1
标题：难变形金属复杂构件电流辅助流动-分形旋压成形机理研究
作者：夏琴香；陈灿；周昊阳；肖刚锋；张俊豪；程思竹
摘要：针对采用传统多道次切削及插齿工艺所制备难变形金属复杂件存在的工艺流程长、强韧性不足等问题，提出采用电流辅助流动-分形旋压工艺实现此复杂件少无切削的近净成形。以具有“差异壁厚”和“差异结构”的30CrMnSiA合金结构钢复杂构件为研究对象，分析了电流辅助流动-分形旋压成形原理；基于ABAQUS软件建立了电流辅助流动-分形旋压成形有限元分析模型，并对模型精度进行了验证；分析了电流辅助流动-分形旋压成形机理并进行试验研究。结果表明：所构建的有限元模型对电流辅助流动-分形旋压成形工艺的预测精度较高，两种工艺的最大相对误差分别为6.72%和5.63%。电流辅助流动旋压的材料呈现三向压应力状态，在成形末期坯料壁部存在较大的拉应力和拉应变；电流辅助分形成形时，变形材料的应力分布则呈现齿槽材料呈现三向压应力状态，齿顶则为径向拉、其余两向压的应力状态；脉冲电流可降低了材料变形抗力，不仅缩小了流动旋压变形区的危险区，同时也可提高分形旋压时材料向径向填充的能力，进而减弱了齿形填充不满的现象。试验结果表明，电流辅助流动-分形旋压工艺可实现难变形复杂构件的高精度高强韧性制备。
关键词：难变形金属；复杂构件；电流辅助成形工艺；流动-分形旋压
作者单位：华南理工大学机械与汽车工程学院；广州民航职业技术学院飞机维修工程学院
引文格式：夏琴香,陈灿,周昊阳,等.难变形金属复杂构件电流辅助流动-分形旋压成形机理研究[J]. 机电工程技术,2025,54(01):1-8.
2
标题：基于数字孪生的智能辊压成形专家系统构建方法研究
作者：吴豫席；胡鑫宇；任银旺；张正勋；郭俊朗；熊自柳；肖骏峰；孙勇
摘要：随着工业4.0时代的到来，制造业正加速向数字化和智能化方向转型，但复杂工艺的实现仍面临数据利用率低、调试周期长、成品率不稳定等挑战。针对这一背景，聚焦辊压成形这一关键制造工艺，介绍了一种专家系统的构建方法。本研究设计了涵盖物理层、虚拟层、数据层、连接层、应用层和专家层的多维数字孪生系统，构建了支持多通信协议的网络架构，完成多源异构数据（传感器与图像数据）的采集、处理与分析，实现生产过程的精确感知。同时，利用Unity和VR技术构建虚拟车间与交互界面，结合5G通信与PLC控制，实现在40 ms延迟内的虚实双向控制，优化伺服电机协作效率。并且建立基于正交实验设计的专家知识库，通过实验分析材料与工艺参数对帽形件回弹的影响，为工艺优化提供依据。本研究显著提升了辊压成形的工艺优化能力和质量控制精度，缩短了调试周期，降低了生产成本，为辊压成形工艺的智能化转型提供了系统化解决方案。
关键词：智能辊压；专家系统；数字孪生；回弹预测
作者单位：电子科技大学(深圳)高等研究院；深思有形(深圳)科技有限公司
引文格式：吴豫席,胡鑫宇,任银旺,等.基于数字孪生的智能辊压成形专家系统构建方法研究[J]. 机电工程技术,2025,54(01):9-16.
3
标题：基于成形轨迹参数的变截面结构件边缘起皱影响分析
作者：郭俊朗；刘江；胡鑫宇；熊自柳；肖骏峰；孙勇
摘要：柔性辊压成形带弯曲特征零部件时，板材边缘容易引发起皱，影响成形结构件的产品性能与装配。基于圆弧-直线的成形轨迹，拆分成形轨迹中的特征要素，对于直线长度、圆弧半径、腹板宽度等参数与边缘起皱现象的关系进行探究。采用ABAQUS完成32组仿真实验，采用Python对仿真结果进行后处理，获取边缘起皱值。随后，采用斯皮尔曼相关性系数进行边缘起皱因素分析，并基于起皱因素进行回归预测。实验结果表明，凹弧半径、最小腹板宽度、凸弧半径、腹板宽度差值、最大腹板宽度与边缘起皱呈正相关关系，正相关系数分别为0.03、0.13、0.28、0.34、0.42，说明凸弧半径、最大腹板宽度更容易引起边缘起皱，最大边缘起皱一般发生在凸弧区；而板材直线长度、切线直线长度与边缘起皱呈负相关关系，负相关系数为-0.08、-0.21，切线直线长度的过渡衔接能够有效地降低边缘起皱。现有的轨迹参数对于边缘起皱的回归预测效果不佳，需要进一步补充轨迹特征，增大实验数据集。
关键词：柔性辊压成形；边缘起皱；变截面；斯皮尔曼相关性系数
作者单位：电子科技大学(深圳)高等研究院；深思有形(成都)科技有限公司
引文格式：郭俊朗,刘江,胡鑫宇,等.基于成形轨迹参数的变截面结构件边缘起皱影响分析[J]. 机电工程技术,2025,54(01):17-21.
