中国机械工程

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2026, 37(2): 0.

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基于多自由度参数化降维方法的涡轮叶片高效气动优化

黄鹏飞, 陈江, 成金鑫, 李斌, 向航

2026, 37(2): 255-263. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2026.02.001

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针对涡轮三维叶片气动优化中设计维度高、代理模型构建困难等问题，提出一种融合直接操纵自由变形（DFFD）与主成分分析（PCA）的多自由度参数化降维方法，并结合预筛选代理模型辅助差分进化（Pre-SADE）算法构建高效优化框架。以某小型燃气轮机为对象，通过实验设计生成快照集合，将36维DFFD设计空间映射至10维基模态系数空间，在降维空间内建立简洁有效的代理模型并完成快速优化。结果表明，所提方法在提高设计点流量（+0.46%）与等熵效率（+3.191%）的同时，显著减弱激波强度与气动损失，优化耗时缩短24.58%。研究结果验证了该降维方法在高维设计问题中的直观性、有效性与优化效率提升优势，为叶片气动优化提供了更高效、低成本的解决方案。

考虑迟滞特性的自增容弹性压力油箱建模研究

姚静, 王定煜, 梁栋, 郝金鹿, 何蔼雯

2026, 37(2): 264-274. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2026.02.002

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为满足高端移动装备对液压油箱高承压、轻量化的需求，提出一种自增容弹性压力油箱。采用橡胶-编织组合材料代替传统金属油箱壁面，利用橡胶柔性变形和外置编织纤维防护增强特性，实现系统中油液体积补偿并输出压力油液。基于编织纤维几何特性、壳体受力分析，建立油箱理想静态数学模型，并引入Maxwell迟滞模型进行修正，得到其结构参数与体积、压力的关系。基于流量方程、受力平衡方程和容积公式得到油箱动态非线性数学模型。在油箱位移/压力迟滞特性试验的基础上进行模型参数辨识。研究结果表明：所设计油箱样机最大压力为530 kPa，质量仅950 g。正弦响应下油箱跟随液压缸运动特性良好。随着阶跃幅值的增大，进油工况下压力增大时间和变化幅值逐渐增大。

耦合滑靴副和配流副的柱塞泵振动及润滑特性研究

赖荣燊, 朱小腾, 权云晴, 苗克非, 叶绍干, 鲍岳, 刘会祥, 赵守军

2026, 37(2): 275-284. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2026.02.003

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为探究轴向柱塞泵振动特性与油膜耦合作用的内在关联机制，构建了轴向柱塞泵各关键组件动力学模型，并与滑靴副及配流副的油膜润滑模型耦合，形成完整的耦合动力学分析框架。采用显隐结合法与控制容积法联合求解该模型，系统分析了不同工况下柱塞泵的振动响应以及滑靴副与配流副的油膜润滑行为，并通过振动实验验证模型的准确性。研究结果表明：在振动特性方面，耦合模型的预测结果与实验数据具有较高的吻合性；在油膜特性方面，转速增大导致中心油膜厚度增大，而压力增大则使高压区中心油膜厚度减小，油膜压力分布与柱塞腔压力呈同步周期性变化趋势，且油膜泄漏量随压力和转速的增大而显著增大，尤其在高压区增幅更大。研究结果为轴向柱塞泵设计提供了重要的理论支持。

空化与非空化下高速开关阀阀芯液压力特性研究

陈誉, 赵琛, 何玉文, 翟富刚, 孔祥东

2026, 37(2): 285-294. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2026.02.004

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针对不同参数对高速开关阀液压力的影响，采用计算流体动力学（CFD）技术对阀内流场进行瞬态数值模拟。在非空化和空化工况下，分别探究压差、背压、温度对阀芯液压力的影响，揭示不同开度下的空化流场特性和阀芯液压力的演变；选取空化较严重的工况，探究空化波动和液压力振荡之间的关联。结果表明：随着开度的增加，阀芯所受液压力呈减小趋势；随着压差的不断增大，非空化工况阀芯液压力减幅远大于空化工况，在6 MPa与10 MPa压差下尤为明显；背压的增大一定程度上抑制了空化的发生，使得空化时的液压力呈近似线性减小，但几乎不影响非空化下的液压力大小；温度升高使小开度下更易发生空化，且空化时液压力演变更加平滑。另外，阀口空化产生的气泡以非对称“活塞”特性型式依次排出阀体，导致阀内气泡体积以1355 Hz主频周期性振荡，进一步诱导阀芯头部及整个阀体液压力以相同主频波动。

