慣性載荷下飛行模擬器大臂結(jié)構(gòu)的拓?fù)鋬?yōu)化

許華旸，關(guān)立文，王立平，等

摘要：近30年來，由于安全、可靠和訓(xùn)練成本低等優(yōu)點(diǎn)，飛行模擬器開始在飛行員訓(xùn)練領(lǐng)域引起廣泛重視。飛行模擬器通過大臂高速旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的離心力，以及中框和吊籃位姿的實(shí)時(shí)調(diào)整，為飛行員提供真實(shí)的訓(xùn)練體感。根據(jù)離心加速度需要，大臂的長(zhǎng)度一般為6～8 m，重達(dá)十幾噸至幾十噸不等。龐大的重量和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為飛行模擬器的強(qiáng)度、剛度和實(shí)時(shí)控制帶來巨大挑戰(zhàn)，所以飛行模擬器大臂的設(shè)計(jì)對(duì)于整體設(shè)計(jì)的成敗至關(guān)重要。不難看出，飛行模擬器大臂具有轉(zhuǎn)動(dòng)慣量低、強(qiáng)度與剛度足夠、動(dòng)態(tài)性能好等要求。設(shè)計(jì)出滿足上述約束條件的最佳結(jié)構(gòu)屬于結(jié)構(gòu)優(yōu)化問題。在結(jié)構(gòu)優(yōu)化的過程中，只有初始的拓?fù)渥顑?yōu)，才能保證最終的設(shè)計(jì)最優(yōu)，所以本文考慮采用基于拓?fù)鋬?yōu)化的設(shè)計(jì)方法，得出飛行模擬器大臂的初始設(shè)計(jì)形貌。飛行模擬器大臂結(jié)構(gòu)所承受的主要載荷為離心力和切向力等慣性載荷。與固定載荷不同，慣性載荷會(huì)隨同偽密度β的變化而變化，這種變化為此類問題的求解帶來諸多困難。最早于2005年，Bruyneel和Duysinx對(duì)該問題進(jìn)行了深入研究，發(fā)現(xiàn)慣性載荷下結(jié)構(gòu)整體柔順度的靈敏度不再始終為負(fù)值，這導(dǎo)致整體柔順度出現(xiàn)非單調(diào)特征、以及非有效的材料體積約束和材料低密度區(qū)出現(xiàn)“附屬”效應(yīng)等3個(gè)主要困難，并針對(duì)SIMP建模方法下的該問題提出了一種改進(jìn)的MMA算法，該算法雖然能夠保證收斂，但是速率較慢。20世紀(jì)80年代，陳樹勛等人提出導(dǎo)重法，并將其應(yīng)用于大型精密天線的保型設(shè)計(jì)。導(dǎo)重法的提出旨在克服傳統(tǒng)的虛功原理法在天線結(jié)構(gòu)優(yōu)化過程中“忽略了設(shè)計(jì)變量所引起的載荷的變化的缺陷”，而由于大型精密天線的主要載荷就是自重，所以克服該缺陷對(duì)于得到更優(yōu)的結(jié)果至關(guān)重要。由于該方法物理意義明確，算法簡(jiǎn)單，且收斂快速，2011年劉辛軍等將其引入到固定載荷下連續(xù)體結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化問題的求解中，為拓?fù)鋬?yōu)化問題的求解提供了新的解決思路。本文將導(dǎo)重法用于慣性載荷下、以轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為約束的拓?fù)鋬?yōu)化問題的求解。首先，本文對(duì)導(dǎo)重算法進(jìn)行改進(jìn)，得到固定載荷下以整體柔順度為目標(biāo)、以轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為約束的拓?fù)鋬?yōu)化迭代公式。隨后，考慮到迭代計(jì)算時(shí)慣性載荷本身隨SIMP建模方法中的偽密度的變化，本文進(jìn)一步推導(dǎo)了重力作用下的單工況拓?fù)鋬?yōu)化迭代公式和重力-離心力同時(shí)作用下的多工況拓?fù)鋬?yōu)化迭代公式，并通過相應(yīng)算例證明其可行性和有效性。最后，本文將得到的迭代算法應(yīng)用于飛行模擬器大臂的優(yōu)化設(shè)計(jì)中，并將由此得到的拓?fù)湫蚊才c商業(yè)化優(yōu)化軟件Optistruct中得到的結(jié)果進(jìn)行比較，對(duì)比顯示：本文中的算法與成熟的SLP（sequential linear programming，序列線性規(guī)劃法）或 MMA（method of moving asymptotes，移動(dòng)漸近線法）在拓?fù)鋬?yōu)化形貌和迭代效率上差別不大，而在結(jié)構(gòu)光順性和工藝性上更優(yōu)于Optistruct所得到的結(jié)果。

