2023年, 第51卷, 第13期　
刊出日期：2023-07-15

  

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试验与研究
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  比例控制回路压力补偿分析

  郭锐, 牛雯雯, 王涛, 王建伟, 蔡伟

  机床与液压. 2023, 51(13): 1-6. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2023.13.001

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  针对带压力补偿功能的比例控制回路中传统单级补偿阀弹簧可调性差引发流量控制方式单一的问题，研究一种基于变压差压力补偿原理的比例控制手段。以一种带新型变压差压力补偿单元的马达控制回路为研究对象，针对控制回路进行仿真，获取仿真环境下比例控制阀流量及压力的变化规律，揭示负载发生变化时，带变压差压力补偿单元的比例阀控制回路系统的抗干扰特性和调速机制。最后比对实验结果并对仿真模型的正确性进行验证。结果表明：研究的变压差压力补偿回路相比传统单级压力补偿回路性能更优，可通过调节压力补偿阀先导元件的设定值使比例控制回路拥有更大的流量调节范围。
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  变结构气动软体机械手的设计及试验研究

  付敏, 王成梦, 郝镒林, 高泽飞, 陈效庆

  机床与液压. 2023, 51(13): 7-13,26. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2023.13.002

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  针对软体机械手抓取稳定性差等问题，设计一种由转换机构和软体手指等组成的变结构气动软体三指机械手。机械手可实现4种抓取模式，通过转换机构的结构变换改变软体手指的工作空间，使其处于最佳抓取位置。建立手指的单腔室弯曲数学模型以得出充气压力和弯曲角度的关系，采用有限元法分析各参数对腔室弯曲角度的影响，并对腔室结构进行优化；通过充气弯曲试验，验证了软体手指的良好性能；通过软体手指输出力测试获取输入气压和输出力的关系。制作样机并对8种物体进行抓取试验，结果表明：该机械手抓取稳定，能够实现对0～320 g范围内各种不规则及软硬度不同物体的无损抓取。
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  基于LESO的永磁伺服系统无模型无差拍电流预测控制

  姜晨艳, 李德义, 朱其新, 张国平

  机床与液压. 2023, 51(13): 14-20. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2023.13.003

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  受工况及运行环境的影响，永磁同步电机的参数会在运行过程中发生一定程度的变化。为解决电机参数变化导致的模型失配问题和数字控制系统中的一拍延迟问题，将无差拍电流预测控制与无模型控制结合。针对传统无模型控制中扰动估计的复杂和耗时问题，引入线性扩张状态观测器对系统扰动进行估计并进行前馈补偿。将基于传统PI控制的永磁伺服系统模型与文中所提模型进行仿真对比实验，仿真结果证明文中所提方法改善了永磁同步电机控制系统的动态响应性能且具有更强的鲁棒性。
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  多线切割机线锯系统张力预补偿控制与试验

  范维, 陈剑文, 曾荣

  机床与液压. 2023, 51(13): 21-26. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2023.13.004

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  针对多线切割机线锯缠绕换向和往复走丝加工硬脆材料，导致线锯张力变化影响加工精度的问题，提出一种新的张力预补偿控制策略。首先通过自主研发的多线切割机和张紧轮系统，研究线锯在导轮两侧的张力变化规律。然后根据线锯张力波动对张紧轮角位移的影响得出张紧控制系统的预补偿模型，结合伺服系统三环架构，设计基于可编程运动控制器的多线切割张力预补偿控制器，进行张力预补偿控制与伺服系统自带的传统PID控制下的张力波动与速度跟随性能测试和试验验证，试验结果表明张力预补偿控制下线锯张力波动差值更小，线锯系统稳定性更好。
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  3D打印机送丝机构和喷嘴协同优化研究

  周石林, 张秀芬

  机床与液压. 2023, 51(13): 27-33. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2023.13.005

