方学宠^１ ， 张才^１ ， 白植志^１ ，

李科^２ ， 易灿灿^{３，４，５}

１. 温州市特种设备检测科学研究院

２. 浙江省特种设备科学研究院

３. 武汉科技大学冶金装备及其控制教育部重点实验室

４. 武汉科技大学机械传动与制造工程湖北省重点实验室

５. 武汉科技大学精密制造研究院

【摘要】针对太阳轮不同类型故障信号识别过程中特征提取不完全、图数据运算环境单一等问题，提出一种基于残差网络（ResNet50）和图卷积神经网络（GCN）的ResNet50-GCN模型，并通过三重混合曲率（3Cur）空间环境对半监督学习进行训练，以实现齿轮箱故障信号的准确分类。利用ResNet50模型对输入的切分信号成分进行特征提取，并作为GCN的节点信息充分挖掘数据间的关系与依赖性。将图网络结构嵌入到3种不同曲率构成的混合曲率空间进行训练和验证，获得3Cur构型空间下该模型的预测类别标签。最后，对实验数据进行分析，绘制预测类别的稀疏混淆矩阵，并计算准确率相关的4类评判指标。实验结果表明：所提3Cur-ResNet50-GCN模型的分类效果相比ResNet50-GNN和ResNet50-GCN有所提升，且最大池化核为2时的准确率达到了97.51%，验证了该方法在准确度和有效性上的优势。

基于改进可学习攻击策略对抗训练轴承故障诊断研究

郑爱云， 张聪， 刘伟民， 郑直

华北理工大学机械工程学院

【摘要】引入可学习攻击策略对抗训练网络模型(LAS-AT)进行滚动轴承故障诊断时，存在特征提取能力不足、计算效率低和诊断精度低等问题。针对此，提出一种改进的LAS-AT(CDEW-LAS-AT)。为了提升LAS-AT的特征提取能力，将高效通道注意力机制(ECA)嵌入到网络结构的特征提取功能模块中，通过滚动轴承故障实验进行验证分析。结果表明：ECA注意力机制使模型的特征提取能力、收敛性、稳定性、精度均得到了有效提升，其精度提升了14.59%，损失值下降。为了改善模型的计算效率，将LAS-AT中的WideResNet中的普通卷积替换为深度可分离卷积，对模型的权重参数进行优化处理。结果表明：深度可分离卷积有效减少了网络的参数量、计算量和计算时延，降低了网络结构的规模，提高了网络诊断实时性和准确性；最后，为了再次提升模型的诊断精度，利用布谷鸟搜索优化算法(CS)对策略中的参数和生成对抗样本的参数进行优化处理。通过滚动轴承故障实验验证分析通过布谷鸟搜索优化算法进一步提升了模型的收敛性、稳定性和精度，其精度达到了94.52%，整体提升了37.88%。

李志高^１ ， 徐冉^２ ， 王欣^３ ， 

陈志伟^１ ， 索海龙^３ ， 张德才^３

１. 陕西渭河发电有限公司

２. 陕西省特种设备检验检测研究院

３. 西安交通大学机械工程学院

【摘要】剩余寿命预测是一种通过复杂多维数据前向拓展映射到设备或零件使用情况预测的技术。可靠和准确的剩余寿命预测可以为设备提供有效的预测性维修，从而避免资源浪费、灾难性故障以及人员伤亡。基于深度学习的剩余寿命预测方法能实现模型参数的自主学习，并自动提取原始数据的深度特征，在部件基础上对系统建模以实现更高精度的剩余寿命预测。因此，基于深度学习的方法非常适合复杂退化系统的建模分析。近5年来，大量研究学者在深度学习寿命预测领域取得了诸多突破性进展。总结分析基于深度学习的剩余寿命预测研究，对深度学习剩余寿命预测在装备系统中的应用进行梳理，并对深度学习在装备系统剩余寿命预测方面的未来研究方向进行预测与评估。

马宏宇^１ ， 尹志宏^１ ， 叶愈^２ ， 

南朋涛^２ ， 朱升硕^２

１. 昆明理工大学机电工程学院

２. 中国机械总院集团云南分院有限公司

【摘要】为探究数控铣床复杂热源导致的主轴温升与热误差之间的非线性映射关系，提出一种基于双向长短期记忆神经网络（Bi-LSTM）的主轴热误差预测模型。以国产某型号精密数控铣床主轴单元为研究对象，采用激光位移传感器对主轴空转状态下的轴向热误差进行测量，借助温度传感器采集主轴关键温度测点的温度。采用萨维茨基-戈莱滤波器对主轴温升、热误差数据进行滤波降噪处理，使用手肘法确定最佳聚类数，利用模糊C均值聚类结合灰色关联度分析（FCM+GRA）方法完成温度敏感点的选取，避免温度测点之间多重共线性问题。最后，以主轴轴向热误差和温度敏感点温升数据为输入，建立主轴热误差Bi-LSTM预测模型，并基于平均绝对误差（MAE）、平均绝对百分比误差（MAPE）、均方根误差（RMSE）和相关性系数R²对模型的预测效果进行评估。结果表明：与LSTM（单向长短期记忆神经网络）、GRU（门控循环单元）和BPNN（反向传播神经网络）相比，Bi-LSTM预测模型的MAE分别降低了18.5%、21.8%、44.1%，RMSE分别降低了9.5%、20.2%、43.8%。因此，Bi-LSTM主轴热误差预测模型具有更高的鲁棒性和准确性。

