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机床与液压
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主 管 单 位 : 中国科学技术协会

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广州机械科学研究院有限公司

主          编 : 闵新和

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国内统一连续出版物号 :CN44-1259/TH

国际标准连续出版物号 :ISSN1001-3881

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    2024年 第52卷 第12期
    • 基于本体的箱体孔同轴度测量认证方案的自动生成
      黄美发,陈源庆,唐哲敏,柴鹏,靳尚坤

      摘要:针对箱体孔同轴度测量认证方案过度依赖人工经验确定,造成认证过程不一致,测量结果可对比性差的问题,提出一种基于本体的箱体孔同轴度测量认证方案自动生成方法。构建测量认证工程语义模型,将它转化为计算机可读可解释的元本体模型;建立测量认证方案生成规则库,根据几何要素类型、公差项目、公差原则推理生成测量认证标准范式、操作参数、测量参数;最后,通过减速器上尺寸信息和同轴度几何规范,展示箱体孔同轴度测量认证方案自动生成过程,并验证了其有效性。结果表明:所提方法可以不依赖人工决策,简单高效地实现测量认证方案的自动生成。

    • 基于蜂窝立体结构靶标的多目相机标定方法
      秦鹏举,蒋周翔,苏瑞,马紫怡,宋鹏成

      摘要:为解决多目相机快速标定以及构建不同坐标系之间位姿关系的问题,提出一种基于新型蜂窝立体结构靶标的多目相机标定方法,能够快速准确完成多目相机标定。通过仿生学原理设计的蜂窝立体结构具有5个附着自识别阵列标记的不同空间位姿平面,提升了标定稳定性以及鲁棒性;使用多目相机拍摄一幅图像即可完成相机标定以及坐标系间关系构建,提升了标定效率;最后,将所提方法与传统的相机标定方法进行了实验对比。结果表明:相比于传统标定方法,所提方法的相机标定平均重投影误差降低了18.4%,多目相机间外参平均重投影误差降低了8.5%,遮挡干扰下平均重投影误差的相对误差仅为0.01 pixel,进一步验证了所提标定方法的可行性。

    • 基于曲线拟合的液压动力转向器转阀棱边坡口设计方法研究
      李卓,陈诚,冷若轩,王红霞

      摘要:转阀棱边坡口结构对液压动力转向器的助力特性影响非常大,但对于棱边坡口结构的设计方法研究较少。根据转阀的结构和工作原理,建立液压动力转向器的转阀阀口过流面积数学模型和AMESim仿真模型,通过与试验结果进行对比,验证了模型的可靠性;依据新型产品的助力特性设计目标,提出一种基于曲线拟合的棱边坡口设计方法,依据助力特性的设计目标,利用MATLAB软件求解了棱边坡口曲线解析式中的参数。仿真结果表明:所设计的棱边坡口结构能够满足设计要求,验证了设计方法的有效性,为液压动力转向器优化设计提供了参考。

    • 基于齿廓曲线的外啮合齿轮泵排量计算
      安高成,李培国,郭嘉琪,谢添,宋伟,刘宝玉

      摘要:渐开线外啮合齿轮泵以结构简单、造价低廉等优点而在矿山、工程等领域应用广泛,但目前关于精准计算其瞬时流量、排量的文献较少。为此,基于齿轮啮合机制、轮齿齿廓性质以及转角和啮合点的关系,建立齿轮泵瞬时输出流量的数学及仿真模型。针对齿轮泵重合度、齿轮变位、卸荷槽、侧隙等影响因素对模型进行论证,进而提出一种精准计算渐开线外啮合齿轮泵排量的方法,并采用Simulink仿真软件对不同类型外啮合齿轮泵的瞬时流量进行仿真模拟。同时利用3种不同型号齿轮泵验证排量公式,其最大误差在5%以内。验证计算模型有效性后,基于MATLAB设计了齿轮泵计算辅助平台,实现了外啮合齿轮泵瞬时流量、排量性能可视化,以简化计算流程,适应工程化应用。

