機床載荷譜文獻

1、基于多特征量的機床性能評估基于多特征量的機床性能評估及預(yù)測方法研究及預(yù)測方法研究 2報告提綱一一概述概述載荷譜研究背景載荷譜研究背景汽車、飛機、機床載荷譜汽車、飛機、機床載荷譜二二三三四四總結(jié)及展望總結(jié)及展望 3概述研究背景研究背景 機床在生產(chǎn)加工時出現(xiàn)故障會對生產(chǎn)效率和機床性能都有很大的影響，能及時準確地對機床故障及性能進行預(yù)測和判斷，縮短數(shù)控機床平均無故障時間，會大大提高機床效率和加工質(zhì)量。圖圖1 機床故障維修機床故障維修 4概述 機床故障診斷方法主要可分為兩類：故障發(fā)生后故障原因檢查及故障排除，故障尚未發(fā)生時對機床的性能預(yù)測及診斷。傳統(tǒng)故障發(fā)生后檢查診斷的方法參數(shù)檢驗法局部升溫法敲擊法原

2、理分析法故障未發(fā)生機床性能預(yù)測與診斷方法人工智能、專家系統(tǒng)多傳感器信息融合人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模糊理論和故障樹MAS和Agent理論智能化集成診斷 5概述概述 現(xiàn)代數(shù)控機床故障診斷正在向智能化、集成化實現(xiàn)機床性能預(yù)測方向發(fā)展。診斷方法診斷方法方法原理方法原理優(yōu)點優(yōu)點缺點缺點人工智能專家系統(tǒng)利用數(shù)據(jù)庫中的資料，通過專家系統(tǒng)推理得到結(jié)論智能化高，實時性強得到結(jié)論具有隨意性人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)運行狀態(tài)作為網(wǎng)絡(luò)輸入，將學習的只是儲存在網(wǎng)絡(luò)上，輸出的節(jié)點即為一種故障適應(yīng)性強、自學習能力強、診斷速度快輸出結(jié)果的好壞取決于樣本的完整程度，不善于處理預(yù)測性問題模糊理論構(gòu)造模糊關(guān)系矩陣和模糊關(guān)系方程求解故障診斷問題模型設(shè)計簡單

3、，有處理不精確、不完全信息能力矩陣建立困難，準確性較差，不具備自學習、自適應(yīng)的特點智能化集成診斷多信號特征和多診斷方法相結(jié)合的技術(shù)所得結(jié)果、高效有效較復雜，處于研究階段 6 在數(shù)控機床性能預(yù)測診斷新方法的不斷融入，對所需分析信號數(shù)據(jù)也要求能全面、準確地包含機床各種信息，載荷譜是已廣泛應(yīng)用于航空、汽車、造船等領(lǐng)域的包含大量工作狀態(tài)信息的信號，結(jié)合現(xiàn)代機床診斷方法對機床載荷譜研究，對機床設(shè)計、可靠性試驗、動力學仿真等都有推進作用。概述概述圖圖2 載荷譜的主要應(yīng)用領(lǐng)域載荷譜的主要應(yīng)用領(lǐng)域 7報告提綱一一概述概述載荷譜研究背景載荷譜研究背景汽車、飛機、機床載荷譜汽車、飛機、機床載荷譜二二三三四四總結(jié)及

4、展望總結(jié)及展望 8研究背景研究背景 載荷譜是機械整機結(jié)構(gòu)或零部件所承受的典型載荷時間歷程，經(jīng)數(shù)理統(tǒng)計后所得到的表示載荷大小與出現(xiàn)頻次之間關(guān)系的圖形、表格、矩陣和其他概率特征值的統(tǒng)稱。圖圖3 載荷譜的不同表達方式載荷譜的不同表達方式 9研究背景研究背景 機械零部件因長時間使用受力之后都會產(chǎn)生疲勞損傷，在損傷量達到零部件所能承受的范圍，就會產(chǎn)生裂紋、斷裂等損傷，載荷譜對整機或零部件的設(shè)計和疲勞試驗、可靠性試驗等都有重大指導意義。1圖圖4 載荷譜在加工中心主軸可靠性試驗中的應(yīng)用載荷譜在加工中心主軸可靠性試驗中的應(yīng)用1吳道俊.車輛疲勞耐久性分析_試驗與優(yōu)化關(guān)鍵技術(shù)研究D.合肥：合肥工業(yè)大學，2012