融合强化学习自适应鲁棒控制算法的异构双阀协调控制策略仿真及实验

苏世杰, 程泳钦, 胡毅, 何建辉, 杨书吉

2026, 37(2): 295-303. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2026.02.005

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为提高异构双阀电液伺服系统的控制性能，在融合强化学习与自适应鲁棒控制算法的异构双阀协调控制策略SAC-ARC的基础上，开展SAC-ARC控制策略仿真分析及实验验证。首先利用AMESim和Simulink软件平台建立了液压系统联合仿真模型，分析了不同比例阀控制信号补偿策略下异构双阀电液伺服系统的跟踪性能。然后对比仿真了SAC-ARC与PID、ARC及RBF-ARC控制策略在多种复合信号及系统受到内外扰动等复杂工况下的跟踪误差，以验证其跟踪性能与鲁棒性。最后在搭建的实验平台上进行了实验验证。仿真与实验结果表明：SAC-ARC控制策略在各工况下均表现出优异的跟踪性能，其最大瞬态误差和累计跟踪误差均显著低于其他对比控制策略，验证了该控制策略在异构双阀电液伺服系统中的有效性与优越性。

滚子柱塞泵的流量脉动与出口压力的数值模拟及实验验证

张晨晨, 阮健, 李胜

2026, 37(2): 304-314. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2026.02.006

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为研究滚子柱塞泵的流量脉动及出口压力特性，基于泵的运动规律和结构建立了计算流体动力学（CFD）数值模拟模型，并通过CFD数值模拟对其内部流场和压力场进行了详细分析。柱塞工作腔内部的压力和流量变化表明该泵不存在结构性流量脉动，但在吸排油腔与配流窗口切换时，由于压力差会发生流量倒灌。理论分析结果表明，在转速为3000 r/min、压力为5 MPa的条件下，流量脉动和压力脉动分别为23.4%和9.8%。最后，通过搭建出口压力测试专用实验台对滚子柱塞泵的出口压力进行了测试，实验数据显示该工况下泵的压力脉动值为11.25%，CFD模拟结果为9.8%。实验结果与CFD数值模拟结果吻合较好，验证了CFD数值模拟的准确性，并为后续减小流量脉动提供了参考。

高温合金喷丸工艺表面完整性及其疲劳性能研究进展

孙蕴齐, 姚倡锋, 孙换凤, 谭靓

2026, 37(2): 315-331. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2026.02.007

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高温合金是航空发动机关键构件的重要材料，喷丸加工是叶片类零件工艺过程的关键环节，通过弹丸在工件表面的高速撞击，能够在表层引入残余压应力，从而抵消部分工作载荷，提高构件的疲劳性能，因此，研究高温合金喷丸工艺对改善航空发动机关键构件的使役性能与可靠性有重要意义。针对喷丸工艺模拟方法、高温合金喷丸表面完整性和高温合金喷丸疲劳性能三方面的研究成果，介绍了高温合金喷丸工艺的研究现状，分析了现有研究存在的一些不足，并指出了未来的研究方向。

考虑接触面摩擦的柔性套齿连接结构刚度数值建模与非线性机理分析

蒋科, 于平超, 严循金, 郑华强, 蒋紫菡, 陶玄君

2026, 37(2): 332-341. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2026.02.008

