亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        基于試驗(yàn)設(shè)計(jì)的制動(dòng)系統(tǒng)產(chǎn)品模型優(yōu)化

        2021-11-19 09:23:30韓朝霞李邦國(guó)王群偉
        鐵道機(jī)車(chē)車(chē)輛 2021年5期
        關(guān)鍵詞:減壓閥溢流開(kāi)度

        韓朝霞,李邦國(guó),2,王群偉,2

        (1 北京縱橫機(jī)電科技有限公司,北京 100094;2 中國(guó)鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司 機(jī)車(chē)車(chē)輛研究所,北京 100081)

        制動(dòng)系統(tǒng)直接影響高速列車(chē)的行車(chē)安全,制動(dòng)系統(tǒng)的各關(guān)鍵組成部件的穩(wěn)定性和可靠性是當(dāng)前研究的重中之重。制動(dòng)系統(tǒng)產(chǎn)品在設(shè)計(jì)過(guò)程中采用試驗(yàn)設(shè)計(jì)[1]的方法能縮短設(shè)計(jì)周期,減少設(shè)計(jì)成本,且能進(jìn)行故障診斷。從質(zhì)量發(fā)展的過(guò)程來(lái)看,從原來(lái)的“質(zhì)量是檢驗(yàn)出來(lái)的”提升到“質(zhì)量是制造出來(lái)的”并最終發(fā)展到“質(zhì)量是設(shè)計(jì)出來(lái)的”。試驗(yàn)設(shè)計(jì)在產(chǎn)品的研發(fā)階段占有重要地位,也決定著產(chǎn)品的生命周期與質(zhì)量水平。鐵路制動(dòng)系統(tǒng)產(chǎn)品運(yùn)用試驗(yàn)設(shè)計(jì)的理論及方法,能夠大大提高試驗(yàn)的效率,創(chuàng)新的效率以及制動(dòng)系統(tǒng)產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力。

        1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)理論

        試驗(yàn)設(shè)計(jì)是研究正確的設(shè)計(jì)試驗(yàn)計(jì)劃和分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)的理論和方法,通過(guò)改變?cè)O(shè)計(jì)過(guò)程中的輸入(控制變量),觀(guān)察輸出(響應(yīng)變量)的變化,從而獲取關(guān)于整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程的全套知識(shí),確定各個(gè)輸入因子的重要性等級(jí)及其對(duì)輸出的影響程度,并達(dá)到最優(yōu)化過(guò)程的目的。試驗(yàn)設(shè)計(jì)的研究過(guò)程如圖1 所示。

        圖1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)研究過(guò)程

        由圖1 可知,試驗(yàn)設(shè)計(jì)過(guò)程是把一些輸入轉(zhuǎn)變?yōu)橛幸粋€(gè)或多個(gè)可觀(guān)察響應(yīng)的一種輸出,過(guò)程中包含可控因子以及不可控因子。輸出是由輸入、可控變量以及不可控變量共同作用的結(jié)果,y=f(x)就是探索y與x的關(guān)系,需要確定4 個(gè)方面的內(nèi)容:

        (1)確定哪些變量對(duì)響應(yīng)y最有影響。

        (2)確定有影響的x設(shè)置在何處使得y幾乎總是接近于所希望的額定值。

        (3)確定有影響的x設(shè)置在何處使得y的變異性最小。

        (4)確定有影響的x設(shè)置在何處使得不可控變量的效應(yīng)最小。

        試驗(yàn)設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)和為改善性能的故障分析中起重要作用,多數(shù)情況是設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)一種受外部變異性來(lái)源影響最小的設(shè)計(jì)方案。

        2 減壓閥的試驗(yàn)設(shè)計(jì)

        鐵路車(chē)輛上某些已投入使用的減壓閥,在經(jīng)過(guò)一段時(shí)間運(yùn)用之后,會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈噪聲,甚至影響到乘客乘坐列車(chē)的舒適性。為了解決減壓閥的噪聲問(wèn)題,需要對(duì)減壓閥進(jìn)行分析,找出引起噪聲的關(guān)鍵因子,并進(jìn)行模型優(yōu)化。對(duì)減壓閥進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計(jì)的操作步驟如圖2 所示。

