关键词： 上卸扣装置   结构设计   有限元分析   液压系统   动力学仿真  

摘要： 在传统的修井作业中,油管的上卸扣过程是最复杂的环节之一,通常需要3～4名工人协作才能完成,工人经常手动推拉液压钳、拉紧卡瓦、扶正油管和对缺口,劳动强度大、危险系数高、作业面积比较大。基于以上情况和油田现场需求,设计出一种伸缩式井口自动化上卸扣装置,主要包括液压钳伸缩式输送装置、扶正装置、自动卡瓦、集成式作业平台和液压系统五大部分。 本文对国内外上卸扣装置研究动态进行调研,结合我国油田修井设备的标准和要求,设计出一种伸缩式井口自动化上卸扣装置。根据设计要求和参数完成装置的整体设计方案,完成伸缩式输送装置、扶正装置、自动卡瓦和集成式作业平台等关键零部件的结构设计,论证装置上卸扣工作流程的可行性,运用Pro/E5.0软件进行整个装置的三维建模。完成液压钳的选型设计,提出一种对缺口设计方案,校核了开口大齿轮强度,对钳体和油管进行理论分析,推导出夹紧机构、油管和钳牙受力的理论计算公式。对伸缩式输送装置、扶正装置和自动卡瓦的运动进行受力分析,完成三种部件液压缸的参数计算,通过理论计算,确定自动卡瓦中卡瓦牙和卡瓦体的外形尺寸。根据设计要求和工况分析,对液压元器件进行选型,单独设计出各个部件的液压系统,最终完成整个装置液压系统的设计,分析了液压回路工作流程,使用AMESim对升降液压缸和伸缩液压缸的液压回路进行仿真分析,得出其运动特性和各参数流量曲线,分析结果与理论计算相符,验证了该液压回路设计的准确性。使用Workbench对关键受力部件竖直导轨、滚轮挡体、固定杆和卡瓦座进行强度校核,仿真结果表明各个结构的强度和刚度满足设计要求。使用ADAMS对伸缩式输送装置进行动力学仿真分析,得出液压钳钳头端在Y和Z两个方向上的位移、速度曲线以及两个驱动端力的变化曲线,分析结果与液压仿真相对应,符合理论计算,验证了伸缩式输送装置结构设计的合理性。 伸缩式井口自动化上卸扣装置提高了作业效率,减少了井口作业工人数量,节约了作业面积,提高了作业的安全性,具有很好的环保性和使用效益。

关键词： 应急救援   破拆机器人   动态特性   能耗特性  

摘要： 破拆机器人是一种工业特种工程机械,其采用了三节臂的结构,配备多种液压属具,被广泛的应用在建筑拆除、道路施工以及应急救援的工作中。应急救援的场景要求破拆机器人能够拥有更久的一次性作业时长,对破拆机器人的能耗提出了更高的要求。在恶劣的环境中,破拆机器人工作装置可能会受到未知的干扰碰撞,从而对液压系统带来一定的冲击,影响破拆机器人液压系统的稳定性。本文设计了一种适用于应急救援的破拆机器人液压系统,并针对以上的问题对其液压系统进行动态特性及能耗分析,并以本文研究结论为参考进行了样机的试制。论文的主要内容如下: (1)根据应急救援的性能需求提出了破拆机器人的设计要求,选择适合破拆机器人的液压控制系统,按照设计要求从破拆机器人的行走装置、回转装置、工作装置三个部分进行了各关键元件的计算选型及校核。 (2)建立负载敏感系统的数学模型,在此基础上利用AMESim仿真软件搭建负载敏感系统的仿真模型。利用工作装置三维模型获取工作臂各部件质心以及坐标等重要参数,并以此建立破拆机器人工作装置的Planar仿真模型。建立多路阀与压力补偿阀的数学模型,结合以上模型以及主要元件的参数,建立破拆机器人工作装置的机械-液压系统仿真模型。 (3)在工作装置机械-液压系统仿真模型中设置多路阀不同的开口大小,得出工作臂液压缸在不同多路阀不同开口时的位移速度曲线,结合多路阀数学模型通过对速度曲线进行分析研究,验证其具有良好的调速特性。在研究过程中,发现不同泵产品及其各配套元件的参数对破拆机器人动态特性有重要的影响,为匹配适合的泵产品,根据产品参数设置不同仿真模型参数,对其在突变载荷下各自的抗冲击能力进行对比分析,结果显示:采用75ml/r泵产品在遭受突击载荷时,其泵出口压力超调量为0.26%,并经过1.06s后恢复稳定,性能优于其余产品组。 (4)对工作装置复合动作进行仿真,得出主要元件的能量损耗曲线及泵功率曲线,通过曲线得出泵输出功率及主要元件的能耗数据:泵输出功率的利用率较高且达到了62.4%,能量主要损失在多路阀和压力补偿阀中,约占泵输出功率的33%。通过负载敏感泵、多路阀和压力补偿阀的数学模型对仿真曲线进行分析,并获取各元件能量损失的主要影响因素:多路阀能量损耗的主要来源于泄漏以及压力损失;压力补偿阀损耗功率大小主要取决于系统中各工作臂液压缸支路的负载压力差。以本文的研究为依据,进行了破拆机器人样机的试制,并对样机进行了性能检测,样机相关性能参数均达到了预期设计。

