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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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邮          编 : 510700

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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19期
    • 基于共轭修形的大模数摆线齿锥齿轮齿面建模及承载性能分析
      陈金玉,聂少武,李大庆

      摘要:针对大模数摆线齿锥齿轮在专用铣齿机上难以加工的问题,提出一种面向加工中心的摆线齿锥齿轮齿面模型构建方法。基于摆线齿锥齿轮加工原理,根据刀具与大轮之间的几何位置关系,建立大轮切齿参数计算方法;根据大轮切齿加工数学模型,推导大轮理论齿面,并通过齿面离散方法获得大轮数值齿面;基于齿轮啮合数学模型推导出与大轮完全共轭的小轮齿面,通过在完全共轭小轮齿面法线方向上构建二阶修形差曲面并进行叠加,获得与大轮齿面呈局部共轭的小轮数值齿面。最后,建立有限元齿面加载接触分析流程,以一对矿用减速器大模数摆线齿锥齿轮副为例,利用ABAQUS软件进行齿轮三维建模和有限元加载接触仿真。结果表明:在实际加载工况下,通过共轭修形构建的小轮齿面与大轮齿面呈局部内对角接触,并且加载接触区受啮合错位影响在大轮齿面内部移动,未脱离齿面产生边缘接触,齿面接触区满足工程需要。仿真结果验证了共轭齿面修形建模方法的可行性。

    • 基于改进YOLOv8的堆叠零件实例分割研究
      王众玄,邹光明,顾浩文,许艳涛,李陈佳瑞

      摘要:为了实现复杂工业环境下机器人对堆叠零件的快速识别拣选,构建一种改进的YOLOv8s实例分割模型,并应用于堆叠零件实时识别分割中。针对堆叠工业零件不易分割的问题,将原始模型的主干网络替换为提取特征能力更强的PoolFormer主干网络,提升堆叠零件边缘分割效果;为了更好地过滤掉多余背景信息,保留关键信息,引入了效果更好的CARAFE上采样模块。试验结果表明,改进后模型的分割平均精度和预测框平均精度分别为93.57%和97.47%,相比原模型提升了1.89%和1.23%,且远高于同类型的YOLACT++和SOLOv2模型,验证了改进模型的有效性。

    • 不同工艺参数对FeCoNiCrMnAlx 高熵合金微铣削加工性能影响研究
      王鹏家,李潭,王喆,朱昱硕

      摘要:为探究FeCoNiCrMnAlx(x=0、0.6、1)高熵合金的微铣削加工性能,采用单因素实验法,分析不同主轴转速、每齿进给量、铣削深度等工艺参数对其微铣削力、切削比能和表面粗糙度的影响。结果表明:Al1合金的铣削力最大,表面质量最差;Al0合金由于较低的铣削力、切削比能和表面粗糙度而具有更好的可加工性;3种合金的微铣削力和表面粗糙度均随主轴转速和每齿进给量的增加先增大后减小,随铣削深度的增加而增大;为降低合金的铣削力和表面粗糙度,可以适当提高主轴转速和每齿进给量,降低铣削深度。

    • 电化学加工表面均匀性的多变量统计过程控制
      樊双蛟,李登榜,杨逸,庞桂兵

      摘要:零件表面粗糙度对其使用性能有重要影响。为了解决零件表面单一粗糙度参数不能全面反映零件加工表面缺陷的问题,提出一种将基于相关性分析和主元分析的多变量统计过程控制应用于电化学光整加工零件表面均匀性评价的方法。设计无表面缺陷和有表面缺陷两个样件进行对比实验,在电化学光整加工之后记录两个样件的多项表面粗糙度参数,先进行多个参数的单变量统计过程控制,再对多个粗糙度参数进行相关性分析和主元分析,得到综合评价值绘制统计控制图。对比分析结果表明:对于存在局部缺陷的表面,相比单一粗糙度参数,采用综合评价控制图检测零件表面缺陷更准确;基于相关性分析和主元分析的多变量统计过程控制是评价电化学光整加工零件表面均匀性的有效方法。

