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考虑键相丢失的二重逐点Vold-Kalman滤波涡轮泵故障诊断

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振动与冲击 2025年第3期44卷 210-220,229页

作者：王帅孙若斌翟智马猛陈雪峰西安交通大学未来技术学院西安710049 西安交通大学机械工程学院西安710049

液体火箭发动机涡轮泵在高转速、高温度梯度、高压的非平稳工况下极易发生故障。Vold-Kalman滤波方法能够从复杂时变振动信号中检测出涡轮泵转子故障,但由于涡轮泵振动传递路径复杂,该方法依赖于所采集振动信号的载波的高采样率高精度... 详细信息

液体火箭发动机涡轮泵在高转速、高温度梯度、高压的非平稳工况下极易发生故障。Vold-Kalman滤波方法能够从复杂时变振动信号中检测出涡轮泵转子故障,但由于涡轮泵振动传递路径复杂,该方法依赖于所采集振动信号的载波的高采样率高精度的相位信息,在键相信号丢失和采样频率低(一圈一个脉冲)的实际应用场景下存在故障检测精度偏低的问题;且Vold-Kalman滤波使用批量式优化的方法,求解缓慢,无法在箭载计算机上实现在线检测故障。针对上述两个问题,为实现毫秒级的涡轮泵故障实时诊断,提出了一种滤波诊断方法——二重逐点Vold-Kalman滤波器(double point-wise Vold-Kalman filter,DPVKF)。DPVKF首先建立各阶次分量状态转移和状态观测的时变线性高斯模型;然后,从低精度的转速脉冲和振动信号中准确重构相应载波的高精度瞬变相位;随后,在重构相位的指导下,得到各阶次复包络的最优线性无偏估计;最终,在复杂激励干扰下提取到涡轮泵转子的故障特征。故障模拟试验和某型号涡轮泵低温轴承运转试验表明,提出的方法可实现高实时性、高可靠性的涡轮泵转子故障诊断。

关键词：二重逐点Vold-Kalman滤波(DPVKF) 键相信号丢失涡轮泵故障诊断

热-结构耦合作用下压电式力传感器热应力分析

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西安交通大学学报 2025年第1期59卷 194-205页

作者：周远琴李映君李宏宇王桂从济南大学机械工程学院济南250022

针对极端环境下高温传感器的可靠性受限于热应力,导致传感器零漂和温漂甚至失效的问题,提出了一种基于热-结构耦合的高温压电式力传感器热应力计算方法及其有限元模型。基于平衡方程和热-弹性理论,建立了传感器热弹性力学物理方程,分析... 详细信息

针对极端环境下高温传感器的可靠性受限于热应力,导致传感器零漂和温漂甚至失效的问题,提出了一种基于热-结构耦合的高温压电式力传感器热应力计算方法及其有限元模型。基于平衡方程和热-弹性理论,建立了传感器热弹性力学物理方程,分析了封装材料和温度对压电式力传感器热应力的影响规律。通过分析高温环境下压电式力传感器的热应力分布,确定传感器应力集中位置。对传感器热应力进行溯源,得到封装材料和晶组材料的热膨胀系数不一致导致热失配应力产生。将随机振动功率谱密度转换为加速度时域信号,利用多物理场耦合方法,分析得到传感器的最大热应力为134.61 MPa,小于材料的屈服强度300 MPa,验证了传感器在高温、高压和随机振动综合环境下具有良好的可靠性。通过研究氧化铝和氧化锆绝缘层对传感器最大热应力的影响,研究结果表明,温度为420℃时氧化铝绝缘层传感器的最大热应力比无绝缘层传感器的最大热应力小9.18 MPa,比氧化锆绝缘层传感器最大热应力小79.31 MPa,该工作可为高温环境下减小传感器热应力措施提供一定的参考。

