电主轴在机可靠性试验和评估方法研究

电主轴因可靠性水平相对较高,在进行可靠性试验时通常面临试验时间长、试验期间无故障出现、样本数量少等问题。针对以上问题,提出一种电主轴在机可靠性试验和评估方法,基于对电主轴失效原理的研究,选取四个可以反映电主轴退化的特征量,实时采集试验过程中的电主轴性能退化数据,通过算法和性能退化数据对电主轴进行状态评估。利用韦布尔分布对同类型电主轴的可靠性进行评估,得到电主轴平均故障间隔时间的点估计,验证所提出的在机电主轴可靠性试验和评估方法的有效性。     

基于性能退化的小子样电主轴可靠性试验研究

针对高速电主轴可靠性研究存在的问题,探讨了小子样电主轴性能退化可靠性试验方法,完成了两根170MD18Y16型电主轴的退化试验;依据选定的性能退化特征量和截尾时间,检测了主轴轴端径向跳动量,据此建立试样电主轴退化模型,分析其失效寿命;基于跳动量测试数据和Weibull分布函数,应用修正极大似然函数分析分布参数,得到170MD18Y16型电主轴特征寿命,并确定其寿命分布模型。电主轴寿命理论值与实际使用值基本一致,表明小子样电主轴性能退化试验方法合理,建立的退化模型较准确地反映了电主轴性能退化轨迹,且寿命分布模型分析方法有效。     

基于多故障模式的复杂机械设备预防性维修决策

目前,复杂设备的维修维护往往是基于多部件的,然而单个部件往往具有多故障模式,且故障之间具有复杂的关联关系,导致基于多部件的维修决策方案并不一定合理。针对这一难题,提出一种复杂机械装备预防性维修决策方法,与传统的基于多部件的预防性维修决策不同,从故障模式的角度切入分析。根据系统结构和功能特征进行关键故障模式辨识,并将其分为突发类和退化类两类。讨论了复杂机械设备故障模式之间的依赖性、维修级别和维修效果等,进一步利用故障时间分布即寿命分布构建预防性维修决策的目标成本函数,并通过遗传算法实现含整型约束的非线性优化问题求解。所提出的方法在某镗床滑枕进给传统子系统中得到验证,并表现出良好性能。     

二元Wiener过程下的小样本电主轴可靠性分析

针对高速电主轴产品的退化过程具有多个退化特征量,以及退化过程平稳、缓慢的特点,采用二元Wiener过程对其进行可靠性建模,并将二元Wiener过程的漂移参数看作随机变量来体现电主轴的个体差异性。利用极大似然法结合虚拟增广样本法和Bootstrap法来估计模型中的未知参数,以解决被试电主轴的小样本问题,得到电主轴产品寿命的可靠度函数。最后,通过对2根磨削电主轴产品的退化数据进行比较分析,验证了所提方法的合理性与精确性。     

基于可靠性的列车预防性多梯度机会维修策略

针对现有城市轨道列车车辆检修策略中的过维修和欠维修，以及机会维修单一等问题，提出一种基于可靠性的预防性多梯度机会维修策略。通过分析历史故障数据，对不同部件设置不同等级的机会维修阈值，建立了灵活的多梯度机会维修策略。在维修策略中引入故障率递增因子和役龄回退因子，采用故障性维修、预防性维修、多梯度机会维修和预防性更换相结合的维护方式，得出总成本最低的最佳预防性维修周期和维修次数。以某城市轨道列车检修为例进行实例仿真表明，相比单部件顺序维修策略，所提基于可靠性的多梯度机会维修策略可有效减少停车次数、节省维护费用、提高运营效率，从而为城市轨道列车的预防性维修提供科学依据和理论参考。     

重水堆核电站显示系统预防性维修浅析

主要通过对近年来重水堆机组电站显示系统的故障分析,参考设备运行环境和设备固有技术参数,针对故障多发设备(投影仪)进行预防性维修策略分析,并制定预防性维修方案,最终提高设备可靠性与可用率,为重水堆电站显示系统的预防性维修工作提供了指导思路和实践经验.     