4
标题：基于响应面法的TC11钛合金振动热摆辗损伤预测及工艺优化
作者：朱宁远；卢苇；赖文坤
摘要：为有效避免TC11钛合金振动热摆辗过程中出现的材料损伤，获得对摆辗件损伤最小的工艺参数，以TC11钛合金圆柱件作为研究对象，建立基于Lemaitre断裂准则的TC11钛合金圆柱件振动热摆辗有限元模型，通过仿真获得TC11钛合金圆柱件振动热摆辗损伤值，以振动热摆辗损伤值为优化目标，采用响应曲面分析法建立基于TC11钛合金圆柱件的振动热摆辗损伤预测模型，将摆辗成形过程中的加热温度、进给速度、振动频率和振动振幅作为影响因素，分析各影响因素对振动热摆辗损伤值的影响，并进行实验验证。结果表明，各因素对摆辗件损伤值影响显著性按降序排列为：进给速度→加热温度→振动振幅→振动频率；通过对响应面损伤模型进行寻优设计，获得振动热摆辗工艺参数的最优组合为：加热温度为906℃，进给速度为4 mm/s，振动频率为49.1 Hz，振动振幅为0.066 mm。
关键词：振动摆辗；损伤预测；响应面法；钛合金；工艺优化
作者单位：江西理工大学机电工程学院；崇义章源钨业股份有限公司研发中心
引文格式：朱宁远,卢苇,赖文坤.基于响应面法的TC11钛合金振动热摆辗损伤预测及工艺优化[J]. 机电工程技术,2025,54(01):22-27.
5
标题：基于Comsol的光刻模具兆声清洗换能器声场辐射仿真优化设计
作者：刘延星；朱相宇；关俊祥；黎浩东；姚泽成
摘要：在光刻模具清洗中，兆声波技术展现出其独特的优势，兆声清洗能够去除小于0.2μm的微小颗粒，且避免了空化现象可能引起的对物件表面的损伤。然而，兆声清洗换能器不同匹配层的水域声场分布差别很大，且目前鲜有关于兆声清洗换能器方面的研究。为了进一步提高光刻模具兆声清洗换能器的清洗效率，增大传入水中的声压，减小能量传递过程中的损耗，首先借鉴超声的方法对换能器整体进行了设计，然后利用有限元软件Comsol对光刻模具兆声换能器的水域声场进行了分析，采用Comsol中声-压电相互作用模块，通过改变匹配层材料和尺寸，研究了其对光刻模具兆声清洗换能器水域声压的影响规律，并基于分析结果对光刻模具兆声换能器进行了优化设计。优化结果表明，以5 mm石英作为喷淋式兆声清洗换能器匹配层，其水域中的声场稳定性更好，且在传播距离为20～40 mm时有最大的声压幅值150 kPa。
关键词：光刻模具；兆声换能器；匹配层；水域声压
作者单位：东莞理工学院机械工程学院
引文格式：刘延星,朱相宇,关俊祥,等.基于Comsol的光刻模具兆声清洗换能器声场辐射仿真优化设计[J]. 机电工程技术,2025,54(01):28-32.
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标题：超声激光复合制备7075铝合金微织构表面润湿特性研究
作者：张存鹰；王俊阳；袁帅；刘瑜
摘要：改变金属表面微织构特征可以改善材料的浸润、摩擦等表面特性。以7075铝合金为对象，采用超声辅助激光加工对材料表面进行微织构制备。揭示了超声激光复合作用去除材料机理，搭建了超声激光复合加工试验平台，设计了超声激光复合加工材料表面微织构的单因素试验，并通过表面形貌分析仪获得表面微观形貌和表面轮廓曲线等，通过接触角测定仪取得不同参数下加工表面的水接触角。试验结果表明：超声辅助作用对激光加工表面的微观形貌产生了改变，表面加工图像的面积、体积和深度均得到增大。对超声激光改性后的金属表面接触角进行分析，获得了激光参数、超声参数等对加工表面润湿性的影响规律：接触角随着激光功率和超声振动幅值的增大而增加；随激光脉冲频率和激光扫描速度的增加呈现先上升再下降。
关键词：声表面波；超声辅助振动；激光加工；谐振频率；润湿性
作者单位：河南牧业经济学院能源与智能工程学院
引文格式：张存鹰,王俊阳,袁帅,等.超声激光复合制备7075铝合金微织构表面润湿特性研究[J]. 机电工程技术,2025,54(01):33-38.
7
标题：腔镜手术机器人系统远心机构设计及运动学分析
作者：陈传宝；刘新雨；武一凡；朱胜强；李坤
摘要：远心机构是腔镜手术机器人系统中的一个重要部件，影响系统整体的运动性能和系统其他部件的选择，通过腹腔镜手术的临床需求，对远心机构的设计准则进行分析，设计一款基于双平行四边形结构的远心机构。该机构使用双同步带传动，并对传统的四连杆机构进行优化设计，使其承载能力更强，且弥补了双同步带传动机构末端定位精度不高的问题，同时对横滚关节、摆动关节和平移关节的机械机构和实现形式进行设计。并研究远心机构的运动学特性，包括求解正逆运动学、速度雅可比变换矩阵和工作空间分析。通过以上计算和分析可以证明所设计远心机构的正确性和机构末端的稳定性，且横滚和摆动两个自由度都在±60°之间上下运动，满足设计要求，表明该远心机构能够满足微创手术相关技术的要求。
关键词：腔镜手术机器人；远心机构；优化设计；运动学分析
作者单位：山东建筑大学机电工程学院
引文格式：陈传宝,刘新雨,武一凡,等.腔镜手术机器人系统远心机构设计及运动学分析[J]. 机电工程技术,2025,54(01):39-43.
8
标题：三自由度外骨骼机构设计及运动学分析
作者：崔恒基；尹智健；赵云鹏；赵允豪；李坤；肖永飞
摘要：因脑卒中引起的上肢瘫痪患者近年逐渐增多，专业康复医师数量不足，难以满足患者的康复需求。设计一种三自由度康复外骨骼机构代替康复医师对患者进行上肢康复训练，提高了对患者进行康复训练的效率及稳定性，可以实现肩、肘、腕各个自由度的运动。在结构设计中，肩部和肘部的驱动部分采用齿轮减速和绞盘减速的二级减速，提高了传动的灵活性和适应性；腕部传动部分采用平行四边形和同步带结合的平行四边形机构，将平行四边形机构的远心点与腕部转动中心重合，满足腕部的转动需求，提高腕部运动的协同性。基于D-H参数法对外骨骼机构进行运动学分析，建立正运动学方程描述外骨骼机构的运动，对正运动学方程进行逆运动学反解，并建立外骨骼机构的雅可比矩阵描述外骨骼机构的速度。在MATLAB软件中基于蒙特卡罗法对外骨骼工作机构的空间进行仿真分析，通过仿真得到的点云图验证机构设计的可行性和合理性。
关键词：康复外骨骼机构；运动学；工作空间；仿真
作者单位：山东建筑大学机电工程学院；山东省科学院自动化研究所
引文格式：崔恒基,尹智健,赵云鹏,等.三自由度外骨骼机构设计及运动学分析[J]. 机电工程技术,2025,54(01):44-48.