    • 微铣削加工激光熔覆WC/Ni合金粉末表面完整性研究
      王彬,高奇,孙文强

      摘要:激光熔覆WC/Ni合金粉末涂层的微铣削加工材料表面质量之间的关系选择模具钢Cr12MoV为基材,WC/Ni合金粉末为熔覆材料采用纤维激光器进行熔覆加工试验。制备试验样件,用直径为1 mm的钨钢硬质合金铣刀对制备的样件进行微铣削试验。分别设计单因素试验和正交试验,以表面粗糙度Ra为评判标准,探究微铣削加工参数对WC/Ni合金粉末熔覆涂层铣削表面质量的影响规律,并阐述铣削机制。结果表明:主轴转速对加工表面粗糙度的影响最为显著,进给量次之,铣削深度影响最小;当主轴转速为9 000 r/min,进给量速度为6 mm/min,铣削深度为0.04 mm时,测量得出粗糙度最小为0.014 μm;在微铣削加工WC/Ni合金粉末熔覆涂层时,为获得较好的加工表面质量可选择较小的加工参数。

    • 基于相电流查表法的工业机器人用PMSM逆变器非线性补偿策略
      刘国贺,张军,龙江

      摘要:针对传统方法无法完全考虑所有逆变器非线性因素的问题,提出一种基于相电流预估值查表法的误差电压精确计算方法。在综合考虑逆变器关断/开通延时、死区时间、寄生电容等多种非线性因素的影响的基础上,采用滤波后的电流指令进行误差电压查表,有效避免反馈电流引入谐波、电流钳位等干扰因素对查表法逆变器非线性补偿策略的影响。通过搭建伺服电机对托平台,验证了所提方法在工业机器人控制中的有效性。实验结果表明:与传统逆变器非线性补偿策略相比,所提算法具有更优秀的电流谐波抑制能力,可实现更优异的补偿效果,补偿后相电流THD 小于1.5%。

    • 基于改进MOPSO的RV减速器摆线轮齿廓多目标修形研究
      王程,王士军,冉川东,王冠中

      摘要:在精密RV减速器摆线轮修形过程中,RV减速器回差和传动误差难以获得综合提升,且摆线轮的修形方式多为单目标修形或加权单目标修形,不符合实际工程情况。为此,采用TCA法建立传动误差模型和回差模型,提出一种带有指数型非线性递减惯性权重和迭代更新学习因子的多目标粒子群算法。以回差和传动误差为目标函数,利用改进算法进行复合修形量的优化,通过隶属度函数获得最优化解。利用Adams和MATLAB分别分析不同修形方法下RV减速器的回差和传动误差情况。结果表明:最终优化修形后的回差比等距、移距修形分别减少了0.02′、0.04′,传动误差分别减少了6.6%、7.8%。

    • 基于数字孪生的电机基座码垛线虚拟调试技术研究
      刘梦园,李焕锋,沙杰,周高伟,鲁庆洋

      摘要:针对PLC和ABB工业机器人联合控制的生产系统现场调试成本高、仿真平台难以驱动机器人仿真等问题,以电机基座码垛线为研究对象,提出一种基于仿真平台NX MCD的电机基座码垛线虚拟调试方法。首先,基于数字孪生技术在NX MCD中构建产线的仿真模型;其次,设计虚拟调试方案的通信框架,主要利用C#语言并基于PC SDK对机器人仿真器进行二次开发以实现对机器人的控制和数据读取;最后,利用OPC UA技术完成PLC控制、机器人控制和NX MCD模型之间信号和数据的实时传输和反馈,完成产线联合调试。仿真结果表明:基于NX MCD的电机基座码垛线虚拟调试方案可行,能及时规避产线缺陷,缩短调试周期,降低开发成本。