訾佼佼^１ ， 张涛^２ ， 王远^３

１. 西安交通工程学院机械与电气工程学院

２. 长安大学工程机械学院

３. 中铁第四勘察设计院集团有限公司

【摘要】针对数控机床电主轴性能退化参数间的相关性问题，提出基于Copula函数性能退化模型的电主轴可靠性评估方法，分别建立电主轴轴端径向跳动量和主轴振动量失效分布函数，利用Copula函数建立其联合分布函数并分析相关性，最终预估电主轴的可靠性曲线，将分析结果分别与基于单一性能退化参数及不考虑性能退化参数相关性的电主轴可靠性评估结果进行对比。结果表明：电主轴轴端径向跳动量与主轴振动量具有一定的相关性，基于Copula函数模型的可靠性评估结果较其他评估方法具有更高的安全裕度。该方法为数控机床电主轴及其他寿命长、性能退化参数多的机械产品可靠性分析提供参考。

智能制造与控制技术

多策略改进MSA算法的钻井工具液压系统降阶自抗扰控制

茜小兵^１ ， 张济^１ ， 高智勇^１ ，

王刚锋^２ ， 张超^２ 

１. 中铁一局集团有限公司第三工程分公司

２. 长安大学道路施工技术与装备教育部重点实验室

【摘要】大跨度钢箱梁架桥机的施工场地较高，且桥面具有纵向坡度，导致梁段架设过程中主梁支腿存在偏载现象。为保证架桥机支腿液压系统工作的稳定性，提高钢箱梁架设过程的控制精度，提出均值耦合与BAS优化模糊PID相结合的液压系统同步控制策略。建立支腿液压系统AMESim模型和多液压缸同步控制Simulink模型，采用均值耦合策略的支腿液压系统开展同步控制仿真，并与相邻交叉耦合策略和并联同步策略下的控制性能进行对比分析。结果表明：基于均值耦合控制策略的支腿液压系统最大位移同步误差为5.41 mm，稳态时间为73.6 s；相比相邻交叉耦合策略和并联同步策略，均值耦合控制策略能够更快调整，且同步误差较小。现场试验验证了架桥机支腿液压系统的同步精度满足工程施工要求。

张梦超^１ ， 成小乐^１ ， 黄健^２ ， 高畅^２

１. 西安工程大学机电工程学院

２. 国能长源武汉青山热电有限公司

【摘要】液压系统是磨煤机的重要组成部分，其同步精度和响应速度直接影响磨煤机的性能及运行效率。针对磨煤机三液压缸系统同步精度问题，提出一种基于相邻交叉耦合的自适应模糊PID控制策略。设计模糊PID控制器提高响应速度,采用相邻交叉耦合的前馈补偿控制方式缩小同步误差。利用 AMESim与MATLAB/Simulink联合仿真建立液压系统的动态仿真模型，对比分析主从式模糊PID同步控制系统、相邻交叉耦合式PID同步控制系统以及相邻交叉耦合式模糊PID同步控制系统的动态效果，得到三液压缸活塞杆的位移以及同步位移差曲线。仿真结果表明:相邻交叉耦合式模糊PID同步控制系统的同步精度和响应速度较主从式模糊PID同步控制系统分别提高了88.9%和23.6%，较相邻交叉耦合式PID同步控制系统分别提高了65.4%和1.11%，为提升磨煤机自动化水平以及满足高精度和高质量的生产需求等方面提供了参考。