    • 液压作动器关键部件摩擦磨损性能分析
      王旭,马少明,杨培杰,孙悦

      摘要:为了探究不同润滑状态下,液压作动器关键部件材料和表面处理技术的选择对摩擦磨损性能的影响,在干摩擦、乏油润滑以及充分供油润滑3种润滑状态下,分别对活塞-液压缸内壁与活塞杆-端盖2种应用工况开展正交摩擦试验。通过测试不同对摩副的摩擦因数、磨损量以及磨损前后表面形貌的变化,分析润滑状态对2种应用工况磨损性能的影响。受导向带的表面织构及碳化钨自润滑性能的影响,在干摩擦与乏油润滑状态下,活塞-液压缸配伍界面采用40Cr-导向带对摩副、活塞杆-端盖配伍界面采用碳化钨-导向带对摩副时的摩擦因数较低;而在充分供油润滑条件下,由于接触界面之间会形成油膜,使得摩擦磨损趋势与上述结果相反,活塞-液压缸配伍界面采用Cu-40Cr对摩副、活塞杆-端盖配伍界面采用Cu-碳化钨对摩副时的摩擦因数较低。

    • 起重机数字液压回转系统设计与试验
      刘琛华,杨涛,宋辉,张敏,倪秀衡

      摘要:为了提高起重机回转动作的微动性、平稳性、响应速度和定位精度,将数字液压技术应用于起重机回转系统中。基于数字液压技术,设计一种起重机数字液压回转系统,介绍了数字液压回转系统的结构和工作原理,建立了数字液压回转系统的数学模型,在某型号起重机上安装了数字液压回转系统并与原有液压回转系统进行对比试验。结果表明:与起重机原有液压回转系统相比,数字液压回转系统的最低稳定速度更低、更平稳,微动性更好;数字液压回转系统在高速启动时更平稳,最高稳定速度更高;数字液压回转系统的回转动作响应时间大幅缩减,系统响应更快速;数字液压回转系统具备精确的位置控制功能,重复定位精度较高。

    • 基于偏振视觉的环形构件表面形貌重构
      朱乾皓,陈景铭,张礼华,汪振耀

      摘要:为了增强对环形构件表面的质量检测能力,提出一种基于单目DoFP偏振相机的FSV偏振检测方法。根据偏振反射分离出的漫反射信息,对基于FSV的偏振三维重建模型进行校正。利用偏振数据得到增强的二维表面图像,并进行相应的偏振三维建模。实验结果表明,与传统成像系统和非FSV偏振成像系统相比,所提出的检测方法测得的DoP图像在图像评价指标上提升3%以上,重建的三维模型和真实检测表面的均方根误差为0.35,大大提高了对环形构件表面的质量检测能力。

    • 基于曲面响应法的短电弧磨削蜂窝环工艺研究
      汪兵兵,王子健,丁胜威,周建平

      摘要:蜂窝密封结构是当代航空发动机的先进高效密封结构,传统加工难以满足加工质量的要求,需要采用短电弧加工技术加工此类零部件。为获得最优的加工参数,以重铸层厚度和微观形貌为指标,分析电流及电压波形、表面能谱、工件表面和截面形貌,并进行响应曲面分析。结果表明:对重铸层厚度和加工时间影响的显著性为:进给速度>工件转速>电极转速,重铸层厚度随进给速度增加而增加,随工件和电极转速增加而减小,且表面质量有相同的趋势。多目标优化获得最佳参数为:工件转速5.863 r/min,电极转速287.114 r/min,进给速度0.087 mm/min。因此,适当降低进给速度,提高工件和电极转速,可减少微裂纹、冲蚀凹坑和熔滴颗粒等现象,提高工件表面质量,降低重铸层厚度。

