关键词： 波浪能   液压传动   水工质   STM32   监测  

摘要： 现如今,石油资源短缺和大气污染问题日趋严重,海洋可再生能源的开发和利用已得到国内外的高度关注。波浪能作为一种清洁的可再生能源,在全球分布广且储量大。波浪能利用技术主要包括发电、淡化海水、供热和抽水,其中发电技术占有主导地位。波浪能发电是将海洋波浪具有的能量通过发电设备转换为电能,发电设备主要包括波浪能捕获系统、能量转换系统以及发电机。其中,液压式能量转换方式克服了波浪能具有的周期短、不稳定性和非持续性等缺点,在波浪能发电设备中得到广泛的应用。目前波浪能电站的液压系统主要使用矿物型液压油作为工作介质,存在环境污染、安全性差、工作可靠性差等问题。针对上述问题,本文设计了一种以水为工质的波浪能电站液压系统,使用过滤后的天然水作为液压传动介质,实现动力转换和传递。以水为工质的波浪能电站液压系统主要由液压缸、液压马达、蓄能器、控制阀件、液箱、管路和液压监测系统组成。水和液压油的理化特性具有很大的差异,与液压油相比,水的腐蚀性和导电性强、粘性低、润滑性差。依据水的各项特性,对主要的液压元件进行材料选择和结构设计,各元件均与水相适应,具有良好的耐腐蚀性、密封性和耐磨损性能。液压监测系统主要由微控制器、信号采集模块、信号调理模块、液晶显示模块、报警模块和上位机组成,可实时自动化监测波浪能电站液压系统的压力、温度、流量、转速以及水质PH值,实现信号的采集、处理、显示、传送和保存。STM32微控制器对各项信号进行处理和分析,使用串口与上位机通信,在液晶显示界面和上位机界面实时显示监测信息。本文设计的以水为工质的波浪能电站液压系统可实现平稳可靠运行,工作情况良好,达到了预期目标,可以提高波浪能电站的安全性和工作可靠性。

关键词： 液压传动   伺服控制系统   PID控制   模糊控制   模糊PID控制  

摘要： 《液压传动》是机电专业的一门基础课程。一体化课程只有理论与实验相结合,才能取得良好的教学效果。随着科技发展,传统的液压教学实验台已不能满足实验需要,为了满足现代教学要求,本论文设计一种多功能液压综合实验台。首先,本论文分析了国内外液压实验台的组成、特点以及研究现状,并对发展趋势做了详细的研究,指出传统液压实验台的不足之处。结合教学要求以及工业生产实际,分析了液压实验台设计的基本原理、功能,为实验台的设计奠定了可靠的理论基础。然后对液压实验台进行了介绍。设计了液压实验台的结构,并分析液压实验台的基本原理、总体功能、硬件功能、软件功能,以便确定液压验台软硬件的设计方案。根据硬件设计方案对液压元件以及电气硬件部分进行型号的选择。在控制元件选择时引入伺服控制系统,控制执行元件位置精度。针对常规PID控制缺陷,不能达到期望、不能实时满足系统需求的问题,提出采用自适应模糊PID控制方法对系统进行控制。建立模型,设计自适应模糊PID控制器,利用Matlab中可视化仿真工具Simulink对伺服控制的液压回路进行仿真分析。根据软件功能,对液压控制系统的软件进行了设计,确定软件平台。实验台控制采用PLC的编程工具软件GX Works对液压程序进行设计,并通过传输线下载到PLC中,从而对液压系统进行控制,同时将自适应模糊PID控制在PLC中实现,以伺服阀控制为控制对象,实现对液压缸的控制。设计人机交互界面,LabVIEW和PLC通讯获取模拟量模块采集到的信号,利用虚拟仪器显示出液压系统的压力流量等参数,并对PLC程序进行控制。最后以双缸顺序动作为例,搭建好液压回路,并根据要求编写程序进行模拟运行监控后下载到PLC中进行联机调试及数据采集、显示。本文利用实验台对教学中常用的实验进行了测试,测试结果表明本文研究的多功能液压实验台效果达到了预定水平,能够满足教学需求,提升教学效果,具备较高的实用性。

