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数控机床的热误差补偿技术研究

数控机床的热误差补偿技术研究

作者：叶三排大连理工大学

学位级别：硕士

随着科技的进步,工业制造技术水平的提高,现代制造装备业对数控机床的加工精度提出了越来越高的要求。但是,随着机床制造精度的不断提高,由于机床各部件热变形不同所引起的热误差逐渐成为了阻碍机床加工精度进一步改善的最主要因素,减... 详细信息

随着科技的进步,工业制造技术水平的提高,现代制造装备业对数控机床的加工精度提出了越来越高的要求。但是,随着机床制造精度的不断提高,由于机床各部件热变形不同所引起的热误差逐渐成为了阻碍机床加工精度进一步改善的最主要因素,减小甚至消除数控机床工作时的热误差,已经受到世界各国研究学者的广泛关注。本课题在分析国内外研究学者对数控机床热误差补偿技术研究的基础上,对数控机床温度和热变形检测技术、机床关键温度测点的辨识以及热误差补偿建模技术进行了研究。具体内容包括以下几个方面： (1)对本课题所研究数控机床的结构特点、热源以及热变形的主要形式进行了分析,为在数控机床上布置温度传感器和热误差的检测提供了理论依据。进而对本课题所设计开发的数据采集系统的工作原理进行了详细的阐述,并且对通过采集系统获取的机床温度和热变形数据进行分析,得出温度测点之间存在很强的相关性,需要采取一定的方法对其进行优化的结论。 (2)在分析机床温度场特性的基础上,提出了基于模糊C均值聚类(FCM)算法、灰色-模糊聚类算法以及粒子群优化算法(PSO)的数控机床温度测点优化方法,通过优化,将数控机床上布置的20个温度测点减少为4个,不仅减少了温度测点的数目,且消除了它们之间的相互耦合影响。 (3)基于本文机床温度测点优化方法选取的关键测温点,研究了基于RBF神经网络、最小二乘支持向量机的机床热误差补偿模型,并提出了基于PSO优化算法的最小二乘支持向量机、多元二次非线性回归和多元三次回归的机床热误差补偿模型,并对所建模型的补偿结果进行了比较、分析,最后得出最可行的方案。

关键词：多元非线性回归模糊C均值聚类灰色-模糊聚类粒子群算法最小二乘支持向量机

气体绝缘输电线路用C3F7CN/CO2混合气体与环氧树脂相容性试验

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电工技术学报 2020年第1期35卷 70-79页

作者：袁瑞君李涵郑哲宇周文俊叶三排武汉大学电气与自动化学院武汉430072 国网平高集团有限公司平顶山467001

气体绝缘输电线路(GIL)中气体与固体绝缘材料的相容性表现为:两种材料长期接触后导致的绝缘性能变化以及气体成分和固体材料的改变。作为目前有潜力替代SF6的环保绝缘气体,C3F7CN/CO2混合气体与GIL内使用的环氧树脂材料之间的相容性亟... 详细信息

气体绝缘输电线路(GIL)中气体与固体绝缘材料的相容性表现为:两种材料长期接触后导致的绝缘性能变化以及气体成分和固体材料的改变。作为目前有潜力替代SF6的环保绝缘气体,C3F7CN/CO2混合气体与GIL内使用的环氧树脂材料之间的相容性亟待研究,因相容性不良可能引发设备的绝缘故障。该文提出C3F7CN/CO2气体与环氧树脂相容性的评价方法,搭建气固相容性试验平台,在不同温度下进行C3F7CN/CO2与环氧树脂的热加速试验,并设置惰性气体He和SF6作为对照试验组。比较试验前后环氧树脂的介质损耗、沿面闪络电压、表面形貌与气体成分,发现不同试验组中的环氧树脂沿面绝缘性能均未下降;仅当试验温度为160℃时,C3F7CN/CO2中检测出少量的C3F6和C3F7CN三聚体,推测此条件下环氧树脂与C3F7CN发生了化学反应,但并未对环氧树脂的绝缘性能产生影响。试验结果表明,在GIL正常运行条件下,C3F7CN/CO2与环氧树脂具有较好相容性,与SF6与环氧树脂的相容性相当。

关键词： C3F7CN/CO2 环氧树脂相容性 SF6替代气体

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模糊系统结合最小二乘的温升预测方法

哈尔滨理工大学学报 2017年第6期22卷 52-56页

作者：王刚张博王冠叶三排平高集团有限公司技术中心河南平顶山467001

针对金具温升过高现象,提出了新的温升预测方法。通过温升试验得到训练数据与测试数据,利用训练数据通过递推最小二乘结合遗传算法的方法对模糊系统进行训练,利用测试数据对训练后的模型进行检验,误差处于合理范围。训练与测试结果说明... 详细信息

