压缩感知在斜轴式马达声强成像中的应用研究

斜轴式轴向柱塞马达内部噪声源距离较近,如马达配流盘进、出油口间的距离为38 mm,且马达噪声源存在同频及倍频现象。斜轴式马达内部密集复杂的噪声源,导致频谱分析方法难以准确识别同频及倍频信号,传统声强测量的最高分辨率为50 mm,无法满足马达内部噪声源的辨识精度要求。针对传统方法难以准确辨识马达噪声源的问题,文中提出了一种基于压缩感知的声强测量方法,将压缩感知理论运用于声强云图高精度重构中,获取马达高分辨率的声强重构图像。首先,通过对斜轴式马达进行噪声辐射仿真分析,获取其外表面声场特性;然后,以马达外表面声强云图为先验信息,设计应用于马达声场的压缩感知框架,获取高精度重构马达声强云图;最后,通过马达传统声强测量与压缩感知声强测量的对比实验验证压缩感知理论对于提高马达噪声源辨识精度的可行性。结果表明,基于压缩感知的声强测量方法将马达噪声源辨识尺度从原来的70 mm提升至30 mm,提高了马达噪声源的辨识精度,实现了马达噪声源的高精度定位。

外啮合液压齿轮马达输出特性的统一简约式

为正确认识任意侧隙大小/偏置卸荷槽不同类型下齿轮马达的输出特性,基于啮合齿廓/输出特性不同的啮合线区间,以衡量侧隙大小的类型值和双卸荷槽对称线与齿轮副中心线的偏置值为变量,构建出转速/转矩等输出特性的统一简约式。结果表明,输出转速/转矩曲线可以由啮合齿廓的啮合转速/转矩曲线,通过输出特性啮合线区间的截取而直接得到;对称卸荷槽类型下的均值转速最小,均值转矩最大,转速/转矩的脉动系数最小;小侧隙较大的卸荷槽偏置范围和调速/调矩范围更大;小侧隙和对称卸荷槽类型的均值转速更小,均值转矩更大,转速/转矩的脉动系数更小;马达转矩脉动式与齿轮泵流量脉动式完全一致;转矩脉动系数略小于转速脉动系数,大齿数情况下可近似为相等;追求高转速时,应选用大侧隙和卸荷槽极限偏置的类型组合;追求大转矩或高输出脉动质量时,应选用小侧隙和对称卸荷槽的类型组合等。得出的输出特性的获取方法更简单、原理更清晰、形式更简洁、结果更可靠。

泵/马达困油现象充分缓解的等排量大模数方法

为了充分缓解外啮合齿轮泵/马达困油现象,在确保产品输出能力不变的等排量前提下,分析模数对困油腔内的负荷流量、泄漏流量和卸荷流量的影响,提出了一种等排量大模数的设计方法,并基于这3种流量的瞬时平衡和同齿形参数、不同模数下卸荷面积的演绎计算,计算出困油压力并由此判断出困油现象的缓解程度。结果表明,对于给定的齿轮副和工况条件,等排量下的齿宽系数反比例于模数的3次方,模数越大,困油现象越趋于缓解,且径向力越小,但齿宽系数越小;同齿形参数、不同模数下的卸荷面积等于模数的平方乘基准模数为1下的卸荷面积,从而为同齿形参数、不同模数下的卸荷面积计算,提供了极大方便;卸荷槽外通的进出口压力互为颠倒,导致泵较马达的困油现象更严重,但等排量小模数马达同样也会出现较为严重的困油现象。得出了选择最大化/较大的模数应为泵/马达的设计准则的重要结论。

基于CNN-SE-LSTM和多传感器数据的轴向柱塞泵故障诊断

轴向柱塞泵是液压系统中的核心部件,其状态监测和故障诊断是保证液压系统安全可靠运行的关键。然而,由于轴向柱塞泵结构复杂,工作环境恶劣,采集的信号中往往夹杂着强烈的噪声,利用单传感器数据监测其健康状态往往达不到预期效果。为此,提出一种基于通道注意力机制的卷积神经网络-长短期记忆网络(CNN-LSTM)和多传感器数据(MSD)的轴向柱塞泵故障诊断方法。改进CNN中卷积核的尺寸来优化CNN-LSTM结构参数,提高模型抗噪性能,并引入通道注意力机制模块SENet提升模型的表征能力,然后将2个不同位置的振动传感器数据进行数据端通道融合作为输入,最后将融合后的数据输入改进CNN-SE-LSTM中并通过Softmax层输出诊断结果。实验结果表明:在不添加噪声的情况下,所提方法故障诊断准确率达100%,具有较好的准确性和快速性;在不同信噪比的噪声干扰下,所提方法相比多层感知器(MLP)、首层宽卷积核深度卷积神经网络(WDCNN)等模型具有更高的故障诊断准确率,鲁棒性更好。

