2023年, 第51卷, 第11期　
刊出日期：2023-06-15
  

  • 全选
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    工业机器人专栏
  • 一种绳驱动并联清洗机器人的控制策略研究
    陈羿宗, 李建, 王生海, 刘可心, 韩广冬, 陈海泉
    机床与液压. 2023, 51(11): 1-6. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2023.11.001
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    绳驱动并联清洗机器人可以有效地代替人工实现对外墙的清洗作业，但是由于其自身受到外界干扰较多，而且机器人的所有动作都要确保绳索处于张紧状态，因此与传统的并联机器人相比，研究绳驱动并联清洗机器人的运动控制问题更具有挑战性。考虑实际使用过程中系统受到的外力干扰问题，通过牛顿-欧拉法和拉格朗日方程建立包含绳索弹性的系统动力学模型；结合PD前馈控制和传统的PID控制，设计包含绳索张力优化算法的控制律，通过李雅普诺夫稳定性理论证明控制算法的稳定性；通过数值分析验证了绳驱动并联清洗机器人在受到外力扰动时的理论跟踪性能，证明了该控制算法的有效性。
  • 基于点云的机器人激光焊接轨迹自动提取方法
    张宇宁, 官俊楠, 朱丽娜, 潘通, 徐金亭
    机床与液压. 2023, 51(11): 7-12. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2023.11.002
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    为越过从点云到CAD模型的重构，实现自由摆放立板的自动焊接，提出一种基于测量点云的机器人激光焊接轨迹自动提取方法。利用均匀采样法对点云进行简化，利用统计滤波剔除点云测量背景噪声，并对点云进行整体倾斜校正；提出一种数据扫描策略以实现组合立板顶面与底面的快速分割；在Alpha Shape算法识别出的立板顶面边界点基础上，采用距离约束去改进RANSAC算法，快速拟合出组合立板顶面边界轮廓；通过对分段顶面边界的快速排序及拓扑关系的还原，获得组合立板的角点；在此基础上，完成机器人激光焊接轨迹的自动构造。实验结果表明：该方法无需重构点云的CAD模型就可直接从测量点云中提取焊接轨迹，从而有效保证自由摆放立板的自动焊接。
  • 基于DDPG的下肢康复机器人轨迹跟踪控制
    赵子瑞, 陶庆, 杨涛, 吴斌, 王迪, 方婧瑶
    机床与液压. 2023, 51(11): 13-19. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2023.11.003
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    针对脑卒中患者在被动训练阶段使用下肢外骨骼康复机器人的高精度轨迹跟踪控制问题，以下肢外骨骼康复机器人为研究对象，提出一种基于深度确定性策略梯度的PD控制方法。采用Vicon三维动作捕捉系统采集正常人体步行的关节角度作为期望关节角度轨迹并建立下肢外骨骼机器人的动力学模型。该方法根据每次的误差输入以及与动力学模型交互获得奖励值而动态更新自身网络参数，从而自适应输出最佳的PD参数值。仿真结果表明：相较于传统PD控制，该方法髋、膝以及踝关节的跟踪误差平均减少9.4%，误差呈收敛趋势并趋于0，说明该方法可以有效地跟踪期望关节角度轨迹并具有良好的跟踪控制精度，保证患者的康复效果。
  • 基于新型趋近律的柔性机械臂滑模-最优组合控制
    朱其新, 孙文鑫, 朱永红
    机床与液压. 2023, 51(11): 20-26. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2023.11.004
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    为提高柔性机械臂的控制精度，提出一种基于滑模控制与最优控制相结合的组合控制方式。通过Lagrange法和假设模态法构建其动力学模型，进而运用奇异摄动理论对柔性臂进行解耦，获得慢变和快变子系统。对于慢变子系统，采用滑模控制实现轨迹跟踪，提出一种新型趋近律，该趋近律在幂次趋近律基础上加入变速趋近项，引入系统状态变量，动态调整趋近速率，同时增加指数项提高趋近速度，使用双曲正切函数替代符号函数以抑制抖振；对于快变子系统，采用最优控制进行振动抑制。MATLAB仿真结果表明，该组合控制方法相比于纯滑模控制，具有更好的动态性能和鲁棒性能。
  • 基于多传感器的机器人夹取系统研究
    王正家, 曾雨晴, 徐欣犀, 徐佑犀, 王超
    机床与液压. 2023, 51(11): 27-33. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2023.11.005