9
标题：一种变刚度软体夹爪的设计与研究
作者：许航潇；江励；汤建华；李尹军；段荣
摘要：设计了一种变刚度软体夹爪。通过改变软体手指实际长度的方式来实现刚度的变化。分析了软体机器人特别是相关变刚度软体夹爪的研究，分析了其原理和驱动方式，以及各自优劣和适用环境。夹爪本体选择硅橡胶材料，软体手指的驱动方式为气动，然后通过Abaqus有限元仿真模拟，验证了软体手指的设计可行性。随后，进行了实物抓取测试证明其良好的适应性。最终仿真结果表明，所提出的变刚度软体夹爪保留了软体手指本身的柔顺性和灵活性，同时刚度变化效果良好。它对不同质量的物品具有良好的适应性，在抓取复杂易碎物品时具有较高的安全性，应用潜力广泛。
关键词：变刚度；实际长度；软体夹爪；设计仿真；抓取
作者单位：五邑大学机械与自动化工程学院
引文格式：许航潇,江励,汤建华,等.一种变刚度软体夹爪的设计与研究[J]. 机电工程技术,2025,54(01):49-53.
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标题：基于机器视觉的SCARA机器人动态抓取应用研究
作者：郭付龙；李婵；何善印；郑泳洋
摘要：机器视觉技术应用于工业机器人系统能够增加机器人的智能性，使其能够更加灵活、精准地应对复杂的制造任务。基于机器视觉的工业机器人系统集成应用是企业实现数字化转型、智能化必然途径。针对流水线上传送带不停机，机器人动态跟踪目标物体抓取作业的特点，研究了机器人在视觉引导下动态跟踪目标物体、实现动态抓取的过程。以某SCARA机器人及视觉系统为例，提出了基于机器视觉的机器人动态抓取系统，该系统能够实现目标物体的传输与识别，目标位置的计算与定位、机器人的跟踪与抓取。在此基础上搭建了应用硬件平台，详细介绍了设备参数配置、手眼标定、动态跟踪参数设置的原理及过程，设计了目标物体动态跟踪及抓取的流程。最后通过口罩分装案例验证了该应用系统的可行性，为机器人流水线动态抓取作业提供了参考依据，对提高流水线生产效率和实现企业智能化升级具有较高的实际应用意义。
关键词：机器视觉；SCARA机器人；手眼标定；动态跟踪
作者单位：深圳城市职业学院；深圳技师学院
引文格式：郭付龙,李婵,何善印,等.基于机器视觉的SCARA机器人动态抓取应用研究[J]. 机电工程技术,2025,54(01):54-58.
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标题：基于无人机快速抓拍与人脸识别的露天矿山安全预警技术进展
作者：崔年生；唐鹏；郑晓东；王振宇；郭伟杰
摘要：无人机技术与人脸识别技术的快速发展，为露天矿山安全管理工作中及时发现“违章作业”提供了有效的技术手段，有助于改进露天矿山作业现场的安全管理。通过无人机实时监控，能够有效识别作业人员未佩戴安全帽、车辆插队、人员进入特殊管控区等异常情况，并且通过与人脸识别技术相结合能够快速确认作业人员身份，从而及时地进行预警和干预，减少安全事故的发生。与传统的人工巡查方式相比较，无人机巡查具有覆盖范围、路径灵活等优势，能够与自动化图像分析相结合，降低人工监控的工作量，提升安全风险行为识别的准确性和及时性。这些技术手段的应用，有助于形成提升企业整体管理水平。从违章行为的识别和违章人员识别两方面综述了基于无人机快速抓拍与人脸识别的露天矿山安全预警技术进展，希望可以推动无人机和人工智能技术在露天矿山领域的应用。
关键词：无人机；实时监控；识别；安全检查；人工智能
作者单位：福建省新华都工程有限责任公司；厦门大学电子科学与技术学院
引文格式：崔年生,唐鹏,郑晓东,等.基于无人机快速抓拍与人脸识别的露天矿山安全预警技术进展[J]. 机电工程技术,2025,54(01):59-65.
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标题：基于运动规划的柔性平台往复运动控制研究
作者：李国鑫；郑军；杨志军
摘要：柔性平台是一种高速精密运动平台，由于系统中存在柔性铰链，会产生较大的非线性，传统PID算法的控制性能无法充分发挥，影响柔性平台在往复运动中的跟踪精度。因此设计了3阶S规划与自抗扰控制算法（ADRC）相结合的方法，该方法的关键在于引入运动规划，使系统输入信号更加平滑，不仅可以实现在快速变化的点位上平稳过渡，还能够提高系统的稳定性。同时，ADRC控制利用扩张状态观测器（ESO）的估计和补偿能力，有效地抵消了非线性对系统的影响，进一步提升了运动平台的跟踪性能和精度。这种方法可以有效应对系统的各种不确定性和外部扰动，提高系统的稳定性和控制性能。最后，通过150 μm行程的往复运动实验进行了验证，在同样运用3阶S规划的情况下，PID因为系统存在非线性而控制性能较差；ADRC提高了系统的估计补偿能力，实现了精密定位。相比PID,ADRC的50 Hz往复运动最大跟踪误差降低了42.1%,75 Hz往复运动最大跟踪误差降低了38.3%。
关键词：柔性铰链；运动规划；自抗扰控制；扩张状态观测器
作者单位：广东工业大学精密电子制造技术与装备国家重点实验室；佛山市华道超精科技有限公司
引文格式：李国鑫,郑军,杨志军.基于运动规划的柔性平台往复运动控制研究[J]. 机电工程技术,2025,54(01):66-70.