        圖2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)步驟

        2.1 目標(biāo)分析

        針對(duì)噪聲減壓閥,判斷減壓閥噪聲原因可分為以下3 類(lèi):

        (1)減壓閥機(jī)械振動(dòng)噪聲。

        (2)流體動(dòng)力學(xué)噪聲。

        (3)空氣動(dòng)力學(xué)噪聲。

        通過(guò)對(duì)噪聲的時(shí)域信號(hào)如圖3 所示,進(jìn)行頻率分析如圖4 所示。

        圖3 振動(dòng)噪聲時(shí)域信號(hào)

        圖4 振動(dòng)噪聲頻譜分析

        由圖4 可知,在噪聲起始位置,其頻率在400~500 Hz 之間。推斷減壓閥的噪聲是由于空氣壓力波動(dòng)的激振頻率和減壓閥本身的彈簧質(zhì)量系統(tǒng)振動(dòng)頻率接近而產(chǎn)生。因此改變空氣壓力波動(dòng)的激振頻率或者改變彈簧質(zhì)量系統(tǒng)的固有頻率,均有可能消除減壓閥的噪聲。下面將建立減壓閥的詳細(xì)模型進(jìn)行仿真計(jì)算,探究空氣流動(dòng)造成振動(dòng)的因子,并通過(guò)改善這些因子來(lái)達(dá)到消除振動(dòng)的目的。

        2.2 建立減壓閥模型

        根據(jù)噪聲減壓閥參數(shù),建立減壓閥模型,如圖5 所示。

        圖5 減壓閥模型

        運(yùn)行仿真,減壓閥的出氣口壓力波形和溢流口開(kāi)度(位置見(jiàn)圖5)如圖6 所示,由圖6 可知當(dāng)壓力發(fā)生波動(dòng)的時(shí)候,大活塞發(fā)生振動(dòng)。由于溢流口開(kāi)度為正,溢流口排風(fēng),對(duì)時(shí)域的壓力信號(hào)以及溢流口開(kāi)度進(jìn)行FFT 變換[2],得到頻譜圖如圖7 所示。從圖中可以看出活塞的振動(dòng)頻率跟隨壓力波動(dòng)的主激振頻率,且此值為400~500 Hz 左右,與實(shí)測(cè)噪聲起始位置的頻率相近。由此可以驗(yàn)證減壓閥的噪聲是由壓力波動(dòng)導(dǎo)致的大活塞振動(dòng)并發(fā)生溢流產(chǎn)生。

        圖6 出氣口壓力及溢流口開(kāi)度

        圖7 壓力及溢流口開(kāi)度FFT

        2.3 進(jìn)行DOE 探索

        2.3.1 明確優(yōu)化指標(biāo)

        根據(jù)以上分析,明確試驗(yàn)設(shè)計(jì)的優(yōu)化指標(biāo):

        (1)出氣口壓力波動(dòng)盡可能小。壓力波動(dòng)是所有振動(dòng)發(fā)生的根源,控制壓力波動(dòng)的幅值和頻率可以從根源上抑制噪聲的發(fā)生。

        (2)大活塞運(yùn)動(dòng)的速度盡可能平緩。大活塞的運(yùn)動(dòng)是導(dǎo)致減壓閥機(jī)械振動(dòng)的原因,控制大活塞的運(yùn)動(dòng)狀態(tài),可以控制機(jī)械振動(dòng)的產(chǎn)生。

        (3)盡可能使溢流口開(kāi)度不大于零。大活塞的位移大于零時(shí),減壓閥發(fā)生溢流現(xiàn)象,產(chǎn)生噪聲。因此控制溢流口開(kāi)度,可以控制噪聲的產(chǎn)生。

        2.3.2 選擇響應(yīng)變量

        根據(jù)以上優(yōu)化指標(biāo),確定響應(yīng)變量有3 個(gè),分別為出氣口最終壓力(FinalOutP),大活塞最大速度MaxVelo,溢流口開(kāi)度最大值(MaxOverflowDisp)。