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    为解决由于内置传感器较单一导致的机器人抓取动作不灵活、作业精度低等问题，提出一种基于多传感器的机器人夹取系统。首先采用扩展卡尔曼滤波算法融合机器人内置传感器所测量的位置、速度和角度等信息，实现机器人自身位姿检测。在此前提下，利用外置传感器完成对目标物的自动识别与定位。为增强信息的可靠性和系统的分辨能力，并根据输出信号对机器人夹取动作进行运动学建模，设定夹取系统的硬件、软件环境及传输电路后完成系统设计全过程。实验结果证明：所提方法设计的机器人系统能够实现对夹取目标的精确对准，运动特性明显提高，作业误差有效减小。
  • 接触网双机械臂作业车运动学分析及轨迹规划
    郑雪楷, 刘放, 魏文清, 杨言
    机床与液压. 2023, 51(11): 34-39. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2023.11.006
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    针对铁路隧道中，接触网作业车自动化程度低、工作效率低等问题，研制一种可完成钢筋探测、钻孔打锚、拉拔测试、吊柱安装、维修保养等一系列作业的接触网双机械臂作业车。运用标准的D-H法对该双机械臂系统进行运动学建模，并对其进行正逆运动学的分析。通过齐次变换推导其末端执行器的姿态和位置，然后经过MATLAB仿真和数学计算结果比较证明建模的准确性。已知双机械臂系统的初始位姿和工作状态下的末端位姿，采用五次多项式插值的方法对双机械臂进行轨迹规划，并得到此轨迹下的双机械臂各关节的位移、速度和加速度曲线图，为双机械臂系统进一步的优化和后续的研究提供了参考。
  • 一种基于四元数法的焊接工作站协调控制算法
    冯桑, 王炳成, 陈爱
    机床与液压. 2023, 51(11): 40-44. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2023.11.007
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    针对6R串联机器人运动学求解计算量大、传统方法求解困难以及涉及多解和奇异性等问题，在普吕克坐标系下描述了刚体运动，建立其四元数数学模型以及6R串联机器人运动学数学模型，求得6R串联机器人运动学逆解。建立工作站中机器人与变位机的协调联动算法模型，包括位置协调算法、速度协调算法以及姿态协调算法，最终得到机器人与变位机的控制程序。并且搭建焊接机器人工作站进行算法的实验验证。
  • 改进SURF匹配算法在并联机器人中的研究
    张宁可, 任建华, 高瑞贞, 王键, 张海垒
    机床与液压. 2023, 51(11): 45-51. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2023.11.008
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    针对传统机器人中图像匹配方法准确率低、匹配时间长的问题，提出一种新型的基于机器视觉进行加速稳健性特性(SURF)的改进算法。以SURF特征点检测为基础，利用增强高效局部图像描述符(BEBLID)替换描述子，实现高维到二值化的转换；以自适应设定阈值方法降低人为设定对匹配产生的影响，结合渐进一致采样(PROSAC)优化策略对误匹配点对的剔除方法，获取有效的匹配点对。实验结果表明：与近几年改进算法相比，该算法在正确匹配率和匹配时间上分别提高了12.06%、9.66%，可见在特征点对的提取和匹配处理上，该算法具有更高的实时性、准确性，能够满足产品检测机器人分拣的实时性要求。
  • 移动机器人神经网络补偿计算力矩控制
    刘鑫, 陈昌忠, 罗淇
    机床与液压. 2023, 51(11): 52-58. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2023.11.009
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    针对存在动力学不确定建模项、建模误差及外界干扰的移动机器人，设计RBF神经网络补偿计算力矩控制算法。基于反步法设计运动学辅助速度控制率。根据动力学理想名义模型，基于计算力矩法设计一般的力矩控制器。在此基础上，建立具有不确定建模项、建模误差及外界干扰的移动机器人动力学模型，基于计算力矩法设计带有RBF神经网络补偿的力矩控制器，神经网络的权值由自适应律给出。最后，利用Lyapunov理论证明了系统的稳定性。仿真结果表明：神经网络对系统不确定项具有良好的逼近性能，相比于一般的计算力矩控制，所提出的神经网络补偿计算力矩控制算法具有更好的跟踪性能，控制系统具有更好的鲁棒性。
  • 配电网作业机器人协调控制动力学模型研究
    翟冬, 耿轶钊, 李洁静, 吴倩
