关键词： 组合机床   动力滑台   液压系统  

摘要： 本文主要介绍了YT4543组合机床液压系统的设计，通过对组合机床液压系统负载的分析和液压缸主要参数的确定及选取，设计液压系统方案和拟定液压系统原理图，完成了YT4543组合机床液压系统液压泵的计算和选型，阀类元件和辅助元件的选型，以及油管和油箱的设计。根据设计要求，确定了液压系统各种主要部件的性能参数，最后验算液压系统性能，从而完成对YT4543组合机床液压系统的设计。

关键词： 流体装卸臂   自动对中   液压传动与控制   图像识别算法  

摘要： 据统计,2022年国内成品油使用量达到3.45亿吨,其中约60～70%的油品需要用铁路运输。石化油品的铁路运输中,装车环节造成的损失约占油品总量的1%。另外,目前对运油槽罐车进行装车时,普遍采用人工操作的装卸臂(简称装卸臂),其存在操作人员的劳动强度大,易引发火灾、爆燃等安全隐患。为减少石化油品装车时的泄漏,降低操作人员的劳动强度,以及发生安全隐患的概率,本课题设计开发了一种能够自动识别槽罐车罐口中心坐标,并能自动完成输油装卸臂与罐口对中、下放、输油、退回功能的液压式流体装卸臂,以期实现油品铁路运输时装车过程的自动化。根据铁路运输油品时对装车环节的要求,以及流体装卸臂与槽罐车罐口对中,输油臂下放、输油、退回的动作流程,说明了依据槽罐车罐口检测图像对其中心坐标进行检测的原理,设计了流体装卸臂的液压传动系统,以及装卸臂横移装置的机械结构,完成了流体装卸臂的总体结构设计。根据图像边缘检测技术,由工业一体化相机扫描槽罐车罐口图像,经去噪和直方图修正后,利用改进的Canny算子识别出罐口的轮廓特征;进一步结合正交扫描法,计算得出罐口的中心坐标,完成了槽罐车罐口自动对中定位系统的算法设计。以该算法为核心,通过PLC使之与装卸臂液压伺服系统相结合,实现了控制装卸臂横向位移的功能,完成了流体装卸臂自动对中系统的设计。根据液压传动系统的设计方法,结合流体装卸臂的尺寸与运动参数,设计验算了输油臂下放油缸的结构,对液压系统中各元件进行了选型;根据自动控制原理与液压伺服系统设计方法,建立了具备位置反馈功能的流体装卸臂横移液压伺服系统的数学模型(传递函数),并对其中比例伺服阀、阀控非对称缸等元件进行了负载特性分析,完成了流体装卸臂液压传动控制系统的设计。利用Simulink软件,结合流体装卸臂液压传动控制系统的传递函数,分析了该系统的稳定性、响应的快速性和准确性,并引入改进未来搜索算法优化了PID控制器的参数;利用Amesim软件,仿真分析了输油臂横移液压控制系统的信号跟踪性能及其动态特性,以及输油臂升降液压传动系统的同步性能,并利用实验装置对上述两个系统的动态特性和同步性能予以了验证。本课题研究中,综合运用了图像识别技术、液压传动与伺服控制技术,设计了流体装卸臂的机械结构、罐口中心坐标的图像定位系统、以及装卸臂自动对中与输油臂运动控制系统,并较好地实现了三者间的结合。从性能分析结果看,该系统能够满足铁路运输石化油品时装车环节的实际需求。由此,本课题的研究结果可用于实际流体装卸臂及其控制系统设计时的可靠参考,对实现石化油品装车过程的自动化具有较好的借鉴价值。