高速轴向柱塞泵空化机制研究与优化

为降低高速轴向柱塞的空化程度,以某型号轴向柱塞泵为例,利用Pumplinx软件搭建CFD仿真模型,探究不同转速与不同吸油口压力对泵空化程度的影响,并结合MATLAB软件对离散的仿真结果进行拟合,得到转速、吸油口压力与吸油效率的变化规律曲线。研究结果表明:当柱塞腔内气体体积达到12%以上,柱塞泵吸油效率下降甚至无法吸油;通过提高吸油口压力可以有效降低柱塞腔的空化程度,提高柱塞泵吸油效率;为了保证泵在5000~6000 r/min下能够正常吸油且有较高的吸油效率,可以使吸油口压力值介于0.25~0.30 MPa之间,此时柱塞腔空化程度和吸油效率均达到相对稳定。

基于一维计算模型的斜盘式柱塞泵流动特性分析

斜盘式柱塞泵广泛应用在直升机疲劳试验的液压系统中,其流动特性对液压系统稳定性有着至关重要的作用。文中使用立体几何方法分析了斜盘式柱塞泵柱塞运动轨迹,基于图形解析法推导了过流面积公式,并编写相应Matlab程序实现吸排油过流面积自动化计算;构建了考虑流量倒灌及泄漏的单柱塞流动模型,结合AMESim软件实现柱塞泵三维计算模型向一维计算模型的转变;依据初始工况计算结果分析了柱塞泵的流动特性及其产生流量脉动的原因,并使用基于计算流体力学(CFD)方法的三维模型所获得的流量脉动计算结果验证了一维计算模型的准确性。在此基础上分析了不同运行工况(包含运行温度、工作压力及柱塞泵调节参数)对出口流量脉动率的影响,从降低流量脉动率进而提高直升机疲劳试验精度的角度分析了试验中柱塞泵调节控制要点。文中提出的一维计算模型可显著提高柱塞泵仿真计算速率,便于后续柱塞泵的改进设计以及将其作为子系统添加到虚拟数字试验平台中。

基于压力载荷谱的挖掘机行走液压系统液压泵异常检测方法

针对矿用挖掘机液压泵运行环境复杂、振动信号难以识别的问题,提出一种基于压力载荷谱的挖掘机行走液压系统液压泵的异常检测方法。根据挖掘机行走工作特点划分行走液压系统典型工况;筛选行走液压系统液压泵出口压力、先导阀压力、发动机转速及扭矩百分比作为压力载荷谱,并进行数据清洗、插值对齐以及平滑滤波;最后,基于压力载荷谱和LSTM网络建立液压泵异常检测模型,利用模型分别对泵1、2的出口压力进行预测,采用滑动余弦相似性度量技术对预测结果进行差异性评估,结合评估结果与1δ准则以实现矿用挖掘机行走液压泵异常检测。实验结果表明:所提方法能够实现对液压泵的异常检测,可以对矿用挖掘机行走液压泵故障进行提前预警。

非圆行星齿轮水压马达轴向间隙对容积效率的影响

将液压马达中的液压油换成自然水会导致轮系的泄漏量增大,马达容积效率降低。为了提高非圆行星齿轮水压马达的容积效率,定量分析了轮系与配流盘的轴向间隙对马达容积效率的影响。首先,根据旋转平面缝隙泄漏原理和流体内摩擦力推导出轮盘之间的泄漏和功率损失计算式,从而计算出在30 MPa压差下马达轴向间隙的最优解;然后,在考虑制造误差的基础上,基于动网格和用户自定义函数(User-Defined Function,UDF)编程技术,检测分析马达在不同轴向间隙下的泄漏量以及容积效率,同时计算出同等条件下马达的理论容积效率;最后,将两者加以对比,得出不同工况下马达容积效率的变化趋势与极小值。研究表明,从选取轴向间隙值的计算结果来看,当轮盘的平面度为0.01 mm时,在工作压差30 MPa以内,马达的容积效率不低于77.28%。研究为后续马达的结构改进提供了依据。

一种基于优化VMD-CWT-CNN的柱塞泵配流盘磨损状态识别方法

为解决一维振动信号难以充分挖掘表达状态特征信息以及柱塞泵配流盘磨损早期识别问题,基于卷积神经网络(Convolutional neural networks,CNN)优秀的图像处理能力,提出了一个优化VMD-CWT-CNN模型。首先,采用连续小波变换(Continuous wavelet transform,CWT)对信号进行预处理,得到信号的二维时频图,作为CNN模型的一路输入,将状态识别问题转化为CNN图像识别问题。其次,基于相关系数对变分模态分解(Variational mode decomposition,VMD)参数优化后,利用优化VMD对振动信号进行预处理,再以相关系数和峭度值最大为优选原则,甄选出三组蕴含故障特征的本征模态函数(Intrinsic mode function,IMF),将其重组为三通道一维信号,作为CNN模型的另一路输入。最后,在CNN模型中将两路信息汇聚并得到柱塞泵配流盘磨损状态识别分类结果。实验中,此方法分别采用优化VMD和CWT对振动信号预处理,再结合CNN对磨损状态进行分类。实验结果表明,该方法对于配流盘磨损的三种状态的识别效果显著优于单路输入的CNN模型以及典型的深度学习方法和机器学习分类器。因此,优化的VMD-CWT-CNN方法可以更准确地实现柱塞泵配流盘磨损状态识别。