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以发动机柔性套齿连接结构为对象，通过在套齿连接结构轴段微元各啮合点处引入接触-摩擦模型，并结合整体结构的几何关系、受力平衡关系和数值迭代法提出了一种套齿非线性刚度的建模与计算方法，通过与ANSYS有限元模型结果进行对比，验证了所提计算方法的高求解效率和求解准确性。利用所提求解方法详细分析了套齿连接结构刚度非线性特征及关键参数的影响规律，并结合啮合齿对接触状态的变化规律揭示了其刚度非线性变化的内在机理。结果表明：套齿连接结构刚度随线位移的增加逐渐下降，但下降速率逐渐减小，此过程中套齿连接结构啮合齿接触面积减小是刚度降低的根本原因。接触面摩擦因数、啮合刚度、套齿齿宽以及扭矩增加时，套齿连接结构刚度均有所提高，其中扭矩的影响最为明显。

复合工况下轮胎滚阻与抓地性能协同提升研究

刘从臻, 王鹏, 朱辉, 赵鹏斌, 马强, 刘洪柱

2026, 37(2): 342-352. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2026.02.009

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轮胎滚阻和抓地性能是影响车辆动力性、经济性、制动性和安全性的重要因素。为实现滚阻与抓地性能协同提升，以205/55R16轮胎为研究对象，将轮胎分为胎面、带束层及非胎冠3个区域，依据车辆6种典型行驶工况，采用控制变量法探究各区域主要结构参数对两种性能的影响规律，进一步通过相关分析筛选出与滚动阻力和抓地力显著相关的结构参数，并采用响应面法进行参数寻优。结果表明，优化后轮胎在复合工况下滚动阻力减小22.39 N、抓地力增大6 N，实现了两种性能的协同提升。

非圆行星齿轮传动系统非线性动力学特性

莫帅, 李亚鑫, 吴生阳, 赵新浩, 陈素姣, 彭南江, 张伟

2026, 37(2): 353-360. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2026.02.010

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为研究非圆行星齿轮系统非线性动力学特性，基于非圆行星齿轮各构件运动关系建立非圆行星齿轮传动系统；考虑时变啮合刚度、齿侧间隙、啮合阻尼、激励频率等关键非线性因素，构建非圆行星齿轮非线性动力学模型；运用分岔图、相图和时域图等表征方法定量研究系统动态行为，揭示了不同参数条件下对系统振动响应的影响机制。结果表明，偏心率、啮合阻尼和激励频率变化的情况下系统表现出丰富的动力学行为；大阻尼和高激励频率有利于非圆行星齿轮系统的运行稳定；偏心率可调控太阳轮性能。

基于变轴线运动副3（rU）PU变胞并联机构设计

冯盛权, 屈淑维, 李瑞琴, 姚威, 马春生

2026, 37(2): 361-373. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2026.02.011

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运用螺旋理论的线几何法分析UPU支链中运动副轴线之间的几何关系，发现几何关系不同，则支链的约束不同，根据这一规律设计了一种由U副、滑块和滑轨组成的变轴线运动副（rU）。通过滑块在滑轨上滑动来带动与滑块连接的U副滑动，实现U副中一个转动副轴线方向的变化，从而改变轴线之间的几何关系。用变轴线运动副（rU）代替UPU支链上的U副，使得3（rU）PU变胞并联机构可以实现三转动（3R）和三移动（3T）两种运动。提出UPU支链的等效平面，并将该等效平面应用于运动中3（rU）PU变胞机构自由度的分析。基于等边三角形的相似性设计了一种可伸缩平台，用于调整下平台的大小。通过仿真实验证明该变胞机构可实现3R-3T两种运动模式，该机构被应用于位姿调整中。

电磁球型关节全悬浮转子抑振油腔廓形优化

孙立峰, 张永顺, 鲁天宇, 刘振虎, 孙丽敏

2026, 37(2): 374-382. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2026.02.012