    • 重切龙门镗铣加工中心结构静动态特性分析
      张小雨,闫坤,孔绍天,陈晓满,高瀚君

      摘要:为了在设计阶段精准评估重切龙门镗铣加工中心结构的动静态特性,建立加工中心整机结构有限元仿真模型,分析其静、动态特性。通过模态测试验证动态仿真模型的准确性和有效性,根据分析结果提出加工中心的结构优化建议。结果表明:由于滑枕的静刚度不足,导致加工中心 Y 方向的静刚度较低,在1 500 N切削力作用下,最大变形可达0.008 137 mm;加工中心的前6阶实测固有频率分别是41.87、55.69、88.06、103.45、129.68、159.41 Hz,前6阶固有频率的平均仿真计算误差为6.5%,立柱和滑枕位置在外部激振力作用下易发生较大的动态变形响应。

    • 封头接管移栽夹持机构设计与实验
      王毅,梁家炜,王俊威,冯康,高志明

      摘要:在工业机器人自动焊接领域中,实现对焊接工件夹持与焊枪协同焊接的移栽夹持机构在焊接过程中发挥着重要的作用。通常在工业领域中,焊接工件的形状与焊接情况不同,因此需要设计专用夹具。针对一种圆柱形工件夹持问题,设计一个内壁柔性夹持移栽机构,应用于视觉辅助多机械臂焊接工况中,将焊接零件准确移栽到指定焊接位置上,与焊接机器人协同实现自动焊接。设计移栽夹持机构,展开静力学仿真验证模型正确性,最后搭建实物验证环境进行夹持实验。结果表明:第一阶段实验放置成功率达到100%,第二阶段实验移栽机构满足焊接距离2 mm精度要求,为封头接管的移栽提供良好的条件,有利于封头接管自动焊接。

    • 考虑模态分析的超高加速度宏微运动平台导轨架优化设计
      张璐凡,闫恒,张鹏启,姜薄士

      摘要:超高加速度宏微运动平台具有定位精度高、误差小等优点,基于模态分析对超高加速度宏微运动平台的关键机构导轨架进行优化设计,以实现平台的性能优化。采用 SolidWorks 软件搭建导轨架模型,通过ANSYS Workbench软件进行模态分析、拓扑优化和响应面优化等,在保持1阶固有频率稳定的前提下尽可能降低导轨架的质量。结果表明:响应面的优化符合预期目标,导轨架的1阶固有频率增加了0.7%,质量从6.165 kg减小到5.592 kg,变化率为9.2%,达到了轻量化的目的。

    • 胶辊微小齿形几何参数在机视觉检测方法研究
      李海涛,鹿静静,王雅雯,任工昌

      摘要:针对胶辊微小齿形几何参数无法在机检测的难题,提出一种胶辊在机视觉检测方法,通过合理的测量装置设计,基于机器视觉检测原理搭建在机检测系统。通过直线往复运动机构、摆臂机构及视觉检测机构相互配合的在机视觉检测装置实现胶辊检测。利用该装置获取胶辊图像,通过视觉处理软件依次对胶辊图像进行图像滤波、形态学分析等图像预处理;采用亚像素边缘检测方法进行螺纹轮廓的精准定位,然后利用Harris角点检测算法提取特征点;最后采用最小二乘法分段拟合方法得到胶辊螺纹轮廓,并计算胶辊螺纹齿形的主要参数,判断胶辊的合格性。实验结果证明:所提胶辊齿形几何参数在机视觉检测方法可以实现胶辊齿形的高效高精度检测。

    • 机器人关节永磁同步电机结构多目标优化
      黎荣健,肖曙红,洪伟林,张岩

      摘要:为提高机器人关节用无框永磁同步电机效率、减小齿槽转矩和转矩脉动,通过能量法推导出电机齿槽转矩解析式,确定影响电机转矩性能的4个重要参数:气隙长度、永磁体厚度、永磁体极弧系数、定子槽口宽度,并使用有限元方法分析各个参数对齿槽转矩的影响。基于响应面方法和多目标遗传算法,建立响应面回归模型,以提高电机效率和降低齿槽转矩为目标,得到永磁同步电机的帕累托前沿。最后根据约束条件和设计目标选择最优解,并利用有限元分析对初始方案和优化后方案进行对比分析。结果表明:该多目标优化方法可以设计出兼顾高效率和低齿槽转矩的目标电机。