锥形缸体轴向变量柱塞泵建模及动态特性仿真

柱塞泵是液压系统的重要部件之一,具有结构紧凑、工作压力高、效率高等特点,在工业领域有广泛应用.但是,由于我国液压技术的发展起步较晚,当前高端柱塞泵严重依赖进口,因而对柱塞泵进行研究、推动其自主生产具有重要价值.本文对柱塞泵进行了AMEsim仿真研究,试图为自主设计制造柱塞泵时关键参数的设置与结构优化提供一些指导.根据PD11V高压变量柱塞泵的结构特点和工作原理,本文分析计算了其锥形缸体结构柱塞泵柱塞的空间运动方程,对其中的关键零部件配流盘进行了过流面积计算,利用AMEsim仿真软件建立了九柱塞锥形缸体柱塞泵的仿真模型,然后仿真研究了不同斜盘倾角及电机转速对柱塞泵出口流量压力特性的影响.结果表明,适当减小斜盘倾角并选择合适的电机转速可以减小泵运行过程中的噪声.最后,本文根据变量机构伺服控制回路原理进行了AMEsim建模与仿真,将电气正流量恒功率压力切断控制模型各部分的仿真结果与实测参数进行了对比,结果表明输出控制特性曲线符合变量机构的设计和功能要求,验证了仿真模型的准确性.

轴向柱塞泵配流副楔形角和方位角求解算法研究

针对配流副油膜形状理论建模难且与试验数据偏差大的问题,基于配流副油膜周向三点试验法,考虑力与力矩因素、偏磨因素和主轴与柱塞缸同轴度误差因素对配流副油膜形状的影响,建立柱塞缸轴向力平衡模型和配流副油膜厚度模型及配流副油膜形状的拟合算法。结果表明:3种试验工况下的三点膜厚拟合曲线与试验曲线吻合良好,进一步求解出配流副楔形角和方位角的时变曲线,为后续研究配流副润滑、摩擦和磨损特性奠定基础。

基于液压直驱门轴摆动机构多平台仿真的控制特性分析与优化

为提高液压直驱门轴摆动机构的控制特性,减小超调量以及稳态误差等关键指标,基于多软件机液一体化联合仿真方法对系统控制特性进行仿真优化。为了提高仿真模型的精度,使用AMESim、ADAMS以及MATLAB软件建立联合仿真模型;针对摆动机构存在的时变性、死区等问题,采用自适应模糊PID控制算法调整合适的控制参数,对控制系统进行改进。仿真结果表明:相比普通PID控制,调整后的模糊PID控制算法系统超调量减小了75.32%,调节时间缩短了29.56%,稳定误差减小了71.97%。

泵控马达液压系统压力拍振成因及其动态分析

针对液压系统中泵和马达的压力脉动频率相近时影响输出稳定性和负载工作可靠性的问题,采用AMESim多学科仿真软件对多能域耦合闭式液压系统进行物理建模,研究不同柱塞副间隙下拍振现象的规律特性。通过计算泵控马达液压系统的阻尼比及分析蓄能器模固有频率,提出利用蓄能器对压力拍振现象进行测试和分析。最后,通过搭建机电液一体化实验平台对仿真分析进行验证。理论分析和实验结果均表明:压力拍振对于压力信号和柱塞磨损等液压系统常见故障的故障特征有明显放大作用,蓄能器对于液压系统压力拍振幅值有明显的缓冲作用。

飞机拦阻系统的改进及建模分析

针对纯机械式液压拦阻系统不能对不同质量和降落速度的飞机快速有效拦阻的问题,对原来的系统进行改进,采用电液伺服阀替换原来的凸轮阀和针阀,采用伺服电机控制的液压泵替换原来的制动盘传动比控制的液压泵,建立改进后的飞机拦阻系统的数学模型,并用MATLAB/Simulink建立仿真模型,对飞机速度、飞机拦停距离和飞机过载等受控参数的变化规律进行了仿真分析,模拟了飞机拦阻系统的工作过程,对拦阻系统的性能进行了仿真验证。结果表明:改进的拦阻系统对多种型号飞机在拦阻距离、飞机加速度、飞机速度、拦阻力和刹车压力均满足预设的拦阻指标且曲线平稳、没有大的突变。

