2024年, 第48卷, 第5期　刊出日期：2024-05-15

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理论研究
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  基于CEEMDAN与t-SNE的轴向柱塞泵典型故障诊断方法

  呼瑞红, 许顺海, 张斌, 任中永, 王安迪, 洪昊岑

  液压与气动. 2024, 48(5): 1-8. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2024.05.001

  摘要 ( 34 ) PDF全文 可视化 收藏

  掘进机在非均匀土壤工况下运行会使得其液压驱动系统受到较强的冲击负载,易导致其核心动力源液压泵发生故障。针对轴向柱塞泵内的典型磨损故障的特征分离提取与辨识分类,提出了一种基于CEEMDAN方法的故障振动信号时频域特征提取方法,对泵壳体采集的振动信号进行时频域分解,并构建70维度特征空间对状态特征进行表征描述;通过特征降维融合的策略,采用t-SNE对高维特征进行解析融合,将70维的特征空间降维至2维空间,并显著提升了分类器的训练效率和分类准确性;采用SVM方法训练3类典型磨损故障的分类器模型,并通过测试集验证,模型的辨识准确性达到96.7%,显著优于不进行降维处理的高维分类器辨识模型。
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  常开燃油电磁阀高低温流场特性

  杨柳, 韩宇, 高天雄, 杜冉恒, 张晋, 陆畅

  液压与气动. 2024, 48(5): 9-15. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2024.05.002

  摘要 ( 26 ) PDF全文 可视化 收藏

  常开燃油电磁阀作为共轨燃油喷射系统的关键控制部件,研究启闭两种工作过程中,温度的高低变化对电磁阀流场特性的影响规律,在燃油阀材料的选择和结构优化设计上具有重要意义。首先,对常开燃油电磁阀的工作原理进行分析,并且利用Workbench建立热固耦合有限元仿真模型。其次,深入研究该燃油阀受高低温影响的形变规律,以及阀芯在开启和关闭过程中所受液压力的变化规律。最后,采用Fluent流场仿真软件,研究阀口不同开度下,温度对燃油阀流量-压差特性的影响规律。结果表明,温度对阀口形变影响较小;在启闭两种工作过程中,阀芯所受液压力均呈先增加再减小的变化规律;在同一条件下,燃油介质温度越低压差越大。对燃油电磁阀高低温的仿真分析,在常开燃油电磁阀的初始设计阶段,具有重要实践意义。
工程技术
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  重载车辆再生缓速系统运行特性及能效分析

  薛梦乐, 黄伟男, 熊晓燕, 权龙

  液压与气动. 2024, 48(5): 16-23. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2024.05.003

  摘要 ( 22 ) PDF全文 可视化 收藏

  重载车辆行驶路况复杂,在其下长坡过程中,机械制动器因长时间工作而温度上升,容易造成刹车失灵。为此,针对30 t重载车辆提出一种液压再生缓速系统对其进行制动,系统由液压泵/马达为车辆提供制动扭矩,蓄能器回收制动动能并在加速工况辅助电机驱动车辆,散热模块进行系统散热。制定了车辆行驶过程中的加速与制动控制策略并建立了车辆系统仿真模型进行分析。结果表明:在不同的坡度下该系统均能够提供足够的制动扭矩,最大制动扭矩可达1150 N·m,具有很好的缓速制动特性,其系统油温也稳定在60 ℃左右;同时该系统能将回收的制动能量辅助电机驱动行走系统,制动能量回收率为42.4%。
综合应用
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  基于鲁棒自适应的减震阻尼器试验台加载位移跟踪控制

  张钰琦, 刘凯磊, 强红宾, 康绍鹏, 陈茂泽

  液压与气动. 2024, 48(5): 24-33. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2024.05.004