关键词： 高职院校   装备制造专业   液压传动类课程   思政元素   融入方法  

摘要： 在占据高职课程教学大部分内容的专业课程中有效地融入思政元素，是对学生进行思政教育的重要途径。通过对高职装备制造专业液压传动类课程思政背景进行分析，以及对职业院校液压传动类专业课课程思政现状进行总结，结合液压传动类课程中的液压传动概述、液压系统各部分组成详解、液压传动应用案例三大部分主要教学内容，以爱国主义、职业道德、规则意识、辩证思维四个方面为总体原则，创新性地探究各部分教学内容有效融入思政元素的方法，并做系统性归纳。提出的液压传动类课程教学中相关思政元素融入方法，旨在促进专业课程知识传授、技能训练与思政教育相辅相成，实现立德树人润物无声，以满足社会对高素质技术技能人才的需求。

关键词： AMESim   AGC   液压缸内泄漏   迁移学习   故障诊断  

摘要： 液压系统是工业生产中必不可少的设备,液压缸作为液压系统的动力环节,当液压缸发生故障,可能引发严重的安全隐患。因此,对液压缸的健康状况进行精确的诊断和监测,显得尤为重要。最近几年,以深度学习为主的人工智能技术为液压缸故障诊断提供了新方向。然而,在实际应用环境中,深度学习模型在大量数据样本大前提下才能进行训练,而且训练和测试阶段要使用概率分布相同的样本。这就导致了少样本分类问题和非均衡分类问题。 针对以上问题,以某钢厂冷连轧机的AGC液压系统为研究对象。首先,利用AMESim软件对液压系统系统建模,获取液压缸仿真故障数据,解决了故障样本难以获取的问题。其次,利用仿真数据训练DCNN-LSTM模型,引入迁移学习技术对液压缸实际内泄漏故障进行诊断,解决了深度学习中小样本分类问题。同时利用Rand WPSO优化算法对小样本数据集进行优化,使模型具有更好的性能。 主要研究内容如下: (1)介绍了AGC液压系统的工作原理及其数学模型,并总结了系统的常见故障。 (2)根据AMESim仿真软件的特点,结合AGC液压系统的工作原理建立仿真模型,给出特性曲线,验证所建模型的可靠性。最后对液压缸内泄漏故障的三种状态进行仿真,得到故障数据。 (3)构建DCNN-LSTM模型,使用通过仿真得到的故障数据对DCNN-LSTM进行训练,通过与CNN、BPNN、T-S FNN、DBN四种神经网络模型的对比实验,验证所提模型对液压缸故障的识别效果。 (4)针对小样本问题,提出基于迁移学习的液压缸故障诊断模型,利用少量数据实现高效诊断。通过与其他方法对比,验证了模型在小样本条件下的有效性。 本文通过分析AGC液压系统的工作原理,在AMESim仿真软件上对其建模,并获取液压缸内泄漏故障仿真数据,利用仿真故障数据训练DCNN-LSM模型,引入迁移学习技术对液压缸实际内泄漏故障进行诊断。

