機(jī)床載荷譜文獻(xiàn)

1、基于多特征量的機(jī)床性能評(píng)估基于多特征量的機(jī)床性能評(píng)估及預(yù)測(cè)方法研究及預(yù)測(cè)方法研究 2報(bào)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(chē)、飛機(jī)、機(jī)床載荷譜汽車(chē)、飛機(jī)、機(jī)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(jī)床在生產(chǎn)加工時(shí)出現(xiàn)故障會(huì)對(duì)生產(chǎn)效率和機(jī)床性能都有很大的影響，能及時(shí)準(zhǔn)確地對(duì)機(jī)床故障及性能進(jìn)行預(yù)測(cè)和判斷，縮短數(shù)控機(jī)床平均無(wú)故障時(shí)間，會(huì)大大提高機(jī)床效率和加工質(zhì)量。圖圖1 機(jī)床故障維修機(jī)床故障維修 4概述 機(jī)床故障診斷方法主要可分為兩類(lèi)：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(shí)對(duì)機(jī)床的性能預(yù)測(cè)及診斷。傳統(tǒng)故障發(fā)生后檢查診斷的方法參數(shù)檢驗(yàn)法局部升溫法敲擊法原

2、理分析法故障未發(fā)生機(jī)床性能預(yù)測(cè)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(shù)MAS和Agent理論智能化集成診斷 5概述概述 現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床故障診斷正在向智能化、集成化實(shí)現(xiàn)機(jī)床性能預(yù)測(cè)方向發(fā)展。診斷方法診斷方法方法原理方法原理優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)缺點(diǎn)人工智能專家系統(tǒng)利用數(shù)據(jù)庫(kù)中的資料，通過(guò)專家系統(tǒng)推理得到結(jié)論智能化高，實(shí)時(shí)性強(qiáng)得到結(jié)論具有隨意性人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行狀態(tài)作為網(wǎng)絡(luò)輸入，將學(xué)習(xí)的只是儲(chǔ)存在網(wǎng)絡(luò)上，輸出的節(jié)點(diǎn)即為一種故障適應(yīng)性強(qiáng)、自學(xué)習(xí)能力強(qiáng)、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(cè)性問(wèn)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(wèn)題模型設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單

3、，有處理不精確、不完全信息能力矩陣建立困難，準(zhǔn)確性較差，不具備自學(xué)習(xí)、自適應(yīng)的特點(diǎn)智能化集成診斷多信號(hào)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(fù)雜，處于研究階段 6 在數(shù)控機(jī)床性能預(yù)測(cè)診斷新方法的不斷融入，對(duì)所需分析信號(hào)數(shù)據(jù)也要求能全面、準(zhǔn)確地包含機(jī)床各種信息，載荷譜是已廣泛應(yīng)用于航空、汽車(chē)、造船等領(lǐng)域的包含大量工作狀態(tài)信息的信號(hào)，結(jié)合現(xiàn)代機(jī)床診斷方法對(duì)機(jī)床載荷譜研究，對(duì)機(jī)床設(shè)計(jì)、可靠性試驗(yàn)、動(dòng)力學(xué)仿真等都有推進(jìn)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(bào)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(chē)、飛機(jī)、機(jī)床載荷譜汽車(chē)、飛機(jī)、機(jī)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(jī)械整機(jī)結(jié)構(gòu)或零部件所承受的典型載荷時(shí)間歷程，經(jīng)數(shù)理統(tǒng)計(jì)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(dá)方式載荷譜的不同表達(dá)方式 9研究背景研究背景 機(jī)械零部件因長(zhǎng)時(shí)間使用受力之后都會(huì)產(chǎn)生疲勞損傷，在損傷量達(dá)到零部件所能承受的范圍，就會(huì)產(chǎn)生裂紋、斷裂等損傷，載荷譜對(duì)整機(jī)或零部件的設(shè)計(jì)和疲勞試驗(yàn)、可靠性試驗(yàn)等都有重大指導(dǎo)意義。1圖圖4 載荷譜在加工中心主軸可靠性試驗(yàn)中的應(yīng)用載荷譜在加工中心主軸可靠性試驗(yàn)中的應(yīng)用1吳道俊.車(chē)輛疲勞耐久性分析_試驗(yàn)與優(yōu)化關(guān)鍵技術(shù)研究D.合肥：合肥工業(yè)大學(xué)，2012