关键词： 液压传动   气压传动  

ISBN: (纸本)9787564599102

摘要： 本书分为液压系统、气压传动两篇, 共十四章, 主要内容包括: 液压传动概述、液压传动基础知识、液压动力元件、气压传动概述、气动控制元件、气动控制回路等。

关键词： 柑橘树修剪机   丘陵山地   切割器   液压系统   仿真分析  

摘要： 柑橘是我国重要的水果,柑橘树枝条修剪是柑橘生产中的重要作业环节,合理的修剪可以促进柑橘树进行光合作用,提高柑橘产量和品质,同时可以降低生产成本。目前我国果园修剪机修剪效率低、修剪树形单一、不适用于丘陵地区柑橘树果园,针对上述问题,本文基于现有的全液压履带式遥控动力底盘,研制了一款丘陵地区柑橘树修剪机,实现柑橘树修剪高度、宽度和角度可调节,提高修剪效率。主要研究内容及结论包括:(1)设计了丘陵地区柑橘树修剪机总体结构方案。基于丘陵地区柑橘果园修剪要求,提出了整机功能及性能要求和设计参数;根据柑橘树实际生长情况,对比不同的切割器和机架的方案,切割器选择了圆盘锯片切割器和往复式切割器结合,机架选择了导轨滑块式机架,摩擦阻力小,承载能力强;确定了整机结构方案,阐述了修剪机作业的工作原理。(2)开展了圆盘锯片切割器台架试验。以锯切扭矩、功率和修剪质量等级为评价指标,进行了单因素试验探究锯切转速、进给速度和锯片齿数对切割器锯切效果的影响规律,正交试验结果表明3个因素对锯切扭矩、锯切功率均有显著影响,影响程度依次为锯切转速>进给速度>锯片齿数;确定了当锯切转速为1500r/min,进给速度为0.3m/s,锯片齿数为120时,圆盘锯片切割器修剪功耗较小,修剪断面质量光滑平整,此时峰值扭矩为1.87N,峰值功率为235W。(3)基于修剪机总体结构开展了关键零部件设计与分析。完成了往复式切割器运动学分析和力学分析,往复式切割器动刀片任一点的运动速度和力矩均不同;运用ANSYS软件开展了圆盘锯片切割器和机架的静力学仿真,结果显示圆盘锯片切割器最大变形量为0.011mm,最大应力值为4.5MPa,机架最大变形量为2.29mm,应力最大值为151.86MPa,强度和刚度满足设计要求;对圆盘锯片切割器和机架进行六阶模态分析,与外部激振频率对比,结果显示不会发生共振,稳定性较好。根据丘陵地区柑橘果园地形特点,结合修剪机受力分析,开展修剪机在纵坡和横坡行驶时的稳定性分析,推导出纵向、横向极限翻倾角分别为60°、53.57°,修剪机在坡地行驶时不会发生倾覆;极限滑移角主要与轮胎结构参数和作业地形环境相关,纵向、横向极限滑移角分别为31°、28.34°,修剪机在坡地行驶时不会发生滑移,修剪机在坡地行驶稳定性符合要求。(4)完成了丘陵地区柑橘树修剪机液压系统设计与仿真。根据修剪机工作原理完成液压系统设计并进行液压元件的计算与选型,举升油缸选用HSG双向液压油缸,其余油缸选用ROB型液压油缸,圆盘锯片切割器采用BMM8液压油缸,往复式切割器采用BMM32液压马达;运用AMESim软件进行液压系统仿真,验证液压缸回路和液压马达回路设计的合理性,结果显示液压缸运行平稳,液压马达能稳定提供修剪机所需的转速和扭矩,满足设计要求。(5)完成了丘陵地区柑橘树修剪机样机试制并开展了样机功能验证。进行了修剪机功能调试,验证了修剪高度、宽度和角度调节功能,修剪机液压缸在调试过程中无卡顿现象,整体运行平稳,切割器转速达到预期效果。田间试验结果表明,修剪机作业较稳定,平均修剪漏割率为10%,平均修剪合格率为89.8%,修剪断面质量良好,提升了修剪效率,满足设计要求。

