关键词： 汽车起重机   载荷试验   麦克纳姆轮   全局色调映射   液压系统  

摘要： 汽车起重机作为特种设备，安全问题备受关注。制造商需对新产品进行安全性能检测，其中载荷试验是起重机安全检测的重要一环。传统的载荷试验，为了保证加载准确、不歪拉斜吊，试验过程中需要反复调整，导致试验效率低、结果不准确且安全风险高，难以满足行业高效和精准化的要求。为满足市场和国家相关法规和标准的要求，开发新的、加载精准、试验安全且效率高的载荷试验方法和配套设备是发展的趋势。为此，本文针对传统载荷试验存在的不足，提出新的载荷试验法，即随动加载法，并完成了智能吊载检测车的方案设计，主要的研究工作包括以下内容：　　首先，分析汽车起重机载荷试验的标准规范，明确载荷试验的流程与要求。然后在ADAMS中建立吊载砝码的载荷试验仿真模型，对静载荷试验、额定载荷试验和动载荷试验分别进行动力学仿真分析，探究臂头在仿真过程中的受力情况，以及重物和臂头的位置变化规律。根据三种载荷试验的动力学仿真结果，得出试验过程中存在的不足，并提出随动加载法需要实现的目标要求。　　其次，提出一种综合利用视觉检测技术、麦克纳姆轮移动控制技术和液压控制技术的智能载荷检测法，并完成了检测车的总体方案设计。对新的检测方法实施的关键技术进行研究，论证其可行性。其中针对新方法的视觉检测技术，设计以识别蓝色圆形信标来获取目标位置信息，并提出相应的图像分割算法，即基于全局色调映射的自适应阈值图像分割方法;利用ADAMS建立随动加载法方法移动检测设备的麦克纳姆轮移动模型，研究其在地面上的万向移动控制;再次，分析液压系统实现精准加载和模拟重物被吊起的过程。　　然后，应用ADAMS/Simulink软件建立三种载荷试验的动力学仿真模型，进行联合仿真，得到三种载荷试验使用随动加载法的仿真结果。将结果与传统载荷试验方法的仿真结果进行对比和分析，结果表明，新方法能够弥补传统基于吊载砝码载荷试验方法的不足，实现精准加载和修正歪拉斜吊的功能。　　最后，为验证随动加载法视觉检测算法的有效性，搭建移动小车试验模型，通过控制起重机的臂架进行伸缩和回转以改变臂头位置，测试移动小车跟随臂头运动的效果。实验结果显示，在进行稳定跟踪时，定位信标的像素坐标能够稳定在图像中心（320,240）附近。直线跟踪时，信标距离图像中心的最大位移约为30像素左右。曲线跟踪时，偏离的最大位移约为50像素左右。偏差能迅速减小，跟随有效。

