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： 液压元件   液压系统   仿真模型库   Modelica语言  

摘要： 本文主要研究内容为基于Modelica语言的液压元件与系统模型库的建立方法。研究目的在于给出液压系统建模的普遍方案以及解决实际工程中建模仿真成本高的问题。本文在研究过程中建立了大量的可重用的液压元件的模型。并以此为基础利用Modelica语言建立了通用的液压系统仿真模型库，并成功实现了对典型液压系统的建模仿真。　　本文首先对目前液压系统建模仿真技术的发展现状做出了分析，并针对实际工程中液压系统建模仿真成本高的问题提出了利用 Modelica语言在开源仿真环境OpenModelica中对液压元件与系统进行建模的方法。　　随后通过泵控马达系统的数学模型推导过程实例揭示了液压系统仿真建模的基本原理为将液压原理图转化为微分代数方程组(DAEs)并利用数值算法对其求解，分析了求解DAEs的主要算法，并对其求解过程进行了说明。接着对Modelica语言建模仿真液压系统的原理进行了论述，并揭示了 OpenModelica中实现液压系统数学模型自动推导基本原理。该自动推导的过程如下，首先根据液压系统原理图列写具有非因果特点的整体方程，然后再对其进行重复变量消除，最后再基于图论将化简后的整体方程转化为易于计算机执行的具有因果关系的可执行算法序列。　　然后利用Modelica语言在OpenModelica环境下利用非因果建模的方式建立了典型液压元件的基础模型并将这些基础模型拓展为可重用性良好的液压元件模型。从而给出了液压系统元件建模的普遍方案。并以此为基础开发了通用的液压系统仿真模型库 HydraulicLib。　　最后为了验证所开发模型库的正确性以及所提出方法的可行性，利用单元验证法验证了所建立的液压元件的模型的正确性。利用整体系统验证法验证了利用该模型库所建立的液压传动系统以及液压伺服系统的正确性。

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。

关键词： 小型清雪车   机械结构设计   液压传动系统   动力性能仿真分析  

摘要： 我国中北部地区冬季常年伴有大量降雪积雪的情况,严重影响了人们正常出行和工作。针对不同的积雪环境通常用不同的方式进行清雪,但在清雪过程中,存在一些复杂的清雪环境,如带有道路附带设施的人行通道和不存在无障碍通道的斜坡小道等,常见的大型清雪装备难以进入这些环境进行清雪。针对这些狭小特殊的环境通常组织一队人员进行人工清雪,但人工清雪的方式工人工作强度大,且工人在作业时有一定危险性。因此需要设计一款小型灵活的、可通过遥控控制的清雪车就极为重要。本文首先通过对清雪过程中存在的多种特殊清雪环境进行分析,设计出满足特殊环境下清雪作业的清雪车结构。对特殊环境的分析包括特殊路况和路面特征,特殊路况包括窄路、坡路、台阶、石板路等,路面特征有压实雪、厚雪、结冰路面等。通过分析以上特征,再经方案对比后提出清雪车的基本性能要求。通过理论计算对清雪车液压系统的零部件进行选型。通过三维软件对清雪车机械结构进行设计,得到了满足特殊清雪条件的小型清雪车机械结构。对各元件组成的液压传动系统性能进行仿真验证。本文通过调整仿真软件中各个液压元件的参数与实际选用的液压元件的参数相匹配,经仿真实验得出液压传动系统在清雪车直行不清雪、直行清雪作业、转弯清雪作业时各液压元件的性能表现。实验结果中液压系统的稳定性和输出值与清雪车驱动要求预设的参数一致,从而验证零件选型的合理性及传动系统的可靠性。对设计的底盘用动力学软件建立虚拟样机,对清雪车底盘的动力性和整车通过性进行仿真和分析。通过导入三维车体模型及动力学软件自带履带底盘模块共同建模完成虚拟样机建立,建立路面特征和路况特征,使虚拟样机在此环境下行驶。经仿真实验得出:清雪车在直线行驶时横向偏移量微小;在爬坡时质心高度曲线变化平滑无折回,可以稳定通过;在驶入和驶离一个台阶或石板时动力性能有微量改变,完全通过后整车运动恢复平稳;从而验证了本文设计的液压传动系统在四种工况下都能满足清雪车动力性和通过性的要求。

