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  • 2024年第52卷第18期文章目次
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    • 异步电动机无速度传感器模型参考自适应控制

      2024, 52(18):1-6. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2024.18.001 CSTR:

      摘要 (48) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对异步电机运行过程中参数易发生变化的问题,基于扩张状态观测器的思想,将可变的电机参数作为扰动项,设计一种带有反馈补偿的转子磁链观测器,并结合模型参考自适应系统实现异步电机无传感器矢量控制。将此转子磁链观测器作为模型参考自适应系统中的参考模型,克服电压型磁链观测器的纯积分漂移问题。仿真结果表明:在电机定转子互感发生20%偏置的情况下,所提算法转速辨识误差最大为0.3%、转速超调量仅为0.83%、转矩脉动减小了38%,具有良好的转速辨识精度和抗扰动能力。

    • 车间物流车实时配送方案规划研究

      2024, 52(18):7-13. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2024.18.002 CSTR:

      摘要 (22) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对生产过程中人工参与度高、岗位加工工时波动较大和产线拥堵情况较多的生产车间,在物料消耗无规律的情况下,传统基于经验的物料配送方案难以快速、精准地补给缺料岗位。为提高上述车间的物流配送效率,提出一种车间物流车实时配送方案规划方法。基于车间数字孪生监测系统获取到的实时数据,为每个生产岗位划分岗位配送优先级,并基于优先级得出备选配送序列,再使用A*算法搜索最短的配送路径。通过实例分析可知,相比传统配送方案,所提方案规划时间更短、配送成本更低,验证了所提方法的可行性和优越性。

    • 基于改进Smith预估器的振动台子结构试验方法研究

      2024, 52(18):14-21. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2024.18.003 CSTR:

      摘要 (19) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:振动台子结构试验是一种有效的实时结构混合试验方法,利用振动台和其他加载装置进行联合加载,可以提升振动台的加载能力。针对试验过程中受到干扰影响的振动台子结构试验控制系统,提出一种基于Smith预估器的控制方法。介绍了基于主动质量驱动器加载方法的振动台子结构试验装置和工作原理以及Smith预估器的实现方式。分析了时滞对控制系统的影响,当控制系统引入4 ms的时滞时,仿真结果发散,系统模型存在纯滞后环节,因此容易发生较严重的震荡。为解决此问题,引入Smith预估器与改进的Smith预估器并进行相应的数值仿真工作。仿真结果表明:基于传统Smith预估器的振动台子结构试验方法能够保证系统仿真结果不再发散,但其结果较为一般;而基于改进Smith预估器的振动台子结构试验方法结果更为理想,其峰值误差与均方根误差等相关评价指标都相对较小,说明所提方法可以有效解决时滞系统的稳定性问题。

    • 行星齿轮系统剥落故障动力学建模及状态监测

      2024, 52(18):22-31. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2024.18.004 CSTR:

      摘要 (19) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对行星轮系中剥落故障对啮合刚度及动力学特性的影响,采用能量法分析健康与剥落齿轮的时变啮合刚度,可知:随着剥落长度的增大,刚度显著下降。通过行星齿轮系统动力学模型仿真不同剥落故障程度齿轮的动力学振动响应,发现:剥落故障导致周期性冲击,幅值随剥落程度增大;在频谱中,故障频率及其倍频与边频成分明显。引入改进的时变滤波EEMD方法,有效识别故障特征频率,通过对比试验信号与仿真信号,验证了动力学模型与诊断方法的有效性。

    • 交叉滚子轴承摩擦力矩特性研究

      2024, 52(18):32-40. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2024.18.005 CSTR:

      摘要 (16) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:为研究交叉滚子轴承摩擦力矩的影响因素,建立考虑环境温度和温升影响的轴承摩擦力矩计算模型,研究工况参数、环境温度和几何参数对轴承摩擦力矩的影响规律,并进行试验验证。结果表明:交叉滚子轴承只承受轴向载荷时,摩擦力矩主要由其中一个接触对产生;只承受径向载荷或倾覆力矩时,2个接触对产生的摩擦力矩之比为1∶1;在-30~50 ℃内,环境温度升高,轴承的摩擦力矩先减小后增大,温度小于40 ℃时润滑脂黏性对总摩擦力矩起主导作用,游隙变化的影响次之,50 ℃时游隙变化对摩擦力矩起主导作用,润滑脂黏性的影响次之;增大径向游隙可以显著降低轴承摩擦力矩;在直母线、对数修形和全凸圆弧修形3种修形方式中,全凸圆弧修形在较宽范围的载荷条件下降低摩擦力矩的效果更显著。