关键词：高温传感器热应力多物理场压电

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石英挠性加速度计摆片纳米级应变原位测量

清华大学学报(自然科学版) 2025年第2期65卷 376-384页

作者：王之昂尹文浩李慧周述军赵乾孟永钢邵天敏清华大学机械工程系高端装备界面科学与技术全国重点实验室中国矿业大学(北京)机械与电气工程学院

石英摆片两侧金镀膜的应力及其对称性直接影响石英挠性加速度计的零位和精度，应力分布的建模仿真与原位测量表征显得尤为重要。该文建立了石英摆片的有限元模型，计算了石英摆片的基本模态，分析了石英摆片两侧应力差值对摆片变形及电... 详细信息

石英摆片两侧金镀膜的应力及其对称性直接影响石英挠性加速度计的零位和精度，应力分布的建模仿真与原位测量表征显得尤为重要。该文建立了石英摆片的有限元模型，计算了石英摆片的基本模态，分析了石英摆片两侧应力差值对摆片变形及电容的影响规律，建立了摆片的应力-应变-位移-电容的变化关系。提出了一种基于电容法的非接触式应变测量方法，搭建了基于AD7747芯片的飞法级多通道测量装置，实现了20 nm级微小变形测量。该研究为石英摆片微小变形及其复杂环境条件下的原位检测提供了高精度有效测量方法。

关键词：石英挠性加速度计摆片变形测量薄膜应力

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深度对比一类分类在轴承异常检测中的应用

振动.测试与诊断 2025年第1期45卷 1-9,196页

作者：严如强朱启翔李亚松周峥西安交通大学机械工程学院西安710049

针对机械设备的异常数据难以获取和传统异常检测方法容易误报的问题,提出了一种基于深度对比一类分类的无监督异常检测框架,用于检测轴承等关键部件产生异常的时间点。所提出的框架分为2部分。第1部分,针对深度一类分类方法的分布未知... 详细信息

针对机械设备的异常数据难以获取和传统异常检测方法容易误报的问题,提出了一种基于深度对比一类分类的无监督异常检测框架,用于检测轴承等关键部件产生异常的时间点。所提出的框架分为2部分。第1部分,针对深度一类分类方法的分布未知与模型坍缩问题,提出一种改进的深度对比一类分类损失,修改了相似度度量方式,并添加了增强样本对之间的相似度约束。在训练过程中,选取4种备选的数据增强方案进行实验和分析,并选取了最佳的数据增强组合,使模型学习得到了更加均匀的正常数据分布。第2部分,采用极值理论在检测过程中不断拟合分布尾部的极值分布,动态更新异常样本阈值进而避免误报。最后,在辛辛那提轴承寿命数据集上验证了提出的异常检测框架在特征分布的均匀性、异常样本的分类准确性与故障起始点检测的精准性方面都具有优越性。

关键词：深度一类分类异常检测极值理论对比学习

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融合语义信息的激光惯性SLAM方法

激光与光电子学进展 2025年第04期 205-214页

作者：张传伟赵瑞祺西安科技大学机械工程学院

针对单一传感器面对大规模城市场景的定位建图任务表现不佳，且环境中的动态物体影响定位精度与地图构建的问题，提出一种包含语义分割和激光惯性里程计的语义同时定位与地图构建方法（SLI-SLAM）。首先图像语义分割模型采用改进的轻量... 详细信息

针对单一传感器面对大规模城市场景的定位建图任务表现不佳，且环境中的动态物体影响定位精度与地图构建的问题，提出一种包含语义分割和激光惯性里程计的语义同时定位与地图构建方法（SLI-SLAM）。首先图像语义分割模型采用改进的轻量级语义分割网络（D3p-S）完成图像语义分割，并通过传感器间的时空同步，实现点云语义分割，同时设计一种基于面元模型的几何空间一致性进行动态障碍物检测与剔除；其次利用惯性测量单元（IMU）预积分消除激光雷达产生的运动畸变，采用点云地面分割和点云去噪的方法降低计算复杂度；最后采用因子图优化运动轨迹，实现无人车在城市道路环境下快速准确的定位与三维语义地图的构建。实验结果表明，在高动态的城市道路场景下，与经典的激光SLAM算法（LIO-SAM）相比，所提SLI-SLAM的绝对轨迹误差的均方根误差（RMSE）降低了30.33%。

