关键词： 连续时间贝叶斯网络   多维动态贝叶斯网络   重要度   相关失效   液压系统   可靠性分析  

摘要： 贝叶斯网络分析方法是处理数据获取困难和逻辑关系不确定性问题的重要手段,在可靠性分析、故障评估及状态监测领域应用广泛。离散时间贝叶斯网络分析方法在定量分析时存在计算误差,而且不能描述系统失效概率随时间变化趋势,连续时间贝叶斯网络分析方法提升了计算精度,还能描述系统失效概率随时间变化趋势,但仍局限于分析单因素影响,且无法描述元件间失效的相关性。为此,提出考虑相关失效的多维动态贝叶斯网络分析方法。首先,通过引入单位阶跃函数刻画根节点的失效时序、冲激函数刻画叶节点的失效时刻,来完成连续时间贝叶斯网络分析方法的建模与分析,并在此基础上通过描述多因素影响,提出多维动态贝叶斯网络分析方法。进而,为了定量刻画多因素影响时元件对系统失效概率的影响,提出多维动态贝叶斯网络重要度分析方法,并定义了计算公式,扩展和延伸了可靠性分析内容,通过方法对比,验证了可行性。进一步,考虑元件间失效的相关性对系统可靠性影响,将相关失效与多维动态贝叶斯网络结合,提出考虑相关失效的多维动态贝叶斯网络分析方法,并对液压顶升机构进行可靠性分析验证。最后,通过对双排料液压推钢机液压系统进行可靠性分析,根据失效机理分别构建动态故障树与多维动态贝叶斯网络模型,通过所提分析方法,求得了推钢机液压系统在多因素影响下系统失效概率与元件重要度分布曲线,以及在相关失效影响下推钢机系统的失效概率分布曲线,为液压系统维修与改进提供了量化信息,同时为系统识别薄弱环节以及优化设计提供了依据。

关键词： 丘陵山区   油菜播种机   履带底盘   液压传动   动力学建模   直线跟踪控制器   农业机械化  

摘要： 随着智慧农业大力发展和现实需求，智能化农机装备成为农业机械化发展的新趋势。本文针对我国丘陵山区油菜播种机械化、智能化水平不高的问题，设计了基于全液压传动的油菜直播机小型履带式动力底盘及直线跟踪导航控制器，为丘陵山区智能化播种作业提供技术参考和装备支撑。研究内容如下：　　（1）设计了油菜直播机履带式动力底盘，为丘陵山区油菜直播导航研究提供平台基础。针对丘陵山区田间作业环境提出动力底盘设计要求，确定了整机总体方案，并开展了整体结构设计。选用履带式行走系统，并设计了动力底盘全液压传动系统和紧凑型车架。根据油菜直播机结构参数确定了排种电机转速与作业速度的关系。对履带行走机构、液压元件等关键部件进行了参数计算与选型。　　（2）建立了油菜直播机履带式动力底盘动力学模型，为直线跟踪导航控制器的设计奠定理论基础。基于履带车辆运动学、阀控液压马达系统和履带与地面的相互作用等，建立了履带式动力底盘数学仿真模型，进行了液压马达负载扭矩与履带速度的阶跃响应分析。为了避免产生液压冲击，提高底盘加速过程的平稳性，在此基础上设计了双闭环PID履带速度控制器，仿真结果表明：经控制器校正后，履带速度阶跃响应超调小，液压马达负载扭矩峰值不超过最高工作压力下的输出扭矩。　　（3）设计了基于纯追踪模型的履带式动力底盘直线跟踪导航控制器，实现了油菜直播机自动对行作业。采用PC机为主控制器，用于运行嵌入了地图交互界面的导航控制软件。通过BDS-RTK定位模块采集底盘位置和航向信息，计算出横向偏距和航向偏差作为纯追踪控制器的输入，决策出履带目标速度，并联合编码器采集的履带实际速度输入到双闭环PID履带速度控制器，改变两侧履带速度从而实现对底盘转向的控制，完成路径跟踪。直线跟踪导航控制器仿真验证结果表明：稳定跟踪后平均绝对偏差小于0.01m。　　（4）开展了油菜直播机履带式动力底盘综合性能测试，结果表明：动力底盘样机直线跑偏率不超过3.11%，履带速度控制稳态误差小于6.6%，支持原地转向且可以顺利通过20°斜坡，满足设计要求。对履带式油菜播种机进行了路面和田间直线跟踪导航试验，结果表明：样机路面跟踪平均绝对偏差为0.021m，最大偏差不超过0.062m;田间跟踪平均绝对偏差为0.048m，最大偏差不超过0.137m，亩播量为310.3g，符合油菜播种要求。