关键词： 风电机组   液压系统   可靠性   故障树   共因失效  

摘要： 随着制造业的发展水平不断提高，机械产品的可靠性要求也越来越高，这使得可靠性问题不断被重视起来。故障树分析法是一种用于可靠性分析的主要方法。针对机械产品的维修性以及动态失效行为，传统故障树分析法具有一定局限性，因此，深入研究了可修系统 T-S 动态故障树分析法以及重要度算法;进一步考虑共因失效对可靠性模型准确性的影响，提出共因失效下可修系统 T-S 动态故障树分析法。运用所提方法在风电机组液压系统中进行可靠性分析，验证了所提方法的正确性。　　首先，针对多态系统的状态转移，运用可修系统 T-S 动态故障树分析方法，描述了多态 T-S 动态故障树的时段状态描述规则以及事件时段描述规则，给出了 T-S动态故障树的输入、输出规则算法。对事后最小维修、事后最大维修以及预防性视情维修进行了分析计算。　　其次，考虑到底事件的重要度问题，运用了可修系统 T-S 动态故障树重要度分析方法，在阐述了概率重要度、关键重要度、风险业绩值、风险降低值四种重要度基本概念的基础上，运用不同的维修方式对底事件重要度的变化进行分析对比，进一步验证了预防性视情维修的高效性。　　进而，考虑到共因失效的存在使系统更容易发生故障，利用显式建模法将共因失效模型与动态故障树相结合，并给出了共因失效下 T-S 动态门，提出共因失效下可修系统 T-S 动态故障树分析方法。在加工中心转台系统中进行可靠性分析，验证了所提方法的可行性。　　最后，以风电机组液压系统为例进行可靠性分析，通过对其工作原理和故障机理分析，求得系统在考虑与不考虑维修时的重要度变化;运用所提方法求得在该液压系统中分别考虑与不考虑共因失效存在时的故障概率随着工作时间变化的曲线，验证了所提方法的正确性。

关键词： 运架一体机   昆仑-Ⅱ号架桥机   前后车同步  

摘要： 介绍昆仑-Ⅱ号架桥机（TJ-YT1000/40B型运架一体机）的结构组成，并基于其作业功能进行液压系统的设计。该机液压系统根据整机驱动特点分为前车驱动和后车驱动两部分，为达到前后两车各自驱动的目的，并使前后车铰接处所受水平力最小，对驱动参数及对应的液压闭式系统参数进行计算，建立电控模型，利用电控系统的自动纠正功能，实现前后车的压力同步。同时，为提高架梁的效率，提升辅助支腿的升降速度，对相应的控制阀组进行创新设计。所设计的液压系统已在昆仑-Ⅱ号架桥机上得到成功应用。

关键词： 泵控系统   节能   电动化   装机功率   液压挖掘机  

摘要： 液压挖掘机是一种典型的工程作业设备,通常采用内燃机驱动液压泵作为集中式动力源,并由多路阀作为控制元件为各执行器分配动力。由于作业环境复杂恶劣,负载变化范围大,发动机长期工作在低效率区间,油耗高,排放差;经多路阀分配动力会造成严重的节流损失,导致挖掘机整机效率仅为20%左右。随着石油资源日渐枯竭,能源价格持续上涨和“十四五”规划提出的要加快推动绿色低碳发展,如何实现液压液压挖掘机的节能和提效是一项重大挑战。混合动力技术的发展虽然在一定程度上改善了挖掘机的能耗特性,但柴油发动机的自身限制使其效率始终无法突破40%,因此液压挖掘机的电动化是实现绿色、低碳、高效发展的必然趋势。目前工程机械电动化主要受电池价格和体积的制约,因此必须开发更高能效的电液控制系统,通过延长单位电能的整机工作时长,才能有效减小所需电池的容量和成本。针对上述问题,本文提出一种新的挖掘机布局,以伺服电机驱动定量泵组成分布式动力源,直接控制执行机构的运行速度,并由集中动力源提供大部分负载功率,提升系统能效的同时能够大幅降低液压挖掘机整机装机功率。本文对新系统的运行特性和能耗特性进行研究,具体研究内容如下:首先分析了不同电液动力源构型特性,确定采用伺服电机驱动定量泵作为主要动力源,提出分布式泵控制液压系统作为液压回路。建立永磁同步电机数学模型和伺服电机调速系统,建立布式泵控制液压系统数学模型,并分析了系统四象限运行工况,为后续仿真模型搭建和分析提供理论指导。然后在Simulation X多学科联合仿真软件中建立挖掘机多体动力学模型,并根据前文分析建立永磁同步伺服电机调速系统数学模型,验证模型准确性,根据分布式泵控液压系统原理建立挖掘机液压系统仿真模型,并构建分布式泵控制挖掘机联合仿真模型。最后根据挖掘机实际运行需求,确定研究挖掘机分布式泵控液压系统运行特性的工作工况。对挖掘机执行器单动作,复合动作,整机挖掘循环进行仿真分析,与进出口独立控制的液压挖掘机进行能耗对比,并研究了两种不同构型的挖掘机分布式泵控液压系统在整机挖掘下的优缺点。结果表明采用分布式泵控液压系统的挖掘机在设定工况下各执行器运行平稳,没有明显冲击且执行器间没有干涉,具备良好的运行特性。与进出口独立控制的液压挖掘机相比,最高可节能35.5%,装机功率最大可降低36.4%。本文所研究结构的挖掘机分布式泵控液压系统在改善系统装机功率方面有较大优势,相比并联式结构降低装机功率19.2%。