    机床与液压. 2023, 51(11): 59-64. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2023.11.010
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    针对配电网人工检修作业风险高、效率低的特点，提出一种新型配电网检修作业机器人的结构模型。在该机器人结构基础上，建立工作机器人与工作物体之间闭合链的关节动力学模型，分别得到不同工作模式下的系统动力学方程；设计机器人的力-位置混合协调控制系统，提出闭环内力的动态分配方法，并通过仿真实验和现场运行验证了力-位置混合协调控制可以有效降低机器人操作过程中的闭环内力，表明该机器人能有效实现机器人的剥线、修线、连线等配电检修功能。
  • 一种视觉机器人抓取控制策略算法研究
    明鑫, 卢丹萍, 陈中
    机床与液压. 2023, 51(11): 65-71. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2023.11.011
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    针对视觉机器人抓取目标的稳定性和准确性，提出一种关注探索方法的强化学习策略。采用深度关注的确定性策略梯度算法，利用关注区域建议网络来选择预勘探区域消息，并通过自适应探索方法计算该消息，以随着目标的变化调整策略。根据末端执行器与预勘探区域中心之间的距离，定义分层奖励函数，用于减少稀疏奖励矩阵带来的杂项信息。在Bullet3环境下进行了训练，实验结果表明：所提策略能够克服训练过程中可能出现的稳定性差和收敛效率低的问题，能产生抗噪声干扰的鲁棒控制，且具有较高的抓取成功率。
  • 基于机器视觉的机器人作业目标定位
    徐征, 翟季青, 陈永强, 李原, 乐文静
    机床与液压. 2023, 51(11): 72-75. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2023.11.012
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    为了满足生产制造过程中物料无序分拣的需要，设计基于机器视觉的机器人作业目标定位系统。利用Qt开发人机交互界面，实现图像采集处理、通信和机器人运动控制功能。对图像进行阈值分割等处理，得到理想工作区域。通过机器人视觉系统标定实现相机像素坐标和机器人基坐标之间的转换，得到机器人坐标系下的工件位姿识别。在机器人目标抓取平台上随机摆放一定数量的工件进行数据采样，结果表明：系统准确度以及速度具有优势。
  • 混合动力机器人加工动力学模型及优化设计研究
    吕世霞, 冯志新
    机床与液压. 2023, 51(11): 76-83. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2023.11.013
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    针对加工用混合动力机器人结构，提出混合机器人动力学模型和优化设计方法。建立混合机器人的动力学模型，综合考虑了机器人工作空间/机器体积比、横向刚度和低阶模态3个性能指标，分析设计变量对性能指标的影响。在此基础上制定机器人内部并联机构的设计问题和综合设计策略，对机器人的结构进行优化。通过搭建多自由度混合机器人加工实验平台，结果表明所设计的混合机器人在较大的工作空间内具有良好的静态和动态特性，验证了所提模型的合理性。
    • 试验与研究
  • 二维超声振动辅助磨削氧化铝陶瓷的磨削力对比研究
    孙立业, 李红双, 邱喆, 杜添贺, 马廉洁
    机床与液压. 2023, 51(11): 84-88. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2023.11.014
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    冲击力、材料硬度的变化以及超声振动的施加方式是磨削力降低的主要原因。在普通磨削的基础上加入二维超声振动，分析磨削力的影响机制，在相同的磨削参数条件下，对氧化铝陶瓷进行普通磨削和二维超声振动磨削对比实验研究，分析工件进给速度、砂轮线速度、磨削深度对磨削力的影响。结果表明：二维超声磨削的法向、切向磨削力均小于普通磨削，磨削力降幅随着工件进给速度和砂轮线速度的增大而减小，随着磨削深度的增大而增大；普通磨削和二维超声磨削的法向、切向磨削力均随着工件进给速度和磨削深度的增大而增大，随着砂轮线速度的增大而减小。
  • 基于空化特性的高速轴向柱塞泵配流盘优化设计
    陈远玲, 闫明洋, 张阳
    机床与液压. 2023, 51(11): 89-95. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2023.11.015
