关键词： 采棉机   动力换挡变速箱   静液压控制系统   静液压系统仿真   特性试验  

摘要： 采棉机作为实现棉花采收全程机械化的关键农业装备,对采棉机静液压系统及动力换挡变速箱等核心技术方面的研制尤为重要。本文根据采棉机作业工况,设计采棉机动力换挡变速箱传动方案及静液压系统控制方案,重点研究采棉机动力换挡变速箱静液压系统控制策略及系统工作特性,主要研究内容如下:(1)对采棉机传动系统进行动力学分析,确定适配采棉机基本作业参数:田间最高作业速度为8.5km/h,田间最高运输速度为14.5km/h,公路最高运输速度为27.5km/h。分析动力换挡变速箱传动特性,设计动力换挡变速箱传动方案。对采棉机动力换挡变速箱静液压系统主要部件进行数学建模,得出静液压系统数学模型。(2)分析静液压行走系统在输入转速和外负载扰动时存在输出转速稳定性差、不易同步控制以及动态跟踪目标性能差等问题。针对上述情况分别介绍四种不同控制策略原理,利用Matlab软件中Simulink模块设计四种不同控制策略,并依据四种不同控制策略搭建出Ziegler-Nichols频率整定PID控制静液压系统仿真模型、模糊PID控制静液压系统仿真模型、基于遗传算法自整定PID控制静液压系统仿真模型以及基于BP神经网络算法自整定PID控制静液压系统仿真模型。对每种控制模型的系统稳定性、目标跟随状态及动态响应时间等方面进行仿真分析对比,得出更加适用于静液压系统的控制器模型。(3)根据采棉机作业工况要求,设计采棉机动力换挡变速箱静液压系统变量泵-双变量马达同时调节排量的传动方案。根据传动方案,采用角功率法对主要液压元件进行计算与选型及校核。搭建普通手动模式采棉机动力换挡变速箱静液压控制系统仿真模型和基于Statechart控制的采棉机动力换挡变速箱静液压系统仿真模型,分析采棉机动力换挡变速箱静液压系统仿真模型的田间采摘、田间运输和公路运输三种工况的系统特性。(4)依据所设计的动力换挡变速箱方案以及静液压系统控制方案搭建动力换挡变速箱和静液压系统试验样机,设计试验方案,对采棉机的行走速度、速比匹配特性及静液压系统特性进行田间试验,验证采棉机动力换挡变速箱设计方案和静液压系统控制方案可行性。