    • 基于名义应力法与局部应力-应变法的绳轮寿命评估

      2024, 52(18):41-47. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2024.18.006 CSTR:

      摘要 (14) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:死绳固定器绳轮在钻井生产实际使用中承受着高强度交变载荷,极易发生疲劳破坏。为准确评估绳轮的疲劳寿命,以JZG18C型死绳固定器为研究对象,结合Goodman等寿命曲线修正的名义应力法和Morrow弹性应力修正的局部应力-应变法,估算死绳固定器绳轮在最大死绳拉力下的疲劳寿命。结果表明:JZG18C型死绳固定器绳轮寿命薄弱位置为传感器支臂过渡圆角处(疲劳寿命安全系数n1=0.435 1),在名义应力法及局部应力-应变法下绳轮薄弱位置处的最小疲劳寿命分别为38 194次(3.5年)、37 120次(3.4年),2种疲劳寿命评估的理论计算结果与有限元分析得到的疲劳寿命结果分别相差0.38%、2.51%,验证了以名义应力法与局部应力-应变法评估死绳固定器疲劳寿命的可靠性与准确性。

    • 工业大数据驱动的高维过程质量稳健监控模型的构建与优化

      2024, 52(18):48-53. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2024.18.007 CSTR:

      摘要 (19) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:由于工业大数据存在变量维度高、价值密度低、存在离群点等因素,监控模型难以准确挖掘海量数据中关键波动信息,容易产生较高的误警率,影响产品生产质量。为解决这个问题,提出一种基于最小行列式法和变量选择算法的高维过程稳健监控模型。运用最小协方差行列式(MCD)方法估计稳健的均值向量和协方差矩阵;构建似然比检验统计量,通过增加惩罚项得到变量选择优化函数;结合MCD和变量选择得到稳健的监控统计量,利用Monte Carlo方法得到监控用控制限;最后,通过仿真数据和薄膜沉积过程实际数据对所提方法进行实证研究。结果表明:所提方法相比Hotelling T2和VS控制图具有较高的异常识别精度和鲁棒性,在存在离群点的高维过程质量监控中提高了对异常波动识别的稳健性,达到了期望的监控效率。

    • 带执行机构的恒压差控制系统稳定性研究

      2024, 52(18):54-61. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2024.18.008 CSTR:

      摘要 (10) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:基于某型航空发动机加力燃油调节器的恒压差控制系统,推导出带执行机构的恒压差控制装置的动态数学模型(状态空间形式),得到其传递函数,并利用Simulink建立仿真模型,根据模型求取闭环零极点图,提取了影响压差控制系统稳定性的6个参数,包括节流嘴直径、压差控制活门和压差执行活门节流孔面积梯度、压差控制活门和压差执行活门阀芯面积,并研究了其对系统稳定性的影响。通过合理的元件试验方案进行试验验证,最终确定此恒压差控制装置的数学模型仿真结果可以作为恒压差控制装置动态稳定性分析以及设计的依据。

    • 磨床整机热-力耦合特性建模方法与实验研究

      2024, 52(18):62-67. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2024.18.009 CSTR:

      摘要 (20) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对数控外圆磨床提出一种机床热-机械耦合的整机变形建模仿真方法,以实现磨床整机从加工至达到热平衡过程的热力耦合仿真分析。通过磨床加工中的热载荷和力载荷计算方法分析了力负荷与热负荷的耦合影响规律;对考虑强迫对流和自然对流的各部件在不同边界条件下进行了分析计算,采用有限元分析了冷却液温度和环境温度对热力耦合变形的影响规律,通过实验测量磨床关键部件在误差敏感方向的温度分布和变形量,测量结果与仿真结果的变形方向一致,且幅值误差小于10%,验证了所建立的整机热-力耦合建模方法的有效性,为加工误差补偿提供理论和技术支持。

