涂层刀具高速铣削淬硬钢的声发射信号特征

通过测量不同涂层铣刀高速铣削不同硬度淬硬钢材料时的声发射信号和切屑形态,得到了电压-时间声发射信号以及声发射信号RMS值与切削工艺参数之间的关系。研究结果表明：声发射信号与淬硬钢材料硬度、刀具涂层类型及工艺参数有关;声发射信号可用来评价淬硬钢材料硬度的变化,随着淬硬钢材料硬度的增大,采集的声发射信号电压值呈逐渐增大的趋势;TiAlN涂层产生的锯齿形切屑的剪切带长度最小,切屑易于折断,从而导致其产生过程中的声发射RMS值偏小;随着切削速度和每齿进给量的增大,TiSiN、TiAlN、AlCrN和CrSiN四种涂层铣刀的声发射信号均快速增大,而随着轴向和径向铣削深度的增大,4种涂层铣刀的声发射信号变化不明显;在同一种切削参数条件下,可根据淬硬钢切屑变形特征的变化来间接评价刀具涂层的切削性能;声发射信号波形图的峰值大小可较好地反映锯齿形切屑的生成状态,进而可用来监控淬硬钢加工过程切削稳定性。     

表面形貌对活塞环密封及摩擦性能的影响

综合考虑活塞环表面形貌、弹性变形、运动面型线影响,建立柴油机活塞环-缸套摩擦副的弹性流体动压润滑计算模型,分析活塞环表面纹理方向及粗糙度大小对活塞环窜气及摩擦功耗的影响。研究发现,随着转速的提升,活塞的窜气量及摩擦功耗会加剧,导致发动机效率降低;活塞环-缸套摩擦副的表面纹理方向影响窜气量和摩擦功耗,采用活塞环横向纹理和缸套纵向纹理配合时,对活塞环窜气量及摩擦功耗的改善效果较好;活塞环和缸套的表面粗糙度对密封和润滑特性有较大影响,当缸套表面粗糙度增大时,窜气量先减小后增大,摩擦功耗先增大后减小,而在一定范围内,当活塞环表面粗糙度增大时,窜气量和摩擦功耗都减小。     

柴油机缸套表面微沟槽织构润滑性能仿真分析

针对缸套表面织构微沟槽形貌,建立了缸套-活塞环摩擦副混合润滑理论模型,并采用MATLAB编程计算来分析微沟槽形貌参数对其润滑摩擦性能的影响规律。结果表明：缸套表面微沟槽可以形成很好的油膜压力,有效地改善缸套-活塞环间的润滑状态;随着微沟槽角度的增大,最小膜厚比逐渐增大,其润滑效果也越来越好,综合考虑摩擦润滑性能和机油耗性能情况下,最佳的微沟槽角度为60°。在上止点附近,面积占有率变化Sp对量纲一摩擦力影响较大;在其他区域,面积占有率对摩擦力影响不大;综合考虑油膜厚度与摩擦力,当Sp=0.15时效果最好。随着微沟槽深宽比e的增大,量纲一摩擦力不断增大,当e从0.025增大到0.150时,平均量纲一摩擦力增大了2.3倍,但深宽比过大,润滑效果将会减弱。研究结果认为,最佳深宽比的范围为0.05~0.08。
     

基于联合仿真的柴油机缸套-活塞环磨损计算分析

为研究柴油机实际工作环境与使用工况对缸套-活塞环磨损影响规律,从某12150型柴油机及其辅助系统实际工作状况出发,建立缸套-活塞环磨损热力学、动力学边界条件仿真模型和动载荷磨损计算模型,开发柴油机工况车载检测系统;采用联合仿真方法建立面向使用工况的柴油机缸套-活塞环磨损计算流程,计算分析缸套磨损分布状况,并以柴油机400 h保险期实验数据进行检验。结果表明:缸套表面磨损状况呈现不均匀分布且差异显著,其分布沿缸套轴向呈锥体形,且上止点附近磨损深度最大,其次为下止点附近,而中部磨损较小;磨损分布沿缸套圆周方向则近似呈椭圆形,其主、侧推力面磨损深度最大;缸套径向最大磨损深度计算值为47.9μm,位于上止点曲柄转角9°处,实测均值为50.3μm,计算误差为4.77%,验证了计算模型的正确性;其中第一道活塞环(梯形环)对缸套的磨损作用最大,第二道环次之,第三环作用最小。     