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标题：基于扰动观测器的宏微复合平台的推力波动补偿研究
作者：丁恒；马平
摘要：宏微复合平台多采用直线电机作为宏动台，而直线电机的推力波动作为直线电机的固有属性，会对整个宏微复合平台的定位精度以及宏微切换启动行程产生影响。为降低微动台启动行程与宏微复合平台的定位误差，先采用模糊前馈的控制方法降低宏动台定位误差，减少微动台启动行程。在此基础上对宏动台直线电机的推力波动，采用扰动观测器（DOB）对推力波动进行补偿，研究补偿前后对宏微切换启动行程与宏微平台定位精度的影响。通过仿真表明使用DOB补偿宏动台的推力波动，能够降低宏微启动时微动台的运动行程200 nm，能够使宏微复合运动平台的定位误差降低150 nm。实验结果表明，补偿宏动台推力波动会降低宏微切换时的微动台启动行程300 nm，降低了宏微复合平台的定位误差150 nm，进入1 μm误差带的时间减少了0.014 s。说明采用DOB对推力波动进行补偿能够提高宏微复合平台的性能。
关键词：宏微复合平台；推力波动；扰动观测器；补偿
作者单位：广东工业大学机电工程学院
引文格式：丁恒,马平.基于扰动观测器的宏微复合平台的推力波动补偿研究[J]. 机电工程技术,2025,54(01):71-76.
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标题：基于轻量级神经网络的端子排文本检测
作者：黄辉；谭晓茵；孙梦雪；舒展
摘要：针对目前深度学习方法对端子排检测精度低且模型庞大，难以在移动端部署，进而无法实现工业化应用的问题，提出一种基于轻量级神经网络的端子排文本检测模型。首先，对PSENet改进主干网络，提出一种提取融合图像特征与边缘特征的主干网络，提高特征的表达能力；其次，提出一种联合空间注意力与嵌入位置信息的通道注意力的机制，增强对重要信息的提取能力；最后，对特征金字塔网络进行轻量化改进，降低参数量。在端子排标签数据集上测试得出结果：相比于PSENet模型，改进后的模型精确率上升了3%,F1-score上升了1.5%，模型大小降低了37.72%。通过实验对比，该模型相比于其他主流模型精确率和轻量化水平显著提高，研究结果可在移动端上为检测端子排标签提供技术支持。
关键词：文本检测；注意力机制；深度可分离卷积；MobileNet；边缘检测算法
作者单位：五邑大学智能制造学部
引文格式：黄辉,谭晓茵,孙梦雪,等.基于轻量级神经网络的端子排文本检测机电工程技术,2025,54(01):77-80.
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标题：深度学习与特征多尺度融合的PCB表面缺陷检测
作者：江跃龙；吕超鑫；唐鹤芳
摘要：印刷电路板（Printed Circuit Board,PCB）作为电子设备的核心，其性能和可靠性对电子产品至关重要。鉴于传统检测方法在效率和准确性上的局限性，旨在通过技术创新显著提升PCB缺陷检测的性能。为此，构建了YOLOv8-Defect模型，该模型在YOLOv8的基础上进行优化，包括引入SEAttention机制、Soft-NMS算法和Wise-IoU技术，并对C2f架构进行了升级至C3架构。通过先进的数据增强技术和模型训练策略，YOLOv8-Defect在检测PCB表面缺陷方面实现了性能的显著提升。实验结果表明，该模型不仅能够高效地识别电路板上的微小缺陷，还能实现实时监控，确保了检测过程的连续性和即时性。研究成果不仅为工业质量检测领域带来了创新的解决方案，也彰显了深度学习技术在解决实际工业挑战中的巨大应用潜力，为电子设备质量和生产效率的提高提供了坚实的技术支撑。
关键词：数据增强；PCB表面缺陷；特征多尺度融合；YOLOv8-Defect；Wise-IoU；深度学习
作者单位：广州铁路职业技术学院
引文格式：江跃龙,吕超鑫,唐鹤芳.深度学习与特征多尺度融合的PCB表面缺陷检测[J]. 机电工程技术,2025,54(01):81-85.
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标题：基于CEC2014基准测试集的和声搜索算法研究
作者：赵瑞壮；李泓进；林初欣；陈泽世；可汗
摘要：作为一种基于群体的智能优化算法，和声搜索算法（Harmony Search,HS）因其具有控制参数少、健壮性强、结构简单等优点，引起了众多研究人员的广泛关注。然而随着研究工作的不断深入，和声搜索算法存在过早收敛、容易陷入局部最优的不足。因此，国内外许多研究人员提出了一系列的改进和声搜索算法。按照改进思路从改进控制参数的设置方法、改进HS的搜索算子与结合其他算法的优化方法3个方面，对现有的改进和声搜索算法进行归纳总结。此外，基于CEC2014基准测试集设计对比实验来比较5种具有代表性和声搜索算法的性能表现。根据实验结果，分析了5种具有代表性和声搜索算法在单峰、多峰、混合和组合函数上的性能表现，并给出了5种具有代表性和声搜索算法在不同函数类型工程优化问题上的建议。
关键词：和声搜索算法；参数策略；搜索算子
作者单位：江西理工大学理学院
引文格式：赵瑞壮,李泓进,林初欣,等.基于CEC2014基准测试集的和声搜索算法研究[J]. 机电工程技术,2025,54(01):86-91.
