数字孪生下的液压缸机械运行位置自动控制

液压缸机械系统非线性特征复杂,机械运行行为特征不明确,位置控制结果存在偏差,对此,该文提出数字孪生下的液压缸机械运行位置自动控制方法。连续检测液压缸机械系统运行状态,构建非线性状态方程,对比实际测量数据与输出数据的差异,选取RBF核函数与支持向量机,机械运行位置变化量,描述机械运行行为特征,建立位置控制目标函数,将最高适应度值对应的位置点自动更新为副本位置点,引入猫群算法求解目标函数,对位置控制目标函数的全局最优解展开更新,实现液压缸机械运行位置自动控制。实验结果表明,所提方法应用后,位移检测曲线与实际位移曲线之间的偏差较小,且在恒负载工况下和变负载工况下,位移稳态误差均较小,说明其机械运行位置自动控制结果精度高、控制效率高、控制精度高。

非全周开口滑阀阀控数字液压缸动态特性分析

现有阀控数字液压缸中集成的滑阀通常采用全周开口,其流量增益大、阀芯所受液动力大,严重影响数字液压缸的起动和切换时的动态响应特性。针对6种典型非全周开口滑阀结构,计算了各阀芯节流槽过流面积,确定了在过流面积相同的情况下,一级(U、V、K形)和二级(UU、UV、UK形)节流槽的结构参数;比较了不同结构形式的非全周开口滑阀的数字液压缸在阶跃信号下的响应和阶跃负载扰动的响应。仿真及实验结果表明:相较其他阀口形式,节流槽采用K形及UK形结构时,数字液压缸在阶跃输入信号下的响应较好;而相较于UK形节流槽,阀芯采用K形节流槽时,滑阀控制的数字液压缸的负载刚度更好,速度冲击更小,但活塞无杆腔建立工作压力较慢;阀芯采用UK形节流槽时,滑阀控制的数字液压缸的在相同负载干扰下响应速度更快。

高性能液压缸数智化设计与制造平台的构建与应用

高性能液压缸的生产工艺柔性大,加工周期长,其生产属于典型的非标、单件小批量离散型制造模式,在设计和生产中难以优化和控制。针对液压缸生产企业在使用数字化设计和流程管控软件时软件集成度低和耦合度高的问题,设计了一种高性能液压缸数智化设计与制造平台。通过可重构中间件技术,该平台集成了AutoCAD、SolidWorks等软件接口,并在融合神经网络算法和多目标优化技术的同时,构建了图库、工时预测、柔性工艺规划等数字化设计和生产管控模块。该数智化设计与制造平台可以实现设计与制造过程的全生命周期管控,为制造企业实现数智化转型提供有力支撑。

数字液压缸驱动的六自由度并联机器人刚度特性研究

六自由度并联机器人采用数字液压缸驱动相比于采用电液伺服缸驱动,具有成本低、可靠性高、抗污能力强和结构简单等优点,为研究数字液压缸驱动的六自由度并联机器人刚度特性,首先建立数字液压缸的数学模型并推导出闭环刚度,然后基于全微分法建立六自由度并联机器人的误差传递模型,并结合数字液压缸的闭环刚度,推导出数字液压缸驱动的六自由度并联机器人的刚度矩阵,并分析了刚度矩阵的影响因素,建立AMESim仿真模型并进行仿真研究,揭示出并联机器人各自由度的刚度与正开口量、滚珠丝杠导程等系统固有参数以及与并联机器人位姿之间的关系,研究结果还表明,当并联机器人沿除升沉方向以外的其他方向运动时,升沉自由度和其他自由度之间存在耦合,且耦合刚度会随并联机器人位姿的变化而变化。该研究对数字液压缸驱动的六自由度并联机器人研制及应用有一定的理论价值和实际意义。