关键词： 液压系统   原位检测   故障树分析法   故障诊断   虚拟仪器  

摘要： 工程机械液压系统在工程机械领域占举足轻重的地位,随着工程机械设备的不断更新,液压系统的测试与故障诊断也需要与时俱进。当工程机械液压系统发生故障时,需暂停机器找寻是否有明显的故障现象,如无明显故障现象,需对可能发生故障的液压元件进行拆卸,而后送到液压试验台对液压元件做进一步检测分析确定故障原因及位置。如此以来,会耗费大量的时间精力,影响工程机械设备的工作效率。故研究一种新型的液压系统测试与故障诊断方案有重要意义。本文提出的测试方案旨在系统原位置进行检测,按照液压试验台的测试要求,在不拆卸液压系统的情况下完成对液压元件的测试诊断。从工程机械液压系统的工作原理和故障机理入手,选择压力、流量、振动、温度和油液信号作为检测量,对盾构机及挖掘机系统的主要液压元件进行测试,结合T型测试法和有源液压测试理论,确立了检测的方法和步骤。配置了液压测试仪、传感器、信号调理模块、信号采集仪器、辅助测试设备等硬件,搭建了基于虚拟仪器的信号采集平台,利用Lab VIEW开发了工程机械液压系统原位检测软件系统。针对盾构机及挖掘机两种典型工程机械的液压系统做了基于故障树分析的原位检测故障诊断研究,将故障树分析法应用于液压系统的故障诊断,建立挖掘机和盾构机液压系统的故障树模型,通过定性分析和定量分析明确测试诊断的方向,利用有源静态检测仪和便携式液压测试仪等硬件实现对液压系统的测试,得到诊断结论。证明故障树分析法联合原位检测方案对工程机械液压系统检测诊断有良好的指导意义,验证了原位检测技术以及故障树分析法的可行性。

关键词： 桥检车   有限元   多体动力学   液压系统   联合仿真   PID控制  

摘要： 桥梁作为国家最重要的基础建设之一,对于促进社会和经济的协调发展起着至关重要的作用。为了确保桥梁的安全性和耐久性,对桥梁进行例行的检测、保养和维护必不可少。桥梁检查车正是为了给工作人员最难到达的部位提供检测、保养和维护的作业平台。臂架是桥检车执行作业的关键部件之一,因此对桥检车臂架的研究具有重要意义。本文主要针对桥检车的结构以及臂架的控制系统进行研究。首先,分析了某大桥的结构形式及检修需求并确定了该大桥适合的桥检车类型。介绍了桥检车的整车组成,明确了桥检车的设计原则和指标。其次,通过三维建模软件CATIA建立并改进了桥检车的转盘、桁架、臂架及吊篮的结构。根据得到的臂架模型及其参数,通过蒙特卡洛算法计算了臂架末端的运动范围,基于桥梁的五个待检位置通过粒子群算法对臂架的最优位姿进行规划。通过大型有限元软件ANSYS建立了臂架的有限元模型,分析了臂架变幅程度较大的两个工况在吊篮满负荷时的静力特性。通过多体动力学仿真分析软件ADAMS建立了臂架的动力学模型,分析了臂架的动力学特性及液压缸受力特点。再次,根据液压系统的设计指标及要求,设计了以油箱、过滤器、定量泵、平衡阀、电液伺服阀、单向节流阀以及液压缸等元件组成的臂架液压系统,确定了主要液压元件的参数及选型。最后,以MATLAB/Simulink作为数据交换的中间平台,分别通过SFunction模块和AME2SLCo Sim模块连接动力学仿真分析软件ADAMS和液压系统建模分析软件AMESim,建立了控制算法的验证平台。以PID控制算法为核心建立了控制模块,通过阶跃输入测试了定点跟踪效果,通过直线轨迹和正弦轨迹测试了动态跟踪效果,通过实际工况输入分析了控制系统在实际工况中的控制效果。研究结果表明:（1）臂架的结构、材料和尺寸能够满足桥梁的检测范围需求,强度和刚度能够满足各工况下吊篮满负荷的实际需求,液压缸各工况下受力变化平稳。（2）在输入为定点位置、直线轨迹以及正弦轨迹时,活塞杆位移经过短时间振荡后就回归平稳,控制系统反应速度快,跟踪精度高,控制效果良好,同时液压系统能够满足控制需求。

