Aiming at the problem of predicting the remaining life of rolling bearings, a method for predicting the remaining life of bearings based on the arithmetic optimization algorithm (AOA) and the long-short-term memory network (LSTM) fusion algorithm is proposed. First, use the random forest algorithm to analyze the importance of the extracted time-domain and frequency-domain feature indicators, and build a degradation feature decision table; then, use the AOA optimization algorithm to optimize the hyperparameters in the LSTM, and select the optimal hyperparameters to establish predictions model; finally, the degradation features are input into the prediction model for prediction, and the prediction model is evaluated by root mean square error (RMSE) and mean absolute error (MAE). The proposed research method is experimentally verified by the XJTU-SY dataset. The experimental results show that the RMSE and MAE of the proposed research method are 5.56% and 4.37%, respectively. Compared with the MLP model, the RMSE and MAE are reduced by 31.58% and 29.61%, respectively. Compared with the RNN model, the RMSE and MAE are reduced by 24.66% and 25.49%, respectively, which verifies the effectiveness of the research method.
标准粒子群优化算法(PSO)易在局部求得最优解,为解决这一问题,采用自适应权重,在迭代中调整惯性,确保在每一次迭代中使用最佳权重,较好地解决局部最优的问题.该方式可改善传统PSO算法,与实践经验整定法、标准粒子群算法及一般自适应粒子群算法的寻优结果对比.结果显示:其超调量为3.2％,调节时间减少到0.165s,与其他3种方法相比,振荡更低,且收敛速度更快.采用该方法调整,系统参数确保比例、积分、微分(PID)控制器的性能指标更好,以及控制系统更稳定.
数控机床作为机械制造业中先进加工设备,由于设备复杂造价昂贵,其状态监测尤为重要.本文结合数字孪生技术,以LG Mazak数控机床为研究对象,建立了机床的三维模型,基于Uniyt3D软件构建了数控机床数字孪生系统.首先明确了数字孪生系统的五维架构;其次分析了搭建数字孪生系统的关键技术和功能设定,搭建了包括车间漫游、数据可视化、切削过程仿真、刀具碰撞预警、数据查询系统等功能在内的服务平台;最后完成了系统各功能模块进行集成.本系统为数控机床虚实交互操作和数据可视化提供新思路,同时对数控机床操作培训提供便利.
为解决电池成组无法克服的一致性问题,获得最优的电池组寿命,设计可提升电池组一致性的均衡方案,对其实行干预,并验证该策略的可靠性.结果表明:在各工作区间内,经循环处理的电池表现出不同的容量衰减速率,逐渐提升放电深度(DOD)时,电池容量衰减更快.高荷电状态(SOC)区间与高DOD循环,容量衰减进一步加快.以相同均衡方法调节此单体的放电起点SOC为80％,确保容量衰减速率相对最差单体更慢,实现充分放电,确保控制组内所有单体电池一致.电池组的一致性获得了显著改善,循环处理250次后,单体电池达到相近容量,容量一致性也由0.006 3减小为0.001 2,均衡效果良好.设计的电池寿命均衡策略优化了长时间尺度范围的电池组容量一致性.
当前采用综合方量油耗指标评价泵车油耗,但该指标无法反映油耗异常的具体原因.根据影响泵车油耗的因素,从设备性能、行为和环境3个维度,建立泵车燃油消耗数学模型.该模型基于边缘计算系统分析各个设备不同维度的油耗数据,与云平台结合,建立云边一体的泵车油耗指标评价体系,分析多个设备的油耗数据和设备油耗异常的原因,并对分析结果进行推送.实践证明:该方法对分析掌握设备的油耗状况、进行针对性的改进有很大帮助,从而降低设备整体燃油损耗.
以盾构隧道下穿邻近的地下管线作为对象,对与管线位移相关的影响因素开展分析,包括管线外径、覆土层厚度、掌子面支撑压力比和开挖速度.研究结果表明:随着管径逐渐增大,沉降量逐渐降低,提升管线的抗弯性能,导致对应相邻管径最大沉降量差呈现降低.随着管线上部覆土层增厚,管线沉降量逐渐增大.不同隧道开挖速率下,管线的沉降特征相近,沉降管线相对隧道中心保持对称分布结构;持续提高开挖速率后,管线产生显著沉降,沉降趋势变得缓慢.提高掌子面支撑压力比,可降低管线的沉降程度,使最大沉降量降低;减小掌子支撑压力,使管线的最大沉降量降低.
为提高某型号挖掘机滚翻保护结构(ROPS)的耐撞性并降低其总质量,研究使用结构响应分析及多目标优化方法对其进行优化.通过部件吸收的能量和承受的截面力等结构响应,评估ROPS中的各个部件对结构吸能特性和变形机理的影响.根据结构响应分析筛选出可提升结构吸能量并降低质量的部件,将其厚度作为设计变量,以乘员与ROPS之间的最小距离(安全距离)最大化、质量最小化为目标函数,以ROPS的吸能量为约束函数进行多目标优化.优化结果表明:最优解在满足ROPS性能要求时,安全距离增大121.77％,结构总质量下降10.62％,该研究可为工程机械的ROPS轻量化设计提供指导.