5、10基本方法基本方法雨流計(jì)數(shù)法雨流計(jì)數(shù)法 在對(duì)載荷譜應(yīng)變-時(shí)間信號(hào)分析時(shí)，雨流計(jì)數(shù)法是當(dāng)前的熱門(mén)方法，它能快速準(zhǔn)確地得到應(yīng)變循環(huán)的大小及次數(shù)。2圖圖5 雨流計(jì)數(shù)法原理圖雨流計(jì)數(shù)法原理圖2趙曉鵬.雨流計(jì)數(shù)法在整車(chē)載荷譜分析中的應(yīng)用R.天津：軍事交通運(yùn)輸研究所，2009:67-73. 11樣本長(zhǎng)度確定測(cè)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(jì)分析預(yù)處理作業(yè)方式工況選擇傳感器安裝與標(biāo)定數(shù)據(jù)采集消除趨勢(shì)項(xiàng)剔除奇異點(diǎn)數(shù)字濾波載荷循環(huán)計(jì)數(shù)方法雨流計(jì)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(bào)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(chē)、飛機(jī)、機(jī)床載荷譜汽車(chē)、飛機(jī)、機(jī)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(chē)載荷譜汽車(chē)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(jì)數(shù)和對(duì)應(yīng)損傷直方圖的雨流計(jì)數(shù)和對(duì)應(yīng)損傷直方圖 2008年，周年，周水兵對(duì)于汽車(chē)在水兵對(duì)于汽車(chē)在試驗(yàn)場(chǎng)九種不同試驗(yàn)場(chǎng)九種不同路面行駛，采集路面行駛，采集汽車(chē)八個(gè)零部件汽車(chē)八個(gè)零部件加速度信號(hào)、六加速度信號(hào)、六個(gè)零部件應(yīng)變信個(gè)零部件應(yīng)變信號(hào)形成載荷譜，號(hào)形成載荷譜，分別對(duì)各個(gè)零部分別對(duì)各個(gè)零部件載荷譜進(jìn)行編件載荷譜進(jìn)行編輯，得到了可用輯，得到了可用于實(shí)際汽車(chē)耐久于實(shí)際汽車(chē)耐久性工程試驗(yàn)的編性工程試驗(yàn)的編輯結(jié)果。輯結(jié)果。33周水兵.用戶關(guān)聯(lián)汽車(chē)道路載荷譜編制的研究D.

7、浙江：浙江大學(xué)，2008 14 2010年Chris K. Mechefske等對(duì)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)橋殼載荷譜進(jìn)行分析，計(jì)算出驅(qū)動(dòng)橋殼兩個(gè)測(cè)量點(diǎn)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(jì)時(shí)應(yīng)更多考慮疲勞失效而不僅僅是強(qiáng)度問(wèn)題。4汽車(chē)載荷譜汽車(chē)載荷譜圖圖7 驅(qū)動(dòng)橋殼一個(gè)采集點(diǎn)的應(yīng)力驅(qū)動(dòng)橋殼一個(gè)采集點(diǎn)的應(yīng)力-時(shí)間歷程和應(yīng)變循環(huán)次數(shù)與大小時(shí)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(chē)輛載荷譜的分析提出了車(chē)輛疲勞耐久性的系統(tǒng)的研究方法與流程，通過(guò)編輯的載荷譜對(duì)車(chē)輛零部件仿真分析，對(duì)存在失效問(wèn)題的零部件進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，有效提高車(chē)輛結(jié)構(gòu)耐久性。5汽車(chē)載荷譜汽車(chē)載荷譜5吳道俊.車(chē)輛疲勞耐久性分析_試驗(yàn)與優(yōu)化關(guān)鍵技術(shù)研究D.合肥：合肥工業(yè)大學(xué)，2012圖圖8 某零部件載荷譜編輯前后對(duì)比某零部件載荷譜編輯前后對(duì)比 16 飛機(jī)在訓(xùn)練飛行時(shí)，其飛行動(dòng)作是按照飛行大綱制定好的，其在訓(xùn)練飛行時(shí)所承受的載荷是按一定的順序進(jìn)行的加載，在對(duì)其載荷譜分析時(shí)，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(jī)載荷譜的方法，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的雨流計(jì)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(duì)壽命的影響。6飛機(jī)載荷譜飛機(jī)載荷譜圖圖9 中值壽命編制獲得累計(jì)頻數(shù)曲線（曲線中值壽命編制獲得累計(jì)頻數(shù)曲線（曲線1）與雨流計(jì)數(shù)法編制所得頻數(shù)曲線（曲線與雨流計(jì)數(shù)法編制所得頻數(shù)曲線（曲線2）6張福澤.飛機(jī)載荷譜編制的新方法研究J.航空學(xué)報(bào)，1998，19(5)：518-524. 17 2011年劉克格、閆楚良對(duì)飛機(jī)起落架載荷譜進(jìn)行測(cè)量與編制，給出了可供測(cè)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(jī)載

