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2026年04期

《机械》杂志是国内外公开发行的机械装备行业专业技术期刊，在机械行业领域内，传播科技信息，刊载科技专题论著，展示机学科最新科研成果，交流生产实践及革新改造的先进技术经验，传播现代科技新知识。

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设计与研究 | 层级内嵌声学超材料的设计与低频宽带吸声机理研究

设计与研究 | 层级内嵌声学超材料的设计与低频宽带吸声机理研究

摘要：针对传统蜂窝声学超材料在低频段存在的窄带吸声与宽带设计间的固有矛盾，受蜘蛛网层级纤维网络协同耗能机制启发，提出一种层级内嵌声学超材料。通过多阶四边形嵌套拓扑与混合耦合结构设计，融合了层级缩放与相干耦合两种物理机制，在保持结构紧凑性的同时，实现了200～800 Hz频段内吸声性能的显著提升。研究结果表明：二阶结构的半吸声带宽与高效吸声带宽较基础单元分别提升近5倍，且实现量级突破；阻抗匹配与能量场分析揭示了其多频点协同与频率自适应的宽带吸声机理；参数化研究进一步明确了关键孔径尺寸对吸声特性的调控规律，验证了该复合结构在突破传统声学材料“带宽一效率一尺寸”权衡瓶颈方面的潜力。
设计与研究 | 基于 AMESim 的爬模式组塔液压机构仿真研究

设计与研究 | 基于 AMESim 的爬模式组塔液压机构仿真研究

摘要：为满足高压、特高压输电线路和变电站的数量日渐增多的需求，提出一种可用于爬模式组塔平台的液压爬升机构，能够随着塔身不断顶升与锁定作业平台，为工人作业和吊装提供安全可靠的平台。对顶升液压缸、锁止液压缸、液压泵等液压系统主要部件的参数进行了理论计算，明确其负载、压力和速度等设计指标。在此基础上，在 AMESim 软件中搭建了液压系统的仿真模型并进行仿真，分析顶升与锁止动作过程中的位移、速度、压力和流量动态特性。仿真结果表明，该系统能够有效完成设计的顶升和锁止动作，顶升速度为 0.06 m/s，最大工作压力为 4.1 MPa，锁止动作时间小于 1 s，与设计参数基本一致，验证了系统的可行性。最后，通过故障注入模拟液压系统的典型失效情况，识别故障状态下的系统参数变化，为故障的识别与处理提供了参考。
设计与研究 | 壳模冷却技术对吹塑托盘成型周期及质量稳定性的影响机制研究

设计与研究 | 壳模冷却技术对吹塑托盘成型周期及质量稳定性的影响机制研究

摘要：探讨了壳模冷却技术在吹塑托盘制造过程中的应用效果及影响机制。采用对比实验和数值模拟方法，研究了壳模冷却技术对吹塑托盘成型周期及质量稳定性的影响机制。设计传统水道冷却与壳模冷却的对比实验，通过红外热成像系统监测温度场分布，采用测量设备评估产品质量。实验数据表明，壳模冷却技术在缩短成型周期、提高温度均匀性、改善产品质量方面效果显著。基于实验数据建立热传递数学模型和产品质量预测模型，通过计算流体动力学（Computational Fluid Dynamics，CFD）数值模拟验证了理论分析的准确性，揭示了壳模冷却技术提升成型效率和产品质量的内在机理。工业应用验证表明，该技术在生产效率、改善产品质量、降低制造成本方面具有显著效果，为吹塑托盘制造提供了高效可靠的冷却解决方案。
交通工程技术 | 斜楔磨耗对货车简化转向架临界速度的影响研究

交通工程技术 | 斜楔磨耗对货车简化转向架临界速度的影响研究

摘要：在货车简化转向架中，斜楔是提供抗菱刚度的核心结构。为研究斜楔磨耗对临界速度的影响，本文提出斜楔多刚体动力学模型。该模型将斜楔主、副摩擦面离散为若干节点，分别计算各节点的几何位移，以确定摩擦面接触载荷分布。其次，建立考虑斜楔多刚体动力学的车辆一轨道耦合动力学模型，并重点分析了斜楔磨耗对转向架抗菱刚度及临界速度的影响。主要结论如下：①当斜楔总磨耗低于临界磨耗量时，车辆临界速度随磨耗的增加略微下降；当磨耗达到临界磨耗量时，临界速度发生突降并显著降低；进一步增加磨耗后，临界速度维持在较低水平。②为确保车辆临界速度超过 130km/h，不同磨耗模式下的斜楔临界磨耗量存在差异：均匀磨耗及垂向不均匀磨耗的临界磨耗量均为 6mm，而横向不均匀磨耗使临界磨耗量降低至 5mm。
交通工程技术 | 市域铁路道床内置泵房地段轨道结构设计及振动试验研究