关键词： 风翼升降液压系统   故障诊断   AMESim仿真   小波包分解   支持向量机  

摘要： 随着能源危机以及全球气候问题的加剧,采用绿色能源技术以降低船舶油耗及污染物排放是航运业的发展趋势,利用风翼助航是实现船舶绿色发展的有效途径之一。风翼升降液压系统作为船舶风翼控制的主要驱动装置,当其出现故障时将会影响对风翼的驱动控制,内泄漏作为液压系统中最常见的故障,由于其故障表现隐蔽、原因复杂,因此对该类故障的诊断较为困难。为了解决风翼升降液压系统内泄漏故障的诊断问题,本文以大型远洋风翼船的风翼升降液压系统为研究对象,针对目前诊断方法在应对多种泄漏位置、泄漏程度时的不足,以及在船舶航行中的应用难题,提出了一种适于船舶风翼升降液压系统的故障诊断方法,该方法充分考虑了风翼动力系统的结构特性以及航行环境的影响,能够对发生于不同液压元件的内泄漏进行泄漏位置和泄漏程度的诊断识别,以保证风翼动力系统的正常运转,为风翼助航技术提供保障。本文的研究内容及创新性主要包括以下几点:(1)风翼升降液压系统结构特性及泄漏机理分析。基于风翼升降液压系统的结构组成与工作原理,充分考虑了风翼动力系统在船舶航行时的工作特性与结构布置策略,针对液压系统中不同部位的泄漏表征,分析了泄漏故障的形成机理以及影响因素,为泄漏故障诊断方法的研究奠定了基础。(2)考虑升降工况的风翼升降液压系统AMESim模型。在对风翼升降液压系统结构特性分析的基础上,通过研究液压系统中关键元件的工作特性,建立了考虑升降工况的风翼升降液压系统AMESim模型,并利用实船采集的液压系统运行数据对模型进行了有效性验证。结果表明,所构建的液压系统仿真模型能够对风翼升降液压系统的运行状态进行有效的表征。基于AMESim仿真模型,分析了风翼升降液压系统中液压泵、换向阀和液压缸等主要元件出现泄漏时的系统运行状态。(3)基于小波包分析与支持向量机的故障诊断方法。充分考虑船舶航行时风翼工作环境因素对传感器信号的影响,选用小波包分解技术对压力信号进行高频多层分解,通过分析小波包子带能量对故障的表征情况,提取出多种有效的泄漏故障敏感特征。针对泄漏故障的发生部位以及泄漏程度,结合故障敏感特征,提出了一种有效的多故障诊断方法,实现了对风翼升降液压系统中不同泄漏位置、泄漏程度的故障诊断。测试集结果表明:本文所提出的诊断方法对液压泵、换向阀和液压缸中泄漏故障的诊断准确率平均可达到97.8%,对保证风翼动力系统的正常运行具有重要意义。

关键词： 三履带   滑模摊铺机   液压系统   试验研究   仿真研究  

摘要： 水泥滑模摊铺机是一种铺筑水泥混凝土构造物的工程机械设备,广泛应用于路缘石、汇水槽、水泥路面等的修筑。但由于目前路面滑模摊铺机主流产品体积过大,导致主机宽度大于摊铺宽度,难以进行村道、隧道等狭窄崎岖路面的作业。某公司针对该问题研发了一款某型三履带滑模摊铺机,其结构紧凑,体积小。本文采用试验和仿真的方法对三履带滑模摊铺机液压系统进行研究,在此基础上完成整机液压系统的设计。首先,本文在分析了三履带滑模摊铺机的结构和作业工况后,对两种行走液压系统方案进行了理论分析和试验研究,为某型三履带滑模摊铺机行走液压系统研发提供依据,从而完成了行走液压系统设计。依据该型滑模摊铺机作业原理及工况要求和液压系统方案对比研究,完成了工作装置液压系统的设计;其次,通过整机动力学分析、工作装置负载计算和工作速度分析,完成了发动机和液压系统关键元件选型及校核;最后,利用AMESim仿真软件,建立了行走液压系统和工作装置液压系统的模型。在典型工况下对行走液压系统和工作装置液压系统进行了仿真,结果表明行走液压系统压力冲击小,能够提供稳定的行驶速度和足够的驱动力;工作装置液压系统具有独立可调性和自锁性,其同步性和抗流量饱和能力较好,满足实际工况和功能要求。