基于声发射的活塞环-缸套摩擦润滑特征研究

活塞环-缸套系统摩擦润滑过程产生的声发射信号是湮没在强背景噪声下的非稳态弱信号,特征难以提取和分析.为了有效抑制强噪声,提出一种基于信号物理特征的自适应阈值小波包降噪算法.根据小波包时频分析确定摩擦声发射的最佳特征提取频段,构建基于活塞速度廓形曲线的自适应小波包阈值函数,实现了对表征摩擦润滑的声发射信号的有效提取.将该算法用于分析发动机燃烧试验测得的声发射信号.使用三种不同润滑油(10W30、15W40和旧机油)验证算法的有效性.结果 表明,该算法能有效地抑制由阀门开关、燃烧和喷油过程产生的大幅值的噪声.声发射特征值随着润滑油的黏度增大而增大,含有颗粒物的旧机油的声发射特征值随着转速的增大而明显增大.为实现在线监测和诊断活塞环-缸套系统健康状态进而评估润滑油的品质提供了可行的方法.     

基于声发射分析的磨料流光整加工在线检测试验研究

针对磨料流光整加工中孔类零件表面粗糙度在线检测困难的问题,将声发射检测技术应用到了磨料流加工中。通过研究磨料流加工过程中的声发射源与声发射特性,利用参数分析法得到了波形特征参数随加工时间的变化曲线,建立了声发射信号的能量及振铃计数与零件表面粗糙度之间的关系;根据幂率流体本构方程计算了壁滑速度,分析了壁滑速度对声发射信号能量的影响。研究结果表明:声发射信号能量和振铃计数随着表面粗糙度的增大而增大,且两者随表面粗糙度的变化规律基本相同;表面粗糙度是声发射信号发生变化的主要原因,随着表面粗糙度的减小,即使增大壁滑速度,声发射信号强度也会降低;声发射可用于磨料流加工孔类零件表面粗糙度的在线检测。     

Q235钢拉伸过程声发射能量谱与奇异性指数特征提取

为明确试样拉伸损伤过程声发射信号的变化规律,选取Q235钢试样开展轴向拉伸实验,并进行声发射信号的稳定连续采集。通过小波包分解与重构,提取声发射信号的小波包能量谱及信号幅值的奇异性指数特征。结果表明:信号能量在低频段较为集中,低频段中各频段能量占比随频段增加而降低,而高频段中则相反。随着损伤程度增加,高频能量占总能量比例不断减小,低频能量的总能量占比不断增加,奇异性指数不断下降。当拉伸速率增大时,高频能量在各拉伸损伤阶段的总能量占比不断下降,而低频能量占比和奇异性指数均升高。最后结合拉伸断口进行了宏、微观形貌特征分析。     

环境与工况对柴油机缸套-活塞环磨损的影响

为研究柴油机实车使用状况下缸套-活塞环磨损规律,建立某12150型多缸柴油机面向使用工况的缸套-活塞环磨损仿真计算方法并进行验证,研究环境与工况参数对缸套磨损的影响规律。结果表明:大气温度升高,缸套磨损深度呈现先减小后增大的趋势,气温-5℃时磨损最小,与-35℃相比下降了5.89%,与40℃相比下降了9.15%;大气压力降低,缸套磨损深度先减小后增大,气压80 kPa时最小,与100 kPa相比下降了6.45%,气压50 kPa时磨损最大,与100 kPa相比升高了8.48%;缸套磨损深度随柴油机转速升高而呈现出增加的趋势,在1 600 r/min时出现极小值点,转速为2 000 r/min相比1 200 r/min磨损深度增加了46.76%;柴油机负荷增加引起缸套磨损深度不断增大,100%负荷时较20%负荷的磨损深度升高了133.96%。     

基于多重分形的摩擦振动信号研究

为提取摩擦振动的特征信号和实现摩擦振动特征信号的表征,在摩擦磨损试验机上进行船用柴油机缸套-活塞环摩擦副摩擦磨损模拟试验,应用总体经验模式分解对缸套-活塞环摩擦副的非线性、非平稳的摩擦振动信号进行降噪,并应用多重分形对摩擦振动信号进行分析,得到多重分形谱图及其参数。研究结果表明,随着摩擦磨损试验的进行,缸套-活塞环摩擦副摩擦振动信号振幅分布多重分形谱和频率分布多重分形谱呈现一定的变化规律;多重分形谱图及其参数能够实现摩擦振动信号特征的表征,可以用于摩擦副摩擦振动状态的识别。     