针对金具温升过高现象,提出了新的温升预测方法。通过温升试验得到训练数据与测试数据,利用训练数据通过递推最小二乘结合遗传算法的方法对模糊系统进行训练,利用测试数据对训练后的模型进行检验,误差处于合理范围。训练与测试结果说明运用新方法预测金具温升是可行的。通过回归分析对金具温升进行预测,并与新方法进行比较,新方法的预测效果优于传统的回归模型,比较结果体现了新方法在温升预测方面的优势。

关键词：金具温升试验模糊系统回归模型

特高压C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体GIL温度分布

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高电压技术 2022年第2期48卷 698-705页

作者：史荣斌秦炜淇张猛周宏扬王浩叶三排马国明华北电力大学新能源电力系统国家重点实验室北京102206 中国电力科学研究院有限公司北京100192 平高集团有限公司平顶山467000

气体绝缘金属封闭输电线路(gas insulated metal-enclosed transmission line,GIL)中绝缘气体热学特性会影响GIL整体绝缘性能。目前,国内外对C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合新型环保气体应用于GIL的研究刚刚起步,其热学特性尚不明确。为此对特... 详细信息

气体绝缘金属封闭输电线路(gas insulated metal-enclosed transmission line,GIL)中绝缘气体热学特性会影响GIL整体绝缘性能。目前,国内外对C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合新型环保气体应用于GIL的研究刚刚起步,其热学特性尚不明确。为此对特高压C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体GIL建立了温度-流体多物理场仿真模型,通过开展现场温升试验对该模型进行了有效性验证,研究了额定电流下GIL内部温度场分布及内部气体密度场、流速场分布,以及不同通流水平下导体和铝合金外壳顶部温升关系,并对比分析了在C_(4)F_(7)N/CO_(2)与SF;两种不同气体下GIL内部温升的差异性。研究结果表明:C_(4)F_(7)N/CO_(2)气体GIL内部温度梯度整体大于SF;气体GIL,在后续环保型GIL设计中应关注这一问题;相同通流条件下C_(4)F_(7)N/CO_(2)气体GIL与SF;气体GIL温度分布差异的主要原因为SF;对流性能优于C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体;探索了C_(4)F_(7)N/CO_(2)GIL外壳顶部温升与GIL中心导体温升间的关系,GIL导–壳温升比例系数为0.482,该系数可应用于后续基于外壳温度的中心导体温度监测系统中。

关键词： GIL 热传递模型 C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体温度-流体多物理场

基于FCM聚类和RBF神经网络的机床热误差补偿建模

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组合机床与自动化加工技术 2011年第10期 1-4,9页

作者：苏铁明叶三排孙伟大连理工大学机械工程学院辽宁大连116023

热关键点的选择和热误差建模技术是决定热误差补偿是否有效的关键,对提高数控机床的加工精度至关重要。为了实现对数控机床热误差的补偿控制,文章利用模糊C均值(FCM)聚类方法,对机床上布置的温度测点进行优化筛选,将温度变量从20个减少... 详细信息

热关键点的选择和热误差建模技术是决定热误差补偿是否有效的关键,对提高数控机床的加工精度至关重要。为了实现对数控机床热误差的补偿控制,文章利用模糊C均值(FCM)聚类方法,对机床上布置的温度测点进行优化筛选,将温度变量从20个减少到4个,然后给出了基于RBF热误差补偿建模方法。通过建模实例表明,文章提出的建模方法,在保证补偿模型精度的同时有效减少了温度测点,降低了变量耦合影响,并提高了补偿模型的鲁棒性。

关键词：数控机床热误差补偿模糊C均值聚类 RBF神经网络

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直流叠加冲击电压时GIS母线闪络特性

高压电器 2023年第6期59卷 208-214页

作者：操松元张贵富傅中程登峰马径坦叶三排国网安徽省电力有限公司合肥230009 国网安徽省电力有限公司超高压分公司合肥230000 国网安徽省电力有限公司电力科学研究院合肥230022 国网江苏省电力有限公司电力科学研究院南京211103 国网平高集团有限公司河南平顶山467001

GIS母线残余电压和合闸的操作冲击电压共同作用可能会造成GIS母线发生闪络,开展GIS母线有直流电压情况下叠加冲击电压试验,是研究提高GIS母线绝缘水平的必要方法。文中通过搭建直流叠加冲击电压试验回路,研制1100 kV串联550 kV GIS母线... 详细信息