关键词： 挖掘机   动力系统   液压系统   功率匹配  

摘要： 液压挖掘机作为一种广泛应用于各种基础设施建设的重型工程机械，每年燃油消耗量巨大。因此，以碳达峰碳中和目标为引领，研究挖掘机装备的低碳运行技术，具有重要战略意义。目前，节能优化的液压挖掘机大多动力系统靠电喷发动机稳定转速，液压系统基于操作手意图通过节能控制调整流量。由于挖掘机动力系统与液压系统的优化控制相对独立，导致作业时仍存在“供过于求”的功率浪费。基于此，本文以某公司型20吨位电控正流量液压挖掘机为研究对象，以优化动力系统与液压系统的功率匹配效果、节省作业能耗为目标，提出了基于转矩前馈的优化匹配控制策略，建立了基于理论分析和实验数据融合驱动的挖掘机整机仿真模型，搭建了液压系统控制器优化与液压泵负载转矩多元映射模型，为优化液压挖掘机发动机-液压泵的功率匹配控制提供了新方法。主要研究内容如下：　　（1）进行了电控正流量液压挖掘机的控制原理分析与建模。分析电控正流量液压挖掘机的系统组成与控制方式，建立液压系统的功率控制模型与电控正流量系统液压泵调节模型。通过电喷发动机的万有特性曲线与调速特性建立动力系统的转速变化模型、输出转矩调节模型、燃油消耗模型。综合液压-动力系统的数学模型与仿真模型完成整机控制模型搭建，为控制策略的研究提供理论依据与验证基础。　　（2）提出了基于转矩前馈的功率匹配策略。在挖掘机原始策略基础上，增加液压泵控制器，并依据液压泵与发动机转矩误差探究了通过调整液压泵的排量实现泵与发动机之间的优化功率匹配效果。利用液压泵调节系统的仿真转矩反馈，对比了粒子群算法、鲸鱼算法与灰狼算法整定的PID控制器对泵排量调节的效果。研究结果表明，灰狼算法优化控制器控制效果最好，控制转矩误差在3%以内。　　（3）搭建了基于先导压力、液压泵出口压力、电磁比例减压阀电流的负载转矩多元映射模型。基于某公司20吨位电控正流量液压挖掘机作业过程的压力、流量、电流、转速等信号，以BP神经网络为模型基础结构，利用和声搜索算法对模型参数进行进化计算，扩充模型训练数据容量，提高负载转矩多元映射模型的计算准确率至90%以上。　　（4）开展了挖掘机动力系统与液压系统的功率匹配策略实验验证工作。联合搭建的整机模型、优化的PID控制器、建立的负载转矩多元映射模型，开发了基于转矩前馈的电控正流量液压挖掘机功率匹配策略Simulink模块。通过与该机型原始控制策略对比实验发现，所开发的转矩前馈控制策略可提高发动机燃油利用率与转速平稳性。

关键词： 架桥机   梁底悬挂运梁   双液压缸同步运动   机械与液压仿真  

摘要： 随着经济的发展,综合国力的增强,我国公路建设事业迅猛发展,作为公路建设重要组成部分的桥梁建设也得到相应发展,特别是近十年来,我国大跨径桥梁的建设进入了一个最辉煌的时期,因此,伴随而来的我国架桥机行业也发展迅速,设备的生产也在持续扩大。目前正在建设的高速公路建设中,其中桥梁的建设占有很大比例,由于大跨度的桥越来越多,钢箱梁也越来越重,需要使用装备来完成桥梁的建设,因此研究新型架桥机装备是非常关键的,此次架桥采用的悬臂拼装施工方法,设计了一款用于多工况的梁底悬挂运梁装备。本文根据实际工况提出了梁底悬挂运梁装备的机械与液压系统的设计方案,首先对梁底悬挂运梁装备的各部分结构进行理论计算,针对梁底悬挂运梁装备设备要求分析了机械结构的计算载荷,与液压系统各部分选型,通过检验计算是否符合各项指标,并完成梁底悬挂运梁装备的机械与液压系统的设计方案。针对梁底悬挂运梁装备设计的机械系统,主要包括前后制动系统、悬挂移动系统与插拔销系统。利用ANSYS软件建立了梁底悬挂运梁装备的重要组成部分的有限元三维模型,从梁底悬挂运梁装备所需最大承受载荷,并结合实际工况,对此装备机械系统的前后制动系统、悬挂移动系统与三角形位移吊具等关键部位进行了静力学分析,通过施加合理的约束与承受载荷,仿真结果表明:前后制动系统最大变形量0.292 mm,最大等效应力63.697 MPa,悬挂装置的最大变形量0.59 mm,最大等效应力为122.345 MPa,三角形位移吊具最大变形量1.69 mm,最大等效应力为123.78 MPa,小于Q345B的许用应力245 MPa,在系统的允许变形范围内,结构强度满足桥梁建设的要求。针对梁底悬挂运梁装备设计的液压系统,主要包括油源压力调整系统、悬挂移动液压控制系统与前后制动液压控制系统组成,而在桥梁底部的导轨上双缸同步运动这一问题,提出了推拉油缸液压控制系统,建立了悬挂移动液压系统的AMESim仿真模型,基于传统的“主从方式”,通过研究控制比例流量阀的开闭口大小,来控制液压系统中的流量大小;研究蓄能器作为辅助动力源,向从动缸提供一定流量的液压油,达到主从动缸同步的效果。仿真结果表明:此液压系统改变了传统采用“主从方式”控制的同步液压系统调整时间长、动态性能差等缺点,在两个比例阀流量分别为8 L/min,11 L/min,蓄能器压力为128 bar时,负载在0-50 t时,可以使前拉油缸与后推油缸达到同时伸出与同时收回的结果。最后,经过调试与三步试验,空载试验、满载试验、架桥试验,梁底悬挂运梁装备可达到设计要求,并且成功完成了钢箱梁的运载,已完成架桥任务,成功应用于济南绕城高速公路二环线西环段黄河特大桥项目的现场施工。