风力发电机组监控与数据采集(SCADA)系统记录了机组运行参数,包含丰富的运行状态变化信息,为风力发电机组的健康状态识别提供了数据来源.提出一种基于自注意力机制级联的时空特征深度融合网络模型(SC-TSFN),模型采用空洞卷积层增大感受野,提取不同变量之间的空间特征,通过双向长短期记忆网络学习空间特征前后时间依赖性,自注意力机制突出关键变量空间特征权重以及动态调节局部与全局时间特征信息.对2.0 MW风电机组10 min间隔SCADA数据分析结果表明,该方法实现了风力发电机故障的早期预测并消除了误报.
依次将激光波长设定在523、785和1064 nm这3种条件下,对碳纤维复合材料(CFRP)开展切割测试,计算得到切缝的宽度与深度尺寸,并对试样进行微观组织表征,对CFRP激光加工过程的作用机理进行分析.研究结果表明:经比较不同波长,523 nm激光的波长更短,能够产生很高能量的单光子,获得了最平整的切割截面,表现出最优的切割性能.随着扫描速度的提高,形成了更小的热影响范围,降低单位面积的注入能量.提高激光功率后,上切缝宽度与深度增大,促进了侧向与纵向发生更大程度的燃烧,形成更宽与更深的切缝,激光对材料造成了更强烈的作用,扩大了热损伤区.
为提高航空发动机转子连接刚度的工作可靠性,设计一种新型自动化压装连接工艺,通过压装转子盘片和联结轴的作用力、反作用力,实现转子轴拉长压紧.研制发动机转子自动化压装设备,在线测量联结轴的伸长量,控制转子压装的位移精度和连接刚度,对设备重要承力构件立柱、横梁进行强度与变形校核,确定设备结构尺寸的安全性.对发动机转子关键结构件后轴颈进行静力学分析,研究在现有压力载荷施加下,后轴颈弹塑性结构变化,为转子压装工艺设计提供理论数据支持,同时转子自动化压装工艺为其他型号发动机转子类似结构的连接工艺设计提供参考.
当前泵车在限定空间内施工时,由于观察范围不够,机手无法对臂架全局实时观察,容易出现臂架碰撞事故.为了解决该问题,提出了一种适用于泵车的启发式路径搜索的路径规划算法.根据泵车的结构参数,建立数学模型.在限定合理的工作空间中,于臂架关节空间内搜索路径,多次对不同的初始姿态和目标姿态进行仿真.结果表明:算法可成功搜索出一条可执行路径,表示该轨迹规划算法可行.应用效果表明:泵车实际运动路径与算法规划路径一致,通过倾角计算的实时距离没有超过预设空间,确保了泵车在限定空间内施工安全.
实际工况下现场设备运行阶段会产生干扰信号,从而对管道泄漏信号造成影响,降低定位精度.为提高天然气管道次声波泄漏检测准确度,综合运用集合平均经验模态分解(EEMD)滤波预计二次相关时延估计(SDE)方法进行次声波泄漏定位,并结合现场数据验证了检测精度,从而实现准确定位天然气管道泄漏的功能.研究结果表明:以EEMD算法对次声波泄漏信号实施滤波,优化模态混叠效果,获得更高信噪比(SNR),充分保留信号内的有效成分,形成了与初始波形相吻合的拟合结果.综合采用EEMD降噪以及二次相关时延估计方法,根据现场天然气管道泄漏信号特征实现了泄漏点的准确定位,能够满足对天然气管道次声波泄漏进行精确定位检测的要求.天然气管道现场测试得到本方案定位相对误差均不超过1％.该研究易于实现,具有较好的实际推广价值.
为研究低速重载盾构机行星齿轮系统几何偏心问题,建立含几何偏心误差的行星齿轮时变啮合刚度解析计算模型,分析几何偏心误差对时变啮合刚度影响规律;综合考虑时变啮合刚度、传递误差、齿侧间隙等因素,建立盾构机行星传动集中质量动力学模型,并采用Runge-Kutta法进行求解,分析不同偏心量下行星轮系统位移振动特性.结果表明:偏心误差对啮合刚度的影响呈周期性变化,随偏心量增加,齿轮啮合刚度变化越明显;偏心误差会使各啮合齿对振动幅值显著波动,且仅一处偏心误差存在,则会影响整个系统的啮合刚度与振动响应,随着偏心量增大各齿对振动幅值明显增加.研究结果为盾构机行星齿轮传动设计提供理论参考.