10、荷譜飛機(jī)載荷譜圖圖10 右主起落架著陸撞擊起轉(zhuǎn)回彈重型過(guò)載譜和著陸撞擊振蕩過(guò)載譜右主起落架著陸撞擊起轉(zhuǎn)回彈重型過(guò)載譜和著陸撞擊振蕩過(guò)載譜7劉克格.飛機(jī)起落架載荷譜實(shí)測(cè)與編制方法J.航空學(xué)報(bào)，2011，32(5)：841-848. 18 2007年陳越良對(duì)民用飛機(jī)飛行載荷譜進(jìn)行研究，編制了飛機(jī)飛行地-空-地載荷循環(huán)，對(duì)飛機(jī)飛行過(guò)程中環(huán)境載荷進(jìn)行研究，給出環(huán)境譜的分類(lèi)及編制方法。8飛機(jī)載荷譜飛機(jī)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(jī)載荷/環(huán)境譜編制研究及應(yīng)用J.海軍航空工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2007，22(1)：114-118. 19 2003年ALLEN M J等應(yīng)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)飛機(jī)機(jī)

11、翼載荷進(jìn)行建模分析擬合，得到優(yōu)于線性模型并與實(shí)際各種飛行狀態(tài)載荷相近的機(jī)翼載荷模型。9飛機(jī)載荷譜飛機(jī)載荷譜圖圖12 實(shí)測(cè)載荷、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型和實(shí)測(cè)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(guò)飛行數(shù)據(jù)記錄儀中的數(shù)據(jù)，對(duì)飛機(jī)載荷譜進(jìn)行優(yōu)化，提出了峰谷計(jì)數(shù)和水平交叉計(jì)數(shù)兩種方法，其中水平交叉計(jì)數(shù)法能更快地得到載荷序列。10飛機(jī)

12、載荷譜飛機(jī)載荷譜圖圖13 優(yōu)化前后載荷時(shí)間序列對(duì)比優(yōu)化前后載荷時(shí)間序列對(duì)比10Krishna Lok Singh.Techniques to generate and optimize the load spectra for an aircraftJ. Springer,2010(6):63-72. 21機(jī)床載荷譜機(jī)床載荷譜 機(jī)床加工狀態(tài)復(fù)雜，對(duì)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(hào)進(jìn)行分析，對(duì)機(jī)床載荷信號(hào)，為方便歸一化分析，選用相對(duì)載荷進(jìn)行分析。2014年馬宇鵬提出了對(duì)數(shù)控機(jī)床載荷譜采集的六點(diǎn)技術(shù)要領(lǐng)：11針對(duì)性典型性全面性真實(shí)性實(shí)用性經(jīng)濟(jì)性

13、11馬宇鵬.中型全功能通用臥式數(shù)控車(chē)床載荷譜的編制方法與應(yīng)用研究D.吉林：吉林大學(xué)，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(duì)銑削鉆削鏜削的功率分布及轉(zhuǎn)速分布情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。12機(jī)床載荷譜機(jī)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(yàn)載荷譜的研究J.制造技術(shù)與機(jī)床，2008(2)：60-65. 23 2014年方杰采集了數(shù)十臺(tái)加工中心長(zhǎng)時(shí)間加工的載荷數(shù)據(jù)，并對(duì)不完整的數(shù)據(jù)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)補(bǔ)充，編制了加工中心速度譜、切削力譜、扭矩譜，建立了各個(gè)載荷信號(hào)的分布模型，并利用得到的分布模型，進(jìn)行了主軸可靠性試驗(yàn)。13機(jī)床

14、載荷譜機(jī)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(cè)試技術(shù)與載荷譜編制方法研究D.吉林：吉林大學(xué),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(duì)機(jī)床故障信號(hào)分析，建立故障模式的風(fēng)險(xiǎn)空間圖，應(yīng)用于實(shí)際數(shù)控機(jī)床，對(duì)機(jī)床故障分析、可靠性設(shè)計(jì)等都有實(shí)際有效作用。14機(jī)床載荷譜機(jī)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(fēng)險(xiǎn)空間圖失效模式風(fēng)險(xiǎn)空間圖 25報(bào)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(chē)、飛