关键词： 中置轴轿运车   液压元件   选型计算  

摘要： 对中置轴轿运车的结构特点及其对液压系统的动作需求进行分析，设计出一套适合中置轴轿运车的液压系统。阐述中置轴轿运车液压系统的结构和工作原理，以及液压缸、液压泵和手动多路换向阀等主要液压元件的功能，并给出液压缸的选型计算方法。

关键词： 课程思政   液压传动   思政元素   实施策略  

摘要： 本文在分析专业课程思政教育现状的基础上，针对士官液压传动课程，从战斗精神、工匠精神、创新精神、科学世界观四个方面提出了思政元素的挖掘方法，并给出了主要的思政元素。同时，本文在教学体系改革的前提下，探讨液压课程思政教育的实施策略。

关键词： 液压系统   双缸同步控制   自动纠偏   启闭机   泄洪洞  

摘要： 水利枢纽泄洪闸门的双缸液压启闭机在长期的运行过程中，可能会出现闸门双缸开度不一致、运行不同步的情况，进而造成双缸液压启闭机控制失效、闸门损坏等情况发生，严重时甚至将影响整个水利枢纽的安全稳定运行。因此，双缸液压系统启闭机的双缸同步提升、自动纠偏功能就显得尤为重要。介绍了某大型水电站泄洪洞液压系统双缸同步提升、自动纠偏的功能设计逻辑和实现过程。这些功能极大提高了水利枢纽双缸液压启闭机的运行可靠性，保障了水利枢纽安全稳定运行，可为后续大型水站泄洪闸门液压启用机功能设计提供参考。