关键词：语义SLAM 多传感器融合语义分割动态物体检测与剔除

基于负载预测与能耗优化的刮板输送机速度控制方法研究

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煤炭科学技术 2025年

作者：汪卫兵骆佳录李赖赵栓峰路正雄李开放西安科技大学机械工程学院

针对综采工作面中刮板输送机因持续高速运转而导致的能源浪费和运输效率低下问题，本文结合双向割煤工艺，对刮板输送机的运行阶段进行了系统分析，建立了刮板输送机能耗模型，在此基础上提出了一种基于负载转矩预测与能耗优化相结合的... 详细信息

针对综采工作面中刮板输送机因持续高速运转而导致的能源浪费和运输效率低下问题，本文结合双向割煤工艺，对刮板输送机的运行阶段进行了系统分析，建立了刮板输送机能耗模型，在此基础上提出了一种基于负载转矩预测与能耗优化相结合的速度控制方法。首先，建立煤量模型，描述煤量随运行工况变化的动态特性。随后，结合刮板输送机的运行阻力特性，明确煤量、驱动力与运行阻力之间的关系，构建刮板输送机的能耗模型。为应对综采工作面复杂多变的运行工况，本文引入粗糙径向基神经网络（RRBFNN），对刮板输送机负载转矩进行精确预测，生成优化模型所需的关键输入变量。在此基础上，采用改进的粒子群优化算法（PSO），以能耗最小化为目标，对刮板输送机的运行速度进行优化，改进算法在引入动态惯性因子的同时，平衡了全局搜索与局部搜索能力，从而提高了优化的精度与收敛效率。最后，结合榆家梁43101综采工作面的实际数据对本文方法进行了验证。实验结果表明，该速度控制方法能够在一个生产循环中有效降低刮板输送机的能耗10.42%。

关键词：刮板输送机智能调速能耗模型粗糙径向基神经网络改进粒子群算法

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双阀芯增量式高水基数字阀的设计及实验研究

工程科学与技术 2025年第1期57卷 347-356页

作者：张鹤赵继云王云飞王葛中国矿业大学机电工程学院江苏徐州221116 浙江大学机械工程学院浙江杭州310058 中国矿业大学安全工程学院江苏徐州221116 徐州工程机械集团有限公司江苏徐州221116

刮板输送机的直线度控制,是实现煤矿智能化的关键技术,但由于井下工作面通断式支架电液阀的不连续性,难以满足综采工作面直线度的自适应控制需求。此外,由于支架液压系统采用乳化液作为介质,用于油介质的比例阀难以直接用于支架液压系... 详细信息

刮板输送机的直线度控制,是实现煤矿智能化的关键技术,但由于井下工作面通断式支架电液阀的不连续性,难以满足综采工作面直线度的自适应控制需求。此外,由于支架液压系统采用乳化液作为介质,用于油介质的比例阀难以直接用于支架液压系统。针对上述问题,提出了一种新型双阀芯增量式高水基数字阀结构,其主要由电机丝杠驱动部、双阀芯组件和阀块组成。首先,对双阀芯增量式数字阀的结构和工作原理进行了分析,其新型的双阀芯结构形式,可实现负载口独立控制,兼具开环与闭环两种工作方式。其次,对阀芯阀座处的关键密封副进行数学建模,综合考虑密封比压与密封接触宽度,发现采用“硬对软”材料配对时,可兼顾密封副的密封性与使用寿命,且在阀座半锥角为0.61 rad时达到最佳效果。再次,对电–机械转换器进行建模并采用滑模控制算法进行仿真分析,正弦响应时,滑模控制算法经过0.08 s能稳定跟踪参考信号,响应性能明显优于PID。最后,搭建xPC Target实时控制平台进行样机实验,测试了密封副的密封性,以及不同电机细分控制下和不同阶跃幅值下的性能。结果表明:在21 MPa压力下密封副能可靠密封;采用1600脉冲/转的细分控制性能最佳;0.2 mm阶跃响应时,其响应时间为0.25 s,稳态误差为3μm,流量为13 L/min,具有较优的控制性能。