        2.3.3 選擇控制變量

        為篩選出對(duì)響應(yīng)變量有影響的因子,首先進(jìn)行單因子分析,選取對(duì)響應(yīng)變量有較明顯影響的因子有10 個(gè),見(jiàn)表1[3]。

        表1 影響因子列表

        2.3.4 試驗(yàn)設(shè)計(jì)分析

        在上文減壓閥模型基礎(chǔ)上創(chuàng)建全因子的試驗(yàn)設(shè)計(jì),總計(jì)包含1 024 次試驗(yàn),部分設(shè)計(jì)矩陣如圖8所示。

        圖8 試驗(yàn)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)矩陣

        按照以上的輸入因子以及輸出響應(yīng)設(shè)置,計(jì)算得到對(duì)應(yīng)3 個(gè)響應(yīng)變量MaxVelo、FinalOutP、MaxOverflowDisp 的10 個(gè)輸入因子的線(xiàn)性回歸系數(shù),見(jiàn)表2。

        表2 輸入因子線(xiàn)性回歸系數(shù)

        由表圖可知,對(duì)MaxVelo 響應(yīng)變量影響明顯的輸入因子分別為反饋孔直徑d、閥口通徑Di、輸入壓力pUp、調(diào)節(jié)彈簧剛度b以及縮堵通流面積Ori?ficeArea。對(duì)FinalOutP 響應(yīng)變量影響明顯的輸入因子為閥口通徑Di、輸入壓力pUp、閥口初始開(kāi)度a、調(diào)節(jié)彈簧剛度b、溢流口橡膠件剛度LargeStiff 以及縮堵通流面積OrificeArea。對(duì)MaxOverflowDisp 響應(yīng)變量影響明顯的輸入因子閥口通徑Di、反饋孔直徑d以及調(diào)節(jié)彈簧剛度b。其中輸入壓力pUp 在其范圍內(nèi)會(huì)受整個(gè)制動(dòng)系統(tǒng)耗風(fēng)量的影響,為不可控因子。

        定義出氣口最終壓力值為約束:希望輸出量的值不超過(guò)規(guī)定值的±0.1 Bar。配合MaxOver?flowDisp 響應(yīng)變量的主要影響因子,選定目標(biāo)量為大活塞最大速度MaxVelo,即大活塞最大速度Max?Velo 輸出的絕對(duì)值越小越好。

        在減壓閥模型基礎(chǔ)上建立4 因子,反饋孔直徑d、閥口通徑Di、調(diào)節(jié)彈簧剛度b以及縮堵通流面積OrificeArea 試驗(yàn)設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)矩陣如圖9 所示,并繪制pareto 圖,圖中每個(gè)直方形代表給定因子所起作用的百分比,如圖10 所示。

        由圖9 可知,對(duì)目標(biāo)量大活塞最大速度Max?Velo 影響最顯著的因子為反饋孔直徑d,閥口通徑Di以及2 因子的交互作用,總計(jì)占比70%,且其對(duì)目標(biāo)量的作用均為正面作用,即反饋孔直徑d越大,目標(biāo)量大活塞最大速度MaxVelo 越大;閥口通徑Di越大,目標(biāo)量大活塞最大速度MaxVelo 越大;彈簧剛度越小,目標(biāo)量大活塞最大速度MaxVelo 越大。其中反饋孔直徑d,閥口通徑Di為設(shè)計(jì)階段可控變量。當(dāng)選定彈簧材料時(shí),運(yùn)用過(guò)程中彈簧彈性衰減趨勢(shì)為不可控變量。

        圖9 4 因子試驗(yàn)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)矩陣

        綜上所述,確定反饋孔直徑d,閥口通徑Di兩因子為影響減壓閥穩(wěn)定性和可靠性的關(guān)鍵因子,下文結(jié)合關(guān)鍵因子進(jìn)行減壓閥的參數(shù)優(yōu)化。