來源出版物：機(jī)械工程學(xué)報(bào)， 2014， 50(9)： 14-23

入選年份：2016

低頻伺服力激勵(lì)下進(jìn)給系統(tǒng)建模與動(dòng)態(tài)響應(yīng)分析

王磊，劉海濤，梁滔，等

摘要：在現(xiàn)代精密加工過程中，為了得到精確的形狀和高質(zhì)量的表面，對(duì)刀具相對(duì)于工件的運(yùn)動(dòng)精度提出了越來越高的要求，這在很大程度上取決于數(shù)控進(jìn)給系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)精度，即要求在伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)作用下，機(jī)械執(zhí)行系統(tǒng)具有較高的運(yùn)動(dòng)精度。絲杠螺母副組件將伺服電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為工作臺(tái)的直線運(yùn)動(dòng)，是目前機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)中最常見的機(jī)械傳動(dòng)部件。然而，在機(jī)床動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)過程中，由于中間環(huán)節(jié)選擇不合理，由此引入機(jī)械結(jié)構(gòu)件過大的彈性變形、摩擦力等影響，以及伺服輸出力擾動(dòng)，會(huì)限制系統(tǒng)高精度的機(jī)械傳動(dòng)，甚至在伺服激勵(lì)等外在激勵(lì)下還有共振的危險(xiǎn)。絲杠螺母副進(jìn)給系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)建模是進(jìn)行機(jī)床進(jìn)給傳動(dòng)動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，有很多學(xué)者為此做了大量的工作，這些建模方法能較好的描述進(jìn)給系統(tǒng)的主要振動(dòng)形式，如進(jìn)給絲杠的拉/壓振動(dòng)、扭轉(zhuǎn)振動(dòng)以及工作臺(tái)的其他方向的振動(dòng)。然而，不同于伺服輸出力高頻成分或其他方向高頻激勵(lì)可能會(huì)引起機(jī)械系統(tǒng)共振的建模分析，多數(shù)學(xué)者并沒有關(guān)注伺服電動(dòng)機(jī)對(duì)進(jìn)給系統(tǒng)的激勵(lì)作用，特別是電動(dòng)機(jī)輸出力的低頻諧波成分包含扭矩的擾動(dòng)，這些激勵(lì)頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于機(jī)械系統(tǒng)的共振頻率，但仍然會(huì)影響進(jìn)給系統(tǒng)的精密傳動(dòng)，即傳統(tǒng)的進(jìn)給系統(tǒng)建模研究忽視了絲杠扭轉(zhuǎn)擾動(dòng)對(duì)平移運(yùn)動(dòng)精度的作用。由于伺服驅(qū)動(dòng)電路的非線性特性（調(diào)制方法，功率管驅(qū)動(dòng)方式，死區(qū)效應(yīng)等）以及伺服電動(dòng)機(jī)本身結(jié)構(gòu)的不理想（定子開槽，轉(zhuǎn)子永磁體之間有氣隙等），伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)輸出的力矩并不是理想的名義力矩，而是存在多諧波成分的波動(dòng)力矩。這種波動(dòng)力矩既作為機(jī)械系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)力矩完成機(jī)械系統(tǒng)的指令運(yùn)動(dòng)，又作為一種外在激勵(lì)作用在機(jī)械系統(tǒng)中引起機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)參數(shù)(位移，速度和加速度)的波動(dòng)。因此，需要研究伺服電動(dòng)機(jī)這種激勵(lì)的諧波性質(zhì)以及隨運(yùn)動(dòng)參數(shù)的變化特性。針對(duì)精密絲杠直線進(jìn)給系統(tǒng)在低頻伺服力激勵(lì)下產(chǎn)生動(dòng)態(tài)響應(yīng)的原因及機(jī)理進(jìn)行了建模研究，提出了一種進(jìn)給系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型。其特色在于不同于伺服輸出力高頻成分或其他方向高頻激勵(lì)可能會(huì)引起機(jī)械系統(tǒng)共振的建模分析，描述了伺服電動(dòng)機(jī)的伺服輸出力的低頻諧波成分對(duì)進(jìn)給系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)的影響。采用集中參數(shù)法建立了進(jìn)給系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)模型，利用拉格朗日方法，推導(dǎo)了精密車床進(jìn)給系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程。仿真和試驗(yàn)結(jié)果表明，（1）伺服力矩中存在著眾多的諧波成分，頻率數(shù)值遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于進(jìn)給系統(tǒng)的第一階固有頻率66 Hz，而且隨著速度的增大，頻率分量增大；（2）刀尖點(diǎn)在z軸進(jìn)給方向振型所對(duì)應(yīng)的第一個(gè)固有頻率，仿真與試驗(yàn)結(jié)果誤差在5%之內(nèi)，驗(yàn)證了所建動(dòng)力學(xué)模型的有效性；（3）與測(cè)量的勻速運(yùn)動(dòng)下刀塔運(yùn)動(dòng)速度響應(yīng)對(duì)比，所建模型能有效地反映伺服輸出力低頻諧波成分對(duì)機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)的影響；響應(yīng)的幅值變化量15%左右。最后指出，在精密機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，必須考慮伺服激勵(lì)的低頻諧波成分帶來機(jī)械系統(tǒng)的微小強(qiáng)迫振動(dòng)。