关键词：液压支架高水基增量式数字阀滑模控制细分控制

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红枣振动响应分析及激振参数研究

西北林学院学报 2025年第2期40卷 226-235页

作者：魏娟王新岭刘永张雪晶胡定贤西安科技大学机械工程学院陕西西安710054

林果收获是果园机械化劳动强度最大的环节,为研究振动参数对红枣采摘的影响,提高果树振动采摘响应均匀性,同时提高红枣采收效率,本文以红枣为研究对象,考虑红枣的柄和果实之间的耦合关系,建立红枣“柄-果”系统的双摆振动模型。研究表明... 详细信息

林果收获是果园机械化劳动强度最大的环节,为研究振动参数对红枣采摘的影响,提高果树振动采摘响应均匀性,同时提高红枣采收效率,本文以红枣为研究对象,考虑红枣的柄和果实之间的耦合关系,建立红枣“柄-果”系统的双摆振动模型。研究表明,通过拉格朗日求解动力学模型,获得系统的固有振动频率为11.03 Hz;获取枣树柔性体,利用ADAMS仿真软件对振动采摘系统进行刚柔耦合动力学仿真分析,获得枣树在偏心块激振下的位移轨迹和加速度响应;以振幅、激振频率和夹持高度为试验指标建立多元回归方程并进行响应面分析,通过模型双目标优化获取最佳振动参数,在振幅12.8 mm、激振频率10.25 Hz、夹持高度534 mm时,加速度响应均值为110.56 m/s^(2),加速度变异系数为0.358,通过优化,进一步提高枣树响应均匀性,提高采收效果。

关键词：果实运动振动特性动力学模型响应面优化

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超声振动塑性机理及本构建模研究进展

精密成形工程 2025年第1期17卷 164-182页

作者：钟斌王元龙张传伟肖力谢佳昊西安科技大学机械工程学院西安710054

超声振动辅助成形技术是一项能场与物理场交叉的新兴绿色成形技术,因其可显著提高材料成形质量、减少材料成形缺陷,被广泛应用于材料加工领域。目前研究普遍认为,致使材料流动应力下降的体积效应与降低界面摩擦的表面效应是声塑性效应... 详细信息

超声振动辅助成形技术是一项能场与物理场交叉的新兴绿色成形技术,因其可显著提高材料成形质量、减少材料成形缺陷,被广泛应用于材料加工领域。目前研究普遍认为,致使材料流动应力下降的体积效应与降低界面摩擦的表面效应是声塑性效应的主要作用机制。概述了超声振动辅助拉拔、拉深、渐进成形等先进成形工艺的原理,总结了3种典型超声塑性成形工艺的特点和研究进展。在此基础上,综述了超声振动辅助塑性机理下的应力叠加效应、声软化效应、残余效应以及动态冲击效应等体积塑性机制以及矢量效应与局部热效应的表面塑性机制,并分别对超声振动辅助体积塑性机制与表面塑性机制的研究进展进行了总结。其次,重点从体积效应和表面效应2个方面综述了超声振动辅助塑性成形本构模型,并从唯象模型和物理模型两方面总结了体积效应下本构模型的研究现状,同时总结了表面效应下摩擦模型的研究进展。最后归纳了超声振动辅助成形机理应用中存在的问题并对发展方向进行了展望。

关键词：超声振动辅助塑性成形体积效应表面效应动态冲击效应本构建模

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