        2.4 減壓閥參數(shù)優(yōu)化

        (1)優(yōu)化算法

        采用NLPQL(Non-Linear Programming by Qua?dratic Lagrangian)算 法[4]進(jìn) 行 減 壓 閥 的 目 標(biāo) 優(yōu) 化。NLPQL 算法是一種基于采用目標(biāo)函數(shù)和約束的梯度來(lái)解決非線(xiàn)性?xún)?yōu)化問(wèn)題的SQP 方法的實(shí)現(xiàn)。需要AMESim 來(lái)計(jì)算目標(biāo)函數(shù)和約束在設(shè)計(jì)空間所有方向上的梯度,在優(yōu)化過(guò)程中的每一輸入?yún)?shù)均是一個(gè)方向。AMESim 使用有限差分方法來(lái)計(jì)算這些梯度。

        設(shè)目標(biāo)函數(shù)z=f(x,y),其中,z為大活塞最大速度MaxVelo,x為反饋孔直徑d,y為閥口通徑Di,該函數(shù)的梯度為:

        δ是相對(duì)梯度步長(zhǎng)。首先程序根據(jù)x=x0,y=y0計(jì) 算f(x0,y0),而 后2 次 運(yùn) 行 分 別 計(jì) 算f(x0+δx0,y0) 和f(x0,y0+δy0)。此 過(guò) 程 稱(chēng) 為 一 次 迭 代。另外,需設(shè)置期望計(jì)算精度低于梯度的計(jì)算精度。

        (2)優(yōu)化結(jié)果分析

        通過(guò)NLPQL 算法,得到最優(yōu)解為:x=1.2,y=8.0。使用該最優(yōu)解,得到響應(yīng)變量MaxVelo=0.34 m/s,如圖11 所示;溢流口開(kāi)度如圖12 所示,滿(mǎn)足不大于0 的目標(biāo);約束FinalOutP=0.1 Bar,輸出壓力如圖13 所示,由圖可知,輸出壓力不再發(fā)生大幅度振動(dòng)。

        圖11 大活塞速度

        圖12 溢流口開(kāi)度

        圖13 出氣口壓力

        3 驗(yàn)證不可控因子對(duì)模型的影響效應(yīng)

        不可控因子有輸入壓力pUp,調(diào)節(jié)彈簧剛度b。在上文最優(yōu)模型基礎(chǔ)上進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。由于輸入壓力在800~950 kPa 之間,是隨機(jī)分布的,文中在該壓力范圍,將輸入壓力近似為均勻分布,計(jì)算得到在該壓力范圍內(nèi)大活塞最大速度頻次分布直方圖,如圖14 所示。另外,觀(guān)察最大溢流口開(kāi)度響應(yīng)變量,其值均為-0.1,符合預(yù)期優(yōu)化目標(biāo)。另外假設(shè)調(diào)節(jié)彈簧剛度的不確定性用高斯分布來(lái)建模,其平均值為65 500 N/m,標(biāo)準(zhǔn)方差為6 550 N/m(公稱(chēng)值的1%)。計(jì)算得到大活塞最大速度頻次分布直方圖如圖15 所示。由圖14、圖15 可知,當(dāng)輸入壓力在已知范圍內(nèi),調(diào)節(jié)彈簧剛度符合一般高斯分布時(shí),大活塞最大速度在較小范圍內(nèi)波動(dòng),且溢流口開(kāi)度均符合目標(biāo)要求。因此,本次試驗(yàn)設(shè)計(jì)尋找到的最優(yōu)解既能滿(mǎn)足響應(yīng)變量的目標(biāo)要求,又能控制不可控變量對(duì)響應(yīng)變量的效應(yīng)在允許值范圍內(nèi)。

