关键词： 林业机械   机械传动系统   改进蒙特卡罗法   调速特性   参数辨识   液压系统选型  

摘要： 在目前农林作业机械静液压传动系统的设计阶段,存在对其实际效率特性考虑不足的问题,同时在效率特性建模时,由于参数变化范围未知也会导致其参数辨识困难。为了解决以上问题,对其匹配设计、效率特性模型参数辨识以及减速器传动比影响关系进行了研究。首先,针对某型林果采摘机械的“变量泵-定量马达”动力传动系统,基于整机于松软土路面行驶时的阻力特性,估算了需求功率,并匹配了变量泵和定量马达型号;然后,提出了一种决策变量自适应变化的改进蒙特卡罗(I-MCM)法,根据已选静液压系统的台架试验样本数据,采用参数辨识方法建立了静液压系统效率特性模型,同时将其与蒙特卡罗法和改进的粒子群算法进行了对比;最后,基于已建立的效率特性模型,分析了减速器传动比设计值对整机能耗的影响。研究结果表明:在参数变化范围不确定的情况下,I-MCM仍能有效实现参数辨识,且辨识后的模型误差为4.05%;静液压系统在整机使用过程中的效率特性受减速器传动比的影响,两者在传动比设计值的变化范围内呈反相关,最优设计值平均传动效率为81.45%,高出最劣设计值10.53%。该研究可为我国农林作业机械或工程机械特性评估及优化设计提供参考。

关键词： LASSO算法   RBFNN   采煤机液压系统   故障诊断  

摘要： 针对采煤机液压系统故障诊断精度不高的问题,提出一种套索(LASSO)算法与径向基函数神经网络(RBFNN)相结合的故障诊断模型。首先利用LASSO算法去除液压系统中冗余特征,筛选关键故障特征,减少模型过拟合风险;故障特征筛选后确定RBFNN拓扑结构,将采煤机液压系统故障数据输入模型中,进行故障诊断;最后将LASSO-RBFNN模型诊断结果与RBFNN模型和BP神经网络模型诊断结果进行对比。试验结果表明,该模型可用更短的网络训练时间得到较高的故障诊断精度。

关键词： 两挡混动变速器   低成本   液压系统   离合器控制压力   节流孔  

摘要： 传统变速器和混动变速器的液压系统一般采用先导比例电磁阀和滑阀组合的形式控制主压,主压经过比例减压阀调压之后成为离合器控制压力,此类液压系统较为复杂,成本较高。为降低混动变速器的成本,开发基于节流孔调节离合器控制压力的液压系统,通过AMESim仿真软件进行仿真计算,节流孔孔径设计值为0.70 mm,为保证产品的一致性,减少制造误差的影响,节流孔孔径的公差值为±0.015 mm。经过制作样件,搭载混动变速器进行试验,结果验证有效,满足设计需求。

关键词： 无人扫雷车   液压系统   故障诊断   状态评估  

摘要： 随着军工领域的快速发展,装备系统更加复杂、集成度更高。在军工装备系统中,无人扫雷车的维护系统不断革新,传统的故障检测和维修保障已无法满足现代军工领域的迫切需求。液压系统作为无人扫雷车主要动力传动系统,在进行排雷作业时由于长期受到地雷爆炸的冲击,使得液压系统极易发生故障,一旦发生故障将会带来不可估量的损失。因此,为了及时的了解无人扫雷车液压系统的运行状态,保证无人扫雷车高效的完成排雷任务,对无人扫雷车的液压系统进行故障诊断和健康状态评估的技术研究尤为重要。 首先,本文以无人扫雷车液压系统为研究对象,基于集中参数和物理元件数学模型,建立无人扫雷车液压系统仿真模型,对仿真模型注入几种常见的故障类型,并提取出系统内关键节点的压力、流量、转速等信号,构建无人扫雷车液压系统的故障诊断和健康状态评估的数据集。 其次,针对无人扫雷车液压系统故障诊断困难的问题,提出了改进淘金优化器算法的XGBoost故障诊断模型,对于淘金优化器算法容易陷入局部最小值的问题,引入Piecewise混沌映射和柯西变异的方法提升了算法的寻优效率,实验结果表明所提的故障诊断模型能够很好的对扫雷车液压系统故障进行分类,提高了诊断的准确率。 最后,若故障诊断结果并未出现异常,说明此时的系统可以正常作业,但液压元件的退化状态无法从故障诊断的结果中得到,需对液压系统进行健康状态评估。在无人扫雷车液压系统的健康状态评估工作中存在液压元件健康状态的确定、各级指标权重确定的问题,利用改进CNN-GRU模型对系统内液压元件进行状态评估,使用模糊层次分析法建立权重矩阵,结合模糊综合评价,得到系统级评估结果。最后,设计了无人扫雷车健康管理系统,将故障诊断模型和健康状态评估模型集成嵌入到系统中,实现无人扫雷车液压系统系统故障诊断以及健康状态评估。 通过对比分析与验证,改进淘金优化器算法的XGBoost故障诊断模型能对无人扫雷车进行准确故障诊断,改进CNN-GRU模型也实现了对无人扫雷车液压系统的健康状态的正确评估。