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  为提高3D打印机出丝的连续性与稳定性，提出送丝机构和喷嘴协同优化方法，克服了已有的打印机喷嘴和送丝机构单独优化而忽略两者之间耦合效应的不足。以喷嘴加热段长度、散热段长度、出口长度、送丝速度为优化参数，以喷嘴截面平均速度和平均温度为优化目标，设计正交试验，进行流体仿真。为快速得到最优方案，基于神经网络与NSGA-Ⅱ算法进行优化分析，结果表明：加热段长度为6 mm、散热段长度为4 mm、出口长度为0.7 mm、送丝速度为4.5 mm/s时，最大喷嘴截面平均速度为78 mm/s，最大平均温度为208.39 ℃，最大平均速度提高2.6%，最大平均温度提高1.22%。以最佳工艺参数组合进行流体仿真验证，结果表明：喷嘴截面平均速度与温度确实明显提高。
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  基于改进人工水母搜索算法的电液伺服系统控制研究

  付荣赫, 秦泰, 张奇, 邢吉生

  机床与液压. 2023, 51(13): 34-38. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2023.13.006

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  电液伺服系统是工业制造领域不可或缺的一部分，它是一个复杂的时变非线性系统，常规PID在实际工业控制中存在参数调节难度大、效率低等问题，很难达到理想的控制结果。针对以上问题，提出一种改进人工水母搜索算法来优化PID控制器参数的方法，将蝴蝶算法中随机移动概念引入到人工水母算法中，并将其和PSO算法、标准人工水母搜索算法进行对比分析，利用MATLAB 软件搭建PID控制模型。仿真结果表明：运用改进人工水母搜索算法能高效、精确、快速地寻优出PID控制器的最佳参数，并展现出了鲁棒性好、调节时间少、运行相对稳定等优点，系统的控制性能得到了显著提升。
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  考虑冲击与齿根应力的齿轮接触稳定性分析

  何延晓, 王承登, 伍宏建, 刘威, 刘鹏

  机床与液压. 2023, 51(13): 39-45. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2023.13.007

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  为研究齿轮冲击、运行工况等因素对齿根应力及齿轮接触稳定性的影响，阐明各因素间关联关系，应用能量守恒定理计算了变工况下齿轮啮合冲击力，并用修正后的齿根应力计算法对不同转矩下齿根应力进行计算。并以一对机匣齿轮为例，应用有限元法建立真实工况下齿轮动态啮合模型，计算齿轮动态接触力，与理论值进行对比，验证其合理性。随后分别分析不同工况对齿轮啮合冲击力、齿根应力与接触稳定性的影响，最后综合分析了转速、转矩、啮合冲击力、齿根应力之间关联关系，阐明了齿轮接触稳定性随工况变化的规律，为齿轮系统最佳工况选取及接触稳定性优化提供参考。分析结果表明：转矩变化会引起接触力、齿根应力与啮合冲击共同变化，其对接触稳定性的影响大于转速。
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  液相辅助激光加工织构微观形貌变化及其影响机制

  黄珂, 杨发展, 郑凯瑞, 扈伟昊, 林云龙

  机床与液压. 2023, 51(13): 46-51. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2023.13.008

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  刀具的快速磨损是制约金属切削效率和加工质量的关键因素，为了增强刀具的耐磨性，延长刀具使用寿命，提高工件的加工质量，通过试验探究液相辅助激光加工织构形貌的特征，分析激光加工参数、液体种类和织构形状对所加工织构质量的区别。结果表明：扫描速度对织构形貌影响较大，硝酸和氢氟酸混合溶液辅助下加工的织构形貌较好，液相辅助激光加工技术更适用于无特定形状的大面积织构加工。
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  面向立铣刀磨损的在机视觉检测方法研究

  刘建春, 苏进发, 叶中赵, 尹露露

  机床与液压. 2023, 51(13): 52-57. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2023.13.009

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  针对立铣刀在机视觉检测要求，设计了搭建在机床侧窗的伸缩式检测机构，提出用迭代法快速收敛得到刀具磨损区的初阈值，引入类内方差函数改进最大类间方差法，修正传统算法边界模糊、纹理识别不全、对噪声敏感的缺陷。根据灰度矩旋转不变特性，融合Canny算子提取亚像素级磨损边缘，基于图像平面，创建立铣刀磨损轮廓模型，重构切削刃原轮廓，实现立铣刀磨损快速检测。选取5把立铣刀开展铣削实验，将检测系统与影像测量仪的测量值进行对比。结果表明：测量偏差小于0.01 mm，立铣刀生命周期内各磨损阶段的平均准确率均达到93%以上，综合平均准确率达到95.98%，证明了检测系统的准确率与稳定性。
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  基于单温度传感器的数控机床主轴热误差建模方法研究