关键词： 拖拉机   液压系统   特征提取   状态识别   卷积神经网络  

摘要： 随着农业机械化发展上升至国家战略，拖拉机的智能化、信息化和专业化逐渐成为农业机械化的研究热点。为了提高拖拉机运行的安全可靠性，避免因液压系统故障而造成拖拉机作业乏力甚至停止工作的问题，提出一种基于多传感器信息融合卷积神经网络(MultiSensorInformationFusionConvolutionalNeuralNetwork,简称MSIFCNN)和双核支持向量数据描述(DoubleKernelSupportVectorDataDescription,简称DKSVDD)结合的拖拉机液压系统状态识别方法，能够精确有效地识别液压系统状态。　　首先，分析拖拉机液压系统工作原理，搭建拖拉机液压系统AMESim仿真模型，解决实机试验获取故障数据难度大且成本高的问题，通过正常状态实机作业数据采集，验证液压系统仿真模型的有效性;分析拖拉机液压系统故障机理，选择液压系统常见的故障，即油液污染、滤清器堵塞和液压泵内泄漏三种故障，搭建液压系统AMESim故障仿真模型;分析三种故障状态对拖拉机液压系统造成的影响，并获取传感器数据，进而生成故障仿真数据集，为后期研究提供数据支持。　　其次，为实现液压系统传感器信号特征提取，提出一种基于多传感器信息融合卷积神经网络(MultiSensorInformationFusionConvolutionalNeuralNetwork,简称MSIFCNN)的液压系统传感器信号特征提取方法。通过分析多传感器信息融合理论，基于特征层融合拖拉机压力传感器和流量传感器信号，并建立MSIFCNN模型;通过传感器信号增强，尽可能地捕捉液压系统全部故障特征信息。采用与VGGNet相近的7层网络结构，设计MSIFCNN网络结构;探讨不同超参数对液压系统传感器信号特征提取的影响，确定MSIFCNN模型的最优超参数，为后期实现液压系统状态识别奠定基础。　　最后，为进一步提高液压系统状态识别率，提出一种基于MSIFCNN-DKSVDD的拖拉机液压系统状态识别方法。利用径向基核函数和高斯差分核函数的优势来构建DK核函数(DoubleKernel,简称DK)，建立双核支持向量数据描述(DoubleKernelSupportVectorDataDescription,简称DKSVDD)模型，并通过粒子群优化算法进行DKSVDD模型超参数寻优;基于最优二叉树原理，逐层设计液压系统状态分类器，利用MSIFCNN模型实现传感器信号特征提取，并通过DKSVDD模型完成液压系统状态识别，搭建基于MSIFCNN-DKSVDD的液压系统状态识别模型;研究结果表明，基于MSIFCNN-DKSVDD的液压系统状态识别方法能够有效地识别拖拉机液压系统状态，为拖拉机等其他农业机械的液压系统状态识别领域提供了参考价值。

关键词： 液压系统   数字孪生   状态监测   故障定位  

摘要： 随着工业信息化进程的推进,数字孪生技术正在蓬勃发展,数字孪生的概念是以虚拟空间的数字映射孪生模型反映现实世界中物理实体的真实运行状态。该技术具备很强的通用性,可以在许多不同的工业领域中应用发展。针对液压系统的状态监测不够直观和全面,以及故障难以定位和维修效率低下的问题,基于数字孪生技术,同时结合网页三维可视化等技术,以发射台摆杆装置液压系统为研究对象,提出了一种单批次可移植的摆杆液压系统数字孪生监控系统实现方法,并针对其中的关键技术问题给出了相应的解决方案。设计并制造了一台摆杆装置的缩比实验样机,基于此进行数字孪生监控系统的具体研究和实验验证。针对摆杆液压系统实时监测与故障定位的功能需求,将设备健康管理理念融合到数字孪生中,设计了摆杆液压系统数字孪生监控系统的总体方案,对系统进行层级分析和功能划分,并介绍了系统整体工作流程。针对液压系统孪生模型的搭建,根据摆杆样机液压元件的工作特性和实测运行数据,基于AMESim软件搭建液压系统孪生模型,能够和物理实体的工作状态保持良好的一致性;针对数字孪生系统内部数据通信,基于网关传输协议和边缘网关设备实现多种数据传输方式,实现了系统间各层级间的有效联系。最后,在Web软件内基于Web GL协议搭建摆杆系统可视化智能监控平台,并通过CSS设计了易于操作的UI界面。凭借***库搭建样机的三维动态虚拟模型,并利用ECharts插件在界面内添加数据曲线图,实现了摆杆装置实测数据和可视图像相结合的状态监测功能;针对摆杆装置液压系统的常见故障,对故障类型进行合理分类,结合专家知识和深度学习算法实现了故障的快速定位和报警。研究结果表明,本系统可以对发射台摆杆装置缩比样机进行远程监控,通过三维动态全景模型和状态数据曲线图的实时更新显示,以及对复杂部件的爆炸视图展示,帮助工作人员实现了对液压系统物理实体实际工作状态的充分了解。同时,监控系统可以对实验样机常见的12种故障进行定位报警和原因分析。本研究为数字孪生技术在液压系统领域的应用实践提供了一种可行性方法。