关键词： 水平井爬行器   液压系统控制   AMEsim/Simulink   模糊PID控制   Adams  

摘要： 水平井开发过程中需要通过井下爬行器将井下设备输送到特定位置,轮式爬行器具有爬行速度快、工作效率高等优势,同时液压系统能够适应井下复杂工况,因此轮式液压爬行器能更好的适应于实际生产。液压系统对爬行器工作性能至关重要,研究爬行器液压系统对提高爬行器性能具有重要意义。主要研究方法和内容如下:(1)根据轮式爬行器动力机的构结构建立了力学模型,研究了驱动轮犁沟效应的摩擦系数,得到了液压缸、液压马达系统理论输出,计算了液压缸、液压马达及系统中部分部件的参数。(2)优选了阀控液压缸控制推靠机构、泵控液压马达控制驱动轮的方案,建立了阀控液压缸、泵控液压马达系统各个环节的数学模型,得到了两个系统的传递函数,建立了特定工况下系统的开环传递函数,绘制了开环传递函数Bode、Nyquist图判断系统的稳定性。(3)利用AMEsim中1D/2D Mechanical库建立推靠机构的结构模型,同时搭建了阀控液压缸物理模型,联合Simulink模糊PID的液压缸活塞杆位置控制模型,通过联合仿真验证了数学模型的准确性和控制方法的可行性,模糊PID控制下液压缸活塞杠位置精度可达97.6%;建立带负载的泵控液压马达模型,联合Simulink模糊PID,研究了马达定负载-调速、变负载-定速和变负载-调速工况下液压马达转速特性,仿真结果表明三种工况下液压马达转速稳定,能够适应井下复杂负载工况。(4)建立了以Adams为主的Adams、AMEsim和Simulink联合仿真模型,通过研究爬行器在140mm有障碍、无障碍管道中的运动速度和位移,验证了液压系统的可行性。仿真结果显示:液压系统利用模糊PID算法控制时,爬行器可以在无障碍管道中平稳运行,也能在5mm高度障碍的管道中顺利完成越障。