來源出版物：機(jī)械工程學(xué)報(bào)， 2015， 51(3)： 80-86

入選年份：2016

大型數(shù)控滾齒機(jī)立柱動(dòng)力學(xué)仿真分析

楊勇，王時(shí)龍，田志峰，等

摘要：目的：為避免大型數(shù)控滾齒機(jī)滾削力引起立柱振動(dòng)而影響加工精度，對(duì)大型滾齒機(jī)立柱剛度特性及諧響應(yīng)進(jìn)行了仿真分析。方法：在滾齒機(jī)立柱結(jié)構(gòu)特征、滾刀主軸傳動(dòng)原理及動(dòng)力學(xué)理論基礎(chǔ)上，采用 FEM 仿真技術(shù)方法，建立了滾齒機(jī)立柱與滾刀箱有限元仿真模型，仿真求解得到了立柱模態(tài)及諧響應(yīng)參數(shù)，并采用滾齒機(jī)工況參數(shù)與仿真數(shù)據(jù)相結(jié)合的理論分析法，對(duì)論文所研究滾齒機(jī)立柱動(dòng)力學(xué)特性進(jìn)行解析。結(jié)果：由滾齒機(jī)立柱動(dòng)力學(xué)仿真分析結(jié)果可知，立柱前 10階諧響應(yīng)頻率均大于滾齒機(jī)滾刀主軸工作與最高設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)的激振頻率。立柱振動(dòng)變形值較大的1～3階振型相同，振幅較小的4～5階振型相同，即1～5階與6～10階的振型分別呈周期性變化，振型出現(xiàn)這種周期性變化，主要是由滾齒機(jī)滾削載荷為周期性變化所引起；立柱結(jié)構(gòu)不會(huì)產(chǎn)生共振，剛度與強(qiáng)度均滿足設(shè)計(jì)要求，且在滾刀工作轉(zhuǎn)速與最高設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速狀態(tài)下，立柱結(jié)構(gòu)偏重，可通過降低立柱壁厚進(jìn)行優(yōu)化。立柱沿X方向傾斜，建議滾齒機(jī)裝配時(shí)，立柱沿X負(fù)方向的安裝傾角可在 0°～0.032°范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)整。并且立柱豎直導(dǎo)軌中下部及立柱低部導(dǎo)軌槽邊沿產(chǎn)生較大的凹凸變形，主要是由于在滾齒切削振動(dòng)中，立柱在這些位置將承受較大的拉或壓應(yīng)力，故在該位置產(chǎn)生較大的彎曲變形；如滾齒機(jī)滾刀轉(zhuǎn)速高于1562.28 r/min時(shí)，建議在這些部位進(jìn)行優(yōu)化。同時(shí)，建議對(duì)滾刀主軸與滾刀箱滑板下邊沿的相對(duì)位置，在裝配設(shè)計(jì)時(shí)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，可避免滑板下邊沿對(duì)豎直導(dǎo)軌壓痕過大，而影響齒輪加工精度。結(jié)論：（1）大型數(shù)控滾齒機(jī)立柱振動(dòng)頻率均高于或遠(yuǎn)離滾刀工作轉(zhuǎn)速與最高設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速兩種轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)的第 1、2諧次激振頻率，表明滾刀主軸轉(zhuǎn)速在0～365 r/min范圍內(nèi)進(jìn)行加工時(shí)，立柱不會(huì)產(chǎn)生共振，且立柱結(jié)構(gòu)剛度與強(qiáng)度均滿足設(shè)計(jì)要求，但立柱結(jié)構(gòu)偏重，建議通過適當(dāng)減小立柱壁厚進(jìn)行優(yōu)化，并進(jìn)行剛度強(qiáng)度校核。（2）經(jīng)動(dòng)力學(xué)分析，發(fā)現(xiàn)立柱X軸絲桿螺母孔周圍、豎直導(dǎo)軌中下部及底部導(dǎo)軌槽邊沿處變形較大，當(dāng)滾刀主軸工作轉(zhuǎn)速高于1562.28 r/min時(shí)，建議適當(dāng)優(yōu)化這些位置的立柱壁厚。（3）立柱在滾削載荷作用下，整體沿X軸方向傾斜，將引起滾刀與工件主軸中心距變化，使齒輪工件在螺旋線方向產(chǎn)生錐度，造成齒輪出現(xiàn)切向、齒向、齒面及齒廓等偏差，從而影響或降低滾齒機(jī)加工精度與齒輪質(zhì)量。因此，在滾齒機(jī)裝配時(shí)，立柱沿X軸負(fù)方向的安裝傾角可在 0°～0.032°范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)整，并在裝配設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)滾刀主軸與滾刀箱滑板下邊沿相對(duì)位置進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，以避免滑板下邊沿對(duì)豎直導(dǎo)軌壓痕過大，從而影響齒輪加工精度。因此，通過立柱動(dòng)態(tài)響應(yīng)的振動(dòng)頻率與變形量分析，得到了立柱設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)在滾齒機(jī)加工時(shí)能避開共振頻率范圍，揭示了立柱振動(dòng)變形量的變化規(guī)律，提出了立柱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與安裝方法的改進(jìn)建議，為大型數(shù)控滾齒機(jī)部件的設(shè)計(jì)優(yōu)化提供了理論依據(jù)與參考。