    • 高温高压高产气体封隔器卡瓦力学行为的分析与实验

      2024, 52(18):68-75. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2024.18.010 CSTR:

      摘要 (14) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了提高海上“三高”气井管柱的安全性,确保卡瓦良好的工作性能,以HPC070401封隔器双向筒式卡瓦为例,将滑移线理论法、数值模拟和实验法相结合,研究卡瓦咬入过程的力学行为,分析卡瓦与套管的接触应力分布规律、卡瓦牙咬入套管的深度和疲劳寿命,建立了封隔器卡瓦系统工作可靠的充分必要准则。研究结果表明:坐卡压力增加,卡瓦牙咬入套管的深度也随之增加,在坐卡压力为35、42、48、55 MPa时,卡瓦咬入套管深度为0.259 93、0.294 25、0.323 53、0.365 61 mm;坐卡压力增加,卡瓦牙尖局部塑性变形增大,在坐卡压力35、42、48、55 MPa下,对称循环波动20%时,卡瓦疲劳循环次数为951 110、789 540、717 160、629 260;通过高温高压封隔器卡瓦锚定实验,卡瓦咬入套管的实测深度介于 0.350~1 mm之间,与有限元模拟结果较吻合;结合评价准则和高温高压封隔器疲劳实验可知,套管因疲劳累积损伤产生的应力松驰系数为0.18。

    • 基于改进天牛须算法的永磁电机过载转矩分析

      2024, 52(18):76-84. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2024.18.011 CSTR:

      摘要 (10) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:定子铁心饱和以及电枢反应等因素极大地影响永磁无刷直流电机(BLDC)的过载能力,无法满足足式机器人运动时的转矩需求。因此,设计一台具有高过载能力的减速电机。从电机关键结构参数出发,分析极槽配合、齿槽宽度以及磁钢厚度对BLDC过载转矩的影响;进一步利用有限元及响应面法构建过载转矩和转矩波动的优化模型,并采用改进天牛须算法进行多目标优化设计;对比优化前、后电机的电磁性能和过载输出转矩,并分析行星减速器结构对电机影响。最后,根据电磁设计进行样机研制,并进行转矩转速试验。结果表明:优化后平均过载转矩从1.99 N·m 增加到2.05 N·m,转矩脉动从6.78%降低到6.34%,减小了0.44%,电机过载输出性能更好,且样机实验与仿真结果相接近,验证了所提方法的合理性。

    • 磁极非对称型表面式永磁同步电机磁场解析计算和特性研究

      2024, 52(18):85-94. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2024.18.012 CSTR:

      摘要 (8) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了研究磁极非对称型表面式永磁同步电机(SPMSM)的特性,以一台不等磁极8极36槽SPMSM为研究对象,建立磁场的解析模型,对比磁通密度的解析计算结果和有限元计算结果,验证了解析模型的准确性;基于此解析模型,将不等磁极电机的气隙磁场、空载反向电动势、负载输出转矩、电磁力波和转轴不平衡电磁力与等磁极电机进行对比,并基于有限元法对其损耗特性进行分析;最后,对不等磁极电机的振动加速度进行测量,研究其振动特性,进一步验证电磁力波特性分析的有效性。结果表明:该非对称的转子磁极结构可以有效地降低电机的转矩脉动,但会对电机其他方面的性能产生影响。

    • 基于拓扑优化的结构参数对风力机叶片性能影响分析

      2024, 52(18):95-101. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2024.18.013 CSTR:

      摘要 (12) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:目前大型风力机叶片拓扑优化与结构参数设计相互脱节,导致拓扑优化结果不能很好地指导叶片结构参数设计。针对这一问题,以Sandia 5 MW叶片作为研究对象,采用拓扑优化方法寻找多工况作用下叶片的最佳材料分布。提取叶片主梁宽度、主梁偏移和腹板偏移角(主梁错位角)3个主要结构参数,分析各参数对叶片性能的影响。结果表明:主梁在距叶根约1/3处最宽,然后沿着叶片长度逐渐减小;5°左右腹板偏移角可提升叶片整体一阶固有频率及叶片位移性能;同时叶片一阶固有频率主要受襟翼方向的刚度影响。