高效、高质量确定复杂产品初步设计模型是缩短产品研发周期的关键,本文提出了一种基于改进皮尔森相似度实例推理的复杂产品设计协同方法.基于复杂产品多学科知识及产品单体库,构建了复杂产品多领域模型.根据复杂产品需求模型的性能指标,采用基于改进皮尔森相似度的实例推理,从多领域模型实例库中筛选复杂产品初步设计模型.为减少产品试样的"盲目性",引入仿真推演与协同评价以获得初步设计决策.以平尾控制模拟系统为例,验证了所提方法的有效性,有助于缩短复杂产品研发周期.
针对圆周对称均匀分布三机驱动振动系统振动同步运动不能得到理想稳定的工作状态,提出了一种三激振器振动系统的控制同步方法.建立了同向回转三机驱动振动系统机电耦合动力学模型,推导出系统各方向位移响应方程.介绍了模糊PID控制算法与主从控制策略相结合所设计的同步控制器,并运用该控制器对三激振器的转速和相位进行了同步控制.利用Matlab/Simulink对该振动系统给出了数值仿真分析,在振动实验台上进行了验证性实验,验证了该控制方法的有效性.
为实现搅拌车行驶过程中搅拌筒的低恒速运转,提出了一种新型液压电控系统方案.该方案将液压电控系统与发动机电子控制单元进行串联(ECU),通过液压马达转速传感器将转速信号反馈给发动机ECU,发动机ECU对信号读取判断并对液压泵排量进行调整,从而实现搅拌筒的恒低速运转,达到节能减排的目的.该项技术在8方搅拌车上应用并进行装载试验.实验证明:新型电控液压控制技术可以实现搅拌筒的低恒速运转,转速低至1r/min,相同时间内混凝土塌落度变化减少16％,综合油耗下降8.1％.该新型电控液压系统在搅拌车上的成功应用在国内尚属首次,对推动行业进步具有重大创新意义.
混凝土泵车支腿的合规支撑是建筑施工安全的重要保障之一,而机手的违规支腿支撑操作经常得不到监控,同时支腿开度目前依赖于高成本的传感器来检测.因此,以车载视频监控系统为载体,提出了一种基于机器视觉的混凝土泵车支腿开度检测方法.首先,为了对泵车支腿的目标进行实时检测,基于YOLOV3设计了一种改进的轻量化目标检测模型YOLOV3-s.其次,为了对泵车支腿的开度进行快速计算,基于数据拟合对支腿的移动轨迹建立数学模型.最后,通过某型号泵车进行试验,泵车支腿开度值为100％时支腿的平均开度检测误差仅为1.2°和1.3°.试验表明:方法能够高效检测泵车支腿开度,同时为泵车支腿支撑安全提供保障.
受真实作业工况中高频冲击载荷的影响,黏弹性材料的动态力学特性产生了较大的变化.为了准确预测宽频域内材料动态力学特性的变化情况,依据时温等效原理,结合Vogel-Fulcher-Tammann黏度方程,建立黏弹性材料动态时温等效(DTT)模型,并与分数阶温频等效模型进行对比.结果表明:DTT模型构造的主曲线具有更好的连续性和一致性,能更加精准地预测宽频域内黏弹性材料的动态力学特性.基于DTT模型,提出了构造宽频域内材料动态力学特性主曲线和诺模图的方法,同时,为了降低计算成本,缩短产品研制周期,研发了一款黏弹性材料动态力学性能计算与分析专用软件.
为了提高1 700 mm薄板热轧成形质量,开发了一种可以对磨损性能进行控制的方案,并对具有不同耐磨性能的辊间磨损进行控制优化.通过应用耐磨修形工作辊和变接触支持辊来减小辊间接触压力峰值,采用新辊形组合方式时可以使轧机获得更强抗干扰能力,达到更均匀的磨损状态,从而提高了板形的质量稳定性.实验验证表明:引入磨损控制策略后,减少了"猫耳"数量并提升了箱体的均匀性.优化策略后工作辊磨损量发生了明显降低,同时轧制长度增加了近39％,工作辊操作侧、工作辊传动侧、工作辊边侧与操作侧的猫耳高度差依次减小了 23％、64％与65％.结果表明:基于辊形优化1 700 mm薄板热轧窜辊策略具有很好的应用效果.
为了进一步提高车辆运行稳定性和节能效果,设计了一种可控阻尼车辆半桥式液压馈能减振器.以半桥式液压馈能减振器为对象,创建相应动力学模型,并开展仿真分析.研究结果表明:在外接电阻变小或者激励频率增加时,均会引起馈能功率增大;采取行程复原形式来回收能量不会引起能量回收状态改变.调整激励频率可获得大致相同馈能效率,其调整幅值大约为4％;在外负载从10Ω增加到100Ω后,馈能效率由40％降低至8％;在电阻率升高会产生更加缓和降低趋势.在50Ω外负载环境下,压缩阻尼力为-2838N、复原阻尼力为-6891N,均为最大值,符合目标阻尼的需求.此结构优点在于无需频繁进行启停切或者运动换向操作,确保液压油路产生优异整流功效.