关键词： 采收   油茶果   倒伞型   梳刷式采摘   有限元仿真   液压系统  

摘要： 国外的采收机械目前占据了较大的市场,这些机械有价格昂贵、对种植条件要求较高、适用树体单一等特点,并不适合我国林果的种植条件。而国内目前从事林果机械化采收的人员较少,对采收装置的研究也尚未成熟。针对这一现状,以提高采收机具工作效率、适用性为目标,本文开展了可配套使用的变间距梳刷式油茶果采摘机和履带式倒伞型油茶果收集机设计与试验研究。论文研究的主要内容如下:（1）根据轻简高效油茶果采收机具的设计要求,确定了采用倒伞型收集与手持式梳刷采摘结合的方式进行采收。实地测量得到油茶树的平均株距、株高、冠幅,为采收机具设计提供参考。选择履带式移动平台并确定倒伞角度,确定了梳刷式采摘方式。（2）以EDH500C自走式卸货车的履带底盘作为收集机的移动平台,设计了由前转动杆和中间转动杆组成的伞骨,计算了油茶果掉落时产生的撞击力。通过有限元仿真,得出杆件在受到落果撞击时的应力、应变、位移图,对齿轮齿条组成的传动系统进行动力学仿真,验证了设计的合理性。（3）设计了能遥控收集机行走、转向,收集面展开、抬升的控制系统;完成了液压元件选型,运用AMESim软件仿真液压系统,仿真结果显示抬升液压缸的工作压力为3.2MPa,流量为11.8L/min,展开液压缸能够在2s内运动到位。（4）根据采摘机的设计要求,进行变间距梳刷式采摘机结构设计,并构建了手持杆和整机有限元模型,仿真结果表明模型的固有频率较外界激励频率大,工作时不存在共振的现象。进行手持杆和采摘机整体的模态试验,结果显示试验模态与仿真模态之间的误差平均值在6%左右,误差较小。说明构建的手持机模型能够真实地反映整机的固有振动特性,这表明本文所建立的有限元模型是有效的。（5）进行油茶果采收机具的加工及试验。试验结果表明,收集机在复杂地形下行驶情况良好,能够通过遥控控制其行走、转向等动作,收集面的展开平均用时为2s左右,能够完整包裹树体,并形成倒伞型收集面;采摘机能够在6分钟以内完成一棵油茶树的采收,平均采收率为93.3%,对花苞、花蕊的损伤率分别为9.2%和13.3%,采摘效率为人工的两倍。

关键词： 可靠性   重要度分析   吊舱回转系统   可靠性建模   维修优化  

摘要： 随着计算机、通信以及嵌入式技术的快速进步,在实际需求导向下控制系统不断向集成化、智能化方向发展,高集成度控制系统的部件组成种类繁多、结构复杂,这类系统一旦出现故障会造成巨大的经济损失,有时会造成灾难性的人员伤亡,因此系统的可靠性分析成为了运行及维护阶段必须考虑的一项重要工作。吊舱回转系统是一种复杂的液压控制系统,是实现船舶偏航或倒航的必要控制设备,其性能的好坏直接影响着船舶的机动性和灵活性。目前对吊舱回转系统的研究主要集中在系统设计和控制理论领域,而该系统的可靠性研究较少。尽管近年来已经有文献将重要度理论和方法应用于复杂系统故障分析。但并没有从复杂系统可靠性角度对吊舱回转系统进行分析和建模,而且现有的维修策略并没有从重要度出发解决回转系统部件维修顺序的问题。论文基于这些实际问题对该系统进行了以下研究:首先介绍了重要度理论和维修策略的国内外研究现状,通过阅读大量的文献凝练了目前吊舱回转系统维修策略的不足进行了详细说明。然后对吊舱回转液压系统的设计结构和工作原理进行了阐述分析,并进行可靠性分析。还研究了典型系统模型及其可靠度的计算方法,并推出在Gamma分布下二态系统的综合重要度计算公式。然后对Gamma分布下混联系统进行综合重要度扩展及仿真实验分析。推导出在Gamma分布下典型系统模型的综合重要度计算公式及部件的尺度参数和形状参数对综合重要度影响。以波音737-XX型飞机液压能源混联系统为例,对系统组件进行仿真实验分析,最后分析结果表明:在Gamma分布条件下的混联系统中,组件的综合重要度与失效率和尺度参数成正相关,和形状参数成负相关。最后将综合重要度分析方法应用到多态复杂系统中,根据吊舱回转液压系统的设计和工作原理确定系统的关键组部件,提取出系统34个部件的9种类型。基于重要度对吊舱回转系统进行可靠性建模并用两种重要度方法进行对比实验分析,识别出系统薄弱组(部)件。最后提出在不同时间和不同维护成本下的维修优化策略,最终确定液压系统的组(部)件的维护顺序,这大大方便了系统的维修,使系统的性能达到最大化。