    • 实验教学用可调阻尼液压减振器的解析设计

      2024, 52(18):102-109. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2024.18.014 CSTR:

      摘要 (9) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:现有可调阻尼减振器存在成本高、可靠性难保证等诸多缺陷,故汽车平顺性实验中常采用“更换不同被动阻尼减振器”方法测试阻尼对平顺性的影响,但此方法实验周期长、效率低且易造成减振器连接部件损坏。针对此问题,研制一种可调阻尼液压减振器,通过步进电机驱动芯杆与活塞杆相对转动调控节流孔而实现阻尼调节。提出基于汽车悬架系统最佳阻尼比的可调阻尼液压减振器解析设计方法,设计可调阻尼液压减振器的速度特性曲线、阻尼可调区域及阀系参数,并建立阻尼比、可调节流孔面积及步进电机转角间的函数关系。在此基础上,搭建样机并进行台架实验。结果表明:阻尼力实验值与要求值相对偏差小于2.0%,疲劳寿命是实验标准要求的2.1倍以上,表明此减振器满足性能和可靠性要求,说明所提可调阻尼液压减振器解析设计方法的有效性。此减振器用于汽车平顺性实验中可有效提高实验效率且避免减振器连接部件损坏,且可推广应用到减振特性实验及汽车半主动悬架实验等。

    • 基于数字孪生的自动化单元预测性维护参考框架

      2024, 52(18):110-115. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2024.18.015 CSTR:

      摘要 (11) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:为提高以自动化单元(AMU)为代表的复杂设备运行可靠性、安全性、经济性,提出一种基于数字孪生的自动化单元预测性维护框架(DT-PMAMU)。分析AMU的常见组成结构与故障特征,研究数字孪生预测性维护的关键因素;在此基础上构建了由物理设备层、物联网数据采集层、数字孪生数据层、虚拟设备层、预测性维护服务层组成的多层次预测性维护框架。某铣削AMU实际应用表明:该框架取得了较好的应用效果,能够帮助相关人员快速建立预测性维护系统,有效降低了AMU实现智能运维任务的复杂度。

    • 80 MN压剪试验机竖向加载模糊PID控制系统的设计

      2024, 52(18):116-122. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2024.18.016 CSTR:

      摘要 (11) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了稳定、精确、可靠地实施超大力值竖向加载,以80 MN压剪试验机为对象,对其竖向加载装置的机械结构、液压系统以及控制系统进行总体设计;建立位置-压力双闭环PID控制算法的数学模型,并设计模糊PID控制器;最后,通过AMESim-Simulink对控制系统进行耦合仿真,获取位移与试验力的时域响应曲线,并在80 MN压剪试验机上进行竖向加载试验以验证控制系统的可靠性。结果表明:竖向加载模糊PID控制系统使竖向加载在220 s后达到稳态,位移误差与试验力误差均小于0.05%,此控制系统的稳定性、精确性和可靠性得到验证。

    • 大倍径可变阻尼镗杆设计及减振特性分析

      2024, 52(18):123-128. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2024.18.017 CSTR:

      摘要 (16) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:长轴类工件内孔通常使用大倍径镗杆进行加工,由于镗杆长径比过大,整体刚度会大幅降低,切削时镗杆将会产生振动。为优化被动式减振镗杆结构,设计一种可变阻尼动态减振器的新型镗杆,并对其基本参数进行计算。基于双自由度动力学模型, 分析了带有动力减振器镗杆的减振机制,且改变阻尼参数可明显提升减振效果,通过镗杆内部减振块的轴向移动,在镗杆内腔斜面作用下,压迫橡胶圈使其改变阻尼参数。然后确定镗杆的具体结构和尺寸,在激励频率大于325 Hz时,所提镗杆通过改变阻尼参数可起到减振效果,实际加工时应尽量保持镗杆在此频率以上进行切削。最后对橡胶阻尼和减振块轴向移动的关系进行仿真分析,结果表明:随着减振块移动距离的增大,阻尼比增大,即轴向移动可以改变减振系统的阻尼值。

