轴间参数不匹配的问题，保证轮廓控制精度。仿真结果表明：该方法能有效提高跟踪精度和轮廓精度。

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微沟槽织构对切削力和表面粗糙度的影响

陈峻岐

机床与液压. 2021, 49(5): 115-119. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2021.05.023

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为研究微织构对切削过程中产生的切削力和已加工表面粗糙度的影响，在聚晶立方氮化硼（PCBN）刀片前刀面制备与主切削刃平行的宽度为32.6μm的微沟槽织构。分别用微沟槽刀具和无织构刀具在主轴转速为450、500、600 r/min的条件下切削淬硬钢GCr15，分析切削力和已加工表面粗糙度。试验结果表明：微沟槽改善了刀具的切削性能，主切削力、进给力和切深力均小于无织构刀具；进给力、切深力随着主轴转速的增加均变大，主切削力表现为先减小再增大；用微沟槽织构刀具切削的已加工表面粗糙度大于无织构刀具，表明微沟槽不利于获得表面质量较好的工件；随着主轴转速增加，微沟槽刀具和无织构刀具切削的表面粗糙度均减小。

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基于二维激光扫描的复合材料层合板热振试验装置研发与应用

田英, 徐忠浩, 韩锦桐, 胡晓岳, 杨俊杰, 李晖

机床与液压. 2021, 49(5): 120-124. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2021.05.024

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研发了一套基于二维激光扫描测试装置的复合材料层合板热振试验装置。利用PLC控制器、触摸屏、滑台型导轨、步进电机、激振器、功率放大器、激光测振仪、加热及温控装置、振动控制仪及数据采集分析装置等，建立了满足层合板高温测振需求的硬件系统。基于PLC梯形图语言编写了二维激光扫描测试装置的控制软件，并详细介绍了手动、自动控制模块对应的操作界面与测控优势。以HF10碳纤维/树脂基层合板试件为例，对该装置进行了研究。结果表明：该装置可显著提高热环境下层合板结构模态振型的测试效率，且有利于研究不同温度对结构振动特性的影响。研究发现热环境对层合板固有频率和阻尼性能有着复杂影响，且随着温度的不断升高，模态阻尼比呈现减速增大的趋势。

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磨料池内气固两相流模型的建立与分析

于鹏飞, 席志刚, 袁伟, 齐晓霓, 郭前建

机床与液压. 2021, 49(5): 125-129. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2021.05.025

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为研究磨料池内复杂的气固流动现象和规律，采用全尺度直接数值模拟法。基于改进的内嵌边界法，通过流场控制方程、数值求解、并行计算等方法，建立气体湍流与磨粒的运动耦合模型，以分析磨料池内的气固流动特性。通过分析入口气体速度、磨粒高度对磨料池内气固两相流动状态的影响，选择合适的方案以提高系统稳定性。验证了磨料池内颗粒、壁面和拟序结构的耦合作用使得颗粒出现扩散、局部富集、壁面沉降及再悬浮现象。研究结果为磨料池结构的优化设计提供了参考。

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含太阳轮故障因素的行星齿轮传动系统动态特性研究

杨晓悦, 姜宏, 章翔峰, 周建星

机床与液压. 2021, 49(5): 130-134,82. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2021.05.026

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基于故障因素对行星齿轮系统动态特性的影响，用赫兹接触理论，在考虑齿面接触刚度特性的条件下引入弯曲刚度，建立新的传动系统动力学模型。利用扭簧刚度变化分别引入太阳轮裂纹和断齿2种故障因素，分别模拟了行星齿轮传动系统在不同故障因素影响下的运转状态。通过分析动载荷谱、太阳轮浮动轨迹研究故障因素对行星齿轮传动系统动态特性的影响。结果表明：太阳轮出现裂纹故障时，太阳轮浮动轨迹随着裂纹的加深逐渐扩大；在经过裂纹轮齿时，行星轮与内齿圈啮合力振幅少量增加；太阳轮出现断齿故障时，太阳轮浮动轨迹在啮合处发生瞬时大幅度偏移；行星轮与内齿圈啮合力振幅较大，在频域图的低频区域出现大量边频带；故障因素对传动系统的影响随工况条件的改变而变化。

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机-气复合式胸腔模拟器建模与仿真

徐俊杰, 李笑, 关婷

机床与液压. 2021, 49(5): 135-140. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2021.05.027

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针对现有胸腔模拟器模拟逼真度不高等问题，研制一种新型机-气复合式胸腔模拟器。分别建立了主胸骨模拟器和肋骨模拟器数学模型，仿真分析模拟器的半径和高度、片弹簧厚度和宽度、腔内压力和压缩位移等因素对胸腔模拟器刚度特性的影响，并实验验证了模型的有效性。结果表明：通过改变模拟器腔内压力及模拟器的半径和高度、片弹簧厚度和宽度等结构参数可分别模拟不同年龄段和不同性别的患者的胸腔刚度。研究结果可为设计新型心肺复苏教学模拟装置提供参考。

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轧辊表面裂纹位置确定方法研究

汪建新, 段茹茂, 王培屹

机床与液压. 2021, 49(5): 141-144. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2021.05.028