來源出版物：中國(guó)機(jī)械工程， 2013， 24(11)： 1473-1479

入選年份：2016

中國(guó)機(jī)器人的發(fā)展戰(zhàn)略思考

高峰，郭為忠

摘要：自1959年世界上第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人問世以來，機(jī)器人發(fā)展取得了巨大成就，在制造業(yè)、服務(wù)業(yè)、醫(yī)療保健/醫(yī)療、國(guó)防和太空等各個(gè)領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用?！皺C(jī)器人革命”有望成為“第三次工業(yè)革命”的一個(gè)切入點(diǎn)和重要增長(zhǎng)點(diǎn)，將影響全球制造業(yè)戰(zhàn)略格局。機(jī)器人已從早期的工業(yè)機(jī)器人發(fā)展為種類繁多的現(xiàn)代工業(yè)機(jī)器人、特種機(jī)器人和服務(wù)機(jī)器人，正在逐步發(fā)展成具有感知、認(rèn)知和自主行動(dòng)能力的智能化裝備。機(jī)器人涉及學(xué)科領(lǐng)域眾多，是數(shù)學(xué)、力學(xué)、機(jī)構(gòu)學(xué)、材料科學(xué)、自動(dòng)控制、計(jì)算機(jī)、人工智能、光電、通訊、傳感、仿生學(xué)等多學(xué)科和多技術(shù)綜合的成果，體現(xiàn)國(guó)家高技術(shù)領(lǐng)域的綜合實(shí)力?，F(xiàn)階段機(jī)器人的智能和自主能力仍很薄弱，現(xiàn)代機(jī)器人將面臨如何與人互助作業(yè)、如何服務(wù)人的生活、如何實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互與自律協(xié)同的控制等一系列技術(shù)挑戰(zhàn)，作業(yè)能力的提升、人機(jī)交互能力的改善、安全性能的提高是發(fā)展的首要目標(biāo)，需要突破制約人—機(jī)交互、人—機(jī)合作、人—機(jī)融合發(fā)展的瓶頸問題，解決3個(gè)方面基礎(chǔ)科學(xué)問題，即揭示機(jī)器人與非結(jié)構(gòu)化環(huán)境和不確定性作業(yè)任務(wù)的適應(yīng)性規(guī)律，為現(xiàn)代機(jī)器人創(chuàng)新與設(shè)計(jì)提供理論基礎(chǔ)；揭示機(jī)器人理解人的行為和抽象指令的機(jī)理，為智能機(jī)器人構(gòu)建人機(jī)溝通及安全機(jī)制提供理論依據(jù)；揭示人機(jī)交互與自律協(xié)同控制原理，為機(jī)器人實(shí)現(xiàn)人機(jī)協(xié)調(diào)合作提供技術(shù)支撐，進(jìn)而突破三維環(huán)境感知、規(guī)劃和導(dǎo)航、類人的靈巧操作、直觀的人機(jī)交互、安全機(jī)器人行為等關(guān)鍵技術(shù)，掌握減速器、感知驅(qū)動(dòng)與控制等基礎(chǔ)部件設(shè)計(jì)制造技術(shù)，開發(fā)包括海底資源探測(cè)與開采機(jī)器人、地震搜救與作業(yè)機(jī)器人、核電維護(hù)和退役與救災(zāi)機(jī)器人、消防救援機(jī)器人、太空作業(yè)機(jī)器人、外星探測(cè)與作業(yè)機(jī)器人、山地運(yùn)載機(jī)器人、移動(dòng)式制造機(jī)器人系統(tǒng)、增材制造機(jī)器人系統(tǒng)、微納制造機(jī)器人系統(tǒng)、多指多臂多智能體機(jī)器人系統(tǒng)、家庭服務(wù)和保安機(jī)器人、軍用機(jī)器人等各類新型機(jī)器人裝備。建議我國(guó)采取發(fā)展戰(zhàn)略，（1）加強(qiáng)工業(yè)機(jī)器人整機(jī)設(shè)計(jì)理論與方法研究，尋求新思維，突破驅(qū)動(dòng)電機(jī)、減速器、驅(qū)動(dòng)控制等核心基礎(chǔ)部件瓶頸，提升機(jī)器人操作靈活性、在線感知能力；（2）加強(qiáng)服務(wù)機(jī)器人研究，提升機(jī)器人理解人的行為和抽象指令、人機(jī)溝通與協(xié)調(diào)合作能力，建立機(jī)器人安全機(jī)制；（3）針對(duì)在核輻射、軍事戰(zhàn)場(chǎng)、自然和人為災(zāi)害等危險(xiǎn)甚至不可達(dá)區(qū)域執(zhí)行任務(wù)的需要，開展特種機(jī)器人研究，解決在線實(shí)時(shí)交互、動(dòng)態(tài)未知環(huán)境中自主作業(yè)等問題，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人與人共處同一環(huán)境空間互助作業(yè)，為開發(fā)國(guó)家亟需的現(xiàn)代機(jī)器人提供科學(xué)理論和關(guān)鍵技術(shù)支撐。