    • 涡旋式无油压缩机转子轻量化及疲劳行为研究
      韩斌斌,袁岩兴,邱海飞

      摘要:针对涡旋式压缩机转子的偏心构成及高速特性,通过等效配置有限应变梁单元、二维轴承单元及三维空间质量单元等,开发基于参数化的主轴部件有限元建模程序。考虑陀螺效应,在转子动力学分析基础上获取主轴系统的Campbell图及临界转速。以配重质量(m1、m2)及其质心位置(R1、R2)为变量对转子组件进行动态优化,不仅将其1阶临界转速提高了4.2%,而且使配重总质量与最大应力幅分别减小了0.413 kg和0.21 MPa,达到轻量化设计预期。利用nCode DesignLife构建 S-N 应力疲劳分析项目仿真流程,实现了多工况时序载荷映射下的曲轴疲劳分析与损伤评估。结果显示:轻量化设计在提高曲轴最低疲劳寿命的同时,明显减小了曲柄端的损伤程度及疲劳危险区,有利于提升曲轴的疲劳寿命与抗破坏能力。

    • BTA深孔连接器设计及油膜压力研究
      陈振亚,马卓强,李翔,苗鸿宾,杨尚进,李建

      摘要:针对BTA加工过程中刀具系统刚性不足和径向受力不平衡的问题,基于流体动压润滑原理设计一种BTA深孔连接器。连接器包括双桥应变片和可倾瓦块,利用油膜支撑刚度增大刀具系统的刚性,并通过实时调整油膜压力抵消同步检测的不平衡径向力。建立可倾瓦块的数学模型,推导出油膜厚度公式,进一步得出油膜压力的计算公式。基于Fluent软件对连接器进行流体仿真,采用单因素实验法,分析不同条件下可倾瓦块受到的油膜压力的变化规律。结果表明:BTA加工过程中,通过调节工件转速、切削液黏度、瓦块倾角和瓦块包角等参数调整油膜压力,进而实现增大刀具系统刚性和抵消不平衡径向力的目的。

    • 基于改进乌鸦搜索算法评定圆度误差
      张志永,郑鹏,王世强,郝用兴

      摘要:针对传统启发式智能优化算法评定圆度误差计算效率低且容易陷入局部最优解的问题,提出采用改进乌鸦搜索算法评定圆度误差。根据最小区域拟合准则建立乌鸦搜索算法评定圆度误差数学模型,并引入权重系数,提高算法全局搜索能力,同时设定最小二乘圆心附近为乌鸦搜索初始位置,提高算法搜索效率。最后通过模拟和实验验证了所提算法的准确性和高效性,并通过多组数据对比发现改进乌鸦搜索算法的全局搜索能力较遗传算法(GA)、粒子群算法(PSO)和传统乌鸦搜索算法(CSA)得到明显提升。

    • 基于人工智能的机床主轴故障诊断研究
      陈琪,廖璘志,伍倪燕

      摘要:随着信息通信技术(ICT)的发展,人工智能技术在机械故障诊断中的应用引起了研究人员的关注。为了验证人工智能技术在机床主轴故障诊断方面的适用性,通过构建机床测试台,收集人为改变主轴偏心的故障数据,并采用3种人工智能模型(CNN、LSTM和AE)进行学习,分析比较了它们对主轴7种故障状态分类的准确性。实验结果表明:CNN和LSTM模型均具有较高的准确性,其中CNN模型的准确率最高,达到了99.3%,而AE模型的准确性相对较低,只有76.9%。验证了在机床主轴故障诊断中应用人工智能技术的可行性。

    • 高速重载下发动机曲轴失效分析与响应面优化设计
      姚行举,于洁,朱帅伦,袁伟,池宝涛,丛建臣

      摘要:发动机运行过程中,曲轴轴颈在不同转角处磨损情况有所不同,导致曲轴表面匹配精度降低。对内燃机曲轴进行应力应变分析,基于有限元方法建立直列六缸内燃机曲轴三维模型,根据内燃机实际受载情况对曲轴施加约束和载荷并进行静力学仿真分析。结果表明:曲轴最大应力发生在曲轴连杆轴颈与曲柄销之间的过渡圆角处,曲柄销中心出现最大形变。基于响应面法对曲轴进行优化分析,结果表明:优化后的曲轴最大应力与最大变形都有所减小,其中,最大应力减少了12.42%,最大变形减少了16.83%。为验证优化的可行性,对优化后的曲轴进行企业调研,结果表明:结构优化后的曲轴故障率和返修率都有所减小,降低了曲轴早期出厂的故障率。