关键词： 往复锯   液压系统   峰值压力   蓄能器   NLPQL  

摘要： 铁路接触网混凝土支柱是电气化铁路站场或区间的一种重要支撑设备,其安全性决定着列车是否能够正常行驶。但是由于接触网混凝土支柱长期暴露在恶劣环境中,从而导致混凝土支柱老化,降低其安全性,因此需要对老化或者废旧的铁路接触网混凝土支柱进行更换或者拆除。在接触网混凝土支柱更换或拆除过程中,为了便于将庞大且笨重的废旧支柱进行装车并运输到指定的粉碎地点,所以需要将整根支柱进行切割。目前,市场上还没有一种针对接触网混凝土支柱的切割装置,而混凝土的切割方式主要有盘式转锯和链式绳锯。通过比较两种切割方式的优缺点,然后针对接触网混凝土支柱的切割问题,提出一种新型的分段切割装置,该装置采用全液压驱动。本文主要内容如下:(1)通过对比现有混凝土切割方式的优缺点,提出一种针对铁路接触网混凝土支柱的往复锯液压系统分段切割装置并确定该液压系统的设计要求,使用法国达索公司的Solid Works软件建立往复锯分段切割装置的三维模型,分别对夹紧装置、切割装置、进给装置以及换刀装置的工作原理进行分析。(2)根据设计要求对往复锯液压系统各个回路的液压原理图进行设计,同时设计整体往复锯液压系统的原理图。通过计算分析往复锯液压系统切割的负载力与进给力,确定液压系统的工作压力,再根据计算结果对液压系统执行元件、动力元件、系统各个阀以及辅助元件进行选型计算。(3)使用LMS *** AMESim软件的标准库(HYD)建立往复锯液压系统的仿真模型,用液压设计库(HCD)建立分流集流阀模型,然后根据各个液压元件的计算结果设定AMESim仿真参数并进行仿真。仿真结果显示往复锯液压系统能够满足设计要求,从仿真的角度证明往复锯液压系统设计的合理性及可行性,同时对切割回路的压力特性进行分析,也对影响切割回路压力的因素进行分析。(4)分析切割回路峰值压力的抑制方法,提出使用气囊式蓄能器对该液压系统进行优化,使峰值压力平均从15.91MPa降到12.623MPa。通过仿真分析气囊式蓄能器参数对换向峰值压力的影响情况,为蓄能器关键参数的优化提供了基础。采用顺序二次规划算法(NLPQL)对蓄能器关键参数进行优化,优化后的蓄能器使换向峰值压力平均从12.623MPa下降到10.23MPa,峰值压力平均下降18.9%。(5)设计了往复锯液压系统试验切割装置和液压原理图,绘制CAD零件加工图纸,购买相关液压元件,完成往复锯液压系统试验装置的搭建,然后对试验切割装置进行调试运行,最后完成试验,通过试验结果验证往复锯液压系统的合理性和可行性。