5、10基本方法基本方法雨流計數(shù)法雨流計數(shù)法 在對載荷譜應(yīng)變-時間信號分析時，雨流計數(shù)法是當前的熱門方法，它能快速準確地得到應(yīng)變循環(huán)的大小及次數(shù)。2圖圖5 雨流計數(shù)法原理圖雨流計數(shù)法原理圖2趙曉鵬.雨流計數(shù)法在整車載荷譜分析中的應(yīng)用R.天津：軍事交通運輸研究所，2009:67-73. 11樣本長度確定測試方案載荷譜的應(yīng)用全壽命載荷譜載荷外推載荷循環(huán)統(tǒng)計分析預(yù)處理作業(yè)方式工況選擇傳感器安裝與標定數(shù)據(jù)采集消除趨勢項剔除奇異點數(shù)字濾波載荷循環(huán)計數(shù)方法雨流計數(shù)參數(shù)外推非參數(shù)外推載荷譜采集與編輯載荷譜采集與編輯 12報告提綱一一概述概述載荷譜研究背景載荷譜研究背景汽車、飛機、機床載荷譜汽車、飛機、機床載荷譜

6、二二三三四四總結(jié)及展望總結(jié)及展望 13汽車載荷譜汽車載荷譜 圖圖6 保留保留100%損傷量與保留損傷量與保留75%損傷量損傷量的雨流計數(shù)和對應(yīng)損傷直方圖的雨流計數(shù)和對應(yīng)損傷直方圖 2008年，周年，周水兵對于汽車在水兵對于汽車在試驗場九種不同試驗場九種不同路面行駛，采集路面行駛，采集汽車八個零部件汽車八個零部件加速度信號、六加速度信號、六個零部件應(yīng)變信個零部件應(yīng)變信號形成載荷譜，號形成載荷譜，分別對各個零部分別對各個零部件載荷譜進行編件載荷譜進行編輯，得到了可用輯，得到了可用于實際汽車耐久于實際汽車耐久性工程試驗的編性工程試驗的編輯結(jié)果。輯結(jié)果。33周水兵.用戶關(guān)聯(lián)汽車道路載荷譜編制的研究D.

7、浙江：浙江大學，2008 14 2010年Chris K. Mechefske等對汽車驅(qū)動橋殼載荷譜進行分析，計算出驅(qū)動橋殼兩個測量點疲勞失效壽命分別為95天和135天，并分析了主要的失效區(qū)域，提出設(shè)計時應(yīng)更多考慮疲勞失效而不僅僅是強度問題。4汽車載荷譜汽車載荷譜圖圖7 驅(qū)動橋殼一個采集點的應(yīng)力驅(qū)動橋殼一個采集點的應(yīng)力-時間歷程和應(yīng)變循環(huán)次數(shù)與大小時間歷程和應(yīng)變循環(huán)次數(shù)與大小4Chris K. Mechefske.Drive axle housing failure analysis of a mining dump truck basedon the load spectrumJ.Engin

8、eering Failure Analysis,2011(18):1049-1057 15 2012年吳道俊基于車輛載荷譜的分析提出了車輛疲勞耐久性的系統(tǒng)的研究方法與流程，通過編輯的載荷譜對車輛零部件仿真分析，對存在失效問題的零部件進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，有效提高車輛結(jié)構(gòu)耐久性。5汽車載荷譜汽車載荷譜5吳道俊.車輛疲勞耐久性分析_試驗與優(yōu)化關(guān)鍵技術(shù)研究D.合肥：合肥工業(yè)大學，2012圖圖8 某零部件載荷譜編輯前后對比某零部件載荷譜編輯前后對比 16 飛機在訓練飛行時，其飛行動作是按照飛行大綱制定好的，其在訓練飛行時所承受的載荷是按一定的順序進行的加載，在對其載荷譜分析時，需考慮載荷加載順序的影響。199

9、8年張福澤提出以中值壽命概念編制飛機載荷譜的方法，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的雨流計數(shù)法，保證載荷幅值與頻數(shù)關(guān)系不變，保留了加載順序和加載狀態(tài)對壽命的影響。6飛機載荷譜飛機載荷譜圖圖9 中值壽命編制獲得累計頻數(shù)曲線（曲線中值壽命編制獲得累計頻數(shù)曲線（曲線1）與雨流計數(shù)法編制所得頻數(shù)曲線（曲線與雨流計數(shù)法編制所得頻數(shù)曲線（曲線2）6張福澤.飛機載荷譜編制的新方法研究J.航空學報，1998，19(5)：518-524. 17 2011年劉克格、閆楚良對飛機起落架載荷譜進行測量與編制，給出了可供測量起落架載荷的典型切面，并根據(jù)起落架不同著陸撞擊的載荷，給出著陸撞擊段載荷譜編制新方法，提高起落架載荷譜編制效率。7飛機載