缸套旋转抛物面形微坑织构参数优化研究

在缸套表面制备旋转抛物面形微坑织构,在经典雷诺方程的基础上对微坑-缸套-活塞环系统进行研究,建立微坑动压分布函数。采用Matlab软件分析微坑深度、坑口半径对旋转抛物面形微坑润滑性能的影响。结果表明,随着微坑深度、坑口半径增大,平均油膜承载力呈现先增大后减小趋势,活塞环所受平均剪切应力呈现逐渐减小并趋于稳定,这是因为活塞相对缸套运动过程中,微坑区域内的楔形效应、空化效应导致了平均油膜承载力和平均剪切应力的波动。通过研究得到了旋转抛物面形微坑优化参数。     

缸套-活塞环摩擦学性能模拟实验研究

为模拟内燃机缸套-活塞环运动,设计适用于缸套-活塞环的往复式摩擦性能试验台,由传动系统、加热系统、加载系统组成。根据系统中悬臂梁和活塞环专用夹具不同的使用要求,分别进行结构设计和有限元分析。结果表明,当实验条件达到预设极限值(加热温度130℃,摩擦力500 N)时悬臂梁和活塞环专用夹具均能满足使用要求。试验台使用二维力测力传感器,通过特殊装配设计,可同时测量摩擦力和法向负载。通过摩擦性能实验验证,缸套-活塞环在较低负荷(61.7、92.6、123.4 N)条件下,摩擦因数随转速的增大而急剧减小;在较高负荷(250.8、322.5 N)条件下,摩擦因数随转速的增大有所减小并逐渐趋于稳定状态。     

基于声发射信号的钢桶泄漏特性试验研究

基于企业验漏需求,设计搭建了钢桶泄漏试验台和钢桶泄漏声发射信号检测系统。通过实验研究了不同泄漏工况下,钢桶泄漏产生的声发射信号特性。试验表明钢桶泄漏声发射信号频域特征出现在90~100k Hz。通过小波包分解,提取了90~100k Hz频段的能量作为泄漏特征。得到了钢桶的泄漏能量特征和信号均方根值(RMS)随泄漏孔径尺寸、钢桶内部加压压力和声发射传感器位置的变化规律。建立了基于钢桶声发射信号的泄漏检测规则,为实际应用过程中选择泄漏特征参数、加压压力和选择传感器位置及个数提供了参考。     

基于声发射信号的航空铝合金干铣削和少量润滑铣削比较研究

为了揭示少量润滑的机理,在建立切削液供应系统和数据采集系统实验平台的基础上采集航空铝合金7050-T7451干铣削和少量润滑铣削过程中的声发射信号,并对信号从时域、能量角度进行了分析研究.研究结果表明:(1)航空铝合金铣削过程中使用切削液可以加速声发射信号的衰减(2)主轴转速的提高使得AE信号的强度随之提高,且AE信号的能量成分向高频区域增加;(3)切削液的加入使得AE信号能量向低频区域移动,随着切削液流量的增大,这种作用将逐渐减弱.     

金刚石砂轮与氧化锆磨削接触的声发射监测

目前陶瓷精密磨削中,声发射信号有效值RMS受背景噪声影响大,不能用来准确监测磨削接触。为此提出了利用小波重构声发射信号能量来监测金刚石砂轮与氧化锆陶瓷试件磨削接触的方法;并与磨削接触的背景噪声幅值判断和RMS值判断方法进行对比分析,发现小波重构声发射信号能量法不受机床背景噪声的影响,磨削接触判别更准确。     

温度对缸套-活塞环摩擦性能的影响

LNG燃料柴油机与传统燃料柴油机相比缸内燃烧温度更高。为探究不同温度下缸套-活塞环摩擦性能与温度的映射关系,设计室温和60、90、120℃4种不同温度,在相同载荷和转速下在往复式摩擦磨损试验机上对缸套-活塞环进行不同温度下的摩擦性能试验,通过测试摩擦过程中摩擦力的变化以及分析试验后缸套磨损表面形貌,探讨温度对缸套-活塞环摩擦性能的影响规律。试验缸套试样材质为耐磨合金铸铁,活塞环切片与缸套切片大小对应,材质为球墨铸铁。试验结果表明：随着温度的升高摩擦力呈现先减小后增大的趋势,与室温相比,60℃温度下摩擦力降幅为13.45%,且表现出较好的稳定性,但在120℃下摩擦力增幅为10.66%;试验工况下,60℃时缸套表面形貌参数均处于较优水平。研究表明,适当的温度环境对于摩擦配副之间的润滑性能有一定的促进作用,但温度过高会导致摩擦副的摩擦性能不稳定,破坏摩擦副间氧化膜,这不仅可能破坏润滑油膜的形成,也会影响摩擦副的磨损表面形貌。因此存在合适的温度使得缸套-活塞环的摩擦性能达到最优状态。     