关键词： 包层转运装置   液压系统   故障诊断   深度学习   多特征融合  

摘要： 中国聚变工程实验堆(CFETR)的包层部件在高热负荷、强电磁力和中子辐照的影响下会失效,需要对其进行遥操作维护。在包层遥操作维护系统中,包层遥操作转运装置承担包层环向转运的任务,其稳定运行是维护任务正常开展的重要保障。经过分析发现转运装置不能稳定运行的主要原因是液压驱动系统故障。因此,亟需开展转运装置液压驱动系统的故障诊断方法研究。针对缺乏有效故障样本、难以提取故障特征与变工况故障诊断等问题,开展了一系列的研究,具体内容如下:1.针对缺乏充足且有效的故障样本的问题,采用了基于仿真模型获取故障样本的方法。首先,对转运装置液压驱动系统的工作原理和故障机理进行了深入分析,确定了4种典型故障以及需要采集的状态信号。然后,建立了仿真模型,模拟了典型故障,采集了状态信号,并建立了仿真故障数据集。2.针对难以有效提取液压驱动系统的故障特征的问题,提出了一种基于深度学习的MSCNN-LSTM故障诊断模型。该模型将卷积神经网络与循环神经网络的优势进行了结合,引入的多级注意力机制整合了所提取的特征,实现了“多角度”提取故障特征的功能。在10次故障诊断实验中,该模型的平均准确率高达99.53%,且标准差仅为0.13%,体现了 MSCNN-LSTM故障诊断模型的有效性。3.针对实际工况中可能出现工况突变,导致系统状态数据分布突变和样本稀缺的问题,通过结合深度学习与迁移学习的方法解决了该问题。通过利用少量新任务数据样本重新调整预训练模型,挖掘了新任务和已学任务之间的关联性,实现了知识的迁移和重复使用,使得诊断模型能迅速地调整进而适应新的诊断任务,在样本稀缺的情况下仍能准确地进行故障诊断。在多组变工况实验中,经该方法所调整的诊断模型均能高效地完成诊断任务,展现了该方法在现实应用中的潜在应用价值。4.最后,利用转运装置的认证件进一步开展了故障诊断实验,验证了基于深度学习的转运装置液压驱动系统故障诊断方法的可行性与有效性。

关键词： 液压油   液压元件   清洁度   污染检测   现场改善   清洗、过滤设备  

摘要： 介绍清洁度对工程机械液压系统的影响，液压油、液压元件及整车液压系统的清洗与过滤，叉车制造过程中清洁度改善措施，结合实践操作经验，从实际应用角度提出对工程机械液压系统污染物防治的建议。

关键词： 岗位任职能力   理虚实一体化   模拟训练  

摘要： 为推动士官液压传动精品课程的建设，笔者在深入分析课程建设现状与不足的基础上，对照军队课程评价指标体系与标准，提出了瞄准岗位任职能力的教学目标设计、知识能力素质有机融合的教学内容构建、理虚实衔接渗透的教学策略开发、促进内涵发展的教员队伍建设四个方面的精品课程建设策略，进而为有效提升士官课程的建设质量乃至教学质量提供了有益的参考。

关键词： 翻车机   液压系统   故障诊断   状态监测   健康预测   剩余寿命理论  

摘要： 翻车机的作用是完成对铁路敞车的夹持定位和翻转卸料工作,其中夹持定位由液压系统实现，本文主要针对翻车机运行过程中出现的持续性故障：液压系统超温和液压系统不保压两个关键问题进行研究，并对翻车机液压系统的常见故障进行原理分析，并由此对液压系统控制策略及系统参数进行优化，得到运行可靠的液压系统。在此基础上，设计数据采集和健康预测系统，实现整个系统的使用、保养、维修闭环管理，提高翻车机液压系统运行稳定性、安全性，减少突发故障的情况，提升生产效率。　　首先，对于液压系统超温问题，通过建立翻车机液压系统的热交换数学模型，从产热和散热的角度分析液压系统的热特性，对比系统元件产热值和散热值，在理论上寻求系统油温过高的原因和解决方案。借助于仿真模型分析系统散热和产热的影响因素。通过理论与仿真结果重点从产热较高的元件和因素入手，对现场设备进行有针对性的改进试验，验证改进后的效果。　　然后，针对液压系统不保压问题，利用模糊FTA进行翻车机液压系统状态监测与故障诊断，将底事件按重要度由大到小依次排列诊断，经过逐一排除，发现呼吸系统控制逻辑存在缺陷，根据结果针对性改进呼吸系统的控制程序，通过实验验证问题得到解决。　　最后，应用有源测试方法，通过检测被测系统中油液的污染度以及被测系统元件如油缸、液压锁、控制阀的泄漏量的大小，根据剩余寿命理论从而对液压系统的健康状态进行评估。