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基于响应面法的数控机床液压系统油液污染可靠性建模研究

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基于响应面法的数控机床液压系统油液污染可靠性建模研究

作者：王成功吉林大学

学位级别：硕士

数控机床作为制造业的“工业母机”,被称为“制造机器和机械的机器”,是国家工业发展的压舱石。国产装备制造业取得了举世瞩目的成绩,数控机床起到了重要作用。但是,与国外先进品牌相比,国产数控机床可靠性水平较低,市场份额和品牌口碑... 详细信息

数控机床作为制造业的“工业母机”,被称为“制造机器和机械的机器”,是国家工业发展的压舱石。国产装备制造业取得了举世瞩目的成绩,数控机床起到了重要作用。但是,与国外先进品牌相比,国产数控机床可靠性水平较低,市场份额和品牌口碑由此遭受负面冲击。液压系统的可靠性一直是影响数控机床整机可靠性的关键因素。数据表明,液压系统的故障主要集中在阀件部位,而阀件的故障绝大多数是由油液中污染物颗粒引起。本文以数控机床液压系统为研究对象,面向液压系统和关键元器件的油液污染问题开展了可靠性建模研究,为其可靠性工作提供基础。论文主要研究内容如下:(1)基于均匀试验的工况因素对数控机床液压系统油液污染的影响规律研究。首先,通过与正交试验设计方法的对比,基于均匀试验方法设计并开展工况因素影响油液污染的可靠性试验;然后,通过对试验数据进行预处理,得到多工况因素和单工况因素对油液污染物颗粒变化量的影响趋势;最后,通过均匀试验回归分析,构建工况因素对油液污染物颗粒变化量的函数关系,揭示工况因素对污染物颗粒变化量的影响规律。(2)基于深度密度聚类算法的污染物尺寸因素对液压系统性能的影响研究。首先,以回路中的溢流阀作为试验检测对象,进行污染物颗粒尺寸因素对液压系统的油液污染检测试验,将油液经过溢流阀前后的压力差作为指标,间接表征污染物颗粒对阀芯的磨损;然后,通过深度密度聚类算法,将影响阀件磨损的污染物颗粒按照颗粒尺寸因素进行聚类分析,确定可靠性建模的随机变量;最后,根据产生主要影响的污染物颗粒数量,推导得到随机变量数量权重值的计算公式。(3)建立基于响应面法的油液污染可靠性模型。首先,针对实际工况下液压系统油液污染可靠性与污染物颗粒之间存在的隐式极限状态函数的问题,论证响应面模型在油液污染可靠性建模研究中的适用性;其次,引入降维近似法和权重分配,基于响应面法建立油液污染的可靠性模型;然后,引入自适应函数形式与动态迭代步长,通过求解可靠性模型得到液压系统油液污染故障概率的函数解析式;最后,通过试验算例,验证可靠性模型的准确性。(4)选用MATLAB作为软件开发平台,设计并开发基于响应面法的数控机床液压系统油液污染可靠性评估系统,集成可靠性试验数据预处理模块、工况因素对污染物颗粒变化量的分析模块、基于响应面法的液压系统油液污染可靠性建模模块,并通过工程算例检验系统的实用性和准确性。

关键词：液压系统油液污染响应面法可靠性建模可靠性评估

面向油液污染的数控机床液压系统可靠性建模研究

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面向油液污染的数控机床液压系统可靠性建模研究

作者：张富尧吉林大学

学位级别：硕士

数控机床作为“工作母机”直接反映一个国家的装备制造水平,在我国机械工业的发展中,国产机床在精度、速度等方面取得了十分明显的进展,但可靠性水平与发达国家尚存在差距,这也是国产机床在国际市场上占比较低的原因之一。因此,数控机... 详细信息

数控机床作为“工作母机”直接反映一个国家的装备制造水平,在我国机械工业的发展中,国产机床在精度、速度等方面取得了十分明显的进展,但可靠性水平与发达国家尚存在差距,这也是国产机床在国际市场上占比较低的原因之一。因此,数控机床可靠性技术对提高我国数控机床发展水平具有重要意义。数控机床是一种复杂的机电液系统集成,而在机电液三个技术领域中,液压系统的故障最为频繁,并且绝大多液压系统的故障是由于液压系统中的液压油被污染而导致的,油液污染物的数量与液压系统发生故障的概率存在一定的相关性,但二者之间的定量关系尚不明确,尚无法定量地依据油液污染情况对数控机床液压系统可靠性进行评估,因此非常有必要针对这一方面做出研究,提高数控机床液压系统可靠性。本文完成的主要工作有:(1)搭建了模拟数控机床液压系统运行的试验台。对数控机床液压系统的工作状态进行分析,结合数控机床液压系统工作时的特点,对液压系统试验台进行设计,模拟实际工况下数控机床液压系统工作时的状态进行试验,制定试验操作规范与操作流程,通过正交试验法进行试验设计。(2)结合液压实验台的运行特点,对环境影响条件下的液压系统实验方案进行设计,确定实验方案。采集了基于环境影响条件下的油液污染数据,对获取的实验数据进行分析,基于BP神经网络建立了环境影响因素对数控机床液压系统油液污染物的影响关系模型,通过极差分析法确定环境因素对于油液污染物影响的相关性。(3)针对油液污染物对于数控机床液压系统的影响机理进行了分析,针对液压系统中的固体污染物进行了浓度和尺寸分布的测量,结合油液污染情况的相关参数指标,探究油液中的有效污染物与液压系统工作状态之间的关系,基于BP神经网络建立污染物因素对液压系统的影响模型,为数控机床液压系统可靠性的模型提供建模依据与参考。(4)结合环境因素和污染因素,对数控机床液压系统可靠性进行建模。根据前文得到的试验数据与结论,在油液污染条件下,引入应力强度干涉模型建立了面向油液污染的数控机床液压系统可靠性模型,反映油液污染程度与机床可靠性之间的定量关系,弥补了现有的模型的不足,为提高数控机床液压系统可靠性提供依据。通过本文的研究对数控机床液压系统进行分析与可靠性建模,为提高液压系统的可靠性提供了理论基础和试验支撑。