关键词： 适航   旋翼航空器   爆破压力   液压元件   试验验证  

摘要： 液压系统爆破压力的适航审定对于保证直升机安全稳定飞行有重要意义。液压系统工作过程中易受到压力冲击、过载等因素影响导致元件或零部件爆裂损坏而影响航空器的飞行安全。国外对于航空器液压系统的相关适航审定对国内处于封锁状态。国内CCAR 29部旋翼航空器适航审定规章中也没有明确液压元件的爆破压力值或压力值范围，这导致此方面审查工作内容存在争议甚至缺失。本文通过探讨液压元件爆破影响和风险，结合相关标准要求，提出了爆破压力适航条款的要点和初步内容，便利旋翼航空器液压系统适航审定，补充了CCAR 29部中缺失的此方面规定条款，对旋翼航空器适航审定有重要参考意义。

关键词： 舔砖压机   液压系统设计   比例浮动加压建模   电液比例溢流阀   AMESim仿真  

摘要： 舔砖作为牛羊补充微量元素与营养物质的重要媒介,在国内牛羊规模化养殖快速发展的大背景下,市场对高品质舔砖的需求也越来越旺盛。但是国内舔砖压制设备多为小吨位压机,加工大尺寸舔砖的压实效果普遍不理想,压坯压实度与密度分布均匀性等有待提高。因此,研究提升压坯压实效果、成本可控、运行可靠的小吨位全自动舔砖压机,对国内舔砖设备的发展具有重要意义。本文以200T压机为研究对象,研究设计新的多缸传动液压系统,实现多种压制工艺,提升压机的压实效果;研究液压系统关键压制环节的数学模型,并结合液压传动系统物理模型,基于AMESim软件对其进行多缸传动液压系统仿真分析,为舔砖压机多缸传动液压系统设计与优化仿真提供一定的理论基础。主要研究内容如下。首先基于粉体成型力学性能的基础研究理论与模压工艺,完成了 200T舔砖压机双向浮动加压的多缸传动动作方案设计,并通过实验与Deform仿真等技术手段验证了双向浮动加压多缸动作方案的压实效果。在确定了 200T舔砖压机液压系统总体设计要求后,完成了双向比例浮动多缸传动液压系统设计,并对系统中关键的液压元件进行了计算选型。其次对比例浮动加压过程进行了数学建模,为液压系统中重要的负载加压与电液压力控制环节进行基于AMESim的建模与仿真分析提供重要的理论支撑。依据比例浮动加压数学模型与液压传动系统物理模型完成了关键液压元件基于AMESim的建模仿真,重点对电液比例溢流阀压力控制回路的动、静态特性进行仿真分析,与选型的电液比例溢流阀样本参数进行对比,完成了电液比例溢流阀的调试。最后对液压系统进行了基于AMESim的建模仿真,重点分析双向比例浮动压制与多缸传动全周期动作中各液压缸的位移、速度、压力与流量等动态特性。结果显示,双向比例浮动多缸传动液压系统达到了预期设计目的。综上所述,本文完成了 200T舔砖压机的多缸传动动作方案设计,并通过实验与仿真等技术手段对不同压制方式下压坯的压实度与密度分布均匀性进行了分析验证。结果显示,双向浮动多缸动作方案有较好的压实效果。依据多缸传动动作方案,完成了双向比例浮动多缸传动液压系统设计。对液压系统中关键的比例浮动加压过程进行了数学建模,并依据数学与物理模型对液压系统进行了基于AMESim的建模仿真,将电液比例溢流阀的控制特性与样本手册进行对比,提高了液压系统的仿真效率与可靠性,最终验证了双向比例浮动多缸传动液压系统设计的合理性,为舔砖压机多缸传动液压系统设计与优化仿真分析提供一定的指导意义。