  林伟铖, 尹玲, 张斐, 吕峥

  机床与液压. 2023, 51(13): 58-62. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2023.13.010

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  为了提高热误差模型的预测精度和减少布置在机床内部的温度传感器数量，提出一种基于单个温度传感器数据的主轴轴向热误差辨识模型。该模型的输入由单个温度传感器采集的数据处理生成，内部参数少，利用智能优化算法的全局寻优能力辨识模型参数，减少人工干预，使得模型泛化性更强。以某型号三轴机床为实验对象，通过机床切削工件，验证模型辨识效果。通过与神经网络主轴热误差预测模型对比分析及实验验证，结果表明：提出的热误差模型预测主轴轴向热误差的残差较小，预测精度较高，且具有内部参数少和泛化能力强等优点，可支持数控机床的集成应用。
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  计入齿圈螺栓约束的行星齿轮箱振动模型研究

  杨秋平, 李志强

  机床与液压. 2023, 51(13): 63-71. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2023.13.011

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  针对行星齿轮箱振动响应，建立考虑齿圈螺栓约束的行星齿轮箱振动信号模型。基于集总参数模型，求解各部件的振动位移，计算内齿轮副的啮合力；将带螺栓约束的齿圈简化为欧拉-伯努利梁，通过求解梁的振动建立齿圈上任意点的振动信号。基于所建立的信号模型，分析振动信号的传输机制、振幅调制和重叠现象，以及螺栓约束对齿轮箱振动的影响，最后通过实验验证了新方法的合理性。该新模型不需要考虑所选振动部件的窗函数和权值，可以有效避免人为干扰，具有较强的通用性和适用性。
设计与开发
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  高频脉动气体射流喷头仿真设计

  王嘉凯, 戴玉堂

  机床与液压. 2023, 51(13): 72-77. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2023.13.012

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  为改善飞秒激光加工形貌及提高加工深度，设计一种高频脉动气体射流系统。利用双稳态射流开关实现高频振动与射流的耦合，形成脉动射流。该结构形成脉动射流主要存在2种机制：一是质量流进入空气产生的声压，在理论上能够产生大约2 500 Hz的振动；二是射流在开启和关闭过程产生的振动。运用CFD技术探究了射流喷头各项结构参数对射流效果的影响，仿真结果表明控制流道宽度、侧壁倾角、主流道宽度分别对切换时间、压力振幅、出口速度的影响最大，侧壁倾角为12°，控制流道宽度为0.7 mm且垂直于输出流道，劈距为8 mm，主流喷嘴宽度和主流道宽度为1 mm时得到最理想的优化结果。
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  一种弹性足式机器人腿部结构设计与分析

  曹钰, 秦建军, 邵派, 江磊, 苏波, 孟圆

  机床与液压. 2023, 51(13): 78-86. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2023.13.013

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  针对足式机器人在实现奔跑、跳跃等极限运动时，腿部会受到地面较大反向冲击力的问题，使用仿生学方法以猫科动物腿部骨骼肌系统为仿生对象，通过引入变刚度弹性杆件对闭链连杆机构进行优化设计，设计一种结构简单、能够有效储存地面反向冲击力并将其转化为运动时动能的足式机器人腿部机构；建立数学模型，对变刚度弹性元件进行定量分析，并采用矢量回路法对连杆机构进行运动学分析；建立优化前后两种单腿机构的虚拟样机，使用MATLAB软件设计控制系统，并应用ADAMS对虚拟样机进行行走、跳跃仿真，对优化前后两种腿部机构进行对比实验；在此基础上搭建实物样机，并进行实验验证。实验结果表明：所提出的足式机器人腿部结构具备可实现性，能够将来自地面的冲击力转化为运动的动能，提升足式机器人的跳跃高度。
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  基于流固耦合的插齿机静压主轴结构优化设计

  易宗煜, 丁国龙, 王维, 彭玲

  机床与液压. 2023, 51(13): 87-94. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2023.13.014