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    以某型号高速轴向柱塞泵为研究对象，搭建其带空化模块的CFD数值仿真模型，并以此为基础，对柱塞泵在旋转过程中的空化情况进行分析。结果表明：空化主要发生在柱塞腔内，充液率不足及射流角过大是发生空化的主要原因。针对空化的产生机制，利用仿真数据与理论数据相结合的方法，对配流盘开口角度进行优化。根据流场情况，提出一种两端具有一定斜度的配流盘结构，并对该结构进行优化。在配流盘开口角度和结构优化后，柱塞腔内的整体空化程度下降了74.2%，对空化具有明显的抑制效果。
  • 一种永磁同步电主轴转矩脉动和电磁力波的抑制方法
    夏鹏澎, 于慎波, 翟凤晨, 窦汝桐, 于智泽, 江爽
    机床与液压. 2023, 51(11): 96-103. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2023.11.016
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    针对磁极为平行充磁且两边平行的表面式永磁同步电主轴存在转矩脉动和径向电磁力波的问题，提出一种磁极结构优化方法以抑制转矩脉动和径向电磁力波。基于等效面电流法建立磁极表面半径为任意值的永磁同步电主轴转子气隙磁场的解析模型；综合研究转子气隙磁场对定子开槽电主轴转矩脉动、径向电磁力波的影响；在最小气隙长度不变的前提下，确立优化目标(气隙磁通密度的谐波和幅值)，并通过迭代计算的方式得到满足不同优化目标的永磁体磁极结构方案(方案一结构和方案二结构)；最后，通过有限元法验证转子气隙磁场解析模型的有效性，并对原结构电主轴、方案一结构电主轴和方案二结构电主轴的转子气隙磁场谐波、转矩脉动、齿槽转矩、平均转矩和径向电磁力波进行对比分析。结果表明：该优化方法可以得到满足不同优化目标的永磁体磁极结构方案，实现原电主轴指定阶次磁通密度谐波、转矩脉动和径向电磁力波的综合抑制。
  • 基于Logistic回归的数据富裕环境下制造过程质量动态监控
    张帅, 吕晨, 杨剑锋
    机床与液压. 2023, 51(11): 104-108. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2023.11.017
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    针对数字化工厂“数据丰富，信息贫瘠”环境下制造车间生产过程存在异常信息利用不充分而造成监控效率低的问题，提出基于SPC技术和Logistic回归模型的制造过程质量监控方法。将关键工序中相关质量数据采集到MES系统，根据过程质量数据绘制T2控制图，然后利用Logistic回归模型挖掘过程异常信息，并通过T2和Logistic回归的联合优化实现数字化工厂制造过程质量监控的动态调整。以某薄膜晶体管液晶显示器等离子薄膜沉积生产工序为实际案例，验证了该制造过程质量监控方法的可行性和有效性。因此，在T2控制图的基础上通过Logistic回归模型考虑过程异常信息能够提高制造过程质量监控的灵敏性和鲁棒性。
  • 微孔节流气体静压止推轴承跨缝过程时变特性研究
    于贺春, 寇新俊, 王文博, 张国庆, 王进, 张素香, 殷晓龙
    机床与液压. 2023, 51(11): 109-114. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2023.11.018
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    目前，大型气浮平台均采用花岗岩平台拼接而成，平台拼缝会对实验效果产生一定影响。针对上述问题，以微孔节流气体静压轴承运动中经过平台拼缝时的时变特性为研究对象，建立微孔节流止推轴承物理模型，并使用CFD软件与UDF相结合的动网格技术实现轴承跨越平台拼缝的动态过程仿真，研究不同气膜厚度、进气口压力、平台拼缝位置对轴承承载力和压力分布的影响。结果表明：当平台拼缝到达微孔分布圆附近时承载力急速下降，且平台拼缝到达轴承中心时承载力下降到最小值；随着气膜厚度的增加，轴承承载力的最大损失比例随之增加，并最终稳定到0.6；平台拼缝位于供气孔分布圆之外时，轴承边缘与平台拼缝之间的承载面将失效；通过增加进气口压力，轴承承载力整体有明显提升，但承载力损失速度也明显加快。
  • 华中8型数控系统无线电子手轮设计
    安建波, 周阳, 李波, 姜涛
    机床与液压. 2023, 51(11): 115-119. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2023.11.019
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    数控系统标配有线电子手轮，由于连接线约束，导致使用过程存在诸多不便，尤其大型龙门机床。为此，基于无线射频技术，开发面向华中8型数控系统的一种低功耗、高可靠性无线电子手轮。进行整体方案设计，接着完成信号采集电路、信号传输电路及软件模块的开发，最后开展无线电子手轮的功能测试与验证。相关测试结果表明：无线电子手轮具备了有线电子手轮的全部功能，操作方便，稳定可靠，工程应用价值较好。