交通工程技术 | 市域铁路道床内置泵房地段轨道结构设计及振动试验研究

摘要：针对市域铁路取消联络通道后区间废水泵房的设置难题，提出一种道床内置式泵房轨道结构设计方案。采用预制轨枕板结构，在道床中心开设长 24 m、宽 0.8 m 的沟槽作为储水与检修空间，并通过设置钢横梁及下部钢筋混凝土横撑增强结构整体稳定性。基于有限元方法，对列车荷载、温度及混凝土收缩作用下的结构进行了受力分析与配筋设计检算，结果表明：温度与混凝土收缩产生的弯矩远大于列车荷载，是控制配筋的主要因素；道床纵筋配筋率为 0.654%，裂缝宽度最大为 0.072 mm，均满足规范要求，且具有较高的安全储备。通过现场振动试验，对比测试了内置泵房地段与普通地段的轨道结构动力响应，数据显示钢轨垂向位移、加速度及道床板加速度等关键指标均在规范限值内，且环境振动水平（最大 Z 振级均值 73.4 dB）与普通道床相当，验证了该结构在 160 km/h 运营速度下的安全性与稳定性。
交通工程技术 | 时速 160 km/h 市域铁路钢弹簧浮置板轨道结构适应性分析

交通工程技术 | 时速 160 km/h 市域铁路钢弹簧浮置板轨道结构适应性分析

摘要：针对时速 160 km/h 市域铁路面临的大轴重、高速度运行引起的振动与噪声问题，围绕钢弹簧浮置板轨道结构在市域铁路中的适用性展开研究。通过采用多体动力学与有限元软件联合仿真方法，构建列车一钢弹簧浮置板轨道结构一基底空间耦合动力学模型，系统探讨了浮置板尺寸参数（板长、板宽、板厚）与钢弹簧垂向刚度对轨道结构动力学响应及减振性能的影响，为市域铁路减振轨道设计提供理论依据与技术参考。研究结果表明：不同板尺寸工况下列车运行平稳性、安全性指标均满足规范要求，钢轨垂向位移在板长 13 m、板厚 0.3 m 和 0.4 m 时超出限值；板长与板厚对钢轨位移及整体减振效果影响显著，板宽影响较小，且各工况下浮置板减振量均高于 10 dB，满足特殊减振要求；钢弹簧垂向刚度增大虽可减小钢轨位移，但会降低轨道减振效果，且其对整体减振性能的影响小于板结构参数。综合动力学响应、减振效果与经济可行性，推荐市域铁路钢弹簧浮置板采用板长 25 m/19 m、板宽 2.8 m、板厚 0.5 m/0.6 m 的优化尺寸。
机器人技术 | 履带式换热器检测机器人设计

机器人技术 | 履带式换热器检测机器人设计

摘要：换热器是石油化工、核能电力等工业领域实现流体热传递的关键设备，其中以碳钢材质换热器应用最为广泛。为保障换热器安全服役，本文提出一种履带式磁吸附检测机器人方案。首先，为应对管板开孔导致的非连续导磁表面，基于Halbach阵列原理设计了一种高性能永磁吸附模块，并通过有限元仿真验证了其吸附力与可靠性。其次，为减少履带磨损并提高行驶平顺性，提出一种基于Reeds-Shepp曲线的往复式路径规划方法。进一步，为克服竖直壁面作业时的重力滑移问题，设计了一种带有重力滑移补偿的改进模型预测控制策略。样机爬壁试验结果表明，该机器人能够在模拟管板表面稳定吸附，并精准跟踪规划路径，最大轨迹跟踪横向误差在直线段小于3 mm、在曲线段小于6 mm。本研究为换热器的自动化检测提供了切实可行的机器人解决方案。
机器人技术 | 基于离散事件仿真的生产车间 AGV 系统多目标优化配置研究

机器人技术 | 基于离散事件仿真的生产车间 AGV 系统多目标优化配置研究

摘要：自动导引车（Automated Guided Vehicle，AGV）系统在柔性制造车间的物流运输中扮演着关键角色。针对 AGV 系统变量众多、动态性强且具有随机性，其优化配置较为复杂，难以直接估算的问题，本文提出一种离散事件仿真与多目标优化相结合的配置方法。首先建立车间与 AGV 系统的离散事件仿真模型，选取重要的运行性能指标，再利用灵敏度分析识别筛选出重要设计参数，通过实验设计（Design of Experiments，DOE）方法参数组合进行全因子仿真实验，模拟车间与 AGV 系统的实际运行过程，采用权重法进行多目标优化计算，实现 AGV 系统的高效配置。结果表明，该方法能实现车间 AGV 系统的快速有效配置，保障车间与 AGV 系统的运行效率和性能，对实际工程应用中 AGV 系统的设计与参数配置具有一定的参考作用。
测量与检测技术 | 面向复杂环境的履带割草机障碍物检测与坡度评估系统开发