    • 数字孪生驱动的车间多模式配送调度优化
      陈银娟,张春燕,吴琦,陶帅

      摘要:针对混流大型生产装配车间配送调控能力差、配送过程监控困难、运输资源消耗大等问题,提出一种基于遗传算法的数字孪生车间的物料配送方法。建立物理配送与孪生配送实时交互的数字孪生车间物料配送多目标模型,根据物料清单使用遗传算法生成初始物料配送方案,在搭建的孪生车间中对初始配送方案进行仿真优化,并采用数字孪生模型监测设备配送情况并解决配送过程中出现的突发情况。最后以某柴油机装配车间物料配送为例,证明了遗传算法结合数字孪生的装配车间物料配送方案能合理安排物料运输,降低了起重机运输时间,提高了AGV工作安全性,优化车间配送系统性能。

    • 基于响应面和MOGA的卧加主轴多目标优化设计
      尹浇钦,高自成,李立君,乔志东,胡意波,刘怀粤

      摘要:主轴作为卧式加工中心中最重要的功能部件,对其进行优化设计来提高卧式加工中心的动态性能和运动精度具有重要意义。根据主轴的有限元分析结果,以主轴前端半径和长度、后端半径和长度以及拉刀杆外径为设计变量,总质量最小、总体最大变形最小和1阶固有频率最大为优化目标,利用CCD试验设计方法获得初始样本点,再使用Kriging模型建立响应面。最后利用多目标遗传算法(MOGA)进行优化。结果表明:所提方法实现了主轴质量减少29.6%,总变形量减少30.8%,1阶固有频率增加5.4%。

    • 基于QFD和U-TRIZ的家用艾灸机器人创新设计
      衣正尧,张梦,王宝成,卢贤淑,弥思瑶,李昊鸣

      摘要:为了使产品功能配置合理,最后产出的技术方案能够满足用户需求,将质量功能展开(QFD)方法引入到家用艾灸机器人设计过程中,将用户需求转换为设计需求,保证设计的艾灸设备满足家用需求且具有竞争力;之后,对QFD阶段得出的相互矛盾的设计需求进行矛盾分析,找到对应的发明原理进行解决;最后,通过TRIZ理论下的统一TRIZ理论(U-TRIZ)特有的物质-属性-功能-原因(SAFC)解题模型,构建每对技术矛盾的技术方案,解决对应技术矛盾。结果表明:运用QFD和统一TRIZ理论集成的方法不仅能够使得产品构建合理,还能够快速找到合适的、具体的解决方案,实现的功能符合需求,使得设计过程更加严谨,方便设计者快速找到符合需求配比的合适技术方案。用此集成方法进行设计的技术方案申请了中国发明专利,验证了此集成创新设计方法的有效性。

    • 基于机器视觉的刹车衬芯缺陷检测系统设计
      金佳凯,沙玲,李晋鑫,范狄庆

      摘要:由于人工检测刹车衬芯缺陷存在效率低下、标准不一致等问题,开发一套基于机器视觉的刹车衬芯缺陷检测系统,实现衬芯法兰面的缺陷检测。设计光学方案获取衬芯法兰面图像,首先利用并行中值滤波对原图像去噪,然后使用改进的Otsu方法提取出法兰面区域,最后通过傅里叶变换与反傅里叶变换相结合的方法获取缺陷信息并进行判别。实验结果表明:该系统检测准确率为98.9%,漏检率为0,对于单个衬芯零件的平均检测时间为0.232 s。该系统测量精度高,运行速度快,可以有效地取代工业检测中的人工测量。

    • 高速开关阀动态响应特性研究及性能优化
      吴会刚,韦文术,徐龙

      摘要:为研究某型高速开关阀的动态响应特性并开展参数优化,描述开关阀的结构组成及工作原理,并建立其数学模型;基于电磁铁的有限元模型,重点研究极靴盆口磁分路的作用,并求解电磁力及磁通量离散空间分布;进而建立开关阀的机-电-液联合仿真模型,研究其静态压力控制特性及关键参量的动态响应过程。以单变量作用规律分析为基础,应用(1+1)-ES算法完成多参数迭代优化。最后,测定高速开关阀的动态响应特性,完成对比验证。实验结果表明:所建立的联合仿真模型较好地刻画了开关阀的动态响应特性,并借助进化策略优化算法实现了性能的有效提升。