  • 永磁同步电机优化模型预测双转矩控制
    黄向慧, 张乾坤, 杨方
    机床与液压. 2023, 51(11): 120-126. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2023.11.020
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    针对永磁同步电机模型预测转矩控制计算量大、权重系数难以确定和转矩脉动大的问题，提出优化模型预测双转矩控制方法。该方法用有功转矩和无功转矩双转矩代替磁链和转矩的代价函数，从而简化系统结构。构建具有预测-校正功能的补偿函数，对补偿函数进行校正，降低延时问题产生的影响。在此基础上，加入扇区判断环节，将待选电压从8个减为3个，大大减少计算量。仿真结果表明：优化模型预测双转矩控制方法转矩脉动更低、计算量更小、动态响应更快。
  • 工作液超声振动辅助电火花小孔加工装置设计与试验
    连海山, 徐达华, 陈小军, 丁梓瀚, 张林鹏
    机床与液压. 2023, 51(11): 127-132. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2023.11.021
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    电火花加工小孔存在电蚀产物排出效率低导致加工效率低、电蚀产物排除导致二次放电现象影响加工精度等问题，而超声振动在工作液中产生空化效应和泵吸作用，能大幅提高电火花的排屑和消电离能力，进而在很大程度上减少上述问题的发生。设计一套工作液超声振动辅助电火花小孔加工装置，主要包括主轴系统、微三维运动平台、超声振动工作液槽和数据采集系统，其中主轴系统包括NSK电主轴、引电结构、工具电极装夹结构，可以实现工具电极的高速旋转；基于LabVIEW开发了电火花小孔加工控制系统，主要包括初始化模块、粗定位模块、恒电压对刀模块、实时电压分段控制加工模块和实时显示模块。开展了工作液超声振动辅助电火花小孔加工试验研究，试验结果表明：随电火花加工电压的增加，工件材料去除率和电极损耗率都趋于增大。
  • 金刚石砂轮修整机脉冲电源的设计与应用
    季希宁, 顾林峰, 陆晓淳, 顾洪良, 鱼志强, 王昌喜
    机床与液压. 2023, 51(11): 133-139. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2023.11.022
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    针对传统的电火花金刚石砂轮修整机脉冲电源人机交互方式陈旧、电源主振脉冲抗干扰能力弱、放电效率低及寄生电感严重等的缺点，设计一款电火花脉冲电源。采用三菱PLC作为系统主控制器，选用STC8A8K64S4A12单片机与EPM570T100C5N CPLD可编程逻辑器件作为脉冲主控芯片，并进行电火花脉冲电源的硬件与软件设计。同时制作金刚石砂轮修整机电源样机，以石墨轮为电极，金刚石砂轮为加工工件进行放电加工试验，检验设计的电源加工性能，并与传统电火花金刚石砂轮修整机进行工艺对比试验。结果表明：设计的脉冲电源控制方式简洁，参数设置方便，放电波形抗干扰能力强，不易失真，放电效率较高，加工的金刚石砂轮表面质量较高，成型面颗粒完整度高。
  • 浮动油封端面比压的参数分析及实验研究
    侯志刚, 丛小朋, 李进敏, 孙波, 于德海
    机床与液压. 2023, 51(11): 140-144. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2023.11.023
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    浮动油封的结构参数决定端面比压的大小，进而直接影响其密封效果，因此建立端面比压与结构参数的准确关系，对浮动油封的设计有重要意义。利用Abaqus软件建立浮动油封的二维轴对称模型，通过仿真正交试验分析浮动油封的几何参数、安装间距、O形密封圈硬度等结构参数对端面比压的影响，并对影响端面比压的关键因素进行参数分析，得到端面比压与浮动油封结构参数之间的回归模型，最后通过试验验证回归模型的准确性。结果表明：影响浮动油封端面比压的关键结构参数为安装间距、浮封环腰径、浮封座锥面角度、密封圈硬度、密封圈截面直径，回归模型计算结果与试验数据吻合良好，表明回归模型符合实际，能够为浮动油封的结构设计提供有效参考。
    • 建模与仿真
  • 煤矿水压安全阀异形阀腔瞬态空化特性研究
    骆元庆, 王传礼, 何涛, 张文标, 杜明港, 张明文
    机床与液压. 2023, 51(11): 145-149. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2023.11.024