  摘要 ( 20 ) PDF全文 可视化 收藏

  减震阻尼器是用于建筑、桥梁、风电、管道等领域减震的核心零部件,减震阻尼器试验台是测试减震阻尼器动/静态特性的试验装置。针对减震阻尼器试验台在位移加载时实际位移与期望位移跟踪误差较大的问题,建立试验台液压伺服位移控制系统数学模型,设计鲁棒自适应控制器,并基于李雅普诺夫理论验证控制器的稳定性,提出一种基于鲁棒自适应的位移跟踪控制方法。搭建Simulink与AMESim联合仿真模型,对试验台电液伺服系统的控制方法进行仿真分析;搭建试验台并对比验证鲁棒自适应控制器与传统PID控制器的控制性能。结果表明:鲁棒自适应控制器具有较强的抗干扰能力,跟踪误差较PID控制器减少了55%,响应速度提高了66.7%,较大程度提高了试验台加载系统的位移跟踪控制精度。
理论研究
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  稀相气力输送弯管颗粒扩散特性研究

  郑泽冰, 周甲伟, 闫翔宇, 王庆辉

  液压与气动. 2024, 48(5): 34-40. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2024.05.005

  摘要 ( 19 ) PDF全文 可视化 收藏

  针对稀相输送系统中颗粒流出弯管后在竖直管内的部分流动特性展开研究,在自主搭建的实验台上进行多次重复实验,并采集了不同管段的颗粒流动图像,结合数值模拟仿真的方法,开发了一种环切法作为扩散均匀高度的评价指标,认为在h=5D处颗粒流已经扩散至均匀,给出了截面压力及粒速变化曲线;讨论了改变气速、弯径比、颗粒直径、颗粒长度对扩散均匀高度产生的影响,结果表明:气速与扩散均匀高度基本呈线性负相关关系,而在弯径比较小、颗粒直径较大、颗粒长度较小的情况下扩散均匀高度较低且基本未受影响,进一步增大弯径比则扩散均匀高度呈线性递增,而进一步降低颗粒直径或增大颗粒长度将使扩散均匀高度呈指数性骤升。
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  非圆行星齿轮马达设计与排量分析

  周如林, 黄园月, 赵志伟, 倪再兴, 宋具宝, 袁晓明

  液压与气动. 2024, 48(5): 41-49. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2024.05.006

  摘要 ( 31 ) PDF全文 可视化 收藏

  非圆行星齿轮马达具有容积效率高、密封性良好、传递扭矩大等优势,可应用于井下机械和食品机械等领域。根据几何关系推导圆弧-圆弧型(双圆弧型)节曲线参数所需满足的弧长条件、传动条件与约束条件,建立并求解内齿圈与太阳轮节曲线非线性规划模型。在分析非圆行星齿轮马达进排液规律的基础上,确定不同太阳轮旋转角度下各容腔进排液的周期变化规律。通过面积拟合法与图解法求解马达最大与最小容腔面积,确定马达理论排量。非圆行星齿轮马达试验测试结果表明,试验法与理论计算法确定的马达实际流量随转速变化的趋势基本一致,最大误差仅为9.57%,验证了双圆弧型节曲线马达理论排量模型的正确性,可为进一步探索非圆行星齿轮马达优化设计提供参考。
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  负开口设计对于二维活塞泵机械效率的影响

  黄煜, 臧一人, 徐晗瑜, 邵威, 刘丽, 丁川

  液压与气动. 2024, 48(5): 50-61. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2024.05.007

  摘要 ( 15 ) PDF全文 可视化 收藏

  二维活塞泵因其传动为滚动摩擦,适合在电静液作动器中作为动力元件使用。然而,使用轴配流形式的二维活塞泵会受到内泄的影响,在高负载下容积效率表现不佳,因此该泵经常采用负开口设计。为探究二维活塞负开口设计对于泵机械效率的影响,分别对泵的机械效率和腔内压力进行数学建模,探究负开口设计对于泵的腔内压力、输入力矩以及机械效率的影响。对比分析零开口和负开口两种二维活塞的试验,结果表明:二维活塞泵因其等加减速凸轮,使负开口设计对于其机械效率影响非常小,并且在2°遮盖量以内的负开口设计对于腔内压力的影响可以忽略,不需要担心困油效应,但又解决了内泄问题。
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  火箭游动发动机的增益伺服控制算法