关键词： 喷浆机器人   机械臂   液压系统   机液一体化  

摘要： 我国传统煤矿巷道喷浆施工依靠人工作业，存在生产环境恶劣、危险系数高、强度大、效率低等缺点，机械化的喷浆机器人可填补喷浆行业的空白。喷浆机械臂作为喷浆机器人最重要的工作部件，需对其工作过程中性能特性加以重视，提高其工作稳定性。机械臂作业时，其末端的旋转喷头极易出现压力冲击，造成速度波动和产生附加惯性力，喷头的稳定性和位置精度无法保证，这对喷头作业质量产生不利影响。目前，借助计算机仿真研究大型施工设备是施工设备技术研究和系统改进的重要方法，本文以喷浆机器人工作机构为研究对象，对其喷浆机械臂动力学和液压系统动态特性进行研究，为研制和改进更加自动化和智能化的喷浆机器人提供参考。　　对于喷浆机械臂这类液压驱动的机械系统，传统分析方法是将其拆分为机械系统和液压系统分别进行分析研究，两者的相互作用则通过添加自定义信号进行模拟，缺乏对系统间关联作用的考量。本文在喷浆机器人基础上，首先阐述喷浆机械臂基本液压系统和机械系统的原理、组成结构。建立机械臂三维模型，创建喷浆机械臂模型样机。其次在Adams中导入另存为.x_t格式的喷浆机械臂样机模型，对运动不起决定作用的零件进行删除、合并等前期处理，设置运动副和驱动函数，通过仿真最大喷浆宽度和高度验证模型是否正常动作。然后通过仿真软件AMESim中的标准模型库、信号库和机械库等搭建机械臂液压驱动回路模型，设置相应参数后运行，查验执行元件速度、位移等参数，保证液压系统模型的正确，为机液一体化联合仿真模型奠定基础。最后，基于接口文件整合Adams中机械臂虚拟样机模型和AMESim中液压驱动回路模型建立机械臂机液一体化联合仿真模型。以仿真实验方法对喷浆机械臂进行研究分析，设置特定工况，分析模型输出特性，以此为基础，对喷浆机器人工装系统加以改进。增设蓄能器方案使喷头速度峰值、压力峰值和惯性力峰值下降了26.1%、5.9%和9.8%;增设平衡阀方案使喷头速度峰值、压力峰值和惯性力峰值下降了47.9%、7.8%和14.4%;串联蓄能器和平衡阀方案使喷头速度峰值、压力峰值和惯性力峰值下降了27.2%、7.6%和13.9%。　　上述研究结果表明，借助多体动力学理论和液压仿真技术对喷浆机器人工作机构进行机液一体化联合建模仿真研究的方案可行，这为喷浆机器人其余工作机构乃至其他煤矿机械机液一体化仿真研究提供了借鉴。

关键词： 液压系统   多源信息融合   故障诊断   卷积神经网络   集成学习  

摘要： 液压系统作为现代机械设备的核心装置,被广泛应用于农业生产、工业制造、交通运输等领域。由于其长期处在恶劣环境和复杂的工作条件下,各个组件较于其他机械设备更加难以直观的观察和监测,这导致液压系统故障具有独特的特征和规律。与其他机械故障相比,液压系统故障更加难以定位,故障发生具有随机性,故障模式更加多样化,因此及时准确地识别液压系统中的故障类型,有利于降低运行成本,增强系统的稳定性和可靠性。然而目前在液压系统故障诊断方面仍还有许多问题亟待解决:首先,大部分研究过度依赖振动分析,无法充分利用系统中的多物理参数信息确保诊断的准确性。其次,目前液压系统大量的研究仅限于处理来自单个传感器的数据,它们可能无法对具有多传感器数据的复杂系统产生良好的诊断性能。针对上述问题,本文的研究内容如下:(1)基于卷积神经网络多源信息油液系统故障诊断研究。深度学习可以通过自动学习的方式来从原始数据中进行特征提取和特征选择,并用于分类、回归和预测任务。卷积神经网络作为深度学习中最有效的算法之一,既能有效避免数据预处理过程中造成的信息损失,保证数据的真实性,又能在具有深度网络的复杂系统中构建输入-输出关系。因此,本文将黏度、水分、酸值、污染度这四个油液理化指标直接作为卷积神经网络的输入以全面反映油液的状态信息,输出“正常”或“故障”类别的概率,成功构建了油液数据与液压系统故障之间的映射模型,将提出的模型与BP神经网络、支持向量机诊断模型在故障诊断准确性方面进行比较,通过实验验证得到所提出方法的诊断精度高于其它方法,平均诊断精度可以达到94.3%。(2)基于Blending集成学习的多源信息液压系统多类故障诊断研究。集成学习用一种组合策略将弱而独立的模型集成在一起,以获得比单个模型更准确的结果。Blending方法作为集成学习中一种有效的组合策略可以使用不同类型、不同结构、不同参数设置的基本模型,从而获得多样性模型组合,提高系统对状态的适应性和泛化能力。因此,本文利用多源信息对卷积神经网络模型进行预训练,获得多个预训练的卷积神经网络模型,结合基于随机森林元学习器的Blending集成学习方法将预先训练的卷积神经网络模型集成在一起,以获得用于液压系统多类故障诊断模型,完成对液压系统多类故障的诊断。通过对液压系统实验台测得的数据进行验证,实验结果表明,该模型在液压系统多类故障诊断中达到96.9%的准确率。