    • 级间气动推冲分离系统动态建模与仿真

      2024, 52(18):129-135. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2024.18.018 CSTR:

      摘要 (8) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对低成本、清洁、可重复使用及基于高压气动推冲器的的运载火箭级间分离系统,设计合理的分离时序,根据不同分离阶段建立分离体的动力学模型;根据气体动力学原理建立包括气瓶、气缸、管路的动态数学模型;最后在MATLAB/Simulink中搭建仿真模型,得到分离过程中气动系统压力变化和分离体运动参数变化曲线,并通过仿真分析分离气缸缸径、气管管径等参数对分离距离的影响规律,同时考虑残余推力偏心和质心偏差等因素对分离的影响,采用Monte Carlo方法分析了分离过程中分离体的相对运动范围。结果表明:所建立数学模型能够正确反映分离过程中参数的变化,且在偏差干扰条件下,分离体相对运动在安全范围内,进一步验证了该分离系统具有可行性。

    • 基于AMESim的单循环抗蛇行减振器泄漏仿真研究

      2024, 52(18):136-142. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2024.18.019 CSTR:

      摘要 (14) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对减振器油液泄漏现象,对某型号单循环减振器进行分析,详细介绍了减振器的工作原理和结构特征,并建立其数学模型。为了使模型更加接近实际情况,考虑更全面的影响因素,利用AMESim仿真软件建立一维仿真模型,经验证所建AMESim模型是可靠的。利用所建的AMESim模型对导向座处的外泄漏、活塞处的内泄漏及底阀处的泄漏进行仿真分析。仿真结果表明:对于单循环抗蛇行减振器,随着导向座与活塞杆处泄漏间隙增大,拉伸与压缩阻尼力均呈减小趋势;当活塞与工作缸泄漏间隙增大时,拉伸阻尼力呈减小趋势,压缩阻尼性能不受影响;当底阀处泄漏间隙增大时,压缩阻尼力呈减小趋势而拉伸阻尼性能则不变。

    • 平行不对中约束下大范围转动弹性梁非线性动力学建模与振动机制

      2024, 52(18):143-148. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2024.18.020 CSTR:

      摘要 (12) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了有效抑制或消除不对中约束响应,研究其非线性动力学特性和振动机制。针对柔性大范围转动弹性梁机构,综合应用Galerkin法和Hamilton原理建立转动梁的动力学模型。借助转子动力学理论和拉格朗日法推导联轴器平行不对中运动学约束方程。基于运动学约束关系,利用行波叠加原理构建弹性梁在平行不对中约束下的非线性动力学模型。应用高阶Runge-Kutta法分析弹性梁非线性动力学行为。研究结果表明:转速为10 rad/s时,联轴器不对中量对弹性梁的动力学特性影响较小。当转速为150 rad/s、不对中量从0增加到0.50 mm时,梁的横向振幅则由0.18 mm激增到10.06 mm,提高了2个数量级,而纵向振幅也由0.13 mm增至7.30 mm,表明高速下不对中量与系统稳定性存在强耦合,其微小变化会引起显著的突发性、非线性激振。转速和不对中量的增加会增大联轴器离心力且呈倍频、径向交替变化,引起转动梁的外激励突变导致系统快速失稳,这也是大型旋转机械运行速度不高的重要原因。

    • 基于换热器工作特性的新型折流板结构优化研究

      2024, 52(18):149-155. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2024.18.021 CSTR:

      摘要 (10) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:以石化行业制备聚乙烯过程中的导热油换热器为研究对象,通过流场仿真的方法对换热器壳程和管程介质之间的换热过程进行数值模拟并对其结果进行试验验证,探讨了新型折流板不同结构参数对换热器壳程传热系数和综合指标的影响规律。使用正交试验设计的方法对新型折流板的结构参数进行了优化并获得优化目标的回归模型,进而得到新型折流板的最佳结构尺寸。结果表明:新型折流板换热器的最优结构参数H/D为0.633,W/D为0.595,L/s为0.347;优化后的新型折流板换热器的综合指标较初值提高了25.979 9(16%),明显提升了导热油换热器的传热性能。