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  液体静压轴承由于具有较高的旋转精度和油膜刚度等特点广泛应用于精密、高速插齿机主轴上，然而主轴往复运动引起的发热以及摇杆对主轴侧向作用力的周期性变化将导致静压油膜刚度发生变化，从而影响加工精度。针对大齿宽长行程插齿机YKW51160的静压主轴刚度不足问题，建立油膜有限元分析模型，采用静压油腔边缘倒角和回字形油腔2种结构优化设计方案以提高静压油膜刚度和承载能力；基于流固耦合方法对优化后的静压轴承承载能力以及油膜刚度进行分析验证。仿真和实例计算结果表明：优化后的轴承承载能力和油膜刚度最大提升12%和12.3%，满足摇杆对主轴径向周期性的冲击所需的承载能力和油膜刚度要求。
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  水下机器人对接装置液压系统设计及仿真

  杜晓飞, 顾晴

  机床与液压. 2023, 51(13): 95-99. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2023.13.015

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  水下机器人对接装置能够与水下机器人进行连接，进而对水下机器人进行能源补给并与其进行数据交换。针对现有对接技术的特点及不足，提出一种新型的适用于大深度海底环境的水下对接装置。针对传统油液压技术在海中工作因泄漏对海洋环境造成污染的问题，研制了以水-乙二醇液压液为工作介质的液压系统方案。为实现对接装置的自动动作，设计了对接装置控制系统。为了研究控制系统性能，推导了锁紧回路阀控非对称式液压缸的数学模型，在此基础上得出系统总体的数学模型，并运用MATLAB/Simulink进行仿真，采用PID控制算法提高控制系统性能。
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  基于PLC的网络变压器绕线平台设计

  刘彦希, 王佳, 吴浩, 何庆中, 龚佳

  机床与液压. 2023, 51(13): 100-105. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2023.13.016

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  针对U912002-2型12针网络变压器绕线过程进行研究，设计一种基于PLC的全自动网络变压器绕线平台。依据绕线流程，确定绕线平台总体功能及结构方案，完成了PLC、伺服电机、伺服驱动器等各功能部件及控制系统硬件选型和搭建，采用XDPPro软件编写控制程序，完成人机交互界面设计，解决了绕线头的动作次序及协调性问题。相比企业原有人工绕线方式，该平台的绕线效率提高了3～4倍，达到了120～130个/h，产品合格率在96%以上。
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  一种轻型仿人机械臂关节并联机构设计

  王文萍, 刘伟潮

  机床与液压. 2023, 51(13): 106-111. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2023.13.017

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  基于人体上肢手臂结构特点与运动特性，提出一种轻型仿人绳驱动协作机械臂结构，完成了3-RRRR-(UPU)腕关节并联机构设计；弓形连杆铰链中心连线两两对角相交，交点随动平台相对静平台作球面纯滚动，形成椭圆运动轨迹。构建虚拟圆逼近椭圆误差模型，采集不同尺寸下并联机构运动误差数据进行插值优化处理，得出插值优化模型；在动、静平台分别建立动、静坐标系，构建并联机构运动学简图，完成正运动学分析。通过正运动学分析结果推演出绳索长度与并联机构末端动平台位姿关系，并通过逆运动学分析验证机构正运动学分析。
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  深孔精加工中的自适应减振镗杆系统设计

  刘浩, 胡文亮, 冯伟

  机床与液压. 2023, 51(13): 112-116. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2023.13.018

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  针对深孔镗削精加工中高长径比镗杆存在较低的颤振稳定极限，导致容易发生颤振的问题，设计了一种自适应减振镗杆系统。通过调节O形环弹簧的轴向压缩，调谐附加质量阻尼减振器的固有频率，以最大化其动态刚度和适应大范围的长径比；利用电磁激振器和非接触式电容位移传感器自动测量镗杆的频响函数，并通过压缩O形环自适应调谐附加减振器的固有频率；最后，将镗杆频响函数的负实部最小化，以最大限度地提高无颤振切削深度。研究结果表明：安装减振器后镗杆频响函数的实部从-15.17 μm/N缩小到-0.24 μm/N，相当于动态刚度增大了63.2倍，且表面粗糙度得到明显改善。该系统能够覆盖相当宽的镗杆长径比范围，可适应各种实际安装需求。
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  基于电磁动滑轮驱动与光反馈仿人手研究

  郭润坤

  机床与液压. 2023, 51(13): 117-123. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2023.13.019