        圖14 大活塞最大速度頻率分布直方圖a

        圖15 大活塞最大速度頻率分布直方圖b

        4 結(jié) 論

        文中給出了一種高速列車(chē)制動(dòng)產(chǎn)品優(yōu)化設(shè)計(jì)的方法。以減壓閥為對(duì)象,首先通過(guò)頻譜分析確認(rèn)減壓閥噪聲發(fā)生原因,確定優(yōu)化目標(biāo)。通過(guò)仿真建模,對(duì)制動(dòng)系統(tǒng)減壓閥的噪聲原因進(jìn)行單因子分析,找出對(duì)響應(yīng)變量有較明顯影響的因子。然后用全因子的試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法,計(jì)算得到各因子的線(xiàn)性回歸系數(shù),對(duì)全10 個(gè)因子進(jìn)行篩選,得到4 個(gè)對(duì)響應(yīng)變量影響最明顯的因子。并根據(jù)pareto 圖直觀(guān)計(jì)算出對(duì)響應(yīng)變量的效應(yīng)百分比。確定對(duì)響應(yīng)變量影響效應(yīng)最大的兩因子反饋孔直徑d,閥口通徑Di為控制變量。通過(guò)NLPQL 優(yōu)化算法進(jìn)行基于目標(biāo)和約束條件的控制變量尋優(yōu)。應(yīng)用最優(yōu)控制變量建模,并對(duì)不可控因子進(jìn)行統(tǒng)計(jì)研究,驗(yàn)證不可控因子對(duì)模型的響應(yīng)變量效應(yīng)在可接受范圍內(nèi),試驗(yàn)設(shè)計(jì)目標(biāo)完成。

        文中驗(yàn)證了將試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法應(yīng)用于高速列車(chē)制動(dòng)產(chǎn)品優(yōu)化設(shè)計(jì)的可行性。此試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法也可用于產(chǎn)品的故障分析,對(duì)高速列車(chē)制動(dòng)系統(tǒng)的檢修,壽命預(yù)測(cè)具有指導(dǎo)意義。

        猜你喜歡
        減壓閥溢流開(kāi)度
        氣動(dòng)舵機(jī)高壓反向直動(dòng)式減壓閥的設(shè)計(jì)及特性
        掘進(jìn)機(jī)用截止閥開(kāi)度對(duì)管路流動(dòng)性能的影響
        增大某車(chē)型車(chē)門(mén)開(kāi)度的設(shè)計(jì)方法
        燃燒器二次風(fēng)擋板開(kāi)度對(duì)爐內(nèi)燃燒特性的影響
        精確發(fā)現(xiàn)溢流研究及在西北工區(qū)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用
        錄井工程(2017年3期)2018-01-22 08:40:07
        基于模糊專(zhuān)家系統(tǒng)的鉆井溢流智能預(yù)警技術(shù)
        氣動(dòng)用電氣比例/伺服減壓閥的合理調(diào)壓方式探討
        精細(xì)控壓鉆井溢流檢測(cè)及模擬研究
        氧氣呼吸器減壓閥的設(shè)計(jì)及試驗(yàn)研究
        河南科技(2015年7期)2015-03-11 16:23:18
        溢流染色機(jī)控制管理系統(tǒng)的應(yīng)用研究
        絲綢(2014年5期)2014-02-28 14:55:15
        亚洲一区二区三区特色视频| 久久夜色精品国产三级| 一区二区三区中文字幕在线播放 | 亚洲av中文无码乱人伦在线观看| 乱色熟女综合一区二区三区| 美日韩毛片| 久久九九av久精品日产一区免费| 在线播放草猛免费视频| 自愉自愉产区二十四区| 一级免费毛片| 91在线视频视频在线| 亚洲色图三级在线观看| 最近在线更新8中文字幕免费| 日本成人一区二区三区| 亚洲国产精品成人一区| 国产精品人成在线观看免费| 水蜜桃精品一二三| 纯肉无遮挡H肉动漫在线观看国产 国产精品自产拍在线观看免费 | 97超碰中文字幕久久| 亚洲av无码国产精品色午夜软件| 日本爽快片18禁免费看| 亚洲国产成人AⅤ片在线观看| 亚洲国产综合精品一区| 高清午夜福利电影在线| 无套内谢的新婚少妇国语播放| 亚洲AV乱码毛片在线播放| 国产亚洲一本二本三道| 国产免费一区二区三区免费视频 | 日韩av一区二区毛片| 男女视频一区二区三区在线观看| 麻豆免费观看高清完整视频 | 日韩无码电影| 国产精品熟女视频一区二区三区| 国产av旡码专区亚洲av苍井空| 91高清国产经典在线观看| 国产av一区仑乱久久精品| 久青草影院在线观看国产 | 久久人妻AV无码一区二区| 91精品蜜桃熟女一区二区| 西西午夜无码大胆啪啪国模 | 亚洲天堂av一区二区三区不卡|