    • 先导式溢流锥阀外锥形阀口结构气穴特性数值分析

      2024, 52(18):156-161. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2024.18.022 CSTR:

      摘要 (7) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了研究先导式溢流锥阀主阀阀口结构参数对阀口抗气穴性能的影响,基于CFD方法,采用Mixture两相流模型和Schnerr-Sauer空化模型,改变阀口结构参数并分析各阀口的压力和气相体积分数的变化规律,提高阀口的抗气穴性能。结果表明:将阀套内锥面向入口端延伸后,阀口脱流区的压力恢复效果更加显著;另外,环形槽结构对阀口抗气穴性能的影响较大,经对比可知,在保持环型槽结构的轴向位置、长度和深度不变的前提下,45°起始边倾角对应的环形槽结构具有最佳的抗气穴性能。

    • 基于动力学模态分解的空化水射流非定常流场演化分析

      2024, 52(18):162-170. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2024.18.023 CSTR:

      摘要 (8) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:空化水射流具有流速高、湍流强等特点,其空化流动结构十分复杂。因此,准确、快速地从非定常流场的海量数据中提取关键信息,并分析空化水射流的流动特性十分必要。基于FBDCM模型对RNG 模型的湍流黏度进行修正,并考虑剪切应力对空泡形成的影响,对空化模型进行修正,与试验结果进行对比;采用动力学模态分解(DMD)方法对空化流场的空泡体积分数场进行模态分解。结果发现:1阶模态为平均流场,是流场的主要结构;2阶模态与空化云周期性脱落、溃灭的动力学行为有关;3、4阶模态表现出流场的高频行为;随着进口压力的增大,空泡脱落与溃灭的演变程度越来越剧烈,空泡尺寸与空穴长度逐渐增加,而2阶模态的频率逐渐降低,使得空化射流的流动周期变长。最后,将DMD重构流场与真实流场进行对比发现,随着进口压力的增加,DMD重构流场的误差增大,不过重构流场的最大误差仍低于1%,表明DMD方法能够准确地提取空化流场的流动特征。

    • 基于多体动力学的飞剪高速振动优化

      2024, 52(18):171-176. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2024.18.024 CSTR:

      摘要 (17) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对回转式飞剪机的工作特性,提出采用多体动力学仿真和试验方法以提高飞剪机的剪切速率。建立基于多体动力学和瞬态动力学的飞剪仿真模型;通过仿真计算得到飞剪机运行过程中的运动轨迹,并分析不同转速下整机的动态响应;利用电测方法对飞剪机进行振动试验,验证仿真模型的可靠性;最后,引入S形加减速曲线理论对工作曲线进行优化。结果表明:优化后的工作曲线使得飞剪机的振幅减小40%,减少了冲击;同时,还使得剪切周期缩短,有效提高了剪切速率,并保证了剪切精度。

    • 薄煤层下离散变量型乳化液泵特性分析

      2024, 52(18):177-181. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2024.18.025 CSTR:

      摘要 (8) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:现有薄煤层大流量的乳化液泵系统常需按峰值工作功率配置乳化液泵,但不同工况系统需求的功率差别较大,小负载工况系统的能量损耗较大。为减少系统的能量损耗,提出离散变量型乳化液泵系统,设计相同额定流量和不同额定流量2种方案,将单台大功率乳化液泵分为4台小功率泵,3台工作1台备用,根据不同的工况和动作,通过控制卸荷阀的开闭输出多级功率,实现系统供需功率匹配;并且当其中任意一台泵出现故障时,可采用备用泵提供流量,提高系统的冗余度和容错度。在相同工况下,对原系统和离散变量型乳化液泵系统进行仿真分析。结果表明:所提系统可显著降低整机的峰值功率和能量消耗,单个运行工况下可减少系统能量消耗47.6%;所提系统可逐步满足智能化综采工作面大流量、高能效、高冗余的供液需求。

    • 基于人工智能的石化机组故障诊断检测算法

      2024, 52(18):182-194. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2024.18.026 CSTR:

      摘要 (20) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:石化机组故障诊断对于现代工业系统的可靠性和安全性具有重要意义。人工智能(AI)技术作为工业应用的新兴领域和故障识别的有效解决方案,日益受到学术界和工业界的关注。然而,在不同的运行条件下,人工智能方法面临着巨大的挑战。从理论背景和工业应用两方面对石化机组故障诊断中的人工智能算法进行全面阐述。介绍不同的人工智能算法,包括 K 近邻、朴素贝叶斯、支持向量机、人工神经网络和深度学习等方法;对AI算法在工业应用中进行了广泛的文献调研;最后,对不同AI算法的优势、局限性、实践启示进行总结,表明了技术进步、多模态数据整合、实时监测预测、算法通用性对提升石化工业效率与可靠性的关键作用,并展望了未来的研究方向与挑战。

    • 基于优化VMD参数与VGG模型的轴承故障诊断

      2024, 52(18):195-202. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2024.18.027 CSTR:

      摘要 (11) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:轴承振动信号的采集过程中难免会受到噪声的影响,使得轴承部分故障特征难以提取。针对此问题,提出一种基于蜣螂算法(DBO)优化变分模态分解(VMD)并与VGG神经网络相结合的轴承故障诊断方法。使用DBO对VMD进行参数寻优,经过优化后的VMD将原始振动信号分解为多个本征模态函数(IMF),通过皮尔逊相关系数选择合适的IMF对信号进行重构;对重构的信号进行连续小波变换(CWT)生成时频图;最后,通过VGG网络进行训练以完成对轴承的故障诊断分类识别。结果表明:与其他诊断方法相比,所提方法降噪效果明显,同时对轴承的故障识别准确率达到了100%。

    • 基于LSTM-CNN特征提取和PSO-KNN分类的自动抓梁液压系统故障诊断

      2024, 52(18):203-207. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2024.18.028 CSTR:

      摘要 (8) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对自动抓梁液压系统故障诊断正确率低、深层特征提取困难的问题,提出一种基于长短期记忆卷积(LSTM-CNN)特征提取网络和粒子群优化K最近邻(PSO-KNN)结合的自动抓梁液压系统故障诊断模型。以自动抓梁液压系统关键节点压力信息为输入,采用LSTM提取一维特征与CNN提取的二维特征融合,采用优化后的KNN模型对提取的特征进行故障分类。基于真实数据搭建AMESim自动抓梁模型进行仿真,验证所提方法的有效性与先进性。结果表明:所提模型的诊断正确率达到97.92%,能够有效识别自动抓梁液压系统中的常见故障。

    • 基于AHP-EWM权重与模糊评判的风机齿轮箱健康评价方法

      2024, 52(18):208-217. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2024.18.029 CSTR:

      摘要 (8) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对传统故障诊断算法依据人工经验判断、对数据挖掘不深等问题,提出使用模糊评判T1FL法将齿轮箱系统的综合评价划分为4个健康状态。为了科学地赋权各级状态指标所占的健康权重,构建以最小二乘法耦合改进的层次分析法(AHP)和改进的熵权法NBN-EWM的数字化权重计算模型。结果表明:所提方法以多源数据为输入,通过最大隶属度原则综合评估齿轮箱的健康状态,诊断出齿轮箱部件高速轴处存在0.920 1的置信空间为齿轮断齿状态,对4种健康状态的评估准确率分别保持在99%、99.2%、98.2%与99.6%。所提方法能够应用于齿轮箱的早期故障诊断,量化评判齿轮箱部件的健康状态,精确定位齿轮箱的损伤部位,为机组运维策略提供安全性保障,并为风场的能源数字化、设备智能健康与运维提供新方案。

    • 基于改进TVF-EMD与SVD的轴承故障特征提取

      2024, 52(18):218-229. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2024.18.030 CSTR:

      摘要 (12) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:滚动轴承早期故障信号微弱,故障特征难以提取。针对此问题,提出一种基于时变滤波经验模态分解(TVF-EMD)模态分量自适应融合与奇异值分解(SVD)降噪的轴承早期故障特征提取方法。为了降低故障信号的非线性和非平稳性,通过TVF-EMD将轴承信号分解为一系列本征模态函数(IMF)。为了克服TVF-EMD分解后IMF分量过多的不足,构造包络故障信息能量占比(EREFI)指标,通过EREFI对IMF分量进行降序排列,并依据包络故障信息能量占比递增原则对IMF分量依次进行融合,直至找到最优融合分量。最后,通过SVD对最优融合分量降噪,并提取故障特征。通过仿真信号以及2个实测轴承故障信号对所提方法性能进行了实验验证。实验结果表明:所提方法具有良好的敏感特征筛选融合能力和降噪能力,能更准确提取出轴承早期故障特征,实现故障类型的准确识别。

    • 基于改进YOLOv5s的滚动轴承表面缺陷识别算法

      2024, 52(18):230-236. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2024.18.031 CSTR:

      摘要 (9) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了解决机械设备轴承表面缺陷检测中多目标情形下的小目标漏检率高、检测速度慢、模型精度和特征提取泛化能力不足的问题,提出一种滚动轴承表面缺陷识别网络模型YOLOv5s-CDOD。在卷积操作前,使用B-ConvNeXt网络平衡模型的精度和复杂度,保留轴承表面小目标缺陷的特征,同时提升模型的泛化能力;通过将YOLOv5s网络中的传统卷积模块替换为具有二次深度过参数化卷积的卷积(DOD-Conv)模块,在不增加模型参数的情况下,提高模型的识别精度和速度;最后,在特征处理阶段,使用VariFocal Loss损失函数,增加模型对正样本目标的学习,对轴承小目标缺陷的检测精度进一步提升。实验结果表明:与原YOLOv5s网络相比,优化后的网络参数量减少了10%,使得模型的检测速度明显提升;同时,所提模型的平均检测精度达到了94%,对轴承表面小目标缺陷的识别率也有所提高。

    • 基于变分模态分解的阶次分析对RV减速器的故障诊断

      2024, 52(18):237-242. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2024.18.032 CSTR:

      摘要 (11) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:在变转速工况下对RV减速器进行故障诊断存在诸多的问题,如信号采集频率不统一、分量调制、低频特征难以确定、频率模糊等,导致RV减速器的故障特征难以提取。针对此问题,提出一种变分模态分解的阶次跟踪分析方法,根据RV减速器的振动特征,确定RV减速器的瞬时转速信号和振动信号;再对RV减速器的转速进行二阶拟合差分,得到时间-转速信号;通过计算时间-转速积分对RV减速器的振动信号进行等角域划分,再利用变分模态分解和重构选取目标分量对其进行傅里叶包络变换,得到RV减速器故障信号的包络阶次图,通过对比故障阶次确定减速器的故障点。所提方法可以在振动信号和转速的采集频率不匹配的情况下进行故障诊断,解决了不能充分划分等角域的问题,为变转速工况下的复杂旋转机械的故障诊断提供了新方法。

    • 基于改进BWM-FAHP法的五坐标加工中心可靠性综合评价研究

      2024, 52(18):243-248. DOI: 10.3969/j.issn.1001-3881.2024.18.033 CSTR:

      摘要 (8) HTML (0) PDF 0.00 Byte (0) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对五坐标数控机床可靠性综合评价分析中主观性较大、精度不足以及需要大量先验知识等问题,提出一种最优最劣法(BWM)与模糊层次分析法(FAHP)相结合的评价方法,将数控机床划分为9个子系统,统计各子系统故障数据并计算平均故障间隔时间(MTBF)、平均首次故障时间(MTTFF)、平均修复时间(MTTR)的点估计值、固有可靠度(A)、易维修指数(K),确定了加工中心可靠性、可靠性指标与各子系统之间的综合权重和影响因子,并应用所提方法对加工中心可靠性水平做出量化综合评价,其中进给系统Sj的影响度和影响因子都高于其他子系统,即加工中心进给系统Sj最薄弱。结果表明:应用文中所提方法便于计算、易于操作、适用性强,所得结果符合机床客观事实,证明了所提方法的合理、有效。

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