    • 一种基于设计意图识别的风力机叶片逆向建模方法
      蔡家铱,成思源,何金瀚,杨雪荣

      摘要:翼型是风力机叶片的基本单元,对叶片性能有决定性作用。针对叶片结构的逆向建模和再设计研究,提出一种将翼型提取和设计意图结合到叶片逆向建模的方法。使用激光扫描仪提取叶片模型,在Geomagic Design X软件中处理叶片模型,通过叶片模型的坐标系对齐和截面轮廓的几何特征提取,测量出叶片厚度和弦长等参数,从而推导出叶片截面轮廓线的翼型型号。之后使用该翼型曲线表达式计算得出轮廓曲线经过的关键点,并以关键点位置为约束拟合得到叶片截面轮廓线,并建立其实体模型。通过体偏差检测可得,该方法能在满足公差要求的条件下,获得符合翼型特征与正向设计意图的CAD模型,验证了方法的可行性。

    • 基于响应面法的4.1 MN液压爬升机构多目标优化设计
      孙旋,胡弦旋,鞠成伟

      摘要:以门式液压吊装系统中的主要承重核心——液压爬升机构为研究对象,针对液压爬升机构在承重4.10 MN后,出现不同程度的应力、形变以及几何结构质量较大的问题,在保证结构满足强度要求的情况下,利用SolidWorks软件进行三维建模,并结合ANSYS软件搭建仿真分析平台。以楔块、锚块的角度与楔块、锚块、方钢的厚度为设计变量,以液压爬升机构的最大应力、最大变形和质量为响应,基于响应面利用MOGA(多目标遗传)优化算法,对液压爬升机构进行多目标优化设计。结果表明:优化后的液压爬升机构最大应力降低了26.47%,最大变形降低了26.26%,几何结构质量降低了2.05%。优化后既实现了液压爬升机构的轻量化,又能显著提高液压爬升机构的综合性能,能够快速有效获得液压爬升机构多目标优化的最优解。

    • 基于机器视觉的压力表全自动化检定系统
      邓芋蓝,林飞振,林雁波,孙涛,黄锋

      摘要:针对人工检定压力表时存在的效率低下且目视读数易引入误差等问题,设计一套基于机器视觉的压力表全自动化检定系统,并开发配套的控制软件和识别算法。控制软件面向自动化过程设计,引入多线程、容器化和监听事件技术,协调控制PLC、机械臂、工业摄像头、标准压力发生器等硬件,实现检定过程全自动化,且支持多块压力表同时检定。考虑到工控机配置低的情况,结合深度学习模型Paddle和OpenCV库设计一种轻量化的识别算法,该算法不仅占用内存少、运算速度快,而且识别信息更加丰富、识别准确率更高。实验结果表明:该系统能够有效提升检定效率,减少人为误差,具有应用和推广价值。

    • 基于成本函数与精度稳定性的机械系统精度多目标优化分配
      李刚,李艳威

      摘要:目前在研究机械传动系统运动精度分配时,仅考虑成本因素,而忽视了系统运动精度稳定性因素对精度分配的影响。为此,提出一种基于成本函数与系统运动精度稳定性的机械系统精度多目标优化分配方法。通过引入元动作理论,建立元动作单元的精度-成本函数模型,利用综合复杂度系数表示元动作单元精度提升与成本的关系。以机械传动系统运动误差传递模型为基础,建立机械系统运动精度稳定性分析模型。以机械系统综合成本和系统运动精度稳定性为目标,建立机械系统运动精度多目标优化分配模型。利用模糊集合方法对Pareto非支配解集进行分析,确定最优解。最后,以数控转台系统运动精度分配为例,将所提的多目标优化分配方法与单目标优化分配方法进行对比,验证了文中所述方法的有效性。

    • 高压作动筒脉冲试验台液压系统的设计与分析
      童弈博,方伟松,张旭

      摘要:为了评估液压零件在使用寿命内是否能够有效承受压力脉冲,设计一种高压作动筒液压脉冲试验台,试验台采用伺服阀控制,可以模拟作动筒在实际工作环境中承受的3种波形的压力脉冲。在分析测试需求指标的基础上,运用AMESim建立脉冲试验台液压系统的模型,并对仿真得到的压力曲线与标准波形进行对比分析,仿真结果表明液压系统所产生的水锤波形符合标准和技术要求。根据仿真结果与选型计算搭建试验台,试验台在设定测试频率1 Hz、水锤波稳态压力20 MPa的条件下,实测峰值压力为30.195 MPa、升率为1 338.9 MPa/s,各项参数均符合技术要求,产生的脉冲波形均符合国家军用标准。