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    安全阀是煤矿液压支架水压化的关键元件，但由于水介质的汽化压力较高，导致液压元件在节流口处易产生空化。为了深入研究煤矿水压安全阀异形阀腔瞬态空化流场分布，通过Fluent软件，对简化后的安全阀异形阀腔流场分别进行网格和时间步长独立性验证，确定了网格数量与时间步长后对异形阀腔流场进行瞬态分析。通过瞬态模拟仿真结果可知：流场内部存在着一定的周期性空化流动，湍动能条带的前、后端处促进了空化云团的产生、发展和溃灭，空化周期的变化规律和湍动能值的变化趋势相反。速度漩涡和由高速射流区产生的湍动能条带是影响周期性变化的重要因素。
  • 基于自抗扰的飞机改装液压同步顶升系统研究
    王涛, 朱绍根, 唐杰, 姚瀚林
    机床与液压. 2023, 51(11): 150-154. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2023.11.025
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    在飞机改装作业前需要通过多个千斤顶将飞机进行顶升。由于人工操作和千斤顶的液压缸中元件安装精度等会导致顶升过程中两侧位置不同步。针对飞机同步顶升过程的同步性及稳定性等问题，基于千斤顶中液压缸电液比例阀的数学模型，采用自抗扰同步控制策略，搭建双液压缸电液比例“主从”控制系统仿真模型进行研究。将“主从”自抗扰模型的仿真结果与传统PID控制仿真结果进行比较，结果表明：采用自抗扰控制器可有效减少主从双缸同步误差，实现对工况中扰动的补偿，提高顶升系统精度及抗扰能力。
  • 基于AMESim的智能综采工作面电液控制系统的仿真研究
    孙优, 李永安, 王宏伟, 杜会峰
    机床与液压. 2023, 51(11): 155-161. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2023.11.026
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    以智能综采工作面电液控制系统为研究对象，介绍该系统的工作原理，分析五柱塞乳化液泵、卸载阀、电液换向阀组的工作原理和结构特点，建立关键元件的数学模型。基于AMESim仿真软件，构建系统关键元件的仿真模型，对不同工况状态下的系统进行仿真，分析卸载阀关键结构参数对系统压力特性的影响。结果表明：仿真模型准确，液压系统性能良好，乳化液泵的流量仿真结果与传统计算方法数值吻合，卸载阀不同阻尼孔参数对系统压力特性影响效果不同。
  • 机床稳健性温度敏感点选择及热误差建模
    尹静, 宋飞虎, 王梦柯, 吕长飞
    机床与液压. 2023, 51(11): 162-167. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2023.11.027
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    针对VMC1165B立式加工中心，进行机床热特性及温度场分析，基于试验数据，避免进行热机制分析和计算温度场边界条件。采用模糊聚类结合Pearson相关系数法选出4个稳健性温度敏感点建立热误差模型，验证模型预测性能，并与模糊聚类结合灰色关联度选出的非稳健性温度敏感点热误差预测模型对比。结果表明：稳健性温度敏感点热误差预测模型的机床X向最大残差下降了25.44%，Y向最大残差、平均绝对误差和均方差分别下降了25%、23.03%和33.25%。
  • 碳纤维增强复合材料双面埋头压铆模拟分析
    屈力刚, 邵帅, 李静, 吕光明
    机床与液压. 2023, 51(11): 168-173. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2023.11.028
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    铆接技术作为一种不可拆卸的连接方式，在飞机装配过程中被广泛使用，同时碳纤维增强复合材料由于自身优异的力学性能也成为了航空工业中热门。在碳纤维增强复合材料铆接的过程中，铆钉的变形会对铆接的碳纤维增强复合材料造成损伤，从而影响铆接的质量以及其使用寿命。针对这一问题，使用有限元仿真软件ABAQUS创建复合材料双面埋头压铆三维模型，通过ABAQUS子程序接口编写VUMAT用户材料自定义程序，分别取Hashin准则和Puck准则的优势作为三维失效准则，选用合理的刚度退化方式对压铆后的复合材料的渐进损伤进行分析。通过ABAQUS对复合材料压铆过程模拟，得到铆钉在压铆过程中的成形规律和复合材料层合板的主要损伤失效形式为基体的压缩和拉伸、纤维压缩以及其损伤失效的扩展方向。
  • 基于遗传算法的大吨位多油缸同步举撑系统研究
    孔汉, 陈傲松, 李楠, 安小宇, 李刚, 时安琪, 徐莉萍