基于有限元分析的液压缸密封圈磨损分析

液压缸密封圈磨损原因较多,难以通过肉眼直观观察,很难找到直接原因,提出基于有限元的液压缸密封圈磨损量分析方法。基于液压缸密封圈几何模型、材料模型和物理模型,分析了橡胶密封圈在应力和应变上的非线性,通过定义应变密度函数,构建了液压缸密封圈的有限元模型。根据液压缸活塞的密封结构,分析了液压缸活塞的运动特点,利用Archard模型描述密封圈的外观特征变化,通过计算密封圈接触面上任意一点的磨损深度,分析液压缸密封圈的磨损量。试验结果表明,所研究方法可以对液压缸密封圈的裂纹深度与裂纹扩展角度进行有效分析,两项指标的试验分析与实测结果基本一致,裂纹深度的试验分析误差最大值仅为0.002 mm。方法有助于提高液压缸设计的密封可靠性。

结构强度试验液压缸振动智能检测及定位方法

针对结构强度试验加载过程中液压缸振动问题,提出了一种液压缸振动智能检测及定位方法,通过对常见液压缸振动信号的捕捉建立异常声音信号专家知识库,同时在试验现场布置声音检测传感器阵列以获取液压缸振动信号,通过与专家知识库匹配确定异响来源并分析可能的原因。引入液压缸空间分布坐标,对可能发生振动的液压缸进行快速定位,对液压缸振动的位置和原因进行快速检测判断,起到辅助试验实施、降低试验风险的作用。

结构强度试验液压缸测试框架设计改进与应用

针对液压缸测试支持框架使用过程中换装效率低、对吊装的依赖性较高的问题,提出了一种新型开放式框架改进方案。利用仿真分析对框架的刚度进行精确设计,并在框架底部安装万向轮,以方便标定过程的转场。同时,通过仿真分析对框架进行了强度校核,使其具备较高的安全裕度。与已有的框架相比,改进方案的框架具有更好的场地适应性和可靠性。

农业机械液压缸的结构及机械加工工艺分析

在目前的农业生产中,机械化已经成为提高效率和生产力的关键手段。作为核心部件之一的液压缸在农业机械中发挥着不可或缺的作用,它的性能直接影响到整体机械的工作效率和稳定性。因此有对农业机械液压缸的结构和机械加工工艺进行深入分析,这对于提高农业机械的性能和可靠性具有重要意义。为此,通过对液压缸的结构特点和加工工艺的探讨,揭示其在农业机械中的作用和改进方向,以期为农业机械的设计和维护提供理论支持和实践指导。

基于模糊PID的变幅液压缸伺服位置自适应同步控制技术

液压系统中存在许多非线性因素,例如摩擦、死区和溢流等。这些非线性特性会影响伺服位置的精度和同步性能,导致控制系统的不稳定和误差积累。为此,提出基于模糊PID的变幅液压缸伺服位置自适应同步控制技术。考虑变幅液压缸伺服系统的运行结构,分析变幅液压缸动力,构建液压缸以及伺服阀的数学模型;利用伺服输出流量和压降的关系,获取速度前馈控制信号;将其反馈到系统中,设计模糊自适应PID同步控制器,实现变幅液压缸伺服位置同步控制。实验结果表明,所提方法对液压缸的同步效果很好,有效减少了液压缸伺服位置控制的误差,在不同信号干扰下,有效提高其控制稳定性和同步性能,控制器超调量平均约为0.059%,响应速度较快。

试验液压缸活塞控制器优化开发

针对试验液压缸安装过程中对多点协调加载控制系统的依赖性,提出了一种液压缸活塞控制器研制方法,采用单片机作为处理器核心,实现了液压缸活塞伸缩量的精确控制,且系统响应速度可调。当试验加载点安装空间狭小时,控制器可以提高活塞运行的安全性,在工程中具有可靠的应用价值。

四通阀控非对称液压缸微分前馈伺服控制方法分析

非对称液压缸的左右两腔有效面积不同,导致其动态特性和控制策略相较于对称液压缸更为复杂,提出四通阀控非对称液压缸微分前馈伺服控制方法。建立四通阀控非对称液压缸的数学模型作为被控对象,设计一个微分前馈控制器应用于伺服系统,根据输入指令和反馈信号实时调整四通阀的开度,实现对非对称液压缸的控制。实验结果表明,设计方法下阀控非对称缸伺服系统跟随响应曲线的滞后时间为0.024 s,幅值衰减5%,在伺服系统控制要求的允许范围内。