  刘慧, 李博伟, 王建军

  液压与气动. 2024, 48(5): 62-68. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2024.05.008

  摘要 ( 20 ) PDF全文 可视化 收藏

  现役火箭游动发动机配套的电液伺服机构具有结构高集成化、大摆角行程的特点,其与发动机组成的推力矢量控制系统具有较大非线性,传统的控制方法容易出现大摆角下发散抖动现象。为解决上述问题,同时满足火箭对推力矢量系统的快速性要求,提高系统可靠性,建立其推力矢量伺服控制模型,分析出易抖动的原因,并提出了变增益PID与陷波函数补偿的复合数字控制方法。仿真与试验结果均表明,该控制方法有效地抑制了电液伺服机构的非线性因素对系统稳定性的影响,最小稳定裕度提高5~7 dB。
工程技术
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  三臂凿岩台车液力机械传动系统的牵引性能

  段雨, 卜正锋, 张泽宇, 惠记庄, 许仕伟

  液压与气动. 2024, 48(5): 69-76. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2024.05.009

  摘要 ( 22 ) PDF全文 可视化 收藏

  三臂凿岩台车在隧道作业时,路面平整度低、负载波动大,导致牵引性能输出不稳定。在三臂凿岩台车动力总成的基础上,建立了液力机械系统的功率平衡理论与力学平衡方程。进一步,开展了三臂凿岩台车的发动机外特性和液力变矩器原始特性实验,研究了共同工作的输入特性和输出特性。建立了三臂凿岩台车的动力传动系统仿真模型,同时开展了整机牵引性能实验。整车实验与仿真计算对比结果表明:一挡、二挡、三挡最大牵引力误差分别为1.8%,2.4%,1.7%,最大车速误差分别为2.1%,1.9%,2.3%,验证了三臂凿岩台车的牵引性能理论,对复杂工况下工程车辆牵引性能研究具有一定的指导意义。
理论研究
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  采棉机风机叶片优化与流场分析

  钟良意, 张增磊, 宗超勇, 蒋伟俊, 石茂林, 徐立章

  液压与气动. 2024, 48(5): 77-85. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2024.05.010

  摘要 ( 53 ) PDF全文 可视化 收藏

  风机作为采棉机气力输送系统的核心部件,其性能优劣将影响采棉机的作业效率。为提高采棉机气力输送系统的最大风量,针对采棉机用多翼离心风机叶片进行优化设计。为了获得代理模型所需的基本数据,建立了CFD数值模型并采用拉丁超立方实验在设计空间内生成20组样本。基于样本数据,建立了出口风量与设计变量的近似模型,采用智能优化算法获得最优设计方案。优化后的设计方案相较于原型机,出口风速明显增大。CFD数值计算分析风机的动态特性,结果表明,在多转速工况下风量均有明显提升,其在额定转速工况下,风量提升17.27%。
综合应用
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  抗(耐)震压力表校准装置系统设计

  刘开绪, 刘卓群, 李博, 董鹏, 王传英, 高玉凯

  液压与气动. 2024, 48(5): 86-92. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2024.05.011

  摘要 ( 26 ) PDF全文 可视化 收藏

  为了构建模拟抗(耐)震压力表真实工况的校准环境,按照SY/T 6817—2010《抗(耐)震压力表校准方法》设计制作了校准装置。首先,在被检表量程的30%～40％之间确定一个检验点,采取气驱液预压泵产生检验点基准压力;然后,利用杠杆梁变幅机构带动液压缸活塞往复运动来产生正弦波脉动,脉动范围限定在基准压力值和高压值之间,实现10％的正弦波脉动幅度,脉动频率为(60±5) 次/min;最后,将液压管路引到综合振动台并连接到被检表活接头上,对被检表进行液压脉动和电磁振动试验。设计和试验结果表明:研制的校准系统具有脉动频率和幅度设定方便,输出稳定的正弦波脉动波形,整体控制精度优于0.1%,符合校准方法要求。系统通过工控机采集卡自动控制,控制精度高,显示屏显示界面明晰,操作方便,适合于试验室、检定室校准抗(耐)震压力表使用。
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  机器人液压旋转关节低速运动机理及实验