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标题：基于时域有限差分的地下管线探测数值模拟
作者：吕雅琪；程晓文；饶奔煌；许耀凯；罗旖琦
摘要：探地雷达作为一种无损检测手段广泛应用于地下管线探测，能快速探测到地下管线的位置、埋深及管径情况，给工程施工带来极大便利。然而高频雷达波波长短、介质吸收强烈，使得探测剖面较为复杂，探地雷达对地下管线的探测效果也因管线材质和天线频率而不同。为了提高探测的效果和解释的准确性，采用基于时域有限差分的gprMax开源代码对地下管线探测进行数值模拟。在天线频率400 MHz，圆管埋深0.9 m工况下，对不同管线材质进行仿真，结果显示，金属圆管反射电场强度是PVC圆管反射的两倍。说明当管线材质与周围介质介电常数差异大时，反射波能量强，雷达剖面结构更清晰。分别对400、900和1 500 MHz天线频率进行仿真，结果表明雷达图的分辨力随着天线频率增加而提升。最后对管内介质分别为空气和水的工况进行仿真，在天线频率400 MHz工况下，管内介质为水的雷达图呈现3个明显的双曲线，管内介质为空气的雷达图值呈现1个明显的双曲线，说明电磁波在水中的能量衰减比空气中少。
关键词：时域有限差分；地下管线；探地雷达；数值模拟
作者单位：广州计量检测技术研究院
引文格式：吕雅琪,程晓文,饶奔煌,等. 基于时域有限差分的地下管线探测数值模拟[J]. 机电工程技术,2025,54(01):92-95.
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标题：含残余变形的连续油管下入过程载荷特性分析
作者：刘超；魏文澜；白鹏巨；姚磊；曹银萍
摘要：由于连续油管作业特点使其在入井初始阶段与井壁存在显著的摩阻，从而使作业载荷控制与紧急情况井口截断存在一定的安全风险，此外，研究还发现，连续油管的残余变形不仅影响初始悬重载荷，还会对连续油管在井筒内的运行稳定性产生显著影响。通过合理设计导向架半径，不仅可以减小连续油管的入井摩阻，还能够降低其因残余应力引起的变形累积。同时，导向架半径的优化设计有助于减少作业载荷的不确定性。针对连续油管的地面结构开展了其残余变形及其入井载荷特性研究，建立了理论解析模型。研究结果表明，连续油管的残余变形与井口导向架半径存在相关性。连续油管下入过程中含残余变形的连续油管初始悬重载荷随着导向架弯曲半径的增大而减小，通过控制连续油管的地面导向架半径，能够有效降低其入井摩阻，从而实现对作业安全性的有效提升。
关键词：连续油管；残余变形；油井；管柱力学；入井摩阻
作者单位：西安石油大学机械工程学院；西安市高难度复杂油气井完整性评价重点实验室
引文格式：刘超,魏文澜,白鹏巨,等. 含残余变形的连续油管下入过程载荷特性分析[J]. 机电工程技术,2025,54(01):96-101.
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标题：基于数字孪生的天然气井多源数据融合温度场分析
作者：胡月；魏文澜；李玉强；樊雪儿；程嘉瑞
摘要：井筒温度场是评估天然气井服役安全的重要参数，其变化直接影响井筒的完整性，由于天然气井生产过程伴随复杂的温度变化，使其全井筒温度场演化分析难以获得精确的数值模拟结果。基于天然气井的数字孪生模型，建立了井筒内流体与时变非稳态地层的传热模型，以及井筒内流体温度场的径向传递模型，进而提出了一种井下监测与数值模拟多源数据的融合方法，建立了井下任意数量与位置测点的温度采集数据与温度数值计算的耦合求解模型，实现了在有限监测数据的条件下，全井筒高精度温度场演化分析。多源数据融合方法有效提高了全井筒温度场预测的精度，为有限数据条件下的井筒完整性评估提供了可靠的分析方法，并为天然气井的高效、安全运行提供了技术支持。
关键词：数字孪生；温度场模拟；多源数据融合；井筒传热；天然气井
作者单位：西安石油大学机械工程学院；西安石油大学西安市高难度复杂油气井完整性评价重点实验室
引文格式：胡月,魏文澜,李玉强,等. 基于数字孪生的天然气井多源数据融合温度场分析[J]. 机电工程技术,2025,54(01):102-107.
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标题：工况参数对高速角接触球轴承动态特性的影响
作者：宋彦辰；沈梦雨
摘要：高速角接触球轴承在航空发动机、高速机床、风力发电机组等众多高速旋转机械中发挥着至关重要的作用。其作为传动和支撑系统的重要组成部分，直接影响着整个设备的运行稳定性和效率。然而，在实际工作中高速角接触球轴承的动态性能往往会受到各种工况波动的影响，而动态性能是衡量其服役性能的关键指标之一。针对工况参数对高速角接触球轴承动态特性的影响展开研究。首先，基于牛顿第二定律建立了高速角接触球轴承的动力学模型，并根据动力学模型计算结果，分析了轴承内圈输入角加速度、库仑摩擦因数对高速角接触球轴承动态性能的影响规律。结果表明：增大轴承内圈输入角加速度与库仑摩擦因数，会增加滚珠与轴承内圈之间接触力与摩擦力矩。
关键词：高速角接触球轴承；动态特性；动力学模型
作者单位：东北林业大学机电工程学院
引文格式：宋彦辰,沈梦雨. 工况参数对高速角接触球轴承动态特性的影响[J]. 机电工程技术,2025,54(01):108-112.
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标题：蓄热式热氧化器控制系统设计与实现
作者：冯涣婷；祝强；何宇；陆敏智
摘要：为了提高蓄热式热氧化器（Regenerative Thermal Oxidizer,RTO）在PVC手套制造业废气治理中的净化效率，根据该行业产生的废气特点，设计了一种三室RTO工艺流程，并开发了与之配套的基于PLC的自动化控制系统。首先，根据RTO工艺流程和监控需求，构建了硬件控制系统。然后，从提升阀自动换向、废气风量调频控制和PID温度调节控制等功能方面设计了软件系统，确保了RTO的高效自动化运行。进一步地，通过TCP/IP协议，构建了PLC、触摸屏和工业网关之间的以太网连接，并设计了直观易操作的触摸屏监控界面，实现了RTO系统的本地监控和基于云服务器的远程在线监控功能。最后，利用实际生产应用中的温度和频率数据对RTO系统的安全可靠性进行验证，实测数据表明，该控制系统不仅运行稳定且可靠，而且显著提高了废气的净化效率，净化效率高达99.3%。
关键词：控制系统；蓄热式热氧化器；PLC；温度控制；废气治理
作者单位：江苏信息职业技术学院智能工程学院；无锡纳易思环保科技有限公司
引文格式：冯涣婷,祝强,何宇,等. 蓄热式热氧化器控制系统设计与实现[J]. 机电工程技术,2025,54(01):113-117.