基于寿命预测的预防性维护维修策略

针对退化分布函数难以估计的复杂系统,研究了剩余寿命预测及预防性维护维修最优决策问题,提出一种基于复杂系统剩余寿命有效预测的预防性维护维修策略。在系统退化状态分布函数未知的条件下,由已知的设备寿命分布函数预测其平均剩余寿命,以平均剩余寿命为阈值制定预防性维护维修策略。根据更新过程理论,建立了以系统的预测间隔、预防性维护阈值为优化变量和最小化平均维护维修费用为目标函数的优化模型。采用微粒群算法进行优化求解,得到系统最佳的预测周期和维护维修阈值,并使系统长期运行的平均费用率最低。分别以在翼寿命符合威布尔分布的民航发动机和寿命分布符合正态分布的航海设备电控罗经中的某型变压器为例,验证了所提维护维修策略的可行性。     

数控铣床电主轴故障诊断及仿真分析

针对数控铣床高速电主轴故障分析和诊断的需要,避免因主轴结构设计不合理而产生的故障,进行了基于噪声和小波变换监测原理的电主轴故障诊断仿真分析和动态特性分析方法研究。结果表明,小波变换能有效地把机床噪声信号变换到时频域,得到电主轴工作状态下的时间和频率信息,从而区分出主轴在正常工作下的噪音和故障状态下的工作噪音,诊断出机床电主轴的故障信息。通过模态分析得到了电主轴的固有频率、振型和临界转速,有效避开了电主轴固有频率,并为高速电主轴结构设计和轴承最佳预紧力的确定提供了分析依据。     

基于1D-CNN和Bi-LSTM的航空发动机剩余寿命预测

剩余寿命预测对航空发动机的预防性维修有重要指导作用,是保障飞机安全运行,提高维修保障效率的重要手段.一维卷积神经网络(1-dimensional convolutional neural network,1D-CNN)和双向长短时记忆神经网络(Bidirectional long short memory,Bi-LSTM)被应用于航空发动机剩余寿命预测模型.首先,根据工程经验在多状态参数的主成分分析的基础上对退化过程进行随机分布拟合,得到综合性能退化量;然后将多变量时间序列样本和对应的性能退化量代入1D-CNN模型进行回归分析,从而得到性能退化分析模型;再通过Bi-LSTM对性能退化量进行时间序列预测,得到性能退化的未来趋势;最后通过设定性能退化阈值,得到剩余寿命预测结果,从而得到从多状态参数-性能退化分析-性能退化预测-剩余寿命预测的实时动态感知模型.实例分析结果表明,提出的混合模型与其他单—深度学习和传统模型相比,有更低的回归分析误差和退化预测误差,能够得到更准确可靠的剩余寿命预测结果.     

基于视情维修的联合优化策略研究

对于退化型失效的数控机床关键功能部件,其可靠性数据具有小样本的特点。融合相似型号数控设备中部件的故障数据,构建同类部件的寿命分布函数;针对某一具体部件进行定期的状态监测,并进行剩余有效寿命预测。联合视情维修与计划性维修,构建基于维修费用最小的维修优化模型。最后,基于蒙特卡洛方法进行维修费用与维修周期的优化求解。实验采用某电主轴/刀柄结合面进行了验证,实验表明此方法能为维修费用预算及确定维修周期提供技术支持。     

基于故障先兆判定模型和动态置信度匹配的主轴润滑故障预测方法

为提高数控机床主轴传动系统润滑不良故障的预测能力和预知性维护能力,针对现有故障预测方法的局限性以及主轴零部件耦合、故障并发等特征,提出一种基于故障先兆判定模型和动态置信度匹配的主轴润滑故障预测方法。根据关联程度约简故障先兆表征参数,基于故障历史数据集定义故障先兆状态序列,结合小波分析和概率神经网络技术构建故障先兆判定模型,设计动态置信度匹配算法,进而从可靠性和正确性的角度融合各故障先兆参数状态匹配结果,在线预测故障发生的概率及时间。试验结果表明,该方法能够有效实现主轴传动系统润滑不良故障的预测。     

基于ANSYS的全陶瓷电主轴动态分析及振动性能测试

对设计的全陶瓷电主轴进行结构分析,在ANSYS中建立了其轴承-主轴转子系统三维有限元模型。采用Subspace法计算了前6阶固有频率和振型,计算出临界转速,然后通过Harmonic分析得到了主轴在不同激励下的动态响应,并对装配好的全陶瓷电主轴进行振动性能测试及其分析。ANSYS动态分析计算结果表明主轴设计工作转速远远低于其临界转速,能有效避开共振区;全陶瓷电主轴振动性能测试结果表明在设计范围内电主轴振动平稳,设计符合要求。     

A novel experimental research on vibration characteristics of the running high-speed motorized spindles