    • 起重机变幅平衡阀流量计算与仿真分析
      王鑫,李毅波,文晨阳,周星驰,黄明辉

      摘要:变幅平衡阀安装在汽车起重机变幅系统的液压回路中,起到负载保持和控制负载运动速度的作用。在分析某型起重机所用平衡阀的组成结构和功能原理的基础上,针对其主阀芯的复杂通流形式,采用一种节流槽和阀芯表面通流面积分开计算后整合的方法,得到主阀芯整体的开度-过流面积曲线。利用AMESim仿真软件建立平衡阀中单向阀和主阀芯的仿真模型。通过对比平衡阀流量压力特性的仿真与实验结果,表明采用此计算方式得到的开度-过流面积曲线可以准确地反映平衡阀工作时的性能特征。对影响平衡阀流量压力特性的关键因素进行了探究,为平衡阀的优化设计提供了模型支持和参考思路。

    • 基于田口方法与CFD相结合的垂直轴风力机优化研究
      刘文昊,朱建阳,汪超

      摘要:为了进一步提升垂直轴风力机在低风速复杂城市风场中的捕能效率,采用CFD数值计算和田口试验相结合的方法,研究实度(σ)、桨距角(β)、阻尼(Cd)和密度比(ρ*)对五叶片垂直轴风力机(VAWT)气动性能的影响。将风力机的转动控制方程与流场控制方程联合求解,在数值计算中考虑风力机与流体的相互作用。研究结果表明:实度、桨距角、阻尼和密度比的变化对垂直轴风力机的气动性能有重要影响,在最优的参数组合下,五叶片VAWT的捕能效率可以达到13.537%。此外,通过对田口试验结果的分析,得到所研究的4个特征参数对五叶片VAWT气动性能的影响程度依次为:σ>Cd>β>ρ*。

    • 高空升降框架的结构优化与有限元分析
      姜展超,丁怀平,高程,张林

      摘要:沙漠环境中易出现的极端风载对设备的安全性能提出极高要求,现有高空升降框架的设计主要依靠工程经验,存在用料多、自重大、安全余量高等不足。针对此,采用CREO软件建立高空升降框架的三维实体模型,根据国标规定将风载等效为静载荷,采用ANSYS软件对极端风载作用下高空升降框架力学特性进行仿真计算。结果表明:系统与风载不存在共振风险,极限风载作用下系统最大应力幅值为166 MPa。进一步提出设计精细、造价经济的高空升降框架优化设计方案,在极限风载作用下,优化框架静力学计算结果表明:优化后系统的最大应力幅值在降低约35%的同时,可实现整体减重约17%。

    • 裂纹对航空发动机整体叶盘振动特性的影响
      党鹏飞,周哲,杨铮鑫

      摘要:针对航空发动机涡轮叶盘运行中产生的疲劳裂纹改变振动特性的问题,基于有限元模态分析理论对其进行研究。建立不同裂纹长度、裂纹分布位置的整体叶盘有限元模型,分别分析动静态下固有频率的变化;分析裂纹对整体叶盘频率转向的影响;最后,通过分析含裂纹叶片在激励作用下的响应,得出其响应幅值和振动方向的变化。结果表明:裂纹会降低整体叶盘固有频率,且对低阶频率影响较大;裂纹会影响整体叶盘振型,出现振动局部化现象;裂纹的出现影响整体叶盘频率转向现象的发生;整体叶盘中含裂纹叶片的响应峰值随着裂纹长度的增加而逐渐增大,且裂纹叶片会出现大范围振动反向现象。