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  针对传统机械仿人手结构复杂、成本高、触觉感知能力差等问题，设计一种基于电磁动滑轮驱动的仿人手。通过双级驱动钢丝绳与电磁动滑轮十字垂直交叉方式，实现一个驱动电机对5根手指6个自由度的独立驱动控制。通过手指双关节与十字动滑轮串行绕线的连接方式，使每个手指关节具有驱动的相对独立性，提升了手指对物体外形被动适应能力。研制弹性光感装置并内置于手指关节和手掌结构中以提供相应复位力，通过对其负载和弯曲特性的研究建立光强与转角和负载力的数学模型，实现对手指压力和关节转角检测，并对样机进行了性能测试，可实现对常见物品的抓取。
建模与仿真
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  阀芯旋转式高速开关阀稳态液动力矩研究

  阎宇, 王鹤, 陈震, 丰健, 刘晋沛, 张晓宇

  机床与液压. 2023, 51(13): 124-131. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2023.13.020

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  为突破高速开关阀阀芯行程对开关频率的限制，提出一种阀芯旋转式高速开关阀。采用理论计算与CFD仿真相结合的方法，研究不同阀芯旋转角度下阀芯结构参数变化对阀口过流面积、流量系数、射流角及液动力矩的影响，得到了液动力矩的变化规律。研究结果表明：液动力矩与阀口压差及流量的二次方成正比；压差一定时，液动力矩与阀口过流面积及射流角余弦值成正比，随着阀芯旋转角度增大，液动力矩先增大后减小；流量一定时，液动力矩与阀口过流面积成反比，随着阀芯旋转角度增大，液动力矩逐步减小为零。通过调整阀芯沟槽高度来改变射流角，达到补偿液动力矩的目的。
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  二维阀先导级污染颗粒分布的数值模拟

  赵永华, 阮健, 张嘉波

  机床与液压. 2023, 51(13): 132-136. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2023.13.021

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  二维阀将先导级和功率级集成在一个阀芯上，易于实现阀的快速工作和高频响应，具有体积小、性能稳定、功重比大等优点。通过数值计算，分析不同参数条件下固体颗粒在二维阀内的分布特点和规律，揭示二维阀对油液污染的敏感程度。结果发现：阀芯转动形成的节流口，其上下游压差与射流形成的旋涡离心力的共同作用，使得固体颗粒物极易进入阀套斜槽区形成聚集现象；固体颗粒在旋涡中心区域分布较少，在旋涡边缘区域，特别是阀套斜槽外侧浓度较高。节流口开度、固相密度、颗粒粒径的不同，均对固体颗粒的分布产生影响，总体来看，旋涡态流束对其分布影响最大，即斜槽周边浓度大、中间区域浓度低，二维阀对油液污染较为不敏感。阀芯正、反转对阀套斜槽区内固相颗粒的体积分数分布影响不大。
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  抽油杆柱动力屈曲模拟装置液压加载系统设计与性能仿真

  李海祥, 董世民, 王传锋

  机床与液压. 2023, 51(13): 137-142. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2023.13.022

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  为模拟抽油杆柱受轴向外载荷产生的动力屈曲和横向振动现象，设计一种新型的基于程序控制的液压加载模拟装置。基于液压压力闭环控制方式，利用PLC输入设定值调节比例溢流阀开口度，控制系统的压力，通过压力传感器的检测与变送，将液压系统的压力反馈回PLC，从而控制连续变化的系统压力，以满足设计需求。使用MATLAB中的Simulink模块建立液压系统的数学模型，仿真得到比例溢流阀的性能曲线并验证了此液压闭环控制系统模拟装置的稳定性和可行性。
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  一种新型数字流量阀动态特性研究

  丰健, 王鹤, 阎宇, 刘晋沛, 张晓宇

  机床与液压. 2023, 51(13): 143-148. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2023.13.023

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  针对高速开关阀流量小且不连续的缺陷，设计一种新型的两级数字流量阀。其先导级为电机驱动的高速开关转阀，主级为三位四通滑阀。高速开关转阀的启闭频率较高，可以显著减小主阀流量波动。基于两级阀的结构和工作原理，建立数学模型和流量波动模型。在AMESim软件中建立了两级数字流量阀的动态仿真模型，对主阀进行动态位移特性和动态流量特性仿真计算，分析主阀供油压力、面积比、节流槽宽度等参数对主阀阀芯位移动态响应特性的影响以及先导流量、控制腔体积、启闭频率等参数对主阀流量稳定性的影响。结果表明：增大供油压力、启闭频率，减小面积比、节流槽宽度可以提高阀的响应速度；增加启闭频率、增大控制腔体积以及减小先导流量都可以降低主阀流量波动，提高输出流量的稳定性。
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  负压力角弧齿离合器铣齿机关键结构设计与加工仿真