Because of the complicated running condition and many unpredicted factors such as unmodelled dynamics and external disturbances, the fault analysis of the high-speed motorized spindle is proved difficult. In this paper, a novel experimental method is proposed to research the vibration characteristics of the running high-speed motorized spindle. The method consists of four steps. Firstly, the vibration signal measurement and processing system are built according to data collector and signal analysis software, and then, the vibration signal of the spindle extracted from sophisticated experimental environment is studied by using harmonic wavelet transform for its advantages, such as ultra-narrow band, high resolution detection and ability of extracting weak signal. After that, local frequency domain zooming technique of harmonic wavelet packet is employed to study the vibration spectrum of the spindle at eight different rotating speeds. Furthermore, the axis orbit of the rotor is purified successfully, which can serve as verification basis for subsequent on-site fault diagnosis. Finally, a comparative analysis of eight different vibration signals under the same load but different speeds condition is carried out, the spectral components are classified into two types: the repeated ones and the regular ones. The accordance between experimental results and theoretical analysis suggests that the proposed method in this paper is effective.     

基于决策实验室法的电主轴失效模式优先级分析

系统的失效模式优先级分析对系统的可靠性设计和可靠性分配具有重要的指导意义。电主轴作为现代高速精密机床的核心部件,要求具有较高的可靠性和更长的寿命。本文中应用决策实验室分析法,充分考虑了失效模式间的联系以及影响程度,对电主轴系统的主要失效模式进行了优先级分析,并结合与传统的风险优先数法的比较,为提高电主轴系统的可靠性和寿命提出了失效模式的优先次序意见。     

高速高精度电主轴温升预测模型

提出高速高精度电主轴温升预测模型,将有限元模型与试验数据相结合,精确预测不同工况下电主轴的温度场。建立电主轴流场、温度场有限元模型,分析冷却系统及润滑系统参数对电主轴温度场的影响;考虑电主轴运行速度、载荷,设计电主轴损耗测试方法,将测得的电主轴总损耗作为计算电动机、轴承生热依据;考虑冷却系统、润滑系统参数及环境条件对换热系数的影响,采用最小二乘算法,基于电主轴表面温度测试数据,优化电主轴换热系数,并将优化后的换热系数作为有限元模型的边界条件。建立170SD30-SY电主轴温升预测模型,将换热系数优化前后的温度场仿真数据分别与试验数据对比。结果表明,换热系数优化后的温升预测模型预测的精度提高了4.78%,提出的电主轴温升预测模型有较高的预测精度。     

过程工业动态的以可靠性为中心的维修研究及应用

针对过程工业设备类型、结构、运行和维护特点,研究过程工业以可靠性为中心的维修评估技术,开发集风险评估、状态监测、绩效审查、专业管理、档案管理为一体的动态的以可靠性为中心的维修决策系统。利用风险评估技术确定设备优先维护等级、优化维修内容、确定最佳维修时间指导设备维护和维修决策;状态监测用于故障诊断与预测确定设备预知性维修任务;绩效指标用于量化关键部件故障频率和故障后果,确定关键部件的最佳维修周期进而量化设备动态风险、确定预防性维修任务内容;专业管理是维修决策和维修内容的执行环节。开发的系统应用于中国石油某炼油厂,实现以信息为重要资源,以设备健康状态为依据,基于风险量化指标决策和设备量化风险动态管理,提高维修决策水平,确保了设备运行的安全性、可靠性和可用性。     

基于ANSYS/PDS模块的高速电主轴刚度可靠性分析

为研究高速电主轴刚度可靠性问题,应用ANSYS软件将蒙特卡洛法与随机有限元法相结合对高速电主轴关键零部件进行了刚度可靠性分析.通过选择高速电主轴的多种设计参数作为随机输入变量,提出了一种高速电主轴刚度可靠性分析的步骤和方法,并得出了高速电主轴刚度的可靠度数值和各随机参数的灵敏度图、灵敏度数值;在此基础上,探究了各随机参...     

兼顾低速重载和高速轻载电主轴的可控预紧方法研究

为克服电主轴采用传统定压预紧方式低速时预紧力偏小和高速时预紧力偏大的弊端,提出了一种电主轴预紧力可控的预紧方式,对比研究了电主轴在这两种预紧方式下的动力学性能.结果表明,可控预紧电主轴能同时满足低速重切削和高速轻切削的加工要求.     

基于性能退化预测的数控机床预防维修方法

为解决数控机床传统维修方法存在的"欠维护"或"过维护"弊端,提出了一种基于系统性能退化预测的预防维修方法,利用统计过程控制技术分析产品质量数据,实现机床工作状态的预测。建立了关键零部件的Wiener退化模型来预测寿命分布,从而可结合剩余寿命和收益确定最优预防维修策略。以某汽车活塞生产线上的数控机床异常数据为例,验证了所提方法的有效性。