关键词： 机舱罩装配平台   电液伺服技术   建模与仿真   模糊控制  

摘要： 风力发电机机舱罩是风力发电机的核心构件之一,功能为保护风力发电机内部电气、机械设备不受外部环境侵蚀。恶劣的工作环境对机舱罩的装配质量提出了较高要求。机舱罩的生产速度与产品质量,直接决定了风力发电机的生产效率与使用寿命。目前,风力发电机机舱罩装配主要使用天车吊装或固定地面工装,长时间占用装配场地,装配效率低,劳动强度高,装配精度无法保证。随着风电市场的持续扩大以及单机发电功率的增长,常规的机舱罩装配方式已经无法满足市场对机舱罩生产效率、装配质量的要求。因此,设计一套风力发电机机舱罩装配平台就成为提高机舱罩生产效率与装配质量的重要环节。首先,本文依据风力发电机机舱罩的装配要求,研究国内外大量装配技术与液压设备后,设计了一套风力发电机机舱罩装配平台。装配平台以液压、气压设备为基础,实现了4MW、6MW等不同类型风力发电机机舱罩的自动化装配。其次,对装配平台的液压系统进行了详细的设计与分析,建立了阀控非对称液压缸的数学模型,并研究了系统的频率特性与动态特性。将传统PID控制应用于装配平台电液伺服系统,研究了单个倾斜液压缸的阶跃响应特性。设计了基于PID控制的前后倾斜液压缸同步控制系统,并进行了仿真分析,选取合适的同步误差反馈系数。在控制系统中引入模糊自适应PID控制,设计了装配平台液压系统的模糊控制器并进行仿真。通过仿真结果,分析模糊自适应PID控制对原系统的动态特性以及对前后倾斜液压缸同步位移差的影响。最后设计了机舱罩装配平台的计算机控制界面。风力发电机机舱罩装配平台将液压设备与自动控制原理相结合,使装配平台运动精度达到了设计要求,控制性能良好。

关键词： 采煤机   液压系统   故障诊断   RBF神经网络   D-S证据理论  

摘要： 针对当前煤矿安全事故频发以及深井采煤日益增多的趋势,西山煤电集团提出了综采无人工作面建设项目,本课题即源于该项目。液压系统是采煤机行走、调高、切割等作业动作的重要系统,绝大多数采煤机故障都与其有关,是采煤机智能无人化改造的关键。本文基于信息融合技术对采煤机液压系统的故障诊断展开研究,主要研究工作内容如下:(1)将测试性分析技术应用于采煤机液压系统故障诊断系统的构建,以液压系统典型故障模式及其监测方式分析为基础,确定了采煤机液压系统各组成部分的传感器布置初步方案,探究并验证预设构想,给出故障诊断系统测试性设计的预期实现目标、基本原理框架、硬件参数要求、软件功能逻辑。分析了当前故障诊断技术的优缺点,确立了“时频域分析-RBF神经网络-D-S证据理论”的分层次故障诊断思路。(2)结合采煤机液压系统常用实时状态监测数据开展故障诊断的特点,分析了采煤机液压系统常用的监测参数如振动、压力、温度等,并给出了不同参数信息的处理方法。通过对采煤机液压系统故障诊断问题的实质性分析,依据实时状态诊断数据与故障模式之间存在的非线性关系,采用K-means聚类方法确定神经网络数据中心,建立了基于RBF神经网络的特征层信息融合故障诊断模型,并进一步采用D-S证据理论,本文构建了基于“时频域分析-RBF神经网络-D-S证据理论”多理论的故障诊断信息融合模型,解决了来自不同信息源的故障诊断结果相互间存在的融合问题。(3)以西山煤电集团MG400(450)/930(1030)-GWD型采煤机液压系统双联齿轮泵的状态监测数据为基础,对本文给出的故障诊断信息融合模型开展了实证研究。结果表明,本文构建的采煤机液压系统故障诊断两级信息融合模型,可以避免单独依靠神经网络故障诊断而造成的诊断结果错误,故障诊断准确率得到优化,可应用于采煤行业的综采无人工作面建设。

关键词： Fluid dynamics  

ISBN: (纸本)9787568526289