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为满足极端非结构环境对关节变刚度控制性能的特殊需求，解决球型关节普遍存在的电磁驱动结构复杂、耦合磁场建模困难、磁矩奇异性等问题，基于永磁转子轴线始终转向旋转磁场轴线的旋转定轴效应，设计了一种通过旋转磁场轴线控制驱动的两自由度电磁柔性球型关节。由于永磁体转子产生瞬时交变耦合磁矩，针对滚动轴承刚性支撑永磁转子导致的关节输出末端振动的问题，提出一种全悬浮转子多楔形效应动压油膜振动抑制方法。通过建立密封腔油膜流体动态特性方程推导了电磁与转子动压油膜复合变刚度转子系统动力学方程，以转子系统稳定性最优为目标，对密封腔廓形尺寸和数量进行优化设计。仿真和试验结果表明：全悬浮转子系统方案能够有效减小输出端摆动误差，振动幅值最大可减小55.70%，为新型电磁关节抗干扰理论研究奠定了基础。

基于两阶段灰云模型的工件加工精度异常评估

冉琰, 律永新

2026, 37(2): 383-389. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2026.02.013

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针对工件加工精度异常程度难分析评定的问题，提出一种基于两阶段灰云模型的评价方法。提取工件精度偏差数据，从偏差的动态波动规律、异常数据的精准识别、异常程度的定量表征三个层面，建立工件加工精度异常评估体系。结合自回归差分移动平均模型与统计过程控制方法检测异常数据，基于马尔科夫转移矩阵评估异常可信度。通过云模型改进的层次分析法与熵值法确定综合权重，构建两阶段正态灰云模型来评估各精度项。齿轮加工验证了所提方法的正确性和可行性。

高速航空齿轮泵间隙对效率影响研究

张龙望, 冯治国, 赵磊, 张宇

2026, 37(2): 390-397. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2026.02.014

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针对高速航空齿轮泵间隙对效率影响的问题，建立流场仿真并结合理论模型分析，研究了不同径向与端面间隙对内泄漏及效率的影响，探究不同转速下的最佳径向与端面间隙，同时建立了多组正交试验进行验证。研究结果表明：转速增大，最佳端面间隙尺寸也增大，并且伴随转速的提高，间隙尺寸变化对燃油齿轮泵效率的影响变小。

整体叶盘套形电解加工绝缘套优化方法研究

王云淼, 朱栋, 焦尔豪, 王欢, 张超, 王若龙

2026, 37(2): 398-405. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2026.02.015

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减小套形电解加工过程中的绝缘套变形是提高套形电解加工稳定性和精度的重要措施。提出了一种绝缘套优化方法。以弦长20 mm、叶片高度23 mm、叶片厚度0.54 mm的薄壁叶片为例，建立了不同绝缘套结构的工具阴极模型，开展了流固耦合仿真研究，优化了绝缘套加强筋结构参数。相比于无加强筋结构的绝缘套，优化后绝缘套最大变形量从0.261 mm减至0.020 mm，同时加工区域流速分布较为均匀。开展了绝缘套加强筋宽度为0、1、2、4.5 mm的薄壁叶片套形电解加工试验，加工出薄壁叶片，相比于无加强筋结构的绝缘套，加强筋宽度为4.5 mm时，加工叶片的表面粗糙度Ra从1.81 µm减至1.05 µm，验证了所提方法可有效减小绝缘套变形量，提高套形电解加工稳定性。

基于专利规避设计的疲劳驾驶预警系统扩展概念设计

武春龙, 姚迈, 王兴旺, 栾鑫

2026, 37(2): 406-415. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2026.02.016

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疲劳驾驶预警系统是减少交通事故发生并加速智能交通建设的重要一环。以优化和扩展现有系统的功能为出发点，针对系统在不同时序阶段所需功能可能不同的情况，从概念设计阶段将疲劳驾驶预警系统、TRIZ理论与专利规避相结合，通过改善九屏幕法分别以过去、现在、未来的角度对目标系统的功能进行分析，融合成一种基于专利规避的疲劳驾驶预警系统扩展概念设计方案。该方案在专利规避层面成功规避原有的专利方案，在概念设计层面扩展并改善了原有概念方案的功能，并以疲劳驾驶预警系统为例验证了方案的可行性。

基于TCN-BiGRU-SE两阶段特征提取与多特征融合的注塑质量预测方法

邓晓强, 战韬阳, 项薇, 林文文, 余军合, 郑志鹏

2026, 37(2): 416-427. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2026.02.017