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标题：CMT增材再制造含预制槽30CrMo板组织性能及热处理研究
作者：赖书斌；王宏；王军
摘要：针对含体积型缺陷的30CrMo零件，基于单焊道的宽度、高度和圆弧轮廓方程，构建了预制槽宽度的预测模型；针对优选的预制槽宽度，开展含预制槽的CMT再制造试验；利用金相显微镜、扫描电子显微镜表征熔覆层的微观组织、析出相分布规律；利用万能试验机测试熔覆层的拉伸力学性能。结果表明：CMT增材再制造得到的熔覆层连续、无宏观缺陷、与母材融合良好。焊态熔覆层主要由铁素体和粒状贝氏体构成，晶界上分布有大量的块状碳化物，晶内部碳化物颗粒较少；热处理后铁素体尺寸增大比较明显，晶界上的块状碳化物尺寸增大、弥散度降低。再制造试样具有良好的力学性能，其横向拉伸的强度优于纵向；热处理后纵向拉伸的屈服强度、抗拉强度分别为592 MPa、736 MPa，约为30CrMo母材性能的90.8%、90.7%。本研究为再制造件的形、性调控提供了数据支撑。
关键词：CMT；30CrMo；再制造；热处理
作者单位：中海油能源发展装备技术有限公司湛江分公司；西安石油大学机械工程学院
引文格式：赖书斌,王宏,王军. CMT增材再制造含预制槽30CrMo板组织性能及热处理研究[J]. 机电工程技术,2025,54(01):118-122.
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标题：模型预测控制的新能源汽车升压充电系统控制研究
作者：贾超；蒋晓明；刘晓光
摘要：以新能源汽车驱动复用式升压充电系统中三相交错并联Boost变换器为研究对象，针对系统在运行过程中动态响应速度慢、稳态特性差等问题，引入模型预测控制算法，对其展开研究分析。以单相Boost电路工作为例，建立了系统状态空间方程，并通过离散化处理建立了预测电流模型。根据变换器控制系统的运行约束和性能指标，确定了适当的目标价值函数，并计算出最小化目标函数值的最优占空比表达式。最后，利用MATLAB/Simulink构建了变换器仿真模型，验证了所提出的控制策略的可行性，并针对变换器输出电压响应速度慢、电压超调以及抗干扰性能差等问题与PI双闭环控制策略进行对比分析。仿真结果显示，相较于传统PI控制系统，模型预测控制系统的电压调节时间提升了62.3%，且无明显超调；当输入电压和负载发生扰动时，其电压偏差值分别降低了56.3%和85.8%，稳态时间分别提升了37.3%和51.3%。由此可知，该所设计模型预测控制器能够满足升压充电系统应用需求，具有更好的动态响应、稳态特性以及鲁棒性能。
关键词：新能源汽车；交错并联；Boost变换器；PI双闭环控制；模型预测控制
作者单位：五邑大学智能制造学部；广东省科学院智能制造研究所
引文格式：贾超,蒋晓明,刘晓光. 模型预测控制的新能源汽车升压充电系统控制研究[J]. 机电工程技术,2025,54(01):123-127.
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标题：基于准比例谐振和重复复合控制的LC型单相全桥逆变器研究
作者：张嘉峰；舒亮；江闽；林振权
摘要：不同的控制策略与实现办法决定着逆变电源输出波形质量和动态性能的好坏，传统的PI控制难以实现交流系统的无静差跟踪，系统的抗干扰能力也有所不足。为提升逆变系统的输出电能质量和动态性能，提出一种基于准比例谐振（Quasi-proportional Multi-Resonance, QPR）控制与重复控制相结合的复合控制方法。分析了LC型单相全桥逆变器的数学模型，建立了QPR控制与重复复合控制的框架。两者间采用并联控制，相比于单一控制策略，该复合控制同时兼顾了QPR控制动态性能与重复控制稳态性能的优越性。对负载突变有较快的响应速度，能够有效抑制周期性谐波，改善系统动态特性。仿真验证了所提方法的有效性，结果表明复合控制下的LC型单相全桥逆变器动态性能良好，在非线性负载下谐波输出电压THD降低了69.01%，负载适应性较强。
关键词：单相全桥逆变器；准比例谐振控制；重复控制；复合控制
作者单位：温州大学电气与电子工程学院；温州大学乐清工业研究院；温州蓝天能源科技股份有限公司
引文格式:张嘉峰,舒亮,江闽,等. 基于准比例谐振和重复复合控制的LC型单相全桥逆变器研究[J]. 机电工程技术,2025,54(01):128-134.
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标题：基于VMD-FOA-LSSVM的输电线路故障诊断方法
作者：宫臣；韩猛
摘要：针对现有输电线路短路故障诊断方法精度较低的问题，提出了一种基于VMD-FOA-LSSVM的输电线路故障诊断方法。首先通过VMD对发生故障后的三相电压数据进行分解，得到了一连串的模态成分；随后分别求出各模态分量的样本熵值，并将这些样本熵值组成故障特征集。随后通过改变步长加强了果蝇算法的全局搜索能力，采用改良的果蝇算法优化最小二乘支持向量机的分类模型，进一步提高该模型的分类性能。最后将故障特征集输入到FOA-LSSVM模型里进一步训练，并与几种常用的故障诊断方法进行对比。实验结果表明，FOA-LSSVM方法在输电线路故障诊断方面精度较高，可以更准确、更快速地对输电线路的故障进行诊断。
关键词：输电线路；故障诊断；支持向量机；果蝇算法
作者单位：山西潞安集团蒲县黑龙煤业有限公司；辽宁工程技术大学电控学院
引文格式:宫臣,韩猛. 基于VMD-FOA-LSSVM的输电线路故障诊断方法[J]. 机电工程技术,2025,54(01):135-139.