    • 高速线材吐丝头结构仿真与优化设计研究
      罗良传,成西平,陈敏,李云升,毛璐瑶

      摘要:针对高速线材轧制生产中吐丝机普遍存在振动值较大、连续运转稳定性较低、吐丝圈形不稳定等问题,对吐丝机关键部件吐丝头进行仿真优化研究。采用模态分析动力学控制方程、动平衡计算方程等,建立几何模型、有限元模型、运动学模型等并进行临界转速分析、模态分析和动平衡仿真分析,掌握吐丝头振动值较大的主要原因。为在设计阶段尽可能消除吐丝头的动平衡量,利用有限元仿真软件对原吐丝头进行模态分析,获得原吐丝头的第1阶临界转速为72.2 r/s,高于最高转速40 r/s,可按刚性转子对吐丝头进行动平衡。利用动力学仿真软件建立吐丝头的虚拟样机,对其进行双面动平衡仿真分析,获得吐丝头在两个校正面上所需的校正质量,并根据安装位置设计配重结构。通过对吐丝头进行动平衡优化,吐丝头在两个校正面的动不平衡质量分别由优化前的8.199 1 kg、6.655 4 kg下降为4.843 9×10-4 kg、3.603 8×10-4 kg,且1阶临界转速由72.2 r/s提升为72.75 r/s,满足设计要求。最后,将优化后的吐丝头安装在吐丝机空心轴上进行现场在线动平衡测试实验,吐丝头在线动平衡初始不平衡量为27.4 g,相位为232°,两个轴承位置测点的水平振动幅值分别为1.02 μm、6.63 μm,均小于10 μm,满足设计要求。

    • 基于机电液联合仿真的铁钻工柔顺控制研究
      张凯戈,刘延俊,薛钢,石振杰,殷颂

      摘要:铁钻工在运行过程中存在较大的负载扰动,且特定工况下需要实现力控制,控制精度达不到期望要求,容易造成管道损坏。对此,采用阻抗控制方法控制铁钻工的运动,研究液压缸的位移与力跟踪性能。通过建立铁钻工机构运动简图,并利用解析法求得正逆运动学方程。为了提高运动轨迹柔顺性,采用五次多项式插值方法对铁钻工进行运动轨迹规划。设计阻抗控制方法,内环通过PID控制器进行位置控制,外环控制力。通过AMESim和Simulink分别建立铁钻工动力学模型、液压系统模型及阻抗控制模型,通过联合仿真模拟铁钻工运行过程。结果表明:铁钻工在未与环境接触工况下及环境接触工况下均具有良好的位置控制精度,与不采用阻抗控制器相比力跟踪精度提高了42.4%。

    • 先导流量放大型比例方向流量阀特性仿真研究
      王利俊,赵星宇,权龙

      摘要:由于缺少高动态的流量测量方法,导致直接测量先导级流量成为一大难点。为此,设计一种具有流量-位移转换功能的动态流量计,并将该流量计应用于位移-流量反馈型比例方向阀先导级,实现对先导阀流量的测量与控制,构成先导流量放大型比例方向流量阀。在SimulationX中搭建先导流量放大型比例方向流量阀仿真模型,研究其动、静态特性。结果表明:该阀具有良好的静态控制精度,能准确控制输出流量;主阀进出口压差越大,阀芯动态响应越快;负载变化会引起流量超调,但调节时间短。