  黄振振, 蒋闯

  机床与液压. 2023, 51(13): 149-154. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2023.13.024

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  负压力角弧齿离合器因承载能力强、啮合性能好、传动可靠性高等优势，被广泛应用于重型卡车驱动桥主减速器总成中。对负压力角弧齿离合器加工用的专用铣齿机的关键部件设计技术进行研究，构建铣齿加工数学模型，根据加工特点开展刀具箱、工件箱的结构功能分析，基于仿真软件建立等效机床模型，编制加工程序完成凸面齿与凹面齿的加工仿真与分析，验证了铣齿机设计方案的正确性。
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  单泵驱动摆动多路马达传动系统输出特性

  吕世君, 朱鸿飞, 苗宇航, 闻德生

  机床与液压. 2023, 51(13): 155-159. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2023.13.025

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  摆动多路马达通过设置双定子和增加作用数，在一个壳体里面形成了多个相互独立、互不干扰的马达，可以实现多输出。以单泵和摆动多路马达为基础建立传动系统，理论探讨该传动系统中摆动马达输出转速和转矩的多样性。以双定子双作用摆动多路马达为例，通过数学推导得出马达不同连接方式下的转速和转矩公式，并运用MATLAB进行分析。研究结果表明：普通连接方式下单泵驱动的双定子双作用摆动多路马达具有8种转矩和转速输出，在差动情况下有4种转速和转矩输出。并进一步论证了单泵驱动下双定子N作用摆动多路马达在普通连接情况下有N²+2N种转速和转矩输出，在差动连接下有N²种转速和转矩输出。
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  PDC钻头设计参数对井底流场分布的影响规律研究

  屈朋举, 但斌斌, 陈刚, 牛清勇, 叶道辉, 张香红

  机床与液压. 2023, 51(13): 160-165. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2023.13.026

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  研究PDC钻头井底流场分布规律是提高岩屑运移效率、冷却钻头和抑制泥包产生的有效方法。利用Fluent软件，基于κ-ε双方程模型和封闭N-S湍流方程，使用Simplec算法，分析钻头转速、钻井液喷出速度和总流过面积相同时喷嘴数量对井底流场分布的影响。结果表明：当钻头转速从90 r/min增加至110 r/min时，转速增加对井底湍动能及速度的提升效果较为显著；但当转速达到120 r/min时，井底湍动能及速度略有降低，提高钻头转速有利于由外向内清洗钻头表面；当钻井液喷出速度从5 m/s增加至9 m/s时，井底湍动能及速度随射流喷射速度的增加而增加，提高钻井液喷出速度可以使漩涡靠近井壁或钻头体，抑制了漩涡面积的增加，有利于岩屑的运移；在喷嘴总流过面积相同时，减小外侧喷嘴直径，外侧喷嘴个数从3个增加至4个，井底湍动能及速度随之增加，有利于井底岩屑的运移，但导致钻头表面中心的低速区域面积增加，不利于钻头表面的清洗。
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  基于滚珠丝杠传动的机床进给系统建模与分析

  陈哲钥, 张建业, 吕张成, 刘浩

  机床与液压. 2023, 51(13): 166-171. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2023.13.027

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  为了研究机床进给系统的动态特性，提升摩擦力影响下的运动控制效果，建立机床进给系统动力学模型与机电耦合仿真模型。定义基于赫兹接触理论与吉村允效法的部件结合部刚度，通过控制变量法分析进给系统一阶固有频率的影响因素，利用有限元软件对动力学模型进行验证，解释误差出现的原因。并利用PID控制加前馈控制对比分析有无摩擦补偿下的运动控制效果。结果表明：工作台质量和位置以及丝杠螺母副刚度变化对进给系统一阶固有频率影响显著；加入的前馈补偿能够有效消除因黏性摩擦产生的“平顶”、“死区”不良现象。
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  混合陶瓷球轴承振动特性仿真分析