关键词： 港口机械   液压系统   故障诊断   故障预测   机器学习  

摘要： 港口机械的液压系统在恶劣的工作环境下长期运行，极易发生各种故障，影响设备运行效率和可靠性。本文针对港口机械液压系统的常见故障，提出一种基于机器学习的故障诊断与预测方法。首先通过各种传感器采集液压系统的实时运行数据，然后利用数据预处理技术去噪和特征提取。在此基础上，训练多种机器学习模型对故障模式进行分类和预测。通过在港口起重机上的应用验证，该方法能够准确诊断多种常见的液压系统故障，并及时预警潜在的故障风险，为设备维护提供有力支持，提高设备可靠性和运行效率。

关键词： 液压系统   压力脉动   衰减器   衰减特性   实验验证  

摘要： 液压系统中的压力脉动是影响系统性能稳定性和噪声水平的关键因素之一。液压系统内部的压力脉动是指系统中压力在一定范围内快速波动或变化的现象。引起这种脉动的原因有多种,如系统设计缺陷、元件损坏、液体流动不稳定等。压力脉动的产生会危及整体液压系统的安全性与可靠性。因此提出一种能有效缓解液压系统内压力脉动影响的压力脉动衰减方法,对保证液压系统工作性能稳定有着重要意义。 本文围绕压力脉动衰减器的结构设计、工作原理、模拟与实验进行了系统性研究。基于流体力学和弹性力学方程,建立了液压系统压力脉动的数学模型,并进一步建立了考虑衰减器结构参数影响的压力脉动衰减模型。利用计算流体力学软件进行了CFD仿真分析,研究了脉动衰减器的结构参数、安装位置以及系统负载大小等因素对压力脉动衰减器衰减效果的影响规律。 在理论分析和模拟研究的基础上,设计并制造了不同参数的压力脉动衰减器实验样机,并搭建了液压系统测试平台进行了实验研究。通过比较泵源出口处与压力脉动衰减器出口处的压力脉动数据,验证了仿真分析与数值分析结果的准确性,并评估了不同的结构参数对脉动衰减器衰减效果的影响。实验结果表明,设计适当的压力脉动衰减器能显著降低液压系统的压力脉动,提高系统的工作稳定性和降低噪声。 最终,根据研究结果确定了一种新型压力脉动衰减器结构,为解决工程应用中液压系统压力脉动问题提供了理论指导和技术支持,本研究不仅深化了对液压系统压力脉动现象及其衰减机制的理解,也为液压系统设计和优化提供了新的思路和工具。