    • 微动磨损形貌与接触应力场耦合机制仿真分析
      韩怡茗,李欣,刘乐强,杨建伟

      摘要:微动磨损是影响机械关键结构的主要失效形式。为研究磨损形貌和应力场的演化过程及耦合机制,利用ABAQUS软件建立柱面/平面有限元接触模型,并基于Archard磨损公式对微动磨损形貌与接触应力场演化过程进行仿真,进一步对微动磨损过程中磨损形貌和应力场的耦合机制进行分析。仿真结果表明:局部滑移下,磨损形貌呈“W”形,随着循环次数增加,接触宽度和磨损深度略有增加,接触区最大正应力和切应力略有增大;全局滑移下,磨损形貌呈“U”形,随着循环次数增加,磨损形貌显著变宽、变深,接触区正应力和切应力的应力场分布逐渐变宽变扁。

    • 膏体充填支架液压控制系统特性分析
      曹连民,张德抗,赵东瑞,陈懿璇,朱明星

      摘要:为了提高支架支护性能与灵活性,确保其升降与移架过程的稳定性与可靠性,对液压系统立柱控制回路进行动态特性研究并对整体稳定性进行联合仿真。研究结果表明:立柱承载压力不超过1 000 kN时,外缸、中缸无杆腔压力最大分别为42.2、69 MPa,立柱的稳定性较好;当承载压力为1 100 kN时,外缸、中缸无杆腔压力最大分别为52.5、83.8 MPa,最大流量达到400 L/min左右,能及时泄压;基于ADAMS与AMESim的机液联合仿真,降柱、升柱时间分别为11.02、24.98 s,最大倾斜角度约为1.3°;通过对液压系统现场观测得出液压支架具有很好的支撑作用和稳定性,有效解决了以往充填开采时充填支架支护存在的问题,实现“采煤-充填”两班一循环的高效开采生产模式。

    • 磁控式真空装置中永磁体的磁场分析
      郭宏宇,滕燕,胡万兴

      摘要:针对现有真空吸取装置高能耗问题提出一种磁控式扩容真空发生-吸取集成的解决方案。通过COMSOL进行磁场仿真分析,研究不同磁块形状、分布半径和轴向距离对轴向永磁体之间磁力的影响。仿真结果显示:在选定的4种磁块排布方式中,圆柱体磁块排布方式的轴向磁力最大,且磁块之间需要分离排布才能实现最大的轴向磁力,但分布半径进一步增加,磁力Fτ变化量较小,可以忽略不计。采用N38钕铁硼磁块、厚度10 mm、直径ϕ20 mm的圆柱体磁块进行试验,测量磁块不同轴向距离和分布半径下磁力的大小。试验结果验证了仿真结果,同时表明:磁块间的磁力绝对值与轴向距离成负相关;轴向距离为5 mm、分布半径为17 mm时产生的最大磁吸力为109.7 N,最大磁斥力为88.71 N,可以满足磁控式扩容真空装置的工作需求。

    • 表面织构对微型轴向柱塞泵滑靴副摩擦学性能的影响研究
      李佳,吴怀超,侯刚,王佩瑾,曹明远,朱彬

      摘要:为减小微型轴向柱塞泵滑靴副的摩擦因数并提高油膜润滑性能,在滑靴底部设计椭圆微织构,建立滑靴副几何模型,并采取流场仿真对滑靴底部的油膜压力场以及剪切场进行求解分析,发现采取微织构能够减小滑靴底部的摩擦因数。为了进一步增强动压效应的作用,提升支承力并减小摩擦因数,通过Design-Expert响应面分析设计实验水平表进行计算分析,以泄漏量最小、支承力最大及摩擦因数最小为目标函数建立数学模型,最终得到微织构的优化尺寸。优化后滑靴副的油膜润滑性能得到提高,优化后的参数可作为柱塞泵结构优化的依据。

    • 高速开关阀阀芯频响及流量输出特性研究
      陈楠,魏汝路,谢方伟

      摘要:针对数字液压领域中高速开关阀阀芯的频响规律以及流量输出难以精确评估的问题,提出一种基于负载力函数的高速开关阀动态性能分析方法。通过推导阀芯动力学模型,建立电磁铁、流场仿真模型,研究电磁铁的空载动态特性。通过添加负载力函数,采用机-电-液联合仿真方法,最终得到阀芯频响和流量输出特性。仿真结果表明:模型能较好地反映阀芯频响和流量输出规律;高速开关阀开启时间为13.9 ms,关闭时间为14.3 ms;当控制频率为20 Hz、占空比为30%~70%时,流量调制线性区为1~1.9 L/min,随着控制频率增加,高速开关阀的流量可调区间减少,当控制频率达到40 Hz时,高速开关阀的流量几乎不可调制。