关键词： 平行作业   锚杆钻机   液压系统   有限元分析   ADAMS运动学分析  

摘要： 我国煤炭资源主要在井下开采,在进行煤矿井下开采时需要开掘巷道并对其进行支护加固,目前,井下巷道的支护形式以锚杆支护为主。一般井下煤矿巷道掘进和支护需交替进行,并且不能对新截割的巷道进行及时支护。针对上述问题,本文设计一种单轨吊式锚杆钻机,该设备能够对井下巷道进行及时支护,实现巷道掘进和锚杆支护的平行作业,节省了因交替作业所浪费的时间,从而提高煤矿开采效率。文章主要内容如下: 首先分析了锚杆钻机和单轨吊煤矿机械的研究现状,对单轨吊式锚杆钻机的整体结构进行了设计,并对其工作原理进行了说明,设计和介绍了伸缩支撑臂装置、滑移摆动装置、顶板支撑装置、锚杆钻机装置。通过对比,确定了动力头进给装置的驱动形式,依据作业工况,计算并确定了钻机的主要技术参数,并对平行作业过程进行了说明。 基于单轨吊式锚杆钻机的工作原理,对动力头旋转和进给回路、支撑臂伸缩回路、支撑臂俯仰回路等液压系统回路进行设计,并确定了单轨吊式锚杆钻机的整体液压系统,基于钻机参数和工作负载,对液压元件进行了参数计算及选型。利用AMESim对主要回路进行建模和仿真,验证了所计算的液压元件参数的正确性以及液压系统回路设计的合理性。 根据实际工作负载情况,利用ANSYS软件对单轨吊式锚杆钻机关键部件进行了静力学分析,通过得到的变形云图和应力云图,分析得出零部件的安全系数很大,均满足设计要求。然后利用ANSYS软件对关键部件进行模态分析,通过分析得到的前六阶的振型图和自身固有频率,验证了所分析的部件在工作时不会发生共振现象。 利用ADAMS软件对单轨吊式锚杆钻机进行了运动学分析,通过分析得到的仿真结果曲线,验证了模型运动轨迹合理,运动过程平稳,机构各部件的运动不会相互干涉,能够完成预期动作,钻机装置设计合理。 图[91]表[19]参[78]