关键词： 长距离供液   供液回路压力损失   AMESIM仿真   改进设计  

摘要： 本文以ZLT1400/2000设备列车现存问题长距离供液压力损失大为主要研究内容,通过理论分析和仿真分析的方法对设备列车长距离供液回路压力损失进行了研究,并对设备列车基本回路进行了分析。最后基于前两章研究内容对设备列车液压系统进行了改进,并通过仿真验证了改进后的设备列车液压系统可以有效降低供液压力损失并提升液压系统稳定性。本文主要研究内容如下:(1)对ZLT1400/2000设备列车长距离供液压力损失进行了理论分析,通过分析得到:1、ZLT1400/2000设备列车长距离供液压力损失主要取决于沿程压力损失;2、在供液距离一定时,长距离供液压力损失与供液管道自身特性以及供液管道布置方式有关。对ZLT1400/2000设备列车长距离供液回路进行了建模,通过对比理论分析与仿真结果验证了长距离供液回路仿真模型的可靠性。并以长距离供液回路模型为基础通过控制变量的方法对长距离供液压力损失影响因素进行了研究。(2)对ZLT1400/2000设备列车液压系统基本回路进行分析,通过分析得到液压系统基本回路存在不足,并提出ZLT1400/2000设备列车液压系统基本回路改进方法,最后通过仿真验证改进方法的可行性。(3)基于前两章研究内容,对ZLT1400/2000设备列车液压系统进行了改进,并通过仿真分析的方法证明了改进后的设备列车液压系统可以有效的降低ZLT1400/2000设备列车液压系统压力损失并能提升设备列车液压系统稳定性。本文的研究内容及结论为超长距离液压设备列车的设计及改进提供了借鉴,且对工程实际有一定的指导作用。

关键词： 组合支架   综掘巷道   液压系统   静力学   有限元分析  

摘要： 液压支架作为煤矿常用的一种超前支护设备,有着维持掘进工作面稳定,保护工作人员安全和保障工作面高效生产的重要作用。本文针对综掘巷道迎头顶板易发生冒顶事故,采用传统的掘进工艺存在掘支失衡等问题,设计了一种液压组合支架,并对其力学特性进行了研究。为解决实际工程应用提供了一定的支持。首先针对综掘巷道顶板的力学特性进行了分析,阐述了巷道顶板应力形成原因,在此基础上依据弹性力学的薄板理论,建立了顶板的力学模型,得到了巷道顶板有效支护的判定依据,从而得到了液压组合支架的工作阻力。在梳理清楚液压组合支架工作流程的基础上,设计了液压组合支架的液压控制系统,并借助AMESim液压仿真软件对主要的液压控制回路进行了仿真分析,得到了主要控制回路动作过程中位移、速度、加速度、负载等特性的变化规律,验证了液压控制系统的稳定性。然后根据分析得到的设计参数对液压组合支架结构进行了设计和研究,阐述了液压组合支架顶梁和立柱主要部件的设计过程,并完成了校核工作,并利用ANSYS Workbench有限元分析软件对所设计的液压组合支架进行了各种极端工况下静力学分析研究,得到了液压组合支架整体和顶梁在各种极端工况下的力学特性表现数据。最后通过研制的液压组合支架样机和加载实验台开展了液压组合支架的静力学实验,得到并分析了实验环境下液压组合支架样机在不同工况的力学特性表现,并与仿真结果数据进行了对比分析,验证了所设计的液压组合支架超前支护设备的结构和支护性能的合理性。该论文共有图90幅,表9个,参考文献84篇。