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标题：叶片叶根形变补偿控制方法研究
作者：卢家骐；张万娟；侯丽媛；刘慧；陈惠贤；高学鹏
摘要：由于风电叶片叶根合模后固化变形会引起预埋螺栓孔安装误差较大、形变补偿困难。为此，基于滚珠丝杠式的防缩模误差补偿工装结构方案研究了误差补偿控制系统。该控制系统考虑了滚珠丝杠系统补偿过程中存在未知扰动以及滑模控制自身抖振现象难以抑制等影响因素。首先，建立滚珠丝杠式误差补偿系统的集总参数数学模型；其次，提出基于神经网络扰动观测器的滑模位置控制方法；最后，为实现滑模控制参数自适应调节，设计了RBF-SMC算法，通过RBF网络对滑模控制系统的信息进行在线辨识。通过实验验证，所提出的基于神经网络扰动观测器的滑模位置控制方法能削弱滑模控制自身抖振现象，并减小稳态误差，具有较好的抗扰性能，为叶根防缩模工装生产过程数字化提供新思路。
关键词：叶根数字化补偿；扰动观测器；滑模控制；RBF神经网络
作者单位：中材科技(酒泉)风电叶片有限公司；兰州理工大学机电工程学院
引文格式:卢家骐,张万娟,侯丽媛,等. 叶片叶根形变补偿控制方法研究[J]. 机电工程技术,2025,54(01):140-145.
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标题：基于试验数据的aPLI腿型和Flex-PLI柔性腿差异性分析
作者：李晶；崔义忠
摘要：行人作为弱势道路使用者，在交通事故中伤残的比例极高。交通事故中行人下肢的损伤是致残的重要原因，因此对行人下肢的保护能力是评价车辆行人保护性能的重要考核标准。当前评估车辆对行人下肢的保护能力使用的腿型冲击器主要是aPLI腿型和Flex-PLI柔性腿，两种腿型对相同型号同一试验位置的运动姿态响应和损伤响应存在差异，因此基于腿型冲击试验的数据深入分析两种腿型的运动响应和损伤响应的差异性。研究发现，在整个冲击过程中，aPLI腿型在初始阶段保持竖直状态，中后阶段呈现“C”形的运动姿态，Flex-PLI柔性腿始终保持竖直状态；aPLI腿型的大腿和MCL损伤峰值，峰值时间以及曲线走势方面与FlexPLI柔性腿差异较大，aPLI腿型的小腿在损伤峰值方面与Flex-PLI柔性腿差异较大，在峰值时间和曲线走势方面基本保持一致。
关键词：aPLI腿型；Flex-PLI柔性腿；运动响应；损伤；差异性
作者单位：上海机动车检测研究中心汽车安全检测研究实验室
引文格式:李晶,崔义忠. 基于试验数据的aPLI腿型和Flex-PLI柔性腿差异性分析[J]. 机电工程技术,2025,54(01):146-151.
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标题：基于PointNet的钢板毛坯垛点云分割
作者：林振杨
摘要：钢板毛坯垛拆垛工序中，钢板毛坯分层厚度的估计是推钢机准确且安全执行推钢动作的关键；当前不少企业此道生产工序仍主要靠操作员人工观察的方式估算钢板厚度及与传送辊道的相对高度，其估算不准易导致碰撞，造成输送设备损坏生产中断。提出一种钢板毛坯垛智能分层方法，该方法结合现场工况环境采用激光雷达，对钢板毛坯垛进行三维点云成像，然后对采集的点云数据，用PointNet神经网络框架进行特征识别、分层分割与提取，最后对分割的不同层根据标定值，换算成真实厚度。根据现场实验结果表明，PointNet对钢板毛坯垛分割的识别率达到了87.4%，厚度估算误差低于1.2 cm，根据钢厂钢板毛坯规格表（3种规格150、160、180 cm）可以准确估计出钢板毛坯厚度的规格，识别速度15帧/s，满足现场工况要求。
关键词：钢板毛坯垛；点云分割；特征识别；PointNet
作者单位：福建三钢闽光股份有限公司
引文格式:林振杨. 基于PointNet的钢板毛坯垛点云分割[J]. 机电工程技术,2025,54(01):152-156.
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标题：基于BIM+GIS的引绰济辽综合信息查询与分析系统设计与实现
作者：徐晓东；丁启航；秦学东；黄燕；朱晓斌；黄军
摘要：目前多数大型水利工程信息复杂程度高、数据量大，决策分析时未能及时有效获取相关信息，水利工程管理亟待升级。从当前数字孪生水利的建设数字化、网络化、智能化的要求出发，构造了一种信息集成模型将BIM与GIS数据集成在一起，提出了一种基于时间序列的模型动态生成和方法，并对大规模数据的轻量化和渲染方法进行改进，对BIM数据进行转换，实现BIM和GIS之间的互通，动态渲染出引绰济辽工程项目的三维模型。最后将BIM参数化建模、GIS数据多元融合及BIM+GIS融合等技术引入综合信息查询与分析系统中，以引绰济辽工程为例，实现水利工程信息的高效查询、可视化管理，为工程决策提供强有力的支撑，同时为其他工程综合信息管理提供参考。
关键词：数字孪生；时间序列；动态渲染；引绰济辽工程
作者单位：内蒙古引绰济辽供水有限责任公司；水利部水利水电规划设计总院；中水三立数据技术股份有限公司
引文格式：徐晓东,丁启航,秦学东,等. 基于BIM+GIS的引绰济辽综合信息查询与分析系统设计与实现[J]. 机电工程技术,2025,54(01):157-161.