关键词： 抓管机械臂   液压系统   机液一体化   热仿真研究  

摘要： 近年来,随着科技水平的提高,煤矿的智能化方向正日益成为行业研究的主流。在此背景下煤矿抓管机器人应运而生,其利用液压驱动机械臂代替人工完成井下的管道安装任务。作为一款典型机液一体化系统的机器人,其液压系统工作过程中会产生能量损失进而转化为热量,使油液温度升高,矿下工作环境的温度逐渐升高对人员健康和安全构成了严重威胁。因此,减少矿下机械的产热,既为矿下人员安全着想,同时也是低碳排放、实现绿色环保运作的关键措施。在当今工业技术高度发达的时代,节能环保亦是一个行业高质量发展的风向标。综合上述考虑,本文以某研究院研制的煤矿抓管机器人机械臂为研究对象,基于减少液压系统产热降低能耗考虑,展开如下研究: (1)针对抓管机械臂的管道举升和下放安装过程,基于AMESim与Simcenter 3D机液一体化仿真方法,对液压驱动回路热特性以及动态特性进行综合性分析,并对回路进行改进。首先,利用Simcenter 3D建立其动力学模型,并通过仿真与理论计算对比验证模型的正确性。其次,利用AMESim分别搭建泵、多路阀和平衡阀等重要元件以及整体液压驱动回路仿真热模型,在热力学、液压系统理论计算基础上验证模型的正确性。 (2)创建具有机液耦合特性的抓管机械臂机液一体化仿真热模型。基于管道安装过程设定仿真工况,分析不同常见因素对液压系统产热的影响,但多数因素都具有限制性,无法从根本上减少液压系统产热,实现低碳、环保的可持续发展。通过分析主要元件产热可知泵和平衡阀的产热较大,主泵采用了负载敏感技术,能耗较低。因此从平衡回路入手进行优化设计,进一步的从根源上减少系统的产热。 (3)针对平衡回路的热特性各重要影响因素进行分析改进,并利用响应面法求得最佳参数组合,力求既能维持平衡回路动态特性的同时又能降低平衡回路产热。以中臂为例,模拟600 s工况时,仿真结果表明:中臂有杠腔温度由优化前的36.10℃,降低到32.56℃,相比降低9.81%。在一个工况30 s内,中臂有杠腔温度由21.80℃降低到21.41℃,降低1.79%;管道下放工作阶段17～20 s内中臂活塞杆平均运动速度波动由之前的0.018m/s降低到0.016 m/s,降低了11.11%。优化后能够有效地减少平衡回路的产热问题,同时又使平衡回路的运行变得更加稳定,更利于低碳排放、实现绿色环保的可持续发展观念。 利用机液一体化的仿真较传统单一的机械或液压的研究方法,更注重机械臂的机械系统与液压系统之间的耦合关系,使仿真结果更加符合生产实际。该方法对于机液耦合系统的技术消化以及产品升级具有借鉴意义。

关键词： 双机械臂   破障机器人   液压系统   协同作业   负载敏感   工作特性  

摘要： 自然灾害、交通事故及其他意外事件的频发经常导致人员被困,给人民群众的生命和财产造成重大危害,现有的大型救援破障设备存在难抵达救援现场、难处理复杂救援任务等问题。因此针对有限空间内的应急救援要求,急需研制一款搭载双机械臂的协同破障机器人,通过不同液压破障工具协同作业,提高整机的作业性能和救援效率,快速完成复杂的救援任务。论文主要研究内容如下: (1)开展双臂协同破障机器人机械臂结构及整体液压系统设计。通过分析双臂协同破障机器人不同作业工况,确定液压系统的设计要求。设计机械臂结构确定双臂驱动系统负载。通过阀控负载敏感定量系统实现液压系统多执行器协同作业,结合双臂协同破障机器人自身工作条件约束,选用单电机-双联泵的液压系统动力源方案,为了合理分配负载,设计增压回路实现单泵驱动低压和高压两种液压破障工具。满足了双臂协同破障机器人多执行器协同作业设计要求,使双臂协同救援平台面对复杂的事故灾害现场可以高效、快速、安全地完成破障救援任务。 (2)进行双臂协同破障机器人液压系统建模与分析。通过AMESim建立了双臂协同破障机器人液压系统模型并进行最大负载工况下的仿真,结果表明双臂协同破障液压系统能够适应各回路的最大负载,验证了系统设计方案的合理性。 (3)完成双臂协同破障机器人液压系统动态工作特性分析与优化。通过模拟不同液压破障工具实际作业时的变负载信号,分析研究双臂协同破障机器人液压系统在剪切-顶升、破碎-剪切等协同作业工况下的动态工作特性;通过蓄能器优化降低增压回路协同作业时回路间的相互影响。 (4)完成双臂协同破障机器人液压系统性能测试。首先通过液压综合实验平台对双臂协同破障机器人基本工作性能进行测试;然后利用液压破碎镐、液压顶升缸、液压剪等多个液压破障工具协同破障,测试了液压破障工具驱动系统实际协同作业的工作性能。实验结果表明,协同破障机器人的液压工具驱动系统能够适应各液压工具协同作业负载变化并持续输出完成破障任务所需液压力,双臂协同破障液压系统性能满足破障需求。