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轧辊是轧钢生产中的主要部件，在复杂应力下容易产生表面裂纹，对轧辊的使用寿命、轧材质量有严重的影响，因此轧辊表面裂纹检测至关重要。轧辊出现损伤时，其固有频率也会发生改变。采用振动法比较分析不同位置的表面裂纹对轧辊固有频率、位移模态、应变模态和一阶模态下轴向位移频响函数的影响。结果表明：一阶模态下的轴向位移对轧辊表面裂纹位置检测识别最敏感，可以作为裂纹位置判断的主要标识量。

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阀结构对水介质插装阀性能的影响

周新建, 李治, 位凯涛, 丁林海

机床与液压. 2021, 49(5): 145-149. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2021.05.029

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针对水介质插装阀在高压工况下容易产生气穴、气蚀和噪声的问题，设计不同的阀芯结构以及阀座结构来减小气穴及气蚀现象。通过理论分析得出减小气穴产生的方法，运用FLUENT仿真软件，研究不同的阀芯、阀座结构在高压工况下的气穴产生情况。结果表明：带有倾角的二级节流口具有较好的抗气穴特性，椭圆形阀芯能够降低压降集中；椭圆状阀芯与带倾角的二级节流口相配合时，气穴发生的程度相对最小。研究结论为设计水介质液压阀提供参考。

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楔形双闸板闸阀阀座的失效与改进

赵营昌, 何庆中, 王佳, 吴胜, 廖伯权

机床与液压. 2021, 49(5): 150-155. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2021.05.030

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DN350型楔形闸阀阀座在进口通入温度为545℃、压力为10.3 MPa的水时发生屈服失效。为解决此问题，建立有限元模型，运用单向流固耦合方法得到阀座的等效应力与总变形云图。结果表明：内腔流场压力增大使得出口阀座的卸荷槽处应力增大，导致屈服失效，出口阀座顶部向内凹陷；增加卸荷槽数量能够优化应力在阀座上的分布，增大阀座外径能够增加阀座的刚度并减小变形量；当卸荷槽数量为2时，出口阀座应力降低了57.97%，总变形降低了48.58%；增加阀座厚度能降低阀座应力，当阀座厚度增加量为15 mm时满足强度要求。优化后的阀座满足实际工况强度要求，该方法为类似结构的改进提供了参考。

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无源被动外骨骼系统研究现状与关键技术分析

李强, 周加永, 赵文彬, 张昂, 莫新民

机床与液压. 2021, 49(5): 156-161. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2021.05.031

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无源被动外骨骼系统无需能源供给，以降低单兵负重时的体能消耗、保护骨骼肌肉免受损伤为目的，提升单兵的轻装机动与持续作战能力。对目前国内外无源被动外骨骼系统的研究现状进行了总结，分析了人机相容性机构设计技术、人机闭环运动链的负重力传递技术、助力效能评估技术和新材料结构功能一体化应用技术等关键技术，并对其未来的应用前景进行了展望。

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新型结构元素的液压泵耦合故障分离方法研究

郭洋, 丁凌杰, 郑直, 姜万录

机床与液压. 2021, 49(5): 162-167. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2021.05.032

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具有相同谐波的滑靴磨损和斜盘磨损的形态特征信息相似性很高，因此很难有效分离其耦合故障。为解决此问题，提出一种基于梯型结构元素的新型数学形态学分离方法。采用不同长度梯型结构元素的形态差值算子分别提取2种故障特征信息，进而得到不同长度梯型结构元素对应的若干个分离信号；计算分离信号的2种不同故障的特征能量比。基于最大特征能量比，实现实测液压泵滑靴和斜盘磨损耦合故障信号的最优分离。

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基于CEEMDAN和RCMDE的往复压缩机轴承故障诊断方法

王金东, 欧凌非, 赵海洋, 宋美萍

机床与液压. 2021, 49(5): 168-172,161. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2021.05.033

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针对往复压缩机振动加速度信号的非线性、非平稳等特性，提出一种基于自适应噪声完备集合经验模态分解（CEEMDAN）和精细复合多尺度散布熵（RCMDE）的往复压缩机轴承故障特征提取方法。采用CEEMDAN方法对信号进行分解时，通过不同的参数组合，可得到不同的IMF分量；计算不同参数条件下重构后的信号的峭度值，选用峭度值最大的一组参数重新对信号进行CEEMDAN分解，并进行信号重构。对重构后的信号进行RCMDE分析，提取故障特征向量，并利用支持向量机（SVM）进行分类识别。将优选参数的CEEMDAN分解方法和原CEEMDAN分解方法进行对比，结果表明：优选参数的CEEMDAN分解方法能更好地提取往复压缩机周期冲击性信号，有利于提高故障诊断的精确度。

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基于近似熵与支持向量机的异步电机故障诊断研究

李卫民, 马继召, 雷晓柱

机床与液压. 2021, 49(5): 173-176,155. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2021.05.034

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针对异步电机故障发生率高、故障类别难以有效识别的问题，提出一种基于近似熵与支持向量机的故障诊断方法。通过构造故障再现试验，分别测取4种不同状态类别的多测点振动信号样本。利用近似熵算法计算其近似熵样本值，得到4种不同状态类别的近似熵故障特征向量。结合支持向量机算法，构建支持向量机分类模型。近似熵特征量被划分为训练样本和测试样本，经验证其故障诊断准确率达97.5%，改进BP神经网络诊断方法的准确率为92.5%，结果表明：近似熵结合支持向量机方法具有更高的诊断精度。

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刊出日期：2021-03-15

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