关键词： 斜直井修井机   液压系统   液压仿真   控制软件  

摘要： 国内外油气田对修井机的需求逐渐增大,但目前国内企业大多还是在采用传统的修井作业,尤其是对斜直井的修井作业上存在很多缺点。斜直井修井机液压系统的研制对提高修井作业效率,降低修井作业安全风险,改善作业工人工作环境,降低工人的劳动强度具有十分重要的意义。本文在深入了解了国内外各种修井机的基础上,对斜直井修井的作业流程的研究,设计了一种新型的XXJ20Y斜直井修井机。该修井机采用液压驱动,显著地提高了排管装置对管柱进行排放与移运操作,油管钳实现对管柱的上卸扣等的作业效率,同时也降低了现场工人的劳动强度。通过对斜直井修井机的作业流程的分析,设计了该修井机机械结构和液压系统的方案,主要为机械结构总体方案,游吊卡装置,抓管装置,油管排放装置,液压站和阀组A、B、C。本文对斜直井修井机液压系统中的执行元件(液压缸和液压马达)和辅助元件进行了参数计算和选型,并对液压系统中的回路进行了分析。运用AMESim液压仿真软件对游吊卡液压系统、抓管装置液压系统和油管钳上卸扣液压系统进行了模拟仿真,并对仿真的结果进行了数据分析,与实际情况基本相符。最后,利用King View(亚控组态王)组态软件对现有修井机的操控系统作出了改进,设计了斜直井修井机的上位机控制软件。

关键词： 试样剪   液压系统   插装阀   控制盖板  

摘要： 本文对我公司宽厚板生产线试样剪液压系统的系统特点进行了较深入的分析，同时对于该液压系统进行的一些改进优化做了介绍。对于常规大流量、大功率执行机构液压系统的设计、维护、优化改进等有较大的参考意义。

关键词： 故障注入技术   故障诊断   液压系统   热平衡   AMESim  

摘要： 由于液压油液在流动过程中为克服液体黏性会产生能量损失而导致温度上升,液压系统必须被设计成一个热平衡系统。因此大多数的液压系统故障通常会以发热的形式体现出来,但由于液压系统强差异性和高度非线性特点导致系统发热的原因复杂多样,单纯依赖检修人员的个人经验很难快速准确的找出故障原因,无法满足现代液压系统高效安全工作的要求。本文在综合分析现有故障诊断技术的基础上,结合故障树分析、热平衡理论和故障注入技术,对某型塔机顶升液压系统的发热故障展开诊断研究,主要研究内容如下:(1)基于热平衡理论,建立液压系统发热故障通用热平衡计算模型,在结合现有液压系统故障诊断方法基础上,给出一种以故障树分析为前导,基于故障注入和热平衡计算的液压系统发热故障诊断方法,并利用故障树方法对塔机顶升液压系统的发热故障进行了分析。(2)基于AMESim热流体仿真模块,从热平衡角度建立了常见液压元件的仿真子模型,在此基础上搭建塔机顶升液压系统热平衡仿真模型,通过与理论计算对比,验证了模型的正确性。(3)针对用故障树方法诊断得出的塔机顶升液压系统发热的可能原因,建立对应液压元件的故障注入模型,通过调节故障注入参数来模拟系统故障状态,分析在不同故障状态下的油液温度变化曲线。(4)利用加载油缸综合试验台模拟顶升负载,并接入存在故障的塔机顶升液压系统,实时检测系统压力、流量和油液温度等参数,并与基于故障注入的热平衡仿真诊断的结果进行综合对比,找出引起发热故障的主要原因,以此为依据实现了故障排除,从而验证了上述方法的可行性。