关键词： 迈步式铺锚支机器人   TRIZ理论   液压同步系统   模糊PID  

摘要： 掘锚支一体作业装备作为矿井开采过程中的重要设备,可实现巷道的掘进、支护平行作业,提高成巷效率。论文提出了应用于煤矿掘锚支设备领域的迈步式铺锚支机器人,改善了传统装备铺锚协同作业效率低以及临时支护支架液压系统同步性低等问题。本文对迈步式铺锚支机器人以及迈步式自移支架开展了结构设计、静力学分析、液压同步系统及其控制器设计仿真分析。主要工作如下: 首先,运用了TRIZ理论对迈步式铺锚支机器人进行创新设计,通过九屏分析法、功能组件分析与因果轴分析等方法探究了现有铺锚支机器人效率不足的主要原因,运用技术矛盾法、物理矛盾法以及76重标准解法得出了11种技术方案,整合各技术方案完成了迈步式铺锚支机器人的结构设计;在ANSYS Workbench中通过静力学仿真以及与煤块的碰撞仿真分析了迈步式自移支架在各工况下支架变形与应力分布情况。 其次,建立了迈步式自移支架泵控多负载液压系统模型,对各子系统中液压元件进行选型设计,推导了平衡式阀配流双排轴向柱塞泵输出流量公式,建立了双排轴向柱塞泵、高速开关阀、同步阀的AMESim仿真模型,分析了推移回路以及迈步支腿回路中各液压缸在偏载情况下的流量、位移、位移差以及速度差等液压系统动态特性。 最后,建立了迈步式自移支架的液压同步控制系统,讨论了经典PID的优缺点,介绍了模糊PID的设计流程。在AMESim中建立了传统PID控制模型,随后在Simulink中建立了模糊PID控制系统并与AMESim进行联合仿真,对比分析了使用不同控制器的液压缸位移差以及速度差等输出参数。 图[81]表[14]参[87]

关键词： 状态监测   深度学习   注意力机制   多尺度空洞卷积   多任务学习  

摘要： 液压系统作为工程和制造领域中不可或缺的组成部分,其能否正常运行直接影响到设备稳定性和生产连续性。因此,对液压系统进行运行状态监测并及时维护至关重要。近年来,随着传感器技术与人工智能技术的发展,液压系统的状态监测逐渐趋于智能化,但目前仍存在着一些问题:第一,对于液压系统的状态监测过于依赖单一传感器,然而单个传感器能够反馈的信息量有限,现有方法整合多传感器数据时效率较低且对于长期依赖关系建模效果不佳。第二,大多数研究仅针对单一液压元件进行监测诊断,忽略了系统内部元件之间的关联性,并且对于状态更为细化且相互耦合的液压元件,传统算法通过简单堆叠网络层的方式无法较为有效地提取不同传感器的信息,导致模型在特征融合方面受到限制。针对以上问题,本文基于深度学习开展液压系统的状态监测工作,主要研究内容如下: (1)针对传统方法整合多传感器数据效率较低并且对于长期依赖关系建模不足的问题,提出一种基于TCN-MHSA(Temporal Convolutional Network with Multi-Head Self-Attention)的液压系统状态监测方法。首先设计多尺度因果膨胀卷积构成时间卷积网络,以有效处理长期依赖关系而不受限于局部感受野;然后,将多头自注意力机制引入时间卷积网络,使其能够更好地捕获多传感器数据之间存在的非线性关系和高度交互模式,从而提高模型的表征能力和泛化能力。实验结果表明,所提出的方法在液压系统状态监测任务上表现出色,并通过消融实验和对比实验,验证了该方法的有效性。 (2)针对液压系统元件之间存在相互作用和耦合而导致其状态监测困难的问题,提出一种基于MSDD-CMT(Multi-Scale Dilated Dense Net with CBAM and Multi-Task Learning)及多任务协同算法优化的液压元件状态监测方法。首先设计多尺度空洞卷积模块提取多传感器信号特征,并将该模块通过密集连接的方式组成密集空洞卷积层,在增大模型感受野的同时缓解梯度消失现象;在每层密集空洞卷积层后加入卷积注意力机制来提升特征提取过程中网络对空间和通道信息的理解;此外,在网络的输出层采用多任务学习机制来提升诊断效率并增强模型的泛化能力;最后,采取梯度优化策略消除多任务训练所导致梯度上的冲突问题,实现了对多个元件状态的同时监测。通过模块与优化策略的消融实验以及与主流模型的对比实验,验证了该模型能够有效完成对多个液压元件的监测任务。 (3)针对算力有限的场景下大参数量模型部署困难的问题,提出一种基于多尺度深度可分离卷积的轻量化元件监测模型。该模型以密集空洞卷积层构成的网络为主体,将多尺度卷积结构改进为多尺度深度可分离卷积结构,使得卷积操作被分成深度卷积和逐点卷积两步,分别针对通道和空间维度进行处理,从而大幅度减少了模型的参数量和计算量。通过对比验证了轻量化模型在参数量和大小都减小的情况下仍能够维持基本性能。最后基于PyQT5工具,采用MVC架构设计液压系统状态监测软件。