  闫海鹏, 郎赛, 秦志英

  机床与液压. 2023, 51(13): 172-177. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2023.13.028

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  为研究混合陶瓷角接触球轴承剥落故障振动特性，在ANSYS Workbench中建立了角接触球轴承的动力学有限元模型，通过在外圈滚道、内圈滚道及滚动体上设置剥落故障，分析特定工况下正常与剥落故障时轴承各零件受力变化。在此基础上，研究正常与不同零件故障对接触力的影响，并分析剥落故障对轴承零件运动特性的影响。结果表明：轴承各元件中应力最大的是滚动体，剥落故障使轴承最大应力增加，且最大应力大都出现在滚动体上；外圈剥落对经过剥落处的滚动体造成冲击，增大滚动体公转和自转周期，使滚动体速度降低，接触力明显增大；外圈剥落对内圈振动加速度的变化影响较小。
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  短管节流阀的空化流动与噪声的数值模拟分析

  王均宇, 张克鹏, 宋永兴, 张林华, 李建军

  机床与液压. 2023, 51(13): 178-183. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2023.13.029

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  目前短管节流阀已替代毛细管在空调中的应用，而国内针对短管节流阀的空化流动和噪声问题的研究较少。主要围绕短管节流阀进行研究，以R134A制冷剂为冷媒，通过对不同流量下空调的制冷过程进行数值分析，得出其空化、噪声、压力场、速度场等的分布。结果表明：在阀门进出口压差不变的情况下，入口流量越大，空化越严重；噪声随流量的增大先增大后减小再增大；最大噪声产生的位置随着流量的增大逐渐向下游移动；剪切力和空泡溃灭都是影响噪声的因素，但相比之下，空泡溃灭才是影响噪声的主导因素。
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  挤压力对干法制粒机挤压辊运行特性分析

  李英娜, 王晓敏, 韩雷, 刘志民

  机床与液压. 2023, 51(13): 184-188. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2023.13.030

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  干法制粒机液压系统多采用普通电磁阀控制，即使采用了电液比例阀，也未形成闭环控制。针对此问题，基于电液比例技术对200型干法制粒机液压系统进行改进设计。依据挤压辊颤振力学模型，推导其竖直方向运动微分方程。利用AMESim和ADAMS软件构建机液联合仿真模型，研究不同的挤压成型压力对挤压辊运行特性的影响规律。结果表明：挤压辊运行特性较为平稳，挤压成型压力对位移特性的影响可以忽略不计；在系统启动瞬间，挤压辊速度和加速度波动峰值达到最大值；适当增大挤压成型压力，可有效改善挤压辊的速度和加速度波动特性；挤压成型压力对角加速度的影响要大于对角速度的影响。
故障诊断与可靠性
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  基于SFA-LOF-LDD的航空发动机异常检测方法研究

  李泱, 李德文, 蔡景, 左洪福, 张营, 韩辰球

  机床与液压. 2023, 51(13): 189-197,205. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2023.13.031

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  航空发动机异常检测对于准确了解飞机健康状态、支持维修决策、保障飞行安全具有重要意义。针对航空发动机气路部件的长期退化行为，提出一种基于慢特征分析和局部离群因子的动态阈值异常检测方法。首先，充分利用慢特征分析的优势提取气路参数随时间缓慢退化的有效特征。然后，计算特征空间样本的局部离群因子来构造监控统计量，定量表征发动机的健康状态。考虑固定阈值对气路状态时变特性的适应性差，利用基于局部分布差异的自适应窗口调整策略，设置动态阈值有效降低气路参数微小波动导致的虚假报警。最后，通过航空发动机实际运行数据进行验证，结果表明：所提方法能提前识别异常点，并且有效降低假警的发生。
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  基于迁移学习的滚动轴承复合故障诊断研究

  杜康宁, 宁少慧

  机床与液压. 2023, 51(13): 198-205. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2023.13.032