关键词： 液压系统   白鲨算法   堆叠去噪自编码器   金枪鱼群算法   卷积神经网络   长短时记忆网络   故障诊断  

摘要： 在工业生产中,液压系统凭借其快速响应能力和较高的抗负荷能力等优点得到了广泛应用。由于液压系统构成复杂,元件数量众多,所以其故障来源也比较多,并且故障之间会相互影响,在维修方面造成了极大的困难。液压系统主要采用常规维修方式,这种方法在一定程度上保证液压系统的可靠性,降低其失效几率。然而,如果不能精确地了解各个部件的工作状况,在维修和更换作业中会造成大量的浪费,而且也会影响对任务的反应速度。所以,对液压系统中机电部件进行故障诊断的研究是非常有必要的,在机电部件已经有故障或即将有故障的时候,能够迅速地进行故障识别和故障定位,这对保证液压系统的安全稳定运行有着非常重要的意义,本文主要工作如下:(1)对实际工况下的液压故障数据进行研究,并对液压试验台中柱塞泵、冷却器、节流阀、蓄能器等四种部件的故障机理进行分析,建立了液压试验台所用永磁同步电机的模拟模型,获得了不同状态下的故障数据集。为本文的后续研究奠定了理论及数据基础。(2)针对液压信号的复杂性和难诊性,提出了一种基于白鲨优化算法的堆叠去噪自编码器(Stacked Denoising Auto Encoder,SDAE)故障诊断模型。首先针对传统方法特征提取不够全面的问题,进行时域、频域和时频域等多域特征提取,并使用最大互信息系数方法进行特征选择。其次,针对采用单一传感器进行故障诊断难以满足诊断需求的问题,将选择后的多域组合特征进行特征级融合处理,提高诊断模型的容错性能。并使用白鲨优化算法(White Shark Optimizer,WSO)对堆叠去噪自编码器的隐藏层节点数、学习率与迭代次数进行优化调整,取得了更好的诊断效果。(3)提出一种TSO-CNN-BiLSTM混合神经网络模型,该模型使用卷积神经网络(Convolutional Neural Networks,CNN)对液压信号故障特征自动进行特征提取,并使用双向长短时记忆网络(Bi-directional Long Short-Term Memory)进行正向和反向时序信息提取,得到更好的非线性表达。并且在数据级对多传感器信息进行融合处理,获得了更为精确的诊断精度。同时使用金枪鱼群优化算法(Tuna Swarm Optimization,TSO)对网络参数进行优化调整。通过对液压系统中主要机电部件的故障诊断实验结果,验证了模型的有效性和准确性。

关键词： 刺五加收割机   输送系统   液压系统   锯切  

摘要： 刺五加是一种药食两用的珍贵植物,茎叶、果实均可食用,茎秆是珍贵的中药材,主要分布于东北地区,其较高的经济价值近年来得到广泛的推广种植,传统的灌木收割设备因种种原因难以满足人工种植刺五加的收割要求,且市面上尚无刺五加专用收割机器,其收割还停留在原始的人工作业阶段,严重阻碍整个刺五加种植行业的发展,基于此研发刺五加专用收割机器。本文以东北地区某林场种植的刺五加为研究对象,结合其生物学特性、种植地形特点及机械物理特性,结合林场的地形及刺五加的农艺种植要求,分析其工艺收割流程、收割功能要求,提出一种适合于人工种植刺五加专用收割机器的整机设计方案。分析现有的灌木收割方式及刺五加的农艺种植特点,为使刀盘宽度能满足收割要求选用三组400mm的圆盘锯重叠布置进行收割作业。圆盘锯在进行平茬作业时锯片的工作参数选取不当会影响割灌效果,选择锯片转速、前进速度、枝条直径为因子,设计正交试验,采用响应曲面法分析建立主要影响因素与指标的回归数学模型,对试验结果进行分析,得出最优的工作参数组合。由东北某林场的地形特点确定收割机器的驱动方案为液压履带底盘式,液压技术在农业机械领域的广泛应用以及液压系统的无级调速、过载保护、响应快等方面的优点,为现场作业的最佳参数组合方式留有充分的选择裕度,对收割机的割台机构、履带行走机构,仿形机构等进行详细设计、研究和计算,确定各部件的组成形式、相对位置关系、连接形式以及安装尺寸。针对刺五加的生物学、机械物理学特性确定整机的功能为拨禾、收割,对平茬高度调节要求及割台体积大、重量大在机架前部左右两侧各设置有万向轮,大部分工作及行驶时间割台的承重在万向轮上,增加了机器的使用寿命;考虑林场的地形较为平坦,采用调整仿形与机器仿形相结合的方式,并对其仿形尺寸详细设计,对机构进行静应力校核满足强度要求;对割台的拨盘拨杆输送系统进行输送机理分析,并进行结构设计。结合收割机各个功能部件的动力需求特征,设计了收割机液压系统,并对液压系统的元器件进行了计算选型。采用AMESim软件对液压系统进行了仿真,验证分析了液压系统设计的合理性。