关键词： 救援机械臂   负载敏感系统   联合仿真   位置控制   模糊控制  

摘要： 救援机械臂作为一种高效、灵活的救援工具,在各种紧急情况下,如地震、火灾、交通事故等,都展现出了其独特的优势和重要作用。本文研究的七自由度机械臂采用液压驱动,其优势在于能够提供更高的输出功率,但是由于救援机械臂需要在不同工况下工作,各臂执行元件的负载是实时变化的。因此,本文进行机械臂的机械动力学系统和液压系统的联合仿真,研究机械臂在实际工况下的动态性能,为提高系统抗负载干扰的能力引入模糊控制方法,使其能够根据实际工况下的参数变化实时调整PID数值,实现机械臂系统的高精度控制。 利用改进D-H法建立了七自由度冗余救援臂的连杆坐标系,进而求解运动学方程,通过与MATLAB仿真结果对比分析,验证了运动学方程的准确性,为后续求解机械臂工作空间提供基础;采用几何法求解机械臂关节角度变化范围,完成了从驱动空间到关节空间的转换,为后续进行不同工况的动力学分析提供数据基础;采用蒙特卡洛法求解出机械臂的工作空间,验证了机械臂的工作空间范围满足工作需求;利用ADAMS对机械臂进行了挖掘和搬运工况下的动力学仿真研究,分析两种工况下各液压缸的负载变化情况,得到各液压缸最大负载力,为后续进行液压元件的参数计算以及型号选择提供数据基础。 根据救援机械臂的作业需求,设计了液压负载敏感系统,该系统采用负载敏感泵和负载敏感阀组合的方式;通过AMESim软件搭建机械臂单缸动作和复合动作的仿真模型,验证了设计的液压系统的合理性。 通过AMESim搭建救援机械臂的机械系统和液压系统联合仿真模型,仿真分析了机械臂的大臂单独动作时以及多臂复合动作时液压系统的动态性能,验证了机械臂整体系统的有效性和合理性。 针对联合仿真出现的位置误差问题,将PID控制及模糊控制引入液压系统中建立AMESim和Simulink的联合仿真模型,分析负载变化时系统的响应性能,通过对比,表明了模糊PID控制能够根据外负载变化实时调节控制参数,并且其控制效果优于传统PID,提高了位置控制精度。

关键词： 减摇鳍液压系统   故障诊断   EMD-KPCA数据预处理   极限学习机   蝗虫优化算法  

摘要： 船舶减摇鳍是一种安装在船舶两侧的翼状装置,其主要功能是在海浪中减小船舶的横摇,从而保障船舶的安全航行。减摇鳍系统的任何故障都可能导致严重的海上事故。因此,开发有效的减摇鳍系统故障诊断方法对于提升船舶航行的安全性和可靠性极为关键。减摇鳍系统是一个复杂的耦合系统,它结合了机械、电气和流体动力学的特性。系统的故障可能由多种因素引起,而且故障往往具有隐蔽性,这使得快速而准确地诊断系统故障成为了一个迫切需要解决的科学研究问题。本文研究船舶减摇鳍的液压系统,探索基于数据的智能故障诊断技术。本文的研究工作主要分为以下几个方面: (1)使用AMEsim软件中的HCD库与MATLAB联合仿真,搭建了减摇鳍液压系统模型,以鳍角信号作为输出调节。结果表明:无论是正弦输入信号还是阶跃输入信号,模型都能够准确的跟踪输入信号,误差在允许范围内。 (2)使用已建立的减摇鳍模型,通过改变模型的参数,模拟减摇鳍液压系统的常见故障。分析故障工况下的鳍角、压力、流量等参数的变化情况。研究表明:大部分的故障工况与减摇鳍正常运行时的各种运行参数变化不明显,这为后续的故障诊断带来了难点。 (3)针对减摇鳍系统故障工况与正常运行时的参数变化不明显的问题,提出了基于核主成分分析(Kernel Principal Component Analysis,KPCA)的数据预处理方法。通过采集故障仿真模型的24个通道的数据作为原始信号,然后对原始数据使用KPCA算法进行降维。将降维后的数据作为经过蝗虫算法(Grasshopper Optimization Algorithm,GOA)优化后的极限学习机(Extreme Learning Machines,ELM)的输入,进行故障种类的辨识。结果表明,除去故障标签为1、4、7的工况,其余诊断精度都在90%以上,具有较高的可行性和实用性。 (4)针对故障标签为1、4、7的工况难以区分的问题,提出了基于经验模态分解(Empirical Mode Decomposition,EMD)和KPCA相结合的数据预处理方法。通过EMD算法先提取出液压缸左腔流量的时频域特征,将经过EMD分解后的信号代替原先的液压缸左腔流量。结果表明,加入EMD分解后,对于故障标签为1、4、7的工况区分度有很大提升,除了工况1外,其余精度都高达90%以上,且总体故障诊断精度有较大提升。