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注塑成形过程中，塑件尺寸易受多种复杂因素的耦合影响。为提高预测精度，提出一种基于时间卷积网络（TCN）-双向门控循环单元（BiGRU）-SE注意力机制（SE）的注塑质量预测方法（TCN-BiGRU-SE）。采用TCN-BiGRU-SE网络提取时序数据的深层特征，表征注塑过程中的动态变化；提取注射和保压阶段的定量特征值及量纲一值，堆叠形成三维矩阵，通过卷积神经网络（CNN）进行降维，捕捉关键阶段的变化趋势。通过融合高频数据、统计特征与机器状态信息，构建了一个端到端的深度预测模型，以实现对塑件尺寸的预测。在富士康注塑成形数据集上进行了模型对比、消融实验和稳定性检验，并在三类注塑实验数据集上进行了泛化性检验，结果表明，所建模型在多项评价指标上优于其他方法，具有良好的鲁棒性和泛化能力。

一种面向多保真Kriging模型结构可靠性分析的主动学习方法

杜尊峰, 樊涛, 姜登耀

2026, 37(2): 428-441. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2026.02.018

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提出了一种基于多保真Kriging模型与主动学习的结构可靠性分析方法。通过三阶段选择确定每次迭代过程中样本点的更新位置与空间位置，第一阶段通过集成多种学习函数确定最优样本点集合；第二阶段通过所提BES方法（beneficial effect strategy）确定样本点的更新位置；第三阶段运用Bootstrap自举抽样法从最优样本点集合中确定样本点的空间位置。通过两个数值算例与一个工程实际算例证明了所提方法的有效性与高效性。与目前先进的多保真结构可靠性方法相比，当模型的保真度较低时能有效地避免计算失败，证明了所提方法的先进性与较好的适用性。

基于SGV-YOLOv8模型的机械零件智能识别与抓取方法

罗杭, 杨晔, 陈本永

2026, 37(2): 442-451. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2026.02.019

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针对工业机器人抓取机械零件过程中零件识别速度慢、抓取成功率低等问题，提出了一种基于SGV-YOLOv8模型的机械零件智能识别与抓取方法。采用单目相机和激光测距模块构建深度视觉检测装置，实现机械零件三维定位；将YOLOv8模型作为基本架构，在骨干网络使用StarNet网络替换原有结构，并在颈部引入GSConv模块和VoV-GSCSP结构，实现了降低模型复杂程度的同时提高检测速度和抓取率。实验结果表明，与原模型相比，设计的SGV-YOLOv8模型（StarNet-GSConv-VoV YOLOv8）的模型参数量和浮点运算数（GFLOPs）分别下降了51.9%和51%，而每秒检测帧数（FPS）提高了37.6%；构建的工业机器人抓取装置的零件抓取成功率为80%。

基于仿生扩散生长驱动的加筋板壳抗屈曲拓扑设计

姜学涛, 杨勇, 朱季红, 冯昊, 潘顺洋

2026, 37(2): 452-465. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2026.02.020

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针对现有加筋板仿生设计存在因基结构建模方式所引起的优化空间不足的问题，根据植物筋脉生长特征，提出一种扩散式生长方案来模拟植物筋脉的形成过程，寻求加筋的合理布局，使得结构具备高效的屈曲承载能力。采用一种改进的优化建模框架，使用S9R5单元以及B32/B31梁单元模拟叶片和筋脉，并使用节点预存储、保留更新的方案，通过提高生长节点更新范围的方式扩展自适应加筋的灵活性。以矩形薄板为例，通过对不同参数下简支板在四边简支（SSSS）以及双侧简支（SFSF）条件下不同受载模式的屈曲案例进行对比，验证了算法的有效性。结果表明，扩散式生长加筋方案所得到的加筋布局比现有生长方式更为有效，布局清晰。

直写成形工艺制备的功能梯度材料零件时变挤出系统建模

王世杰, 段国林

2026, 37(2): 466-475. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2026.02.021