关键词： 液压系统   故障诊断   特征提取   多传感器信息融合   D-S证据理论  

摘要： 科学技术的进步使得以工程机械为代表的重大装备向复杂化、智能化方向发展，为确保设备工作的安全稳定，实时监测设备的运行状态并对系统故障进行诊断排除成为重要研究课题。液压系统因其传动平稳，承载能力强等特点，在重大设备中得到广泛应用，但液压系统也有明显缺点，除了元件制造精度高、难以获得准确传动比外，其相对封闭的工作环境及复杂的结构使得故障发生后不易检查与排除，对设备正常运行造成很大影响。　　当前液压系统故障诊断主要有基于数学模型与信号分析的诊断方法以及基于人工智能的故障诊断方法。基于数学模型的方法需要对故障机理进行深入分析，建立相应数学模型并采集特征信号，但这类方法只能对特定故障进行诊断，不具有普遍适应性。而以机器学习为代表的人工智能故障诊断技术无需丰富的经验及知识储备，通过处理系统历史故障数据并训练机器学习模型即可获得故障诊断模型，并具有良好的泛化能力。但训练人工智能诊断方法需要提供系统正常及各类故障条件下充足的历史故障数据，这在实际工程领域中很难获得，限制了该方法的应用。而在决策层，由于单一传感器特征信息具有模糊性、不确定性，需要对多源信息进行融合从而提升诊断准确率。　　针对人工智能诊断方法历史故障数据获取困难，决策准确率低等问题，本文提出一种结合多传感器信息融合与虚实交互的故障诊断方法。首先，搭建所研究液压系统试验台，设置故障仿真模块及各类传感器，并根据所研究液压系统故障机理建立Amesim仿真模型，以实际液压系统运行特征参数修正模型参数，实现虚拟模型的高保真性。进而调整虚拟模型仿真参数，获取正常及各故障情况下的充足历史故障数据，从而解决历史故障数据不足的问题。针对结合多个证据的决策困难问题，本文采用了基于D-S证据理论的多传感器信息融合技术，首先对获取的历史故障数据进行预处理、参数特征提取，进而针对所研究各类故障，以各项系统运行参数分别训练机器学习诊断模型，作为单传感器特征信息诊断结果。在决策层进行信息融合，考虑各证据源的可信度，将各传感器决策规则按其局部可信度作为权重进行组合得出最终决策，以历史故障数据对两类诊断方法准确度进行评估，从而验证了信息融合决策方法的准确性。　　通过模型仿真与实验验证，所提出采用信息融合技术的液压系统故障诊断方法相较于传统人工智能故障诊断方法精度有明显提高，并根据数据采集及故障分类决策与维护建议的实际需求编写了数据采集程序及故障诊断程序，对液压系统的运行状态监测与故障诊断排除具有应用价值。

关键词： 锚链提升器   液压系统   故障模拟试验台   故障诊断   卷积神经网络  

摘要： 多点系泊系统是保障海洋平台定位和安全生产不可或缺的装置,通过调节系泊锚链的长度和预紧效果,限制海洋平台的旋转和位移使其稳定漂浮在作业区域。在使用锚链提升器动力收放系泊锚链过程中,如果锚链提升器液压系统发生故障,多点系泊系统的定位功能将失去保障,进而危及整个海洋平台和操作人员的生命和财产安全。因此有必要对锚链提升器液压系统进行实时状态监测及典型的故障诊断研究,揭示系统内各状态参数与不同故障的内在耦合规律,保障海洋平台多点系泊安全。本文以锚链提升器故障模拟试验台液压系统为研究对象,分析了液压系统工作原理和典型的故障机理,开发了一套以PLC为下位机和以C++环境开发的上位机PC的液压测控系统,上下位机间采用Modbus-TCP通讯协议实现通讯,设计了一种包括:液压泵泄漏、液压缸泄漏、液压阀堵塞和管路老化四种不同故障及每种故障不同严重程度的模拟故障注入实验方案,利用搭建好的试验台测控系统采集系统内的压力、流量和温度等故障参数,提出了一种多传感器信息融合的多尺度一维卷积神经网络模型,该模型不仅能够在保证准确率的前提下避免增加卷积深度及宽度和减少模型参数,还能自动提取更加复杂的特征信息。结果表明,锚链提升器液压故障模拟试验台功能齐全,开发的测控系统可以实现对系统状态监测、动作控制、参数调节和信号采集等功能,设计的模拟故障注入实验方案可以得到故障特征明显的样本参数,提出的多传感器信息融合的多尺度一维卷积神经网络模型不仅能识别不同故障类型,而且还能对故障不同严重程度进行识别,相较于其他算法模型识别准确率高。本文有利于深入挖掘多点系泊系统锚链提升器液压系统故障与系统内参数的耦合关系,为实际锚链提升器液压系统的状态监测和智能故障诊断提供参考,对多点系泊系统中锚链提升器的安全运行、及时维修具有一定的工程实用价值。