來源出版物：機(jī)械工程學(xué)報(bào)， 2016， 52(7)： 1-5

入選年份：2016

基于解析模態(tài)分解的機(jī)械故障診斷方法

時(shí)培明，蘇翠嬌，趙娜，等

摘要：目的：旋轉(zhuǎn)機(jī)械設(shè)備在工業(yè)生產(chǎn)中占有非常重要的地位，保障旋轉(zhuǎn)機(jī)械的安全運(yùn)行是非常重要的，因此對(duì)旋轉(zhuǎn)機(jī)械的故障診斷具有重要現(xiàn)實(shí)意義。目前，常用的旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷的方法，例如：經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解、小波分析、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及包絡(luò)解調(diào)等，都難以提取復(fù)雜故障特征頻率，尤其是具有緊密間隔的故障頻率。針對(duì)這一問題，提出一種基于解析模態(tài)分解（analytical mode decomposition，AMD）的旋轉(zhuǎn)機(jī)械診斷方法。只要知道信號(hào)的頻率成分，AMD方法就可以將含不同頻率成分的信號(hào)分解為單頻率信號(hào)，尤其能夠分解有緊密間隔頻率成分的信號(hào)。對(duì)于可預(yù)知故障特征頻率的旋轉(zhuǎn)機(jī)械的故障診斷，可利用AMD方法提取機(jī)械振動(dòng)信號(hào)中故障特征頻率所在頻段的信號(hào)，并求該段信號(hào)的頻譜，若頻譜中含有故障特征頻率，則說明機(jī)械振動(dòng)信號(hào)中存在該故障。方法：對(duì)于旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障中可以預(yù)知故障特征頻率的情況下，提出了一種基于 AMD的旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷方法。該方法通過 AMD提取振動(dòng)信號(hào)中故障特征頻率所在頻段的信號(hào)，并求該段信號(hào)的頻譜，判斷信號(hào)中是否存在故障以及故障類型。該方法具體步驟如下：（1）若某旋轉(zhuǎn)機(jī)械中可能存在的故障頻率為，對(duì)原振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行AMD分解，提取出各個(gè)故障頻率所在頻段的信號(hào)；（2）求出所有提取出的信號(hào)的頻譜，看頻譜中是否有故障特征頻率成分；（3）將信號(hào)頻譜中有故障特征頻率的保留，將頻譜中不含故障特征頻率的去除；（4）經(jīng)AMD提取出的各個(gè)信號(hào)中含有的故障特征頻率為，根據(jù)所含頻率成分判斷旋轉(zhuǎn)機(jī)械是否存在故障以及發(fā)生故障的部位。結(jié)果：以美國(guó)西儲(chǔ)大學(xué)實(shí)驗(yàn)臺(tái)數(shù)據(jù)為例進(jìn)行分析，應(yīng)用本文所提方法對(duì)滾動(dòng)軸承故障信號(hào)處理后，診斷出了滾動(dòng)軸承發(fā)生故障的部位，且與實(shí)際情況相符。和EMD方法相比，經(jīng)本文方法處理后的故障信號(hào)頻譜中的頻率成分更單一，且故障頻率的幅度也有所增加。在處理過程中，由于實(shí)際信號(hào)中含有高頻噪聲以及其他噪聲成分，使 EMD分解出的前幾個(gè)分量均為噪聲成分，大大增加了分量個(gè)數(shù)，因此，延長(zhǎng)了實(shí)際信號(hào)的整個(gè)處理過程。而AMD方法只針對(duì)故障特征頻率成分進(jìn)行處理，略去了對(duì)其他不相關(guān)頻率成分信號(hào)的分析處理，使處理速度加快，縮短了處理時(shí)間。結(jié)論：提出一種基于AMD的旋轉(zhuǎn)機(jī)械的故障診斷方法，由于一些旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障頻率的可預(yù)知性，因此可以利用 AMD方法提取故障頻段的信號(hào)并求其頻譜，來判斷提取的信號(hào)中是否有故障頻率，進(jìn)而判斷旋轉(zhuǎn)機(jī)械是否存在故障以及故障發(fā)生的部位。通過對(duì)含內(nèi)圈故障的滾動(dòng)軸承振動(dòng)信號(hào)和轉(zhuǎn)子不對(duì)中故障數(shù)據(jù)的分析處理，證明了本文方法可以提取出信號(hào)的故障特征頻率，說明該方法能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)旋轉(zhuǎn)機(jī)械的故障診斷。通過與EMD方法的比較，表明了應(yīng)用AMD方法對(duì)旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷更加快速、準(zhǔn)確。