    • 某车用扁线电机端部油冷效果分析及优化
      陈松,徐平祥,刘玉玺

      摘要:以某款电动汽车用额定功率为230 kW的油冷扁线电机为研究对象,根据相关参数建立分析模型,并进行高速工况下的损耗分析;基于传热学、流体力学以及有限体积法,对原有结构进行仿真计算,结果表明:前、后侧喷油口流速与压力分布不均,导致电机温度场分布不均、温差较大。针对前、后端喷油环喷淋不均、电机内部温差较大的情况,对冷却系统的关键结构参数进行优化设计。然后,计算分析优化后冷却系统的流体场与温度场特性,并与优化前结构进行对比。结果表明:优化后喷油环前、后侧出口速度差与压差更为均衡,定子及其绕组前、后端的温差明显降低,绕组最高温度下降了9.1%,前、后侧端部绕组最大温差降低至优化前的17.3%,电机的整体冷却性能显著提高。

    • 齿轮加工机床几何误差补偿研究综述
      杨建军,司林林,林守金,林鑫

      摘要:齿轮的加工精度是制约高端装备发展的关键瓶颈,高性能齿轮加工机床是实现齿轮高精度加工的选择。齿轮加工机床结构和运动的复杂性增加了其几何误差补偿的难度。通过分析近年来国内外多轴通用机床的几何误差补偿技术并结合齿轮加工机床几何误差补偿发展现状,对齿轮加工机床几何误差补偿技术展开综述,总结几何误差的来源,介绍多体系统理论、旋量理论、微分运动矩阵及变流理论4种可应用于几何误差建模的理论,分析采用激光干涉仪和球杆仪对直线轴及旋转轴进行几何误差测量与辨识的方法,概述通过NC数据修改对几何误差进行补偿的方法,为齿轮加工机床几何误差补偿设计提供参考。

    • 基于Transformer-GRU并行网络的滚动轴承剩余寿命预测
      唐贵基,刘叔杭,陈锦鹏,徐振丽,田寅初,徐鑫怡

      摘要:为有效描述滚动轴承性能退化趋势和准确预测其剩余寿命,提出一种基于多域特征融合的Transformer-GRU并行网络的滚动轴承剩余寿命预测方法。建立评价指标对滚动轴承振动信号的时域、频域和时频域等多域特征进行筛选,得到评分高的敏感特征,获得退化特征集。利用自编码对退化特征集进行降维,减少数据复杂度和冗余度,得到滚动轴承的退化曲线。最后,利用Transformer-GRU并行网络进行剩余寿命预测,并将该方法运用到公开的轴承数据集分析中。结果表明:Transformer-GRU并行网络不仅可以高效准确地捕捉输入序列中的长期依赖关系,还能更好地处理时间序列之间的特征;该方法可以有效地预测滚动轴承剩余寿命,相比LSTM、GRU等经典方法更具优越性和泛化性。

    • 基于优化VMD-MCKD和谱峭度的滚动轴承复合故障诊断
      王富珂,高丙朋

      摘要:针对滚动轴承振动信号中复合故障特征难以准确提取而导致故障诊断困难的问题,提出一种基于优化变分模态分解(VMD)和最大相关峭度解卷积(MCKD)结合快速谱峭度算法的滚动轴承复合故障诊断方法。利用改进麻雀搜索算法(ISSA)优化VMD和MCKD的参数,使用优化后的VMD对复合故障信号进行分解,并根据峭度准则筛选有效本征模态函数(IMF)进行信号重构,使用优化后的MCKD对重构信号进行解卷积与故障特征增强,并对解卷积信号进行包络谱分析提取故障特征频率。利用快速谱峭度算法对未提取出故障特征频率的解卷积信号进行处理,得到故障信息最丰富的频带参数并进行带通滤波处理。最后,对滤波后的信号进行包络谱分析,提取故障特征频率,从而实现故障诊断。仿真及实验结果表明:所提方法能有效分离复合故障并提取出故障特征频率,有效实现了复合故障诊断。