  李龙, 谢中取, 李娟娟

  液压与气动. 2024, 48(5): 93-102. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2024.05.012

  摘要 ( 37 ) PDF全文 可视化 收藏

  针对机器人液压旋转关节的死区和低速爬行,研究其产生机理并进行了实验分析。首先,论述了密封摩擦的机理,计算摆动缸各种密封机构的摩擦力矩,构建低速状态下的摩擦模型;然后,利用数值分析方法对电液位置伺服系统建模,对低速爬行现象进行仿真分析;最后,通过实验对死区和爬行现象进行验证和分析,并观察PID控制对爬行现象的改善作用。仿真和实验结果表明:在密封元件的摩擦下,液压摆动缸存在较大死区,且低速运行时,液压摆动缸出现明显爬行现象,在PID控制器下可良好的改善跟踪响应。
理论研究
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  一种补油溢流阀压力超调特性分析及结构参数优化

  王银, 李东海, 李广珍, 马彦伟, 黄家海, 郝惠敏

  液压与气动. 2024, 48(5): 103-110. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2024.05.013

  摘要 ( 47 ) PDF全文 可视化 收藏

  带有活塞杆控制的先导式带补油功能溢流阀具有响应快、通流量大等特点,在工程机械液压系统中应用广泛,但压力超调量较大。为了揭示影响压力超调量的关键因素,以某型先导式补油溢流阀为研究对象,利用AMESim搭建仿真模型,研究其结构参数对压力超调的影响规律。仿真表明:当主阀芯半锥角、先导阻尼孔径和进油口直径逐渐增大时,其主阀口压力超调量均逐渐减小;当阀芯阻尼孔径逐渐增大时,其主阀口压力超调逐渐增大;当主阀芯半锥角、阀芯阻尼孔径、先导阻尼孔径以及进油口直径分别从25°, 4.2 mm, 4.10 mm, 13.0 mm调整为40°, 4.8 mm, 4.16 mm, 13.5 mm时,其主阀口压力超调量从57.1%降至19.4%,结构参数优化后的补油溢流阀超调较之前有显著降低。此外,改进后的补油溢流阀在补油工况下开启压力0.13 MPa,压差随补油流量增加缓慢,性能较之前相比有较大的提升。为阀的优化提供理论指导,并且对同类型产品的相关研究有一定的参考价值。
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  LUDV多路阀复合动作流量分配影响因素分析

  邓力, 翟立奎, 李林岩, 卢肖肖

  液压与气动. 2024, 48(5): 111-117. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2024.05.014

  摘要 ( 98 ) PDF全文 可视化 收藏

  以某阀后补偿流量共享型多路换向阀为对象,在不饱和流量状态下分析了复合动作中补偿阀芯的压力补偿功能,探明了补偿阀芯的补偿压力随负载动态变化的特性。通过分析不同过流面积下主阀芯和补偿阀芯对各动作流量的影响,提出了考虑补偿阀芯最小开口与主阀芯过流面积影响下的复合动作流量随负载变化理论计算公式。并通过多路阀复合动作试验进行了验证,通过误差分析确立了其具有一定准确性,为实际应用中多路阀流量分配设计提供了理论依据。
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  油罐车自主加注臂密封圈响应面优化及分析

  袁明新, 蒋为钰, 王巍, 李解, 申燚

  液压与气动. 2024, 48(5): 118-128. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2024.05.015