基于伺服液压缸X形密封圈的数值模拟

针对伺服液压系统中的执行元件伺服液压缸活塞中的X形密封圈,采用有限元分析软件ANSYS建立其二维轴对称有限元模型,研究X形密封圈在沟槽圆弧半径、流体压力、初始压缩率不同参数的条件下,对Von Mises应力、主接触面最大接触压力大小的影响。结果表明:内行程时沟槽圆弧半径为2.6 mm时密封性能最佳,外行程时沟槽圆弧半径为2.2 mm时密封性能最佳;X形密封圈在流体压力为10~20 MPa的范围内密封性能逐渐变差;初始压缩率为5%~15%时密封性能逐渐变好。

基于二阶欠阻尼阶跃响应的收获机割台液压缸选型分析

割台是谷物收获机的重要组成部分,割台性能的好坏决定着收获机在收获作业时的作业质量。割台液压缸选型确定方面,传统方式大多采用对割台质量及液压系统工作负载进行分析,利用经典力学的方式进行割台油缸的选型。随着自动控制理论的发展,割台高度闭环控制技术也越来越多地开始出现在国外领先收获机机型上,仅考虑力学负载分析的方法已经无法满足割台高度自动控制系统的需要。针对控制系统稳态分析的要求,割台油缸在满足工作负载的前提下,还需考虑系统的超调量、反应时间及过调震荡时间等因素。为此,进行割台升降运动过程建模分析,论证出割台控制模型为二阶欠阻尼模型系统,发现固有频率ωn与阻尼比ζ决定着系统动态指标。通过对液压缸内部分析,求出了割台液压缸系统的传递函数,确定出当其他机械参数不变时,割台油缸的管径影响着割台液压缸系统的固有频率ωn与阻尼比ζ。综合采用上升时间tr、峰值时间tp、超调量σ%和调节时间ts等4种系统稳态指标确定了最佳割台油缸参数,并进行了Amesim仿真试验。研究结果为后续无人驾驶谷物联合收获机的研发设计提供了割台装置控制策略的理论依据。

冶金高频响高精度伺服液压缸性能测试系统软件开发

采用LabVIEW与MATLAB函数结合的方法,开发了冶金高频响高精度伺服液压缸性能测试系统。根据生产冶金高频响高精度伺服液压缸对其动静态性能指标要求,该测试系统功能模块包含最低起动压力测试模块、带载动摩擦力测试模块、阶跃响应测试模块、频率响应测试模块、偏摆测试模块,各项测试结果通过研华数据采集卡PCI-1742U、PCI-1723与SSI-RS485电流变送器转换采集MST位移传感器信号与AB相脉冲传感器信号;该测试系统能够对测试的数据进行实时跟踪显示、存储或查询;此外,该系统还具有数据导出、打印实验报告等辅助功能。实验证明,该测试系统具有较高的实时性与可操作性,填补了其他系统所空缺的针对于大直径冶金高频响高精度伺服液压缸的偏摆测试模块,同时该测试系统具有更高的稳定性,解决了技术人员对原有测试系统操作复杂的难题,实现“傻瓜式”操作,更加智能化、可视化、及时化。

基于GoogLeNet的多级液压缸故障诊断方法

针对多级缸故障模式复杂且难以实现精准诊断的问题,提出一种基于GoogLeNet神经网络的多级缸故障诊断方法。以多级缸伸出动作时的工作原理为出发点,通过对其建立动力学模型,搭建包含多种故障模式的仿真模型,获得不同状态下的多级缸故障信号。提取关键故障特征,并采用GoogLeNet神经网络构建故障诊断模型,实现多级缸故障诊断与故障定位。仿真和试验结果表明,所建立的多级缸仿真模型与实际相契合,且据此提出的故障诊断方法能够精准识别多级缸的不同故障模式,从而为多级缸维护维修工作的开展提供重要依据。