GIS母线残余电压和合闸的操作冲击电压共同作用可能会造成GIS母线发生闪络,开展GIS母线有直流电压情况下叠加冲击电压试验,是研究提高GIS母线绝缘水平的必要方法。文中通过搭建直流叠加冲击电压试验回路,研制1100 kV串联550 kV GIS母线试验平台,开展直流叠加雷电或操作冲击电压试验,结果表明:单独±2400 kV雷电冲击电压或单独±1800 kV操作冲击电压作用时,母线均未发生闪络;负极性直流叠加负极性冲击电压作用时,550 kV GIS母线段多次发生闪络,负—负极性叠加比单独冲击电压作用时闪络电压更低,负—负极性叠加的闪络电压比其他极性组合叠加的闪络电压更低,其中-450 kV直流叠加-2400 kV雷电冲击电压时,与单独-2400 kV雷电冲击电压作用时比较,叠加的雷电冲击闪络电压幅值大约下降28.5%。

关键词： GIS母线绝缘水平直流叠加雷电或操作冲击电压闪络

SF6/N2混合气体1100 kV GIL产品研制及应用

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高压电器 2019年第8期55卷 16-21,29页

作者：王志刚金光耀柏长宇李丽娜裴涛叶三排平高集团有限公司

1 100 kV气体绝缘金属封闭输电线路(GIL)中SF6使用量较大,由于SF6气体具有很大的温室效应,因此,采用SF6/N2混合气体作为绝缘介质以减少SF6气体的使用量具有重要的社会意义。通过研究SF6/N2混合气体的绝缘、温升等特性,提出了适用于1 100... 详细信息

1 100 kV气体绝缘金属封闭输电线路(GIL)中SF6使用量较大,由于SF6气体具有很大的温室效应,因此,采用SF6/N2混合气体作为绝缘介质以减少SF6气体的使用量具有重要的社会意义。通过研究SF6/N2混合气体的绝缘、温升等特性,提出了适用于1 100 kV GIL的SF6/N2混合气体压力及混合比,研制了1 100 kV GIL样机,并进行了绝缘、温升试验研究,试验结果与仿真一致:混合气体压力不变的条件下,气体的绝缘强度随SF6比例的增加而增大,GIL导体、触指温升随SF6比例的增加而降低,壳体温升与混合气体中SF6比例的关系不大;在相同绝缘耐受场强条件下,SF6/N2混合气体压力与纯SF6气体压力成正相关关系,且混合气体中SF6比例越低,气体压力增加的幅度越大。研制的SF6/N2混合气体绝缘1 100 kV GIL样机通过型式试验及长期带电运行试验,验证了产品长期带电运行的可靠性。

关键词： SF6/N2 1 100 kV GIL 绝缘特性温升特性带电考核

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液压成形波纹管减薄率的数值模拟研究

浙江工业大学学报 2019年第1期47卷 58-62页

作者：郭煜敬王志刚金光耀叶三排卢志明黄静峰黄康平高集团有限公司河南平顶山467001 浙江工业大学机械工程学院浙江杭州310014

厚度减薄率是影响波纹管成形质量的重要参数之一,因此用数值方法模拟研究波纹管液压成形过程的减薄率具有重要意义。比较了四种轴向进给加载路径(台阶形、双线性、单线性和二次曲线)对波纹管减薄率的影响,结果表明:台阶形和二次曲线路... 详细信息

厚度减薄率是影响波纹管成形质量的重要参数之一,因此用数值方法模拟研究波纹管液压成形过程的减薄率具有重要意义。比较了四种轴向进给加载路径(台阶形、双线性、单线性和二次曲线)对波纹管减薄率的影响,结果表明:台阶形和二次曲线路径减薄率较大,单线性路径减薄率次之,双线性路径的减薄率最小。在相同的轴向进给位移条件下,波纹管厚度减薄率随着成形压力的升高而增大。如果成形压力与轴向进给之间匹配不合理,会导致波峰处出现明显皱褶的现象。

关键词：波纹管液压成形轴向进给成形内压减薄率

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GIL柔性设计技术研究

科学技术创新 2022年第30期 41-44页

作者：何春天王志刚叶三排李丽娜平高集团有限公司河南平顶山467000

气体绝缘输电线路(GIL)工程线路长,布置形式灵活多样。在管廊内布置时不能承受较大的基础载荷,对管道柔性设计要求较高。开展GIL柔性设计技术研究,综合分析GIL承受内压、重力、热膨胀力等不同载荷作用下的管道应力、变形规律,研究得出GI... 详细信息

气体绝缘输电线路(GIL)工程线路长,布置形式灵活多样。在管廊内布置时不能承受较大的基础载荷,对管道柔性设计要求较高。开展GIL柔性设计技术研究,综合分析GIL承受内压、重力、热膨胀力等不同载荷作用下的管道应力、变形规律,研究得出GIL伸缩节布置原则,解决GIL的热伸缩补偿及基础载荷控制难题。

关键词：柔性设计伸缩节布置