关键词：数控机床液压系统油液污染可靠性建模

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基于滤膜淤积法的油液污染在线监测系统

机械工程学报 2006年第4期42卷 152-156页

作者：张齐生赵静一姚成玉燕山大学机械工程学院秦皇岛066004 燕山大学电气工程学院秦皇岛066004

针对油液污染是导致液压系统故障的主要原因以及目前国内外油液污染大多不能实现在线监测的现状,提出基于滤膜淤积法的恒功率测量法,在保证功率恒定的情况下测量通过某一固定体积时的压差来间接测量油液的污染度。采用阀用直流电磁铁作... 详细信息

针对油液污染是导致液压系统故障的主要原因以及目前国内外油液污染大多不能实现在线监测的现状,提出基于滤膜淤积法的恒功率测量法,在保证功率恒定的情况下测量通过某一固定体积时的压差来间接测量油液的污染度。采用阀用直流电磁铁作为主推动力元件来推动特制液压缸内活塞杆来获得压降,自制金属滤膜作为传感元件,并设计了监控软件操作平台,完成了油液污染在线监测系统的设计、调试和试验工作。试验结果表明,该系统能给出相应的ISO、NAS及SAE油液污染等级,并有良好的人机交互能力。与离线测试装置相比,具有可信的精确度和实时性,可满足生产现场的使用要求,具有一定的推广应用价值。

关键词：油液污染在线监测滤膜淤积法恒功率测量

重型机床液压元件油液污染退化量分布剖面可靠性建模

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中国机械工程 2020年第13期31卷 1613-1620,1628页

作者：金桐彤杨兆军王大川赵新跃田海龙陈传海数控装备可靠性教育部重点实验室长春130025 北京北一机床股份有限公司北京101300 吉林大学材料科学与工程学院长春130025 吉林大学机械与航空航天工程学院长春130025

针对重型机床液压系统故障频繁且多与油液中的固态颗粒污染物相关的问题,进行了油液污染趋势变化试验。通过时域分析获得了油样颗粒数的有量纲和量纲一参数,通过Q-Q图和K-S检验分析有量纲参数,污染颗粒数是退化量服从正态分布的退化数... 详细信息

针对重型机床液压系统故障频繁且多与油液中的固态颗粒污染物相关的问题,进行了油液污染趋势变化试验。通过时域分析获得了油样颗粒数的有量纲和量纲一参数,通过Q-Q图和K-S检验分析有量纲参数,污染颗粒数是退化量服从正态分布的退化数据。进行了油液污染与环境相关性分析试验,采用相关系数法分析得到,颗粒数变化量与一定范围内的温度、流量、压力的相关性小;将液压元件分为管路、阀、过滤器三类,用直径5μm左右的颗粒和直径大于15μm的颗粒分别研究管路及阀件的堵塞和磨损情况,以过滤器过滤精度大小的颗粒研究过滤器的堵塞情况,设定ISO4406标准20/17级对应的颗粒数为阈值,利用退化量分布建立了液压元件单一故障模式的可靠性模型;利用竞争失效模型将上述模型融合为多故障模式下的可靠性模型。

关键词：重型机床液压元件油液污染退化量分布可靠性建模

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冶金机械液压污染的主要原因与控制方法

中国科技期刊数据库工业A 2024年第4期 19-22页

作者：赵志同唐山唐钢建设发展有限公司河北唐山063000

本文分析冶金机械液压污染的主要原因,包括油液污染、水分污染、空气污染和颗粒污染等。针对这些污染源,提出有效的控制方法,如定期更换液压油、保持系统密封性、使用高效过滤器和加强设备维护等。实施这些控制措施可以显著提高冶金机... 详细信息