    • 短电弧磨削蜂窝环热源公式研究及温度场仿真
      王子健,周建平,周碧胜,汪兵兵,苗李君,丁胜威

      摘要:为预测不同电压下常规短电弧磨削蜂窝环加工深度的影响,对短电弧磨削蜂窝环温度场仿真热源公式进行了研究。针对热源系数与电压的关系,通过ANSYS软件研究得出的热源公式,并对短电弧磨削蜂窝环温度场仿真。研究了适用于不同电压下短电弧常规磨削蜂窝环的热源公式,通过温度场仿真结果,分析了不同电压磨削蜂窝环的温度分布及变化趋势。结果发现:得出的热源公式适用于不同电压下短电弧磨削蜂窝环加工的温度场;仿真温度云图的变化规律以及分布情况符合短电弧磨削加工的实际情况,仿真结果误差在5.9%以内,吻合度较好,为预测加工深度提供了理论依据。

    • 液控随钻扩眼器球座冲蚀规律及结构优化
      徐泽庆,王德贵,刘少胡,李若雯,敬幸福

      摘要:在随钻扩眼的过程中,扩眼器球座的冲蚀较为严重,尤其是球座旁通孔附近。基于冲蚀理论与固液两相流理论,结合DPM离散相模型对扩眼器球座进行冲蚀模拟分析,研究不同因素对扩眼器球座冲蚀的影响规律。此外,利用正交试验方法,研究各参数对冲蚀磨损的影响程度,并优化扩眼器球座结构。通过极差和方差分析可知:影响球座冲蚀磨损的因素依次为流量>含砂比>颗粒直径,最优工艺参数组合为:流量35 L/s、含砂比3%、黏度0.028 Pa·s、颗粒直径0.25 mm、颗粒密度1 500 kg/m3,此时球座的冲蚀率最小,为4.52×10-6kg/(m2·s)。为了减少扩眼器球座的冲蚀,对球座进行结构优化,优化后球座旁通孔角度为顺时针倾斜45°、圆角半径为7 mm、个数为6,相比优化前的球座冲蚀率降低了24%。

    • 塑料挤出复合机分配器流道仿真优化
      罗良传,陈浩,许锦才,石卫卫,林杏转,殷术贵

      摘要:针对塑料挤出复合机的分配器流道容易出现塑料熔体滞留时间较长、烧焦等问题,对塑料挤出复合机的分配器流道进行仿真优化。采用质量连续性方程、动量控制方程、四面体网格划分、Carreau模型、仿工况模拟VOF模型、单相流模拟仿真等方法,建立几何模型、数学模型、材料本构模型、内流道网格划分模型等分配器流动仿真模型,对分配器内流道2种塑料熔体的流动过程进行仿工况模拟仿真分析;掌握2种塑料熔体在分配器内流动过程中的速度分布、压力分布等情况,并对分配器原始结构进行压力分布、流线分布、速度矢量分布、出口处流场分析等单相流模拟分析,得到造成熔体滞留的3个主要区域。针对横向扩展段边角处、三股熔体交汇处、靠近出口处等3个主要区域,提出横向扩展段边角处增加导流装置、调整熔体交汇处控制刀具偏角、去掉出口处小台阶等分配器流道结构优化方案,通过对比优化前后结构的压力分布、流线分布、速度矢量分布等单相流仿真结果,发现优化结构明显好于原始结构,分配器流道的压力分布更加均匀,能大大减少这3个区域的熔体滞留,从而能够有效提高挤出塑料复合薄膜成品的质量。

    • 基于信号处理的液压泵故障检测方法研究综述
      王海雄,应俊,刘舒豪,易怀安

      摘要:液压泵的故障诊断是其正常工作和健康管理的关键,基于信号处理的液压泵诊断方法已经成为主流。近年来,学者们对液压泵故障诊断的研究非常活跃,但对液压泵故障分析和诊断方法缺少系统的总结和分析。通过对液压泵相关文献进行统计分析,系统地总结了液压泵故障产生的原因、故障诊断的基本方法及研究进展,指出了液压泵故障分析和诊断领域的发展前景,为研究人员和相关维修人员提供了参考价值并指明了研究方向。