    机床与液压. 2023, 51(11): 174-179. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2023.11.029
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    针对隧道掘进机(TBM)洞内拆装过程中，液压举撑TBM主机的负载不平衡影响多油缸同步举撑控制系统稳定性的问题，设计一套大吨位多油缸液压同步举撑控制系统，对各个液压元件进行简化建立数学模型。基于传统的PID控制方法引入遗传优化算法，对PID参数进行整定，运用MATLAB/Simulink仿真软件，与常规PID参数整定经验数据法进行比较。仿真结果表明：调节时间缩短了60%，稳态误差降低了52.38%，最大跟踪误差减少了48.57%，平均跟踪误差减少了51.62%，抗干扰性能更强，所设计的控制算法能够满足大吨位多缸液压同步举撑系统稳定性的要求。
    • 综述与分析
  • 磨削划伤成因分析与工程控制
    冯克明, 曹唯飞, 杜晓旭, 赵金坠, 化曼丽, 冯兵强
    机床与液压. 2023, 51(11): 180-187. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2023.11.030
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    磨削加工是现代装备制造业发展的重要支撑之一。但是，在磨削加工特别是精密、超精密磨削加工过程中，磨削划伤却时有发生，严重困扰着磨削技术的应用与发展。为此，通过大量磨削现场及零件表面磨削划伤查寻与测量，结合切削学、摩擦学、物理学、材料学、影像学相关知识，对磨削工程中各种磨削划伤进行了全面梳理及分析。探究了磨削划伤的主要技术特征；基于砂轮周边磨削和端面研磨二种磨削方式，揭示了单颗磨粒磨削划伤和团聚磨粒磨削划伤形成过程；归纳了影响磨削划伤的主要因素，提出了应对技术措施。
    • 故障诊断与可靠性
  • 基于WTD-AR谱和MEA-BPNN的轴承故障诊断方法
    金志浩, 汪红, 陈广东, 韩林洋
    机床与液压. 2023, 51(11): 188-193. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2023.11.031
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    针对滚动轴承故障诊断模型在噪声干扰下鲁棒性能差的问题，提出一种基于小波阈值去噪(WTD)、AR谱和思维进化算法(MEA)优化反向传播神经网络(BPNN)的轴承故障诊断方法。以原始振动信号为输入，采用小波方法分解重构原始信号滤除高频噪声，然后采用Burg算法估计AR模型参数提取降噪信号功率谱特征，最后将特征向量与对应标签分别作为MEA-BPNN神经网络的输入、输出进行训练，最终实现诊断。将该方法与一些先进的人工神经网络诊断方法作比较，测试该诊断模型的性能。研究结果表明：WTD-AR谱-MEA-BPNN诊断模型能够有效降低轴承振动信号的噪声干扰，实现特征增强，分辨率更高；相较于传统神经网络训练速度更快，在更短时间内甄别故障类型且识别率高。
  • 基于WTD和CEEMD的轴承故障特征提取方法
    邹腾枭, 王林军, 刘洋, 蔡康林, 陈保家
    机床与液压. 2023, 51(11): 194-198. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2023.11.032
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    针对轴承故障信号常混有噪声干扰且故障特征难以准确提取问题，提出一种基于小波阈值去噪(WTD)和互补集合经验模态分解(CEEMD)的轴承故障特征提取方法。采用WTD对原始信号进行降噪预处理；对去噪信号进行CEEMD分解得到一系列本征模态函数(IMF)；然后计算各个IMF和去噪信号的互相关系数，通过设定互相关系数阈值筛选有用IMF；最后将有用IMF重构并利用包络谱对重构信号提取故障特征频率。实测信号表明：所提出的方法能降低噪声干扰并有效提取故障特征信息，证明该方法在噪声环境下具有较高的可行性和较强的实用性。
  • 某型车辆液压换挡缓冲系统故障仿真分析
    董家辉, 李焕良, 陈威
    机床与液压. 2023, 51(11): 199-205. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2023.11.033
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    液压换挡缓冲系统是车辆减小换挡冲击、提高换挡品质的核心系统。车辆出现换挡失灵、换挡冲击、系统局部发热严重等故障都与液压换挡缓冲系统内部的异常状态紧密相关。对液压换挡缓冲系统进行理论分析的基础上，采用AMESim仿真软件对该系统进行建模，使用仿真结果与数学模型计算数据、试验台数据曲线对比，验证仿真模型的可行性。通过注入节流孔堵塞、阀芯卡滞、弹簧疲劳老化等典型故障要素对该系统展开故障仿真分析。得到换挡缓冲系统前端堵塞、缓冲阀阀芯位移量、保压阀弹簧刚度对缓冲油压特性的量化影响结果，并结合换挡油压曲线对具体故障现象展开分析。