高速液压缸导向套静压支承温度场分析

高速液压缸是电液伺服控制系统的执行元件,其导向套静压支承结构具备优良的导向性能、抗偏载力、低摩擦力,可以大大影响系统的控制精度以及动静态性能。通过理论分析得到不同工况会引起静压支承油膜的温度变化,而温度变化对导向套静压支承的承载力影响很大。应用Fluent对液压缸活塞杆导向套处静压支承的温度场进行建模仿真,分析活塞杆偏心量、入口流量、活塞杆移动速度与油膜温度的关系以及油膜的温升与油膜承载力的关系。结果表明:随着偏心量的增大,轴向封油面的温升越来越大,同时温升较大的面积占比增多;入口流量与温升成正比关系;活塞杆往复直线运动带动液压油运动,油膜产生温升;同时,油膜温度升高,油膜支承力减小,导向套静压支承性能降低。

基于SACS的多级液压缸稳定性分析方法

为了提高钻机拆装效率并简化钻机起升系统结构,越来越多的钻机应用多级液压缸进行井架底座的起升/下放作业,整个作业过程中,液压缸受力情况复杂,理论分析时常将其简化为一根细长压杆,液压缸的安全可靠性关系着钻机起放作业的成败,必须分析校核其强度和稳定性,以确保其安全可靠性。以某出口钻机底座配套的起升用多级液压缸为例,介绍了一种基于SACS有限元分析软件的多级液压缸强度及稳定性分析校核方法。

建筑起重机变幅液压缸位置ACO优化PID控制优化

为了提高建筑起重机变幅液压缸位置控制精度,引入蚁群算法(Ant Clony Optimization,ACO)对PID控制进行优化,给出了位置控制系统控制器。并针对阶跃响应和正弦响应,开展仿真分析。得到如下结论:处于干扰力阶跃响应下,蚁群算法相对Ziegler-Nichols与果蝇算法(Fruit Flies Optimization,FFO)优化PID控制系统响应曲线分别减小了32.1%与12.3%的超调量,调整时间缩短34.3%与26.54%,稳态误差减小54.18%与33.21%。利用ACO优化PID系统表现出了更优的阶跃响应性能。处于干扰力正弦响应下,以ACO优化PID系统相对其它两种算法获得了更低的最大跟踪误差,时平均跟踪误差也明显减小。经综合分析可知,采用ACO优化PID系统获得了最优的抗干扰性能。该研究对提高起重机变幅液压缸位置控制精度具有很好的实际指导意义。

集成储能挖掘机动臂液压缸运动特性优化

集成储能液压缸是一种多腔液压缸,由差动缸和柱塞缸组合形成。其储能腔与蓄能器直接连接,形成储能回路,用于回收再利用动臂势能,具有高效的势能再生利用和广泛适用性,但蓄能器的引入使其难以实现高精度运行。为了解决上述问题,提出了一种主回路和储能回路协同控制的方案,在储能回路中引入比例阀,并与主回路阀协同控制,以改善挖掘机动臂的运动特性。通过在SimulationX软件环境中建立挖掘机的联合仿真模型,分析并对比采用该方案与采用传统控制方案下的动臂运动特性。结果表明,该方案可以降低蓄能器对动臂运动特性的影响,并提升集成储能液压缸的速度和位移控制精度。

高速缓冲液压缸内表面裂纹扩展特性研究

由于制造缺陷、疲劳及腐蚀等原因,缓冲液压缸在服役过程中内壁会产生轴向裂纹,严重影响液压缸的结构强度、缓冲性能和使用寿命。通过AMESim液压仿真平台建立缓冲系统模型来模拟实际工况,将缓冲油压作为有限元分析的初始载荷,建立缓冲缸有限元模型和裂纹扩展模型,研究不同初始裂纹形状、裂纹位置对疲劳寿命的影响,并分析裂纹前缘动态应力强度因子和裂纹形貌的变化。结果表明:无缺陷的油缸完全能承受缓冲压力;裂纹初始长度一定时,随着深长比增大,裂纹前缘应力强度因子会整体增大,裂纹扩展速度加快;不同深长比的初始裂纹经过多次循环载荷后都更倾向于在长度方向快速扩展;缸体内不同位置的裂纹疲劳寿命存在较大差异,在壁厚较小的边角位置,疲劳裂纹扩展寿命最短。