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  针对现有故障诊断方法多是面向单一故障进行研究，对于实际工况下的复合故障缺乏相应的诊断方法，提出一种基于有监督学习的ConvNeXt滚动轴承多工况复合故障诊断模型(TConvNeXt)。通过合成少数类过采样技术将滚动轴承数据集重构为平衡数据集，以提高复合故障样本的利用率；利用迁移学习使TConvNeXt网络模型掌握判别滚动轴承复合故障信息所需的部分权重，通过格拉姆角场将一维信号转换为RGB图像输入模型，训练模型剩余权重；最后将训练后的TConvNeXt网络模型用于滚动轴承故障诊断并且利用Grad-CAM方法进行可视化，分析网络诊断错误起因并对网络进行调整；将训练准确率最高的模型用于滚动轴承故障实测，检验其实际工况下的诊断能力。实验结果表明：TConvNeXt网络模型具有高诊断精度，它不仅在混叠故障诊断中表现突出，在单一故障诊断中也具有优势，能够很好地适应多工况下不同故障类型的滚动轴承故障诊断要求。
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  基于改进VMD形态谱和FCM的滚动轴承故障诊断方法

  周小龙, 孙永强, 卢杰, 王昊男, 吴兆龙, 李坤恒

  机床与液压. 2023, 51(13): 206-211. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2023.13.033

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  针对滚动轴承故障信号的非线性特性及不同故障类型信号具有不同形态特征的特点，提出一种基于改进变分模态分解(VMD)形态谱和模糊C均值聚类(FCM)算法相结合的故障诊断方法。采用VMD方法对滚动轴承振动信号进行分解，针对分解过程中关键参数的选取，提出相关参数选择方法，并计算各固有模态函数(IMF)的能量波动系数，以获得对信号特征信息敏感的模态分量进行重构。计算重构信号的形态谱以反映信号的形态特征。通过FCM算法实现滚动轴承工作状态和故障类型的诊断。运用该方法对实测滚动轴承振动信号进行分析，并将所提方法同基于原始振动信号、经验模态分解、总体经验模态分解形态谱的故障特征提取方法进行对比。结果表明：所提方法能够更加有效提取滚动轴承信号的故障特征，实现故障类型的准确诊断。
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  改进Alpha Shapes和快速凸壳算法的SVM故障诊断

  宋仁旺, 杨磊, 余百千, 石慧, 董增寿

  机床与液压. 2023, 51(13): 212-217. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2023.13.034

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  现有的基于凸壳的支持向量机(SVM)算法处理机械装备产生的大规模原始数据时间太长。针对这一问题，通过结合轮廓提取算法(Alpha Shapes)和快速凸壳算法，提出一种结合改进快速凸壳算法的SVM用于故障诊断研究。该融合算法利用改进简化的Alpha Shapes算法提取点集的边界数据点，作为改进的快速凸壳算法的对象，减少凸壳算法递归的工作量。实验结果表明：该算法平均只提取了数据集0.26%的数据点，且计算的时间也相应降低。最后实验同样表明该算法的性能优于单一的SVM算法。
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  基于多重移位复用的轴承健康监测报警存储方法研究

  颜丙生, 张柏, 李奇, 刘兆亮, 刘鹏飞

  机床与液压. 2023, 51(13): 218-222. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2023.13.035

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  旋转机械正朝着高速化、智能化、高性能方向发展，为及时发现早期故障，需要研发健康监测系统。报警存储用于分析故障原因，是系统核心。针对大多系统报警存储存在缓存时间长度随采样率变化、缓存数据丢失、单次报警等问题，提出一种基于多重移位复用的方法，将多个移位寄存器、队列和循环索引相结合并利用LabVIEW平台实现该方法。实验结果表明，该方法可以自动存储报警前后10 s内所有数据，解决了数据丢失、单次报警等问题。
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  基于最小距离法的数控磨床液压系统可靠性建模与模型优选

  刘勇军, 刘巧燕, 胡乾坤

  机床与液压. 2023, 51(13): 223-228. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-3881.2023.13.036

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  针对目前数控磨床可靠性建模时拟合优度检验区分度不高的问题，提出以样本数据和拟合曲线之间距离最小的可靠性模型优选方法。基于采集到的故障数据，利用5种常用的分布函数对数控磨床液压系统进行可靠性建模，采用现有拟合优度检验方法与所提最小距离法对5种分布模型进行拟合优度检验。结果显示：数控磨床液压系统的最优可靠性模型为伽马分布；与灰色关联度法、K-S检验等方法相比，最小距离法不仅优选结果准确，且平均区分度分别提高了99.6%、135.6%。