10、荷譜飛機載荷譜圖圖10 右主起落架著陸撞擊起轉(zhuǎn)回彈重型過載譜和著陸撞擊振蕩過載譜右主起落架著陸撞擊起轉(zhuǎn)回彈重型過載譜和著陸撞擊振蕩過載譜7劉克格.飛機起落架載荷譜實測與編制方法J.航空學報，2011，32(5)：841-848. 18 2007年陳越良對民用飛機飛行載荷譜進行研究，編制了飛機飛行地-空-地載荷循環(huán)，對飛機飛行過程中環(huán)境載荷進行研究，給出環(huán)境譜的分類及編制方法。8飛機載荷譜飛機載荷譜圖圖11 綜合環(huán)境載荷譜綜合環(huán)境載荷譜8陳越良.飛機載荷/環(huán)境譜編制研究及應(yīng)用J.海軍航空工程學院學報，2007，22(1)：114-118. 19 2003年ALLEN M J等應(yīng)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對飛機機

11、翼載荷進行建模分析擬合，得到優(yōu)于線性模型并與實際各種飛行狀態(tài)載荷相近的機翼載荷模型。9飛機載荷譜飛機載荷譜圖圖12 實測載荷、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型和實測載荷、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型和線性回歸模型模擬載荷比較線性回歸模型模擬載荷比較9ALLEN M J.Modeling aircraft wing loads from flight data using neural networksR.NASA/TM-212032,2003. 20 2010年Krishna Lok Singh通過飛行數(shù)據(jù)記錄儀中的數(shù)據(jù)，對飛機載荷譜進行優(yōu)化，提出了峰谷計數(shù)和水平交叉計數(shù)兩種方法，其中水平交叉計數(shù)法能更快地得到載荷序列。10飛機

12、載荷譜飛機載荷譜圖圖13 優(yōu)化前后載荷時間序列對比優(yōu)化前后載荷時間序列對比10Krishna Lok Singh.Techniques to generate and optimize the load spectra for an aircraftJ. Springer,2010(6):63-72. 21機床載荷譜機床載荷譜 機床加工狀態(tài)復雜，對其載荷譜的研究不僅僅局限在疲勞載荷譜上，可從轉(zhuǎn)速、扭矩、功率、溫度、切削力、電流等信號進行分析，對機床載荷信號，為方便歸一化分析，選用相對載荷進行分析。2014年馬宇鵬提出了對數(shù)控機床載荷譜采集的六點技術(shù)要領(lǐng)：11針對性典型性全面性真實性實用性經(jīng)濟性

13、11馬宇鵬.中型全功能通用臥式數(shù)控車床載荷譜的編制方法與應(yīng)用研究D.吉林：吉林大學，2014. 22 2008年黃祖廣等研究了加工中心功率與轉(zhuǎn)速圖譜，分別對銑削鉆削鏜削的功率分布及轉(zhuǎn)速分布情況進行統(tǒng)計分析。12機床載荷譜機床載荷譜圖圖14 加工中心功率與轉(zhuǎn)速利用圖譜加工中心功率與轉(zhuǎn)速利用圖譜12黃祖廣.加工中心可靠性試驗載荷譜的研究J.制造技術(shù)與機床，2008(2)：60-65. 23 2014年方杰采集了數(shù)十臺加工中心長時間加工的載荷數(shù)據(jù)，并對不完整的數(shù)據(jù)進行了實驗補充，編制了加工中心速度譜、切削力譜、扭矩譜，建立了各個載荷信號的分布模型，并利用得到的分布模型，進行了主軸可靠性試驗。13機床

14、載荷譜機床載荷譜圖圖15 主切削力譜概率分布擬合與累積分布擬合主切削力譜概率分布擬合與累積分布擬合13方杰.加工中心載荷測試技術(shù)與載荷譜編制方法研究D.吉林：吉林大學,2014.主切削力載荷-循環(huán)次數(shù)歷程近似服從=1.004，=3.930的貝塔分布 24 2010年楊兆軍等應(yīng)用模糊理論對機床故障信號分析，建立故障模式的風險空間圖，應(yīng)用于實際數(shù)控機床，對機床故障分析、可靠性設(shè)計等都有實際有效作用。14機床載荷譜機床載荷譜14Zhaojun Yang.A new failure mode and effects analysis model of CNC machine tool using fuzzy theoryC .Harbin Engineering University，Harbin. 2010：582-587圖圖16 失效模式風險空間圖失效模式風險空間圖 25報告提綱一一概述概述載荷譜研究背景載荷譜研究背景汽車、飛