本文分析冶金机械液压污染的主要原因,包括油液污染、水分污染、空气污染和颗粒污染等。针对这些污染源,提出有效的控制方法,如定期更换液压油、保持系统密封性、使用高效过滤器和加强设备维护等。实施这些控制措施可以显著提高冶金机械设备的运行稳定性和使用寿命,降低维修成本,提高生产效率。液压污染控制技术对于保障冶金行业的可持续发展具有重要意义。

关键词：冶金机械液压污染油液污染控制方法设备维护

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基于在线监测的油液污染智能控制系统

设备管理与维修 2022年第21期 116-118页

作者：郑龙飞湛江港(集团)股份有限公司广东湛江524000

针对设备安全用油问题,根据湛江港实际设备管理需求,提出基于润滑在线监测的油品污染智能控制系统。将润滑监测传感器与在线监测仪器的开发相结合,对终端产品的智能化及电子控制系统进行改进,根据机器实际工况设计设备油品污染智能控制... 详细信息

针对设备安全用油问题,根据湛江港实际设备管理需求,提出基于润滑在线监测的油品污染智能控制系统。将润滑监测传感器与在线监测仪器的开发相结合,对终端产品的智能化及电子控制系统进行改进,根据机器实际工况设计设备油品污染智能控制系统,建立对机械设备的油品监测、故障诊断与后续处理的一体化模式,有利于企业设备维护。

关键词：在线监测油液污染智能诊断

EX3600-6型液压反铲液压系统油液污染与治理技术分析

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中文科技期刊数据库（全文版）工程技术 2023年第8期 77-80页

作者：贾雷国家能源准能集团公司哈尔乌素露天煤矿维修中心内蒙古鄂尔多斯010300

本文以EX3600-6型液压反铲液压系统为例,分析了其存在的油液污染现象,并对此提出了相应的处理办法。找出影响油液质量的因素,并通过探究和分析液压油在液压系统中污染的原因,制定出相应的解决办法。本文主要介绍了液压系统油液污染的成... 详细信息

本文以EX3600-6型液压反铲液压系统为例,分析了其存在的油液污染现象,并对此提出了相应的处理办法。找出影响油液质量的因素,并通过探究和分析液压油在液压系统中污染的原因,制定出相应的解决办法。本文主要介绍了液压系统油液污染的成因、污染种类、检测手段及其治理方法,为液压系统长期稳定运行提供了一定参考。

关键词： EX3600-6型液压反铲液压系统液压系统故障分析与处理油液污染

油液污染度在线监测系统设计与AMESim仿真

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油液污染度在线监测系统设计与AMESim仿真

作者：韩亚国长安大学

学位级别：硕士

油液在液压系统中起着传递能量、清洁系统、散热等诸多作用,它的性能好坏与液压设备的运行可靠性和使用寿命密切相关。根据国内外统计资料表明,固体颗粒污染物引起液压系统的故障占总故障的60%～70%,特别对于硬质的固体颗粒污染物,更容... 详细信息

油液在液压系统中起着传递能量、清洁系统、散热等诸多作用,它的性能好坏与液压设备的运行可靠性和使用寿命密切相关。根据国内外统计资料表明,固体颗粒污染物引起液压系统的故障占总故障的60%～70%,特别对于硬质的固体颗粒污染物,更容易使液压元件发生磨损,使液压元件性能逐渐下降,最终失效。因此,对油液污染度监测和控制进行深入研究是有必要的,从而以科学的技术措施,对液压系统进行在线实时监测,根据检测的数据,采取必要的控制措施确保系统的清洁,延长机械的使用寿命。本文对油液污染度各种监测系统的基本理论进行分析、研究和比较,最后确定以恒功率法为基础,开发了基于恒功率压差法的油液污染度在线监测系统,通过研究油液污染度与滤膜两端压力差和液压油缸运动速度的对应关系。在此基础上建立了数学模型,并对数学模型用计算的方法进行分析和论证,给出了检测系统各个元件的设计方案。对本系统的控制部分进行了定性分析,对控制系统各部分的选型方案进行了说明。最后用AMEsim软件对油液污染度在线监测系统进行仿真分析,并给出结论,结论证明了基于恒功率压差法的油液污染度在线监测系统设计理论的正确性和可行性。如果此系统用到机电液一体化系统中,就可以对液压系统中的油液进行实时检测,从而做到液压系统按质换油,对减少液压系统的故障率、大幅度提高液压系统的可靠性、延长液压系统的大修周期、减轻维修工作人员的劳动强度,以及提高机械系统的使用效率和经济效益具有重大的意义。

关键词：油液污染在线监测 AMEsim仿真恒功率

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油液污染对液压凿岩机活塞与缸体间隙的影响

凿岩机械气动工具 1996年第2期22卷 23-24,29页

作者：李方俊高澜庆北京科技大学资源工程学院

本文分析了固体颗粒污染物对液压凿岩机活塞和缸体配合表面的有害影响。从油液污染的角度，讨论了液压凿岩机活塞与缸体应取的配合间隙。

关键词：油液污染液压凿岩机活塞缸体间隙