來源出版物：中國(guó)機(jī)械工程， 2016， 27(5)： 674-679

入選年份：2016

液壓機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)分區(qū)控制節(jié)能方法

劉志峰，李磊，黃海鴻，等

摘要：目的：液壓機(jī)具有裝機(jī)功率大、周期內(nèi)瞬間載荷高且負(fù)載差異大的特點(diǎn)，導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的輸出功率與動(dòng)作的消耗功率不匹配。且每個(gè)成形過程完成后，液壓機(jī)存在較長(zhǎng)的待機(jī)時(shí)間用于完成上下料動(dòng)作，產(chǎn)生較大的待機(jī)能量損耗。為了減少液壓機(jī)工作過程的能量消耗，從改變液壓機(jī)系統(tǒng)動(dòng)作節(jié)拍的角度實(shí)現(xiàn)其能量匹配。方法：針對(duì)液壓機(jī)的能效特點(diǎn)，提出了一種液壓機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的分區(qū)控制節(jié)能方法。將多個(gè)液壓機(jī)原有的驅(qū)動(dòng)部分（由多個(gè)電機(jī)和泵組成的電機(jī)泵組）從整個(gè)液壓機(jī)系統(tǒng)中分離組成泵站，將泵站作為液壓機(jī)組的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，為液壓機(jī)組提供能量。液壓機(jī)組的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)劃分為與液壓機(jī)動(dòng)作相對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)區(qū)，不同液壓機(jī)在同一驅(qū)動(dòng)區(qū)的驅(qū)動(dòng)下完成該區(qū)所對(duì)應(yīng)的動(dòng)作。結(jié)合不同液壓機(jī)的相同動(dòng)作對(duì)壓力和功率需求差異較小的特點(diǎn)，利用驅(qū)動(dòng)單元的能效優(yōu)化方法，使驅(qū)動(dòng)單元的輸出功率與該動(dòng)作消耗的功率相匹配。構(gòu)建了液壓機(jī)組的調(diào)度方法，實(shí)現(xiàn)不同液壓機(jī)分時(shí)共享同一驅(qū)動(dòng)區(qū)。結(jié)果：以某公司公稱壓力20 MN，裝機(jī)功率510 kW的拉深液壓機(jī)為例，對(duì)采用分區(qū)控制方法前后的單臺(tái)液壓機(jī)的能量消耗及效率提升情況進(jìn)行對(duì)比。