关键词： 往复阀   液压系统   调制控制系统   电机动态响应  

摘要： 针对井下随钻测量信号传输问题,本文研究了往复信号发生器的工作流程和机械结构,建立了信号发生器中的主阀阀芯的力学模型。基于薄壁小孔理论,进行了算例分析,并将计算结果与CFD仿真进行了交叉验证。结果表明,阀芯运动过程中,液压不平衡力和稳态液动力为主要影响因素,瞬态液动力是次要影响因素;阀芯位移与主阀阀芯受力数值近似成正弦函数关系;阀芯受力方向与闭合阀口方向相同。应用流量连续方程、动力学方程,结合电机转速的运动学方程、机械结构特性,建立了信号发生器机械结构的控制模型,并进行了AMEsim、Simulink仿真。为实现压力波的调制,利用PI控制对电机电压进行了控制。结果表明,当调制信号在一定频率内时,系统可以快速跟踪期望频率,且静态误差趋于零。基于信号发生器的控制模型,结合数字调制信号方法中的二进制频移键控、二进制相移键控,进行了信号调制仿真分析。结果表明,相比于相移键控,频移键控的波特率更高,误码率更低,码元周期固定。研究结果对下一步信号发生器调制试验具有指导意义。

关键词： 挖掘机   智能控制   轨迹规划   建模仿真   模型优化  

摘要： 液压挖掘机是目前在工程建设中使用量最大的工程机械之一,在工程建设中发挥着很大的作用。随着挖掘机工作要求不断提高,作业对象和周边环境变得复杂多样,挖掘机智能化成为了工程机械研究中的热点问题,其中,挖掘机的轨迹规划及综合优化和控制算法的研究是其智能化的关键技术之一。本文旨在进一步提升挖掘机的自主作业能力,重点研究挖掘机机械臂运动轨迹的规划和运动控制,首先对机械臂进行运动学建模和正逆求解。在此基础上,提出了利用粒子群算法和几何法求解挖掘机机械臂的逆解的问题,并比较了两种求解方法的优缺点,重点研究了挖掘机在挖掘过程中的轨迹规划的问题,讨论了6种不同插值方法在轨迹规划中的优点和缺点,提出了基于时间和冲击最优化数学模型两种优化模型,并利用差分进化算法、遗传算法、遗传模拟退火算法和NSGA-Ⅱ算法进行了优化,解决了基于两种优化模型下的最优解的问题,得到5次非均匀B样条曲线在保证速度和加速度约束的前提下,时间大概在15s到16s之间就可以满足条件。针对挖掘机机械臂进行了液压仿真分析,分析了挖掘机在作业时各缸的压力、流量的变化曲线图,得到了PID控制下挖掘机机械臂自主作业时各缸位移跟踪曲线。在三维建模软件中建立了挖掘机实体,在ADAMS软件中添加约束副,利用SIMULINK建立PID控制器和模糊PID控制器,联合ADAMS中的添加好约束副的挖掘机机械臂模型,完成了运动学控制的仿真,得到了两种控制策略下的阶跃响应曲线,对于非线性较大的挖掘机机械臂控制对象,模糊PID控制器具有更优的鲁棒性和良好的自适应性。

关键词： 液压传动技术   专业培养计划   机电类专业   课程现状   讲授内容   教学内容和考核方式   线上线下教学   授课方式  

摘要： 为适应线上线下混合教学形势,在对《液压传动技术》课程现状进行分析的基础上,探讨了对该课程进行线上线下教学改革的必要性,以及在教学内容和考核方式方面的改革措施,并对线上线下混合式教学的优势进行了总结。