船舶疏水系统流量压力脉动特性研究

疏水系统在船舶中担任疏干排污等重要工作,其工作时产生的管道流量及压力脉动是系统产生振动噪声的主要原因。降低系统流量压力脉动、抑制系统噪声的关键之一是掌握系统流量压力脉动特性。通过分析低噪声柱塞泵的结构原理,结合疏水系统管道结构,建立完整的疏水系统仿真模型;通过试验台对仿真模型的准确性进行验证;最后基于仿真模型,对疏水系统特性及压力脉动的影响因素进行研究。结果表明:流量压力脉动主要作用频率为5 Hz和20 Hz;阀开度及管道长度对压力脉动影响较大,泵参数变化的影响较小,后续设计优化应优先考虑出口管道。

液压缸缸筒轻量化设计及理论研究

研发一种具有金属内衬的法兰式碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)液压缸缸筒,通过复合材料的本构关系和厚壁圆筒理论推导CFRP缸筒的应力应变公式,建立数学模型,并结合强度和刚度理论,进行液压缸缸筒轻量化研究。运用Abaqus软件进行仿真分析,验证所提出方案的可行性,联合Isight软件进行优化设计,以DOE试验设计寻找最优解。结果表明:优化设计后,CFRP缸筒满足强度和刚度要求;液压缸缸筒质量由16.58 kg减少到5.26 kg,总体减轻68.3%,达到轻量化设计目的。

基于AMESim的工程机械用斜盘式轴向柱塞马达变速特性分析

为适应不同负载的需要,轴向柱塞马达在工作时需不断进行高、低速之间的转换,在高、低速转换过程中产生的冲击力可能会造成滑靴脱落、柱塞卡死和压盘断裂等一系列问题,因此需要对马达的变速特性进行分析。以某公司5.0×105 N挖掘机用轴向柱塞马达为例,利用AMESim软件搭建了柱塞马达的液压控制模型,通过阶跃信号模拟变速过程,研究斜盘角度变化过程中柱塞腔中的压力变化规律。从改变斜盘转换的频率和柱塞滑靴组件不同响应时间两个方面分析柱塞腔压力变化情况,并分析了不同压力下柱塞的应力应变。通过分析可知:柱塞滑靴组件最优响应时间为0.17 s,当响应时间大于0.17 s时斜盘转换频率对柱塞腔压力影响不大;高低速转换时响应时间过快是导致柱塞卡滞在缸孔内的主要原因之一。

双作用的液压油缸自动测试台

根据油缸生产要求,设计了一种双作用的液压油缸自动测试台。该测试台基于设计的液压原理图,采用LabVIEW软件,实现对单作用油缸和双作用油缸的全自动测试,包括试运转测试、耐压测试、内泄露测试,从而满足企业生产需求。

双作用多级钛/铝复合液压缸的轻量化设计及校核

对一般脱轨事故的动车车辆实施顶复作业是一种常用的救援方法,对于顶复作业,液压起复机具是技术关键,其中液压缸是主要的支撑设备。为解决铁路救援设备液压缸重量大、携带不便等问题,设计了一种双作用多级钛/铝复合液压缸。在保证液压缸安全前提下,与原有液压缸重量作对比,通过轻量化设计后对比发现钛/铝复合液压缸缸体重量从29.5 kg降至21.9 kg,减重可达25.7%,且应力分布、材料利用率、液压缸耐腐蚀性能、耐磨性等指标均优于纯钛合金液压缸。对液压缸的轻量化开发不但提升铁路救援便捷性和效率,还为液压缸设计和制造水平开拓了新视野,更符合市场需求。

轴向柱塞泵低压待机工况摩擦副功率损失研究

柱塞泵是特种车辆液压装置动力核心,在待机工况下,由于压力的降低,润滑性能会下降,摩擦副功率损失变大,不仅不节能,而且影响设备寿命和可靠性。为使轴向柱塞泵在低压待机时在节能、寿命、可靠性等方面都具有较好表现,针对某型号轴向柱塞泵开展配流副和滑靴副压紧系数理论研究及低压待机工况功率损失试验研究,并对工程实践和结构优化提出实质性建议。分析得出随着泵出口压力的降低,配流副和滑靴副的压紧系数逐渐增加,当出口压力低于2 MPa时,压紧系数急剧增加,会导致摩擦功率损失增加。通过对柱塞泵进行功率损失试验和100 h低压工况耐久试验得出,当出口压力低于2MPa时,柱塞泵的摩擦功率损失增大0.8kW,同时配流副和滑靴副有较严重磨损,与理论研究相符;若柱塞泵长期工作在此状态,会导致摩擦副严重磨损、柱塞泵寿命降低。建议主机在低压待命时,柱塞泵出口压力要高于2MPa。