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高精度的计算流体力学表征模型会带来极高的时间成本，这给具有高频次复杂梯度变化的功能梯度材料零件的表征带来挑战。建立了以贝叶斯正则化神经网络为预测模型的时变挤出系统，首先通过高精度的计算流体动力学仿真模型获取数据集并用于训练神经网络模型，将材料目标比例、料腔中初始比例、双进料口流量总和以及适配的螺杆转速作为输入参数，标记交付延迟时间以及过渡延迟时间作为输出参数，再将训练后贝叶斯正则化神经网络融合经典控制理论对系统描述的方法构建完整的时变挤出系统。最后通过打印功能梯度材料样件验证了所构建的计算流体动力学仿真模型以及时变挤出系统的准确性与适用性。

基于多策略改进复合麻雀搜索算法的自冲铆成形质量预测

刘洋, 吴庆军, 郭浩, 祁凯飞, 庄蔚敏, 伏广省

2026, 37(2): 476-486. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2026.02.022

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为了高效预测自冲铆接头的成形质量，建立AA5754铝合金自冲铆成形有限元模型，通过实验验证仿真模型的有效性，基于仿真分析获得了176组有效接头成形截面数据集。通过整合麻雀算法和蝴蝶算法，初步构建复合优化算法。采取种群初始化和透镜反向学习策略改进算法的收敛速度和求解质量，引入多向学习和Levy飞行策略增强算法跳出局部最优，提高了全局搜索能力。研究表明所建模型预测结果的平均绝对百分比误差MAPE均在10%以下，相关系数R²均在0.99以上，均方误差MSE稳定在0.001以下，证明所提改进模型具有较高的预测精度和鲁棒性。

全断面矩形掘进机刀盘设计及其稳定截割岩样截割特性试验研究

李强, 刘送永, 王焱

2026, 37(2): 487-497. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2026.02.023

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针对现有煤矿巷道全断面矩形掘进机刀盘形式复杂、全断面一次掘进成形困难等问题，提出了一种基于勒洛三角形运动原理实现矩形截割的方法，设计了一种基于所提方法的偏心轴行星齿轮驱动勒洛三角形单刀盘，进行了运动轨迹仿真，搭建了全断面矩形刀盘截割试验台，进行了稳定截割状态下的多组试验。试验结果表明：中心鱼尾刀能增加截割过程的稳定性，较大程度地减小了X、Y、Z方向的振动，减小幅度最小达42.107%，最大达51.753%；进行了11组不同截割参数下的稳定截割岩样试验，得到了扭矩、油压与截割参数的变化关系，提出了设备经济截割参数区域的概念，确定了在试验岩样下所设计的刀盘经济截割参数区域为：转速n_（N-p）min=［6.6，9.8］ r/min，掘进速度v_（N-p）min=［14.25，18.3］ mm/min；对截割后的岩样断面轮廓进行三维扫描、重构和比对，得到理论断面、仿真断面、试验断面与标准正方形之间的图形差异率依次为3.18%、5.09%、6.64%，验证了该刀盘实现矩形截割的可行性。

考虑系统噪声与载重未知的智能车路况辨识

王建涛, 杨超, 刘帅帅, 张利鹏, 王启军

2026, 37(2): 498-507. DOI: 10.3969/j.issn.1004-132X.2026.02.024

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在现有基于车辆动力学响应的路面高程信息识别技术的基础上，提出了一种自适应递归三步滤波算法以提高路面高程信息的识别精度。该算法通过引入动态统计估计环节实时调整系统模型参数和噪声统计参数，有效解决了因系统噪声和车辆载重未知导致的模型精度下降问题。通过离线仿真和实车试验，验证了所提算法在C级路面、凹坑路面和凸块路面上的识别效果，识别精度超过90%。结果表明，在存在系统噪声和车辆载重未知的情况下，所提算法具有更强的适应性和准确性，可为智能电动汽车在非结构道路行驶时的路面高程信息识别提供参考。

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2026, 37(2): 508.

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