武俊合^１ ， 崔鹏^１ ， 肖尧^２ ， 

林广^２ ， 刘新强^２

１. 博世力士乐 （北京） 液压有限公司

２. 兰州理工大学特种泵阀及流控系统教育部重点实验室

【摘要】受油液中固体颗粒物的冲蚀作用，平衡阀阀口工作区域的表面形貌易被破坏，进而引发密封性能退化。针对此问题，建立平衡阀阀口冲蚀CFD模型，分析阀口压差和颗粒密度对阀口冲蚀率的影响，与实验测量结果进行对比分析，揭示平衡阀阀口冲蚀机制。结果表明：液流流经阀口时，颗粒与阀芯工作区域发生高频反复滑擦、与阀座工作区域发生高频反复刮擦，窗口效应使得阀口工作区域有4处集中冲蚀，局部冲蚀严重，这与阀芯工作区表面形貌的测量结果一致。阀口区域冲蚀率随阀口压差的增大而增大，其中阀口压差24 MPa时的阀座工作区域平均冲蚀率是阀口压差8 MPa时的5.01倍；阀口区域冲蚀率随颗粒密度的增大而增大，颗粒密度8 030 kg/m3时阀芯及阀座工作区域的平均冲蚀率相比颗粒密度2 650 kg/m3时分别增大了5.63×10-8 ^{kg/(m2·s)和1.33×10-6 kg/(m2·s）。}

液压支架纯水大流量安全阀抗振性研究

尹力^１ ， 田莹^２ ， 孙守吉^２ ， 

范春永^２ ， 周锋^２

１. 三一重型装备有限公司

２. 山东科技大学机械电子工程学院

【摘要】针对液压支架纯水大流量安全阀在运行中受到强烈冲击的问题，采用单固体模态与流固耦合模态对比分析的方法，对所设计安全阀的振型特性进行数值研究。设计以纯水为流通介质的安全阀，并建立其三维结构模型；基于有限元法对安全阀在单固体和流固耦合两种工况下的模态特性进行仿真分析；最后，通过分析安全阀在振动激励下的响应，优化弹簧结构参数以提升其抗冲击性能。结果表明：安全阀在常闭状态下，其主模态频率在单固体与流固耦合两种条件下基本一致，前6阶模态频率的平均差异率仅为0.43%，说明流体介质对模态特性影响较小。在不同谐响应加速度下，安全阀的加速度、应力和应变响应越接近主模态频率时，响应幅值越大，且随激励强度的增加呈上升趋势。增大弹簧丝直径与弹簧中径均可有效降低安全阀的振动响应。其中，优化弹簧丝直径后，加速度、应力和应变响应值分别降低了23.3%、21.9%、17.7%；优化弹簧中径后，分别降低了28.8%、16.4%、25.7%。

火箭电液伺服机构在过载环境下的伺服阀零偏特性研究

孙毅^１，２ ， 王增^１，２ ， 王建军^１，２ ，  

曲颖^１，２ ， 张磊^１，２

１. 北京精密机电控制设备研究所

２. 控制执行机构技术创新中心

【摘要】现役运载火箭多采用伺服阀控电液伺服机构完成火箭发动机的推力矢量控制，阀控伺服机构能够在毫秒级的时间内响应控制指令，确保火箭飞行过程中的姿态稳定和轨道调整的准确性。然而，某些高加速与机动能力强的过载环境会导致伺服阀出现工作零位漂移或零偏电流增大的故障，影响火箭飞行控制的精度和稳定性。基于此，对某火箭电液伺服机构配套伺服阀在过载环境下进行零偏特性分析。对伺服阀前置级和功率级的受力开展理论分析，得到过载大小和方向对伺服阀零偏电流的影响规律；然后设计伺服阀的过载试验方案，采集伺服阀在不同过载条件下的零偏电流并进行对比，通过试验验证了理论分析的正确性。结果表明：仅当过载方向与伺服阀阀芯轴向一致时,伺服阀零偏电流受到的干扰最大,此时来自伺服阀挡板的转动力矩在过载力的作用下增加,并且其增加量与过载加速度成正比,阀芯所受过载力对伺服阀零偏电流的影响很小;当过载方向位于伺服阀阀芯轴向的垂直方向（即纵向或法向）时，能够有效避免过载环境对伺服阀零偏电流的影响，可以合理设置伺服机构的安装方向，避免过载方向与伺服阀阀芯轴向一致，以保障火箭伺服的控制精度。

基于深度学习与多传感器信息融合的液压系统故障诊断

李贝利， 张达

青岛科技大学自动化与电子工程学院

【摘要】在多物理参数监测的工作场景下，液压系统的信号采集通常具有多时间尺度的特性，导致诊断过程中出现故障信息的损失和精度下降。为此提出一种基于深度学习与多传感器信息融合的故障诊断方法，采用多头1DCNN网络对温度、压力、流量等多传感器信号进行并行差异化的特征提取，通过减法平均优化器为不同采样率的信号输入确定合适的卷积核尺寸及滑动步长超参数，实现时间尺度上的进一步适配，同时提高网络的收敛速度。在特征融合阶段，引入注意力机制对权重进行动态分配，降低多传感器融合数据的过拟合风险。采用公开液压数据集进行分析和验证，并与多种方法进行对比。结果表明：所提方法能够有效提取和利用多传感器信号中的多方位故障信息进行诊断，且无需依赖专家知识，具有较高的准确性和稳定性。