同時(shí)，為了更清楚地比較采用液壓機(jī)組驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)分區(qū)控制方法后，單臺(tái)液壓機(jī)的能量節(jié)約情況，選擇6臺(tái)相同的液壓機(jī)作為液壓機(jī)組，不改變每個(gè)動(dòng)作接入系統(tǒng)液壓系統(tǒng)的電機(jī)和泵的個(gè)數(shù)，不改變每個(gè)動(dòng)作持續(xù)的時(shí)間長(zhǎng)度，進(jìn)行單一工況的設(shè)計(jì)。結(jié)果表明液壓機(jī)在工作時(shí)，輸入能量的40%消耗在電機(jī)的空載運(yùn)行上，只有20%用于液壓機(jī)的成形階段，等待階段的存在降低了液壓機(jī)的工作效率，液壓系統(tǒng)輸入輸出功率的不匹配導(dǎo)致了能量的損失。液壓機(jī)正常工作時(shí)，一次成形過程的能量消耗為4864.29 kJ。采用液壓機(jī)組分區(qū)控制節(jié)能方法以后，僅去掉每個(gè)動(dòng)作處于待機(jī)的電機(jī)，單臺(tái)液壓機(jī)進(jìn)行一次成形過程的能量消耗為2898.46 kJ，能量節(jié)約 1965.83 kJ，效率提升為 13.3%。僅去除多余電機(jī)泵組的方式，并不能使每個(gè)動(dòng)作電機(jī)的平均負(fù)載率處在容許的范圍，沒有達(dá)到高效率的能量匹配。若依據(jù)能量匹配方法，對(duì)每個(gè)驅(qū)動(dòng)單元的組成進(jìn)行優(yōu)化，能量消耗將會(huì)進(jìn)一步減少。結(jié)論：（1）液壓機(jī)組分區(qū)控制節(jié)能方法，使用特定的液壓驅(qū)動(dòng)區(qū)為不同液壓機(jī)的相同階段提供成形能量，實(shí)現(xiàn)了驅(qū)動(dòng)單元輸出功率與動(dòng)作消耗功率的匹配。（2）通過不同液壓機(jī)之間的節(jié)拍協(xié)調(diào)，對(duì)多臺(tái)液壓機(jī)的工作時(shí)間進(jìn)行調(diào)度，使液壓機(jī)組分時(shí)共享同一驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。（3）液壓機(jī)處于等待狀態(tài)時(shí)，將不同液壓機(jī)的等待時(shí)間根據(jù)調(diào)度方法分散于不同的時(shí)間區(qū)間，驅(qū)動(dòng)區(qū)不沖突地為其他液壓機(jī)提供能量，縮短甚至消除了驅(qū)動(dòng)區(qū)的等待時(shí)間，大大提高了整個(gè)液壓系統(tǒng)的能量利用率。

來源出版物：中國(guó)機(jī)械工程， 2016， 27(14)： 1942-1948

入選年份：2016