关键词： 多任务学习   注意力机制   代价敏感矩阵   液压系统  

摘要： 液压系统作为工程机械中重要的组成部分,其工作性能的好坏直接影响设备的工作状况和性能,因此对液压系统的各个关键部件进行故障预测具有着重要的意义。近年来,深度学习算法凭借其强大的特征提取能力和自适应力,而被广泛应用于故障预测领域。然而,深度学习在液压系统故障预测中都只是针对单一部件,这割裂了不同部件之间的相关性,从而使得难以完整地描述部件的故障的类型、程度等种类繁多的设备状态,也难以实现对监测部件中相近的故障状态以及复合故障的准确监测。并且考虑到现实中采集到的数据集会存在数据间平衡与不平衡这两种情况,这需要研究不同的算法进行监测。因此,本文以多任务网络为基础,针对数据平衡与不平衡情况,提出不同多任务网络算法对液压系统的阀门、蓄能器等多个部件的故障状态同时进行监测,其研究内容和创新如下:(1)考虑到在进行多任务网络学习时,多传感器采集的信号数据存在大量的冗余的信息,这往往容易造成网络信息过载,导致网络效果不好。此外,各个任务的难易程度不同,这也导致了它们学习的速度不一样,往往会出现简单任务已经过拟合,而困难任务才刚开始有效果。为了解决这些问题,本文提出了注意力-多任务自适应网络模型(CS-ADMLT+)用于数据平衡情况下的故障预测。该方法利用注意力机制对输入的传感器信息赋予不同权重,使得网络关注更为有用的传感器信息,从而达到缓解网络信息过载的效果。对于每个任务学习平衡问题,引入熵权法,并对计算方式进行改进,从而提出了一种新的自适应任务权重分配方法,以任务的损失值的离散程度来调节各个任务权重大小。测试案例表明,多任务网络要比单任务方法效果好很多,平均精度提高了1.7%,其中蓄能器的监测精度提高7%以上,而加入了注意力机制与改进的熵权法也使得蓄能器精度再次提高了2%。(2)针对实际工业环境中,液压系统数据中存在的各状态的样本数量不平衡情况,本文提出了一种自适应代价敏感矩阵的多任务学习算法(CS-MLT)。通过把自适应代价敏感矩阵加入到损失函数来构成新的损失函数,来处理这种不平衡。而自适应代价敏感矩阵是由样本代价矩阵和误分类代价矩阵构成,样本代价矩阵用来对各状态的样本数量进行平衡,误分类代价矩阵用来对不同状态间发生误分时给予不同的惩罚系数。其中,误分类代价矩阵会随着迭代次数而变化,从而实现了代价敏感方法的自适应调整。测试案例表明,随着数据集不平衡度的加大,CS-MLT依旧可以在取得较好的总体精度的前提下保证较高的召回率(对少数类的识别率)。(3)结合ATT-ADMLT+与CS-MLT算法进行液压系统故障预测软件设计,其中主要设计了监测模块和测试模块这两大模块,并且根据实际需求设计了这两个模块的各个功能按钮。

关键词： 井壁取心器   原位测量   液压系统   AMESim软件仿真  

摘要： 新型带原位测量功能的取心器解决了常规取心器无法在井下实时测量而造成岩心参数测量不准确的问题,可实现井下取心及原位测量的功能,液压系统是其任务实现的关键环节,因此设计了取心器的液压控制系统。取心器由推靠机构、取心机构、切换机构和测量机构组成。取心器的液压控制系统由取心模块、切换模块、推靠模块、原位测量模块组成。设计了新型切换升降控制系统,增加安全阀、双向节流阀、叠加式溢流阀,使切换液压缸入口压力平稳,避免出现振荡现象。设计了新型钻进控制阀,并对其静、动态特性进行了分析。最后基于AMESim软件建立液压系统的仿真模型,重点分析了双向节流阀在不同孔口直径下对切换液压缸入口压力、流量、活塞杆运行速度以及切换液压缸间隙泄漏量的影响。仿真结果表明:（1）钻进控制阀阀芯位移仅随大泵输入压力信号的变化而变化,可解决由于大泵压力与小泵压力同时受井温及井深影响而变化,导致钻进控制系统反应滞后无法快速控制的问题。（2）当双向节流阀孔口直径为1.5 mm和3.5 mm时,切换液压缸进口压力-流量曲线在0～0.15 s内振荡较大,产生液压冲击较大,噪声也就越大;当双向节流阀孔径为2.5 mm时,切换液压缸进口流量曲线在0～0.15 s内振荡较小,产生液压冲击较小,噪声也较小。（3）液压马达转速稳定在1986 rev/min;钻进液压缸在0-10 s移动0.056 m,25-50 s移动0.15 m;切换液压缸输入压力稳定在1.47 MPa,流量为9.70L/min;推靠液压缸进口压力稳定在6.5 MPa,位移为0.12 m,推心液压缸位移为0.07 m;探头液压缸位移为0.05 m。井下原位测量装置液压控制系统各液压缸进口压力无波动,活塞杆移动平稳,因此验证液压系统设计的合理性和可靠性。