仿生递变软体驱动器设计与试验

许有熊， 宁博， 张全升， 陈星宇 

南京工程学院自动化学院

【摘要】为解决传统等高腔室软体驱动器抓取过程夹持力不足的问题，提出一种新型的仿生递变气动软体驱动器。采用内部腔室体积递变的结构，通过优化形变特性增强底部的变形和夹持力，同时有效降低驱动器的质量。此外，该设计还可减少端部的过度变形，提高与物体表面的贴合度，实现渐进式施压，减少操作过程中的压力突变，从而避免对物体的伤害。基于人体食指仿生原理设计了递变式腔室软体驱动器结构；通过能量法建立了驱动器的力学模型，并选取主要结构参数,利用有限元软件进行了正交仿真试验，获得最优参数组合；最后，进行了驱动器静力学测试和柔性手爪抓取试验。结果表明：软体驱动器的仿真分析与试验结果趋势一致，验证了仿真的有效性；柔性手爪能实现两种抓取模式，均可抓取不同质量的物体。

陈荣春^１ ， 木合塔尔·克力木^１ ，

杨波^１ ， 陈超^２ ， 段博文^１

１. 新疆大学机械工程学院

２. 中航光电科技股份有限公司

【摘要】液压齿轮泵作为液压系统中的核心执行元件，其运行稳定性直接影响系统整体性能，内泄漏故障作为齿轮泵常见的隐性故障类型，具有隐蔽性强、危害大、诊断难度高等特点。针对传统诊断方法在处理复杂非线性和高维数据方面存在的局限性，提出一种基于改进北方苍鹰优化算法（SCNGO）优化BP神经网络的智能故障诊断方法，通过引入正余弦位置更新策略和折射反向学习机制，对北方苍鹰（NGO）算法进行改进，增强其全局搜索能力和局部收敛速度；利用改进算法优化BP神经网络权重和阈值参数，构建高精度的液压齿轮泵内泄漏故障识别模型。搭建液压系统故障实验台，模拟不同等级的内泄漏状态并采集压力与流量信号，通过互信息值（MIV）进行特征选择，并训练SCNGO-BP模型进行故障分类。结果表明：所提方法在准确率、鲁棒性以及泛化能力方面均优于传统方法，其在齿轮泵内泄漏诊断中的准确率达到94.44%。

贺东旭^１，２

１. 长江大学机械工程学院

２. 中国石油化工股份有限公司胜利油田分公司桩西采油厂

【摘要】测试ϕ25 mm碳纤维杆抗压性能发现，其抗压强度σ_bc=0.45~0.50 MPa,仅为其额定抗拉强度（1 300 MPa）的0.038 5%。这说明碳纤维杆不适于承受压力载荷，不宜用于抽油杆柱的抗压段。在混合杆柱优化设计的一般原则下，增添碳纤维杆柱不受压约束条件函数： G (1)= P_min>0，以建立新的碳纤维三级混合杆柱优化设计模型为指导，提出ϕ25 mm碳纤维杆+ ϕ22 mm钢质杆+ ϕ19 mm钢质杆的碳纤维三级混合杆柱设计，并对其展开工作特性分析与试验应用评价。结果表明：在轴向悬点位移激励下，碳纤维三级混合杆柱的第一、二级杆柱最大变形量为24.32、52.25 mm，与全钢质杆柱相比降低了27.45%、27.45%；在WHH74101井应用试验中，碳纤维三级混合杆柱在不同冲次与冲程下的悬点载荷理论值与试验值最大误差为6.19%，理论示功图与实测曲线吻合良好，表明碳纤维三级混合抽油杆柱设计方案合理有效。

林通^{１，２，３} ， 谢华东^２ ，

黄俊^２ ， 邹永顺^３ ， 马光飞^４

１. 自然资源部离子型稀土资源与环境重点实验室

２. 江西应用技术职业学院流体传输装备工程创新中心

３. 赣州发电设备成套制造有限公司

４. 水利部产品质量标准研究所

【摘要】针对单级工业液力透平实际运行过程中存在的运行稳定性差、流致振动、噪声大等问题，采用数值模拟与试验相结合的方法，对其多工况下主要流域内的压力脉动特性进行研究；分析主要流域压力脉动主频成分分布及幅值变化情况，并明确压力脉动强度分布区域及演化规律。结果表明：叶轮流道内压力波动无明显规律，但叶轮流道面积的渐缩变化会提高流动的复杂性和不稳定性；叶轮与蜗壳隔舌的动静干涉效应是引起蜗壳内压力变化的主要原因；出口管上游不稳定流动以及前腔泄漏流动等特征导致其内部的压力脉动频率成分非常复杂，破涡器下游管内的压力脉动强度明显降低；前、后腔体内的高强度压力脉动区域主要位于与叶轮交界处并延伸到腔体内部，压力脉动强度与流量成正比。