    • 基于ALSTM-MHA的航空发动机寿命预测
      修瑞,丁建完,刘笑炎,高创

      摘要:为了提升剩余寿命预测任务的精度,提出一种基于注意力长短时记忆网络和多头自注意力机制(ALSTM-MHA)的剩余寿命预测模型,在利用数据时序性的条件下提取特征维度的重要程度以及时间维度的相关性信息。使用C-MAPSS数据集对模型进行实验验证,并与其他方法进行对比。结果表明:ALSTM-MHA模型能够有效地提取特征及时间维度上的注意力信息,与其他方法相比,它在均方根误差和非对称评价指标上分别降低了至少0.3%和20.48%,验证了模型的可行性和有效性。

    • 基于NGO-VMD和改进GoogLeNet的齿轮箱故障诊断方法
      李俊卿,刘若尧,何玉灵

      摘要:目前的齿轮箱故障诊断方法,在多转速工况及噪声干扰下,存在过拟合及诊断效果不佳的问题。针对此问题,提出一种北方苍鹰(NGO)算法优化变分模态分解(VMD)结合改进GoogLeNet的齿轮箱故障诊断方法。使用NGO对VMD进行参数寻优,利用优化后的VMD去除故障信号中的噪声;对原始GoogLeNet的结构进行合理删减,并利用延迟丢弃法、可训练的ReLU函数(TReLU)对其改进;最后,将去噪后的故障信号转换为二维图作为改进GoogLeNet的输入数据进行网络的训练及分类,得到故障诊断结果。实验结果表明:与其他降噪方法相比,NGO-VMD方法的降噪效果明显,能显著提高故障诊断的准确率;与常见的卷积神经网络相比,提出的改进GoogLeNet能进一步提高故障诊断的准确率,达到了97.2%。

    • 基于CWT-CNN的离心泵轴承故障识别方法
      张鑫宇,付强,黄倩,朱荣生,李思汉

      摘要:针对传统的轴承故障诊断方法在面对强噪声和非平稳信号识别时特征提取过度依赖先验知识和专家经验等问题,结合传统的信号处理方法和深度学习算法提出一种基于CWT-CNN的离心泵轴承故障识别方法。连续小波变换(CWT)将原始的1D振动信号转化为故障特征信息更丰富的2D时频图,2D时频图再输入到卷积层完成特征的自动提取,最后SoftMax层完成故障识别。经过西储大学公开轴承数据集和实验室搭建的离心泵振动轴承采集实验台验证,该方法的故障识别准确率均能达到90%以上。

    • 基于SSA-VMD和ITFPF的喷油器信号去噪方法
      郭常露,高先理,贾宝富,柯赟,宋恩哲,姚崇

      摘要:由于柴油机工作环境复杂多变,喷油器信号中包含较多噪声,导致诊断率低。为降低噪声的影响,提高故障诊断率,提出一种麻雀算法优化变分模态分解(SSA-VMD)和改进时频峰值滤波(ITFPF)结合的信号去噪方法。针对VMD受分解参数制约的问题,以能量分解因子为目标函数,通过SSA自适应地将信号分解成一系列IMF,以解决参数设置不当导致的模态混叠问题。TFPF的窗长选择不当会影响其滤波效果,由于排列熵能够度量非平稳信号的复杂度,以排列熵为适应度函数寻到最优窗长,使ITFPF兼顾信号保真和噪声压制。仿真和试验结果表明:SSA-VMD和ITFPF结合的方法降噪效果优于其他方法,并使故障识别率相比未优化VMD提高了10.13%。

    • 基于马氏聚类和前馈神经网络的风力机故障诊断
      胡新雨,郁海彭,何智,韩伟,戴劲松,张旭

      摘要:通过建立数据驱动的故障预测模型,可以将故障状态从正常状态中分离出来,进而实现对风力发电机故障的精确诊断。为此,提出一种基于马氏聚类和前馈神经网络的风力机故障诊断策略,通过马氏距离评估实现数据聚类以及正常数据和异常数据的分离;然后以前馈神经网络为基础,根据工程经验构建风力发电机、齿轮箱和发电机3种预测模型;最后利用实验样机数据对所提出的故障预测策略进行验证。实验结果表明:所提的风力机故障预测策略可以有效识别风力机输出功率异常、齿轮箱温度异常和发电机温度异常,进而有利于合理地安排维修计划。