基于模糊PI的波浪能液压转化系统平稳控制研究

在不规则波条件下对振荡浮子波浪能捕获液压转化系统进行模糊PI控制的研究,建立浮体的非线性动力学模型及非线性液压动力输出系统数学模型,建立基于转速误差信号反馈的马达排量模糊PI控制模型,对不同海况条件进行系统的数值模拟,研究模糊PI控制下波浪能转化系统马达稳定输出的特性,探究有效波高和能量周期对系统稳定输出的影响,模拟东海近岸水域不同观测点该波浪能捕获系统的全年捕获能量及马达输出能量.结果表明采用模糊PI控制器能够使马达输出功率、转速及转矩的不规则瞬变得到控制,马达转速基本保持稳定,功率平稳输出.马达转速及输出功率随有效波高增加而增大,马达排量的调节范围增大.马达转速及输出功率随能量周期增加而增大且增幅逐渐减小,马达排量的调节范围由大逐渐减小.基于东海海况数据对东海近岸9个观测点进行模拟,该波浪能捕获系统的年捕获能量及马达输出能量随着离岸距离增加而增大,舟山岛南部及东南部海域该系统年捕获能量及马达输出能量较高.     

摩擦过程中相对运动速度对声发射能量信号的影响

利用声发射技术研究摩擦需要了解摩擦过程中各个因素对于声发射信号的影响,为此研究了摩擦过程中相对运动速度与声发射能量信号的关系,研究结果表明:在正压力和摩擦条件基本不变的条件下.声发射能量信号随相对运动速度的增加而增加,声发射能量与摩擦面的磨损量之间存在一定关系,说明利用声发射技术可以分辨出相对运动速度对摩擦产生的影响,并且可以应用声发射能量这一参数检测、量化这种影响.     

液体雾化状态的声发射检测

为检测液体雾化状态,基于声发射检测技术,通过采集雾化液体撞击挡板产生的声发射信号,结合功率谱分析、小波分析和重标极差分析,得到雾化液体撞击挡板产生声信号的机理和特征,获得表征液体雾化状态的特征声信号尺度(J1尺度)。根据特征信号尺度能量分率与液体雾化状态间的规律性变化关系,提出雾化质量的判断方法,即液体雾化质量随特征信号尺度能量分率的增大而提高,当特征信号尺度能量分率快速上升时,液体进入充分雾化状态。判断方法得到照相法的验证。利用声发射检测发现液体雾化质量随轴向距离增大而提高,与事实相符。由此获得一种快速、实时、便捷和安全的液体雾化状态检测方法,其可用于雾化机理研究、喷嘴设计选型和工业生产监控。     

考虑贫油和高边界压力的发动机顶环-缸套润滑与承载性能分析

为降低发动机润滑油消耗以及由此带来的排放,活塞环缸套系统一般处于贫油润滑状态,特别是顶环与缸套间的贫油状况更严重。贫油状态下,活塞环-缸套间润滑油膜在出口区破裂后很难再形成,同时在燃烧上止点附近的高边界压力下气体承载也难以忽略。因此,以某柴油机顶环-缸套系统为分析对象,基于平均雷诺方程和无再形成边界条件,分析贫油和高边界压力下顶环-缸套界面间的润滑、接触和气体承载问题。研究结果表明,贫油工况下,由于油膜破裂后没有再形成,高边界压力的影响显著,对高爆压强化机型来说顶环-缸套间的气体承载力甚至会大于油膜承载力和接触承载力。     

滑动速度对缸套-活塞环摩擦副磨合性能的影响研究

为了研究滑动速度对缸套-活塞环摩擦副磨合性能的影响,在磨损试验机上进行了不同滑动速度下的缸套-活塞环摩擦副磨合磨损试验,通过摩擦因数和磨损表面分析了滑动速度对缸套-活塞环摩擦副磨合性能的影响。结果表明,随着滑动速度的增加,缸套-活塞环摩擦副达到磨合的时间越短,但磨合后的表面越粗糙。因此,为了缩短磨合时间,保证磨合质量,应选择合适的滑动速度。