  摘要 ( 17 ) PDF全文 可视化 收藏

  为了提高油罐车自主加注臂前端快接装置的密封性能,设计了一种内胀式橡胶密封圈,并结合响应面法和有限元法对密封圈进行了优化和分析。首先,基于有限元软件ANSYS Workbench对密封圈进行建模和仿真,研究了密封圈的倒圆半径、厚度和压缩量对密封圈性能的影响;然后,将密封圈与管壁的接触面积、接触压力和所受等效应力作为优化目标,利用Design-Expert软件建立了密封结构的优化模型,并通过多目标优化获得最优设计方案;最后,进行了密封圈优化前后的性能对比和分析。数值测试表明,在最大3 MPa 介质压力下,优化后密封圈的接触压力提升了1.3 MPa,有效接触面积更大,且接触带更加集中,有利于实现快接装置和油罐车加注口的有效密封,同时等效应力降低了4.3%,有助于延长密封圈的使用寿命。
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  真空遮断阀吸取系统动态特性研究

  胡万兴, 孙中圣, 李兴旺

  液压与气动. 2024, 48(5): 129-136. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2024.05.016

  摘要 ( 11 ) PDF全文 可视化 收藏

  遮断阀在多吸盘真空吸取系统中对失效的吸盘进行自适应遮断,从而让未失效吸盘内的真空度保持在正常的范围内。以ZP2V遮断阀为核心,建立真空遮断阀吸取系统的动态模型进行理论分析,并在单吸盘真空吸取系统上进行模拟仿真,搭建试验平台对仿真结果进行验证。根据实际工况搭建了多吸盘真空吸取系统,在两种失效形式下进行了遮断阀性能动态特性测试,分析各因素对系统真空度及流量的影响和规律,为采用遮断阀的真空吸取系统的设计和选型提供依据。
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  内啮合同曲率圆柱密封面泄漏评估方法

  李美求, 彭佶, 李龙飞, 魏超, 李银银

  液压与气动. 2024, 48(5): 137-144. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2024.05.017

  摘要 ( 33 ) PDF全文 可视化 收藏

  针对高压介质的金属密封问题,利用有限元分析方法得到圆柱面分析模型,以密封面接触应力、理论接触面积为输入参数,得到不同过盈量下密封面的真实接触面积,结合修正后的微观泄漏计算模型,研究不同曲率圆柱密封面泄漏规律。研究表明:随着圆环过盈量增加到0.04 mm,密封面产生稳定接触,泄漏量不再随着过盈量而发生变化,密封性能满足最小密封比压要求。该预测方法以密封面平均接触压力为唯一变量,可以对不同啮合方式的任意尺寸圆柱密封面泄漏量进行预测,计算泄漏率与实验数据,验证了模型的准确性,对金属高压密封设计和评估具有重要意义。
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  转子螺旋角对氢气循环泵流动特性的影响

  李小亮, 翟欢乐

  液压与气动. 2024, 48(5): 145-150. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2024.05.018

  摘要 ( 14 ) PDF全文 可视化 收藏

  氢气循环泵是氢燃料电池系统重要动力设备,主要作用是由阳极回收未消耗的氢气,并将其运输回电池堆入口,以提高氢气利用效率。针对一款常规氢气循环泵,研究了转子螺旋角变化对性能的影响规律,结果表明:随着转子螺旋角从0°增加到60°,氢气循环泵的平均流量呈现先减小再增大的趋势,在螺旋角为22.5°时具有最小值,在螺旋角为60°时具有最大值;氢气循环泵的流量和压力脉动因数呈现先增大后减小的趋势,增大的幅度不高,但降低幅度较大,在螺旋角为60°时具有最小值。该氢气循环泵转子的最优螺旋角为60°,对氢气循环泵的整体性能改善具有重要作用。
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  飞机舵面作动系统动压反馈特性分析

  何晶晶, 张家盛, 刘波

  液压与气动. 2024, 48(5): 151-157. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2024.05.019