    • 基于时间卷积网络的机床齿轮箱轴承剩余寿命预测
      姜广君,段政伟,穆东明,杨金森

      摘要:基于深度神经网络的RUL预测模型结构比较复杂,不能很好地满足中长期预测任务的要求。为了更好地利用时间信息,设计一种基于时间卷积网络(TCN)的轴承RUL预测模型。以振动信号的频谱特征作为输入,利用因果膨胀卷积结构提取频域特征并捕获长期依赖,从而实现对轴承准确的RUL预测。为了进一步说明所提方法的优越性,将所提方法与卷积神经网络(CNN)、门控循环单元(GRU)进行了对比。结果表明:所提出的TCN模型的RUL预测精度优于其他现有方法,具有较高的精度。

    • 基于SSA-VMD和SVM的滚珠丝杠副故障诊断
      左乾君,陈国华,毛杰,张帅伟,周博,张智洋,张秀琴

      摘要:针对滚珠丝杠副故障特征提取困难的问题,提出一种基于麻雀搜索算法优化变分模态分解算法(SSA-VMD)结合支持向量机(SVM)的滚珠丝杠副故障诊断方法。以最小包络熵作为SSA的适应度函数,对VMD参数进行自主寻优;运用IMF能量值对分解信号进行筛选重构,去除噪声和无关成分的干扰;最后提取重构信号的8类时域特征参数和5类频域特征参数作为特征向量集,导入SVM进行故障识别模型的训练。通过搭建滚珠丝杠副故障诊断实验平台采集振动信号,分别采用SSA-VMD、VMD、EMD方法进行信号分解提取故障特征。实验结果表明:与VMD和EMD相比,SSA-VMD能针对不同的信号自主选择最优的VMD参数进行信号分解,能准确识别滚珠丝杠副故障类型,证明了基于SSA-VMD的滚珠丝杠副故障诊断的可行性和准确性。

    • 某重型数控机床可靠性建模及评估研究
      陈红霞,李宏悦,包斯日古楞,郭春成

      摘要:与传统的机床相比,重型数控机床存在结构复杂、故障溯源困难、样本少、数据不足等缺点,因此对它进行可靠性研究比较困难。针对这一问题,分析某厂TH系列重型数控机床的故障数据,利用威布尔分布函数建立某重型数控机床的可靠性模型;为了获得更高的拟合精度,采用最小二乘线性回归分析法、极大似然估计法和灰色模型估计法3种方法来进行参数估计并选取最优值。通过K-S检验证明了以极大似然估计法所建立模型的威布尔分布拟合误差最小、精度最高;以极大似然估计出的模型作为可靠性评估模型,通过计算得到此系列重型数控机床的观测值与点估计值分别为298.155 0、298.675 9 h,二者基本相等,证明了模型的正确性。

    • 基于数据驱动和本体建模的数控机床主轴故障诊断与推理
      徐丹丹,张帝

      摘要:针对目前数控机床主轴系统故障诊断存在方法单一及智能化程度低的问题,提出基于数据驱动和本体建模的机床主轴故障诊断与推理方法。采用EMD对传感器采集的蕴含故障特征的原始信号进行数据处理与分析,提取原始统计特征,在此基础上,构建DBN-RF诊断模型实现深度特征自适应挖掘与故障模式识别。利用Protégé5.1工具结合领域知识构建机床主轴故障本体知识库,将DBN-RF诊断模型的故障辨识结果与本体知识库中的实例进行语义映射,实现故障知识推理,获得故障原因和故障解决策略。基于采集的不同工况下轴承故障数据验证了DBN-RF诊断模型的有效性,最高故障诊断平均准确率可达92.93%;构建实例验证了本体知识库的可重用性和推理功能;最后,设计开发了数控机床主轴健康管理服务系统,实现主轴系统状态实时感知和故障诊断与推理。

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