  • 基于KECA和BO-SVDD的滚动轴承早期故障检测
    栗子旋, 高丙朋
    机床与液压. 2023, 51(11): 206-213. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2023.11.034
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    为了实现更早地检测出滚动轴承发生故障，提出一种基于核熵成分分析(KECA)和贝叶斯优化(BO)算法优化支持向量数据描述(SVDD)的滚动轴承早期故障检测方法。提取轴承振动信号的时域、频域特征以及小波包分解节点能量特征，组成多维特征矩阵；利用KECA对多维特征矩阵进行降维处理，进而提取有效特征；最后，选取轴承正常状态的特征指标训练模型，利用BO算法确定SVDD的惩罚因子和核宽度，进而得到早期故障检测模型。利用该模型对XJTU-SY数据集中不同工况下的轴承进行早期故障检测，结果表明：KECA能够有效地提取特征信息，减少冗余信息的干扰；该模型整体上能够较早检测出故障的发生，并且有较好的鲁棒性和泛化能力。
  • 基于RBF神经网络的高精度数控机床可靠性分析方法
    白娜, 赵鲁燕, 黄再辉
    机床与液压. 2023, 51(11): 214-218. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2023.11.035
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    高精度数控机床可靠性分析能够快速解决数控机床故障问题。为提高高精度数控机床可靠性分析准确性，设计一个基于RBF神经网络的高精度数控机床可靠性分析方法。应用多体系统模型，对数控机床建模，提取机床内部特征，对故障数据分类处理，完成故障数据分布拟合。在此基础上，建立数控机床可靠性评价指标，训练RBF神经网络，实现高精度数控机床可靠性分析。实验结果表明：所提出的高精度数控机床可靠性分析方法的定位误差较小，能够准确统计出数控机床的故障模式频次，确保了可靠性分析效果，提高了数控机床可靠性分析准确性。
  • 基于EMD-AR谱频带能量特征的故障特征提取方法研究
    秦志英, 杨航港, 赵月静
    机床与液压. 2023, 51(11): 219-223. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2023.11.036
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    通过将经验模态分解(EMD)和AR功率谱参数估计模型相结合，提出一种基于EMD-AR谱估计提取频带能量特征的方法。对振动信号进行经验模态分解，并将分解后能量占比较大的前几组固有模态函数分别进行AR谱估计得到EMD-AR谱曲线；按照频带对EMD-AR谱曲线分段并分别对每一段的能量进行求和，归一化后作为特征值。搭建齿轮箱故障试验平台，采集振动信号进行EMD-AR谱频带能量特征提取，并将所得特征值输入到SVM中进行训练和诊断。结果表明：该特征提取方法结合SVM所得到的故障诊断模型具有较高的识别准确率，能够有效、准确地进行诊断识别。
  • 基于Bi-GRU模型的航空发动机外部液压管路故障诊断研究
    黄续芳, 赵平, 冯铃, 张丽
    机床与液压. 2023, 51(11): 224-232. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2023.11.037
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    针对航空液压管路故障信号含有噪声干扰导致管路故障识别困难的问题，提出一种基于双向门控循环单元(Bi-GRU)的深度学习液压管路故障诊断方法。由Bi-GRU神经网络模型综合液压管路数据进行时序特征提取，基于同一含噪声的液压管路振动实测数据，输入到Bi-GRU、GRU、RNN、SVM、BPNN等5种故障诊断模型中进行训练。最后，为了进一步展示Bi-GRU模型对于航空液压管路不同故障类型特征的学习能力，利用t-SNE降维算法进行液压管路特征可视化。结果表明：基于Bi-GRU航空故障诊断方法能达到99.60%的准确性，明显优于GRU等其他4种神经网络模型，Bi-GRU模型在含有噪声的液压管路数据上具备更出色的特征提取能力，可有效地提取出液压管路故障数据特征，从而实现了液压管路故障的智能化识别。
机床与液压
Machine Tool & Hydraulics
ISSN 1001-3881
CN 44-1259/TH

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