测量与检测技术 | 面向复杂环境的履带割草机障碍物检测与坡度评估系统开发

摘要：当前履带割草机视觉系统存在光照变化剧烈下识别率低、环境适应性差的问题，且无法评估坡度变化，导致作业时出现上坡停滞、下陡坡侧翻等安全隐患。为此，设计了一种面向复杂环境的履带割草机障碍物检测与坡度评估系统。该系统以可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC）为控制核心，通过超声波传感器检测 0.1～5m 内的障碍物，精准判断草坪边界及台阶落差；利用惯性测量单元（Inertial Measurement Unit，IMU）传感器实时采集割草机的姿态角、速度和坡度信息，结合卡尔曼滤波算法实现多源数据融合。搭建模拟复杂地形（±30°陡坡、起伏丘陵）和恶劣环境（强光、阴雨）的测试平台，对系统进行性能验证。结果表明：系统在光照强度 1000～100000lux 、小雨天气下稳定工作，障碍物检测相对误差 ?3.2% ，坡度识别相对误差 ?2.0% ，显著避免设备停滞、侧翻风险，传感器总成本 ?500 元，系统待机功耗 ?5W 。该研究通过传感器协同设计与数据融合算法优化为履带割草机自主作业的安全保障与效率提升提供了关键技术支撑，具有重要的工程应用价值。
测量与检测技术 | R-test 精密测量系统的数学解析与结构优化研究

测量与检测技术 | R-test 精密测量系统的数学解析与结构优化研究

摘要：R-test 是用于评估五轴数控机床精度的重要测量仪器，但目前缺乏标准化设计方案。因此本文对其数学模型与结构参数进行了系统性优化研究。首先，建立点面式 R-test 的测量模型，揭示传感器读数与球心位置误差的映射关系。进而提出一种最大有效可测空间的定量分析方法，通过顺序查找法评估传感器量程与安装姿态角的影响，并考虑了传感器探头尺寸的约束。基于全微分雅可比矩阵条件数，建立测量灵敏度的评价指标，发现当安装姿态角为 35.26^° 时，灵敏度最优且三传感器轴线正交，便于建立局部坐标系。最终，通过对结构模型、测量模型及关键参数的协同优化，形成一套普适性的 R-test 设计理论框架。本研究为 R-test 的标准化设计与性能提升提供了重要的理论依据和技术路径。
测量与检测技术 | 基于深度学习的爬模式组塔液压机构故障诊断研究

测量与检测技术 | 基于深度学习的爬模式组塔液压机构故障诊断研究

摘要：爬模式组塔平台是一种稳定且操作简便的组塔技术，其通过液压系统驱动实现平台的往复顶升，为高空作业和物料起吊提供安全支撑。针对液压系统机理复杂、难以建立精确模型及传统方法诊断效率低的问题，本文在 AMESim 软件中建立了液压系统仿真模型，通过故障注入获得多种典型故障数据。随后，构建基于双向长短期记忆网络（Bi-directional Long Short-Term Memory，BiLSTM）的端到端故障诊断模型，直接以压力、流量和位移等多通道信号为输入，自动提取时序特征并进行分类，实现了无需人工特征设计的智能诊断。实验结果表明，该方法在仿真数据集上的故障识别准确率达到 98.5%，验证了其在液压系统故障识别中的有效性与鲁棒性，为组塔设备的安全运行与智能维护提供了新思路和技术支撑。关键词：特高压组塔；AMESim；深度学习；故障诊断

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目录

设计与研究 | 层级内嵌声学超材料的设计与低频宽带吸声机理研究

设计与研究 | 层级内嵌声学超材料的设计与低频宽带吸声机理研究

设计与研究 | 基于 AMESim 的爬模式组塔液压机构仿真研究

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设计与研究 | 壳模冷却技术对吹塑托盘成型周期及质量稳定性的影响机制研究

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交通工程技术 | 斜楔磨耗对货车简化转向架临界速度的影响研究

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交通工程技术 | 市域铁路道床内置泵房地段轨道 结构设计及振动试验研究

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机器人技术 | 基于离散事件仿真的生产车间 AGV 系统 多目标优化配置研究

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测量与检测技术 | 面向复杂环境的履带割草机障碍物 检测与坡度评估系统开发

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测量与检测技术 | R-test 精密测量系统的数学解析与结构优化研究

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测量与检测技术 | 基于深度学习的爬模式组塔液压机构 故障诊断研究

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