    • 基于Mel光谱数据增强和ResNet网络的滚动轴承故障诊断模型
      高志康,王衍学,姚家驰,李昕鸣

      摘要:针对工业数据采集困难和稀疏数据特征提取能力有限等问题,提出一种基于Mel光谱数据增强和ResNet网络的滚动轴承故障诊断模型。为了增加训练样本数据的多样性,引入了Mel光谱数据增强技术,提高模型的泛化能力,使其能够更好地适应各种滚动轴承故障情况。通过ResNet网络残差单元的堆叠深度捕捉复杂的故障特征信息,进而有效识别滚动轴承的故障模式。最后,对实验现场采集的滚动轴承故障数据进行验证评估。结果表明:所提模型在增强数据集上的诊断准确率高达99.83%,比原始数据集准确率提高了1.39%;与其他方法相比,该模型在准确性和鲁棒性方面都取得了显著改进,能更准确地识别滚动轴承的不同故障类型。

    • 基于LSTM-PNN神经网络的电潜泵故障诊断方法
      周逸飞,刘新福,曹砚锋,于继飞,欧阳铁兵,刘春花,周伟

      摘要:针对电潜螺杆泵故障预测中发生故障难以及时发现、发现难以准确判别故障类型等问题,提出一种基于深度学习长短期记忆网络(LSTM)结合概率神经网络(PNN)的电潜螺杆泵故障预测方法。以LSTM网络为回归模型,使用时间序列法预测故障信号的未来趋势,利用小波包分解螺杆泵的故障信号,提取其中的故障特征,再结合油压、产量等多个工作参数,构建电潜螺杆泵的故障特征向量,并凭借PNN网络判别预测信号故障类型。收集新疆油田120组故障数据作为数据集对预测模型进行训练,从中取出90组数据作为故障数据库对模型进行训练,取出30组数据作为测试组测试模型准确率,使用LSTM-PNN神经网络预测模型分别对两组数据进行电潜螺杆泵故障预测。结果表明:预测前提取故障信号特征可有效提高电潜螺杆泵的故障预测精度,较常规电潜螺杆泵故障预测方法,LSTM-PNN网络预测具有更高的准确率且准确率提升了3%~16%。

    • 基于最优架构搜索网络的液压泵故障诊断改进方法研究
      郑直,刘彤谣,赵文博,刘伟民,王志军

      摘要:针对神经网络结构搜索方法(NAS)在搜索最优结构时存在性能评估效率偏低,以及由于模型泛化性能力不足导致液压泵故障诊断精度过低等问题,提出一种改进的Data-free NAS方法。通过引入CAME优化器和热重启余弦退火优化算法,分别替代SGD优化器和LambdaLR优化算法,对Data-free NAS的诊断精度和计算效率等性能评估验证功能进行改进优化处理。通过液压泵实测故障实验验证分析可知:所提改进方法较原方法具有显著有效性和优越性;CAME优化器在优化模型的学习率和动量等权重超参数方面具有明显优势,精度和效率分别提升了7.24%和37.5%,且精度高达100%;热重启余弦退火优化算法可优化学习率参数,使效率提升了81.25%。

    • 基于WGAN-div和DLA34模型的轴承故障智能诊断新方法
      李靖宇,董增寿,康琳,石慧

      摘要:针对实际工业场景中设备长时间运行于正常运行状态,故障样本不易获得且采集到的样本种类不平衡,导致以数据为驱动的深度智能诊断模型性能退化的问题,提出一种基于生成对抗网络(WGAN-div)和深度卷积神经网络DLA的两阶段处理模型。利用WGAN-div生成故障样本,实现样本间的类平衡,将平衡后的数据集送入DLA34网络中进行特征提取和故障分类。DLA34以其特殊的聚合结构能够融合各层的语义和空间信息,实现更深的信息共享。最后,利用凯斯西储大学轴承故障数据集进行验证。实验结果表明:该模型中WGAN-div能生成与原始样本高度相似的生成样本,数据平衡效果也优于目前主流的GAN、WGAN和DCGAN;且由DLA34完成的故障识别准确率在所设数据集上均达到100%。

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