  摘要 ( 24 ) PDF全文 可视化 收藏

  电液伺服作动系统是飞控系统的关键子系统,在实际工作中,存在作动系统与飞机舵面结构谐振的问题。为了研究飞机电液伺服作动系统稳定性的问题,建立了完整准确的伺服系统数学模型。在不降低系统性能的前提下,提出利用高通滤波即动压反馈的控制算法来提高伺服系统稳定性的方法。对动压反馈的补偿作用和原理进行介绍,对加入动压反馈后的系统进行数学建模,并对系统阶跃特性和频率特性进行仿真验证,结果证明动压反馈的引入没有降低系统性能,且在综合谐振处提高了系统阻尼,较好地解决了谐振问题,起到了增稳效果。电液伺服作动系统动压反馈技术的初步研究,对后续型号设计有较大应用价值。
工程技术
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  挖掘机斗杆独立进油节能技术研究

  赵金光, 崔成龙, 董兆胜

  液压与气动. 2024, 48(5): 158-167. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2024.05.020

  摘要 ( 28 ) PDF全文 可视化 收藏

  通过开发高效液压阀,降低其进油和回油节流损失,是降低挖掘机燃油消耗的主要手段之一。针对节能目标,以挖掘机液压阀能量损失机理为基础,明确了通过设计新的斗杆阀来降低能量损失的思路,进行基于斗杆独立进油的液压阀的设计,包括独立进油阀的设计和斗杆主阀芯的设计,并针对独立进油阀和斗杆主阀芯再生及回油的控制进行算法开发。将设计的液压主阀在一台21 t挖掘机上进行装机,经电控调试后满足操控性要求,并与另一台相同吨位且配套相同发动机和液压主泵的挖掘机进行了相同工况的平地操作对比验证,结果表明所设计的液压阀节油效果更好。
理论研究
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  基于GA-PSO混合优化SVM的机载EHA故障诊断

  覃刚, 葛益波, 姚叶明, 周清和

  液压与气动. 2024, 48(5): 168-180. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2024.05.021

  摘要 ( 64 ) PDF全文 可视化 收藏

  针对机载电静液作动器(Electro-Hydrostatic Actuator,EHA)的典型故障,详细分析了故障原理并在MATLAB/Simulink中搭建了仿真模型。为了高效准确识别故障类型,提出一种用遗传算法(Genetic Algorithm, GA)和粒子群算法(Particle Swarm Optimization,PSO)混合优化支持向量机(Support Vector Machine,SVM)的故障诊断算法。GA鲁棒性好且全局搜索能力强但收敛速度慢,PSO对样本规模不敏感且具有记忆功能但易陷入局部最优,故融合两种算法寻找SVM的最优参数。另外,为了解决传统SVM多分类方法“一对多”和“一对一”易出现不可分的问题,建立一种偏二叉树结构的SVM多分类模型。对于采集的原始数据高度重合的情况,引入时域特征统计量进一步提升模型的分类性能。实验结果表明,提出的混合优化算法寻优速度更快、所寻参数更佳,同时用该算法优化的SVM分类模型相比于其他5类常用的机器学习模型分类效果更好,故障识别正确率可达97.7%。
综合应用
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  真空气力输送泵研究及应用

  俞培德, 叶广朋, 刘晓瑞, 巩启

  液压与气动. 2024, 48(5): 181-188. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2024.05.022

  摘要 ( 24 ) PDF全文 可视化 收藏

  为实现地下隧洞施工高效排污及排渣,开发了一款适用于掘进机设备的真空气力输送泵系统。详细介绍了气力输送系统及组件,通过负压吸送、正压压送方式实现污水、泥渣、固体颗粒等气力输送,实现无旋转叶轮部件的流体输送。采用CFD方法,运用Fluent软件对气体喷射器结构仿真分析得出设计参数,运用EDEM-Fluent流固耦合仿真方法探究渣石与空气或水输送状态,得出使用边界条件,有效指导了设计及应用。同时真空气力输送泵系统提高了地下隧洞掘进效率和隧道文明施工水平。