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标题：飞点型背散射安检仪图像质量提升研究
作者：李镜亮；黎超；熊志辉
摘要：背散射成像技术是一种利用X射线康普顿散射效应，对有机物敏感的表层成像技术。行业内广泛采用飞点扫描方式成像，但在以较高转速进行成像的情况下，因机械结构加工及电气控制误差等因素，会造成背散图像轮廓不够细腻，边界抖动，对比度差异不够明显的问题。基于自主研发的飞点型背散射成像系统，深度研究了图像质量问题的产生根源，实施了一系列改进对策，包括提高斩波轮飞点结构运动精度、采用积分型探测器改进图像采集模式，目前已实际应用于成像系统进行实验验证，空间分辨力可清晰分辨直径9 mm聚乙烯线对，穿透6 mm厚度钢板后聚乙烯测试卡轮廓清晰可见，成功提升了扫描图像质量，验证了解决方案的有效性，为提升行业内背散射安检系统的图像质量提供了切实可行的改进思路。
关键词：背散射成像；飞点型；图像质量；图像噪声；积分型探测器
作者单位：中广核贝谷科技有限公司
引文格式：李镜亮,黎超,熊志辉. 飞点型背散射安检仪图像质量提升研究[J]. 机电工程技术,2025,54(01):162-166.
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标题：透明空腔复合滤棒成型纸恒张力控制系统设计
作者：刘强；盛况；车静；陈从鑫；邓少鹏；熊烽；曹淮；吴磊；许炳冠
摘要：在滤棒成型过程中，包裹基棒的成型纸的张力稳定性对滤棒中基棒间距的稳定性具有较大影响。为提高透明空腔复合滤棒产品质量，对成型纸的输送进行恒张力控制。针对透明成型纸的材质特殊性，设计了透明空腔复合滤棒卷制成型过程中成型纸恒张力控制系统，采用闭环伺服控制原理，解决了透明成型纸在滤棒卷制过程中，因张力波动大导致的滤棒质量问题。测试结果表明，透明成型纸在10 N的拉力作用下长度方向变形率为0.5%，对于120 mm滤棒，在急速升速过程中，最大张力波动值0.21 N所引起的长度方向变形为0.012 mm，对于滤棒±0.8 mm的误差许可范围基本没有影响。在生产透明空腔复合滤棒的YL22滤棒成型机组上的生产应用结果显示，成型纸恒张力控制系统实现了成型纸的恒张力控制，提高了基棒定位准确性，消除了因张力引起的滤棒空腔尺寸的波动，提高了产品质量，满足滤棒稳定生产要求。
关键词：透明空腔复合滤棒；成型纸；恒张力；控制系统
作者单位：湖北中烟工业有限责任公司；湖北中烟卷烟材料厂；华中科技大学机械科学与工程学院
引文格式：刘强,盛况,车静,等. 透明空腔复合滤棒成型纸恒张力控制系统设计[J]. 机电工程技术,2025,54(01):167-172.
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标题：搅拌摩擦焊主轴头结构设计与焊接试验
作者：卢云飞；聂浩锋；黎训学；齐锋；陈帝游
摘要：为解决搅拌摩擦焊的工程化应用问题，针对搅拌摩擦焊机床的主轴头进行研究，设计了集成B轴、C轴、S轴3个旋转轴的搅拌摩擦焊主轴头。B轴为手动控制旋转轴进行搅拌摩擦焊工艺倾角调整，C轴由齿轮传动带动机械主轴绕机床Z轴旋转进行搅拌头切线跟随，S轴由机械主轴带动搅拌头进行旋转搅拌焊接。机械主轴采用直联驱动的形式，两柱两球的支承定位方式，刀柄接口为锥面端面同时约束。对机械主轴进行静力学和模态分析，机械主轴静刚度满足使用要求，最高工作转速远低于1阶固有频率，能有效避免共振的产生。应用所设计搅拌摩擦焊主轴头进行焊接试验，在焊接速度300 mm/min、搅拌头转速1 000 r/min时，焊缝接头成型良好，抗拉强度达到最佳值259 MPa，达到母材抗拉强度的82.5%。试验结果表明了搅拌摩擦焊主轴头设计的合理性，为类似装备的设计提供了技术借鉴。
关键词：搅拌摩擦焊；主轴头；机械主轴；焊接试验
作者单位：汇专机床有限公司
引文格式：卢云飞,聂浩锋,黎训学,等. 搅拌摩擦焊主轴头结构设计与焊接试验[J]. 机电工程技术,2025,54(01):173-178.
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标题：废弃导管架沉降过程动力学分析
作者：徐龙达；王雨涵；王鑫；刘震；董妍；周志鹏；赵林；王海波；常宗瑜
摘要：针对当前海上石油平台退役后处置的问题，将废弃导管架再利用为人工鱼礁成为了最具可行性的方案之一。为避免切除后的导管架在沉降时产生结构破坏，对其布放后的动力学进行了分析。基于莫里森方程推导了水动力学模型，建立导管架与海床平面的接触模型及碰撞模型，对导管架沉降过程进行了动力学研究。同时，利用动力学软件ADAMS模拟了导管架在3种不同初始倾角下的沉降过程，采用有限元分析系统ANSYS Workbench对着底后的导管架进行强度分析。结果表明，随着导管架的投放倾角的增大，沉降的稳定速度减小；底棱触底时冲击力较小但应力更大，约为15MPa，尤其在中部区域较为明显。研究可为合理规划导管架的布放和设计提供参考，也为优化导管架的布放过程提供理论支撑。
关键词：导管架再利用技术；多体动力学仿真；莫里森方程；碰撞模型
作者单位：中海油深圳海洋工程技术服务有限公司；中国海洋大学工程学院；山东省海洋工程重点实验室
引文格式：徐龙达,王雨涵,王鑫,等. 废弃导管架沉降过程动力学分析[J]. 机电工程技术,2025,54(01):179-183.