液压系统密封失效的模糊综合评价.pdf

液压系统密封失效 的模糊综 合评价 刘学新 。 杨秀萍 1天津理工大学天津市复杂 系统控制理论及应用重点实验 室 天津3 0 0 3 8 4 2天津理工大学机械 工程学院 天津3 0 0 3 8 4 摘要液压密封失效是系统的常见故障，其失效形式及因素复杂、多样，存在着随机性 、模糊性和不完 善性 。本文基 于模糊理论 ，应用 层次分析法建立 液压 系统 密封 失效 的评价模 型 ，对评 价方法进 行探讨 ，并 通过 实例说明评价过程。研究结果有助于提高维修人员对故障的判断能力，为提高密封件使用寿命提供了科学依据 。 所建立的评价因素模型及其权重可以根据实际情况进行调整，易于实现程序化和定量化。 关键词液压系统；密封；失效；模糊评价 中图分类号 T H1 3 7 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 1 0 7 8 5 2 0 1 2 1 1 0 0 7 1 0 4 Ab s t r a c t Th e s e ali ng f a i l ur e o f h y dr a u l i c s y s t e m i s a c o mmo n f a u h，wi t h c o mp l i c a t e d a nd v a r i o u s f a i l ur e pa t t e rn s a nd f a c t o r s， whi c h i s o f r a nd o mne s s， f u z z i ne s s a n d i nc o mp l e t e n e s s ．Ba s e d o n t he f uz z y t he o r y， t he a n a l yt i c h i e r a r c h y pr oc e s s i s a d o p t e d f o r bu i l d i n g e v alu a t i o n mo d e l o f s e a l i n g f a i l u r e o f hy d r a u l i c s y s t e m t o s t ud y t he e v alua t i o n me t ho d a nd i l l u s t r a t e e v a l u a t i o n p r o c e s s b y e x a m p l e s ． T h e r e s e a r c h r e s u l t f a c i l i t a t e s t o i mp r o v e s e r v i c e ma n ’ S j u d g m e n t a b i l i t y t o a n y f a u l t a n d p r o v i d e s c i e n t i f i c b a s i s f o r i mp r o v e me n t o f s e ali n g e l e me n t s ． T h e b u i l t mo d e l s a n d we i g h t for e v alu a t i o n f a c t o r s c a n b e a d j u s t e d a c c o r d i n g t o p r a c t i c al s i t u a t i o n s ，w h i c h i s g o o d t o a c h i e v e p r o g r a m m i n g a n d q u a n t i f i c a t i o n ． Ke y wo r d s h y d r a u l i c s y s t e m ； s e al ； f a i l u r e；f u z z y e v alu a t i o n 0 引言 液压传动系统广泛应 用于起重 运输机械 ，密 封失效是 系统 的常见故障 ，其最直接 的后果就是 泄漏 ，是影 响系统正 常工作 的重要 因素。造成密 封失效 的原 因很多 ，失效形式复杂 多样 ，而且系 2 独立驱动情况下 ，两侧 电机转速差越大 ， 装置转向速度越快 ，电流增长速度也越大。从图 4 可以看 出，一侧速度 固定 ，电流 随另一侧转 速成 直线增长。当转弯 角速度达到一定 值时 ，转 弯过 程中转弯角速度越大 ，转 向功率越 大。转 向过 程 消耗的能量基本相等。 5 结论 从运动学分析可 以看 出，独 立驱动装置 滑移 转向灵活 ，可沿空 间内任意点平稳 转 向。对 滑移 转向的功率分析可 以看 出，装置在进行滑移 转 向 时消耗的功率 比直线行驶 时大得 多 ，可通过 调整 转向角度和 4个车轮速度分配关系对独立驱动装 置滑移转向进行功率优化 。 参考 文献 [ 1 ]Wa n g H o n g p e n g ，Z h a n g J u n j i e ，Y i J i n g a n g ，e t a 1 ．Mo d e l i n g a n d mo t i o n s t a b i l i t y a n a l y s i s o f s k i ds t e e r e d mo b i l e r o b o t s [ J ] ．I E E E C o n f e r e n c e o n R o b o t i c s a n d A u t o m a t i o n ， 2 0 0 8 2 6 0 5 6 1 4 ． [ 2 ] We i s s K ． S k i dS t e e ri n g[ J ] ．A u t o ． E n g ， 1 9 7 1 4 起重运输机械 2 0 1 2 1 1 22 2 5． Ma r t i n e z J L，Ma n d o w A，Mo r a l e s J ，e t a 1 ． Ap p r o x i ma t i n g k i n e m a t i c s for t r a c k e d mo b i l e r o b o t s 『 J ] ．T h e I n t e r n a t i o n a l J o u r n a l o f R o b o t i c s R e s e a r c h ，2 0 o 5 2 4 8 6 7 ，8 7 8 ． Y i J i n g a n g ，S o n g D e z h e n ，Z h a n g J u n j i e ，e t a 1 ． A d a p t i v e t r a j e c t o r y t r a c k i n g c o n t r o l o f s k i ds t e e r e d mo b i l e r o b o t s 『 J ] ．I E E E C o n f e r e n c e o n R o b o t i c s a n d A u t o m a t i o n ．2 0 0 7 2 2 6 0 5 2 6 1 0 ． J e s u s Mo r ale s ， J o r g e L Ma r t i n e z ， An t h o n y Ma n d o w．Po we r c o n s u mpt i o n mo de l i ng o f s k i d s t e e r t r a c k e d mo b i l e r o b o t s o n ri g i d t e r r a i n 『 J ] ．I E EE t r a n s a c t i o n s o n r o b o t i c s ，2 0 0 9 2 5 1 0 9 81 1 0 8 ． B e n j a mi n S h a ma h ． E x p e r i me n t al c o mp a r i s o n o f s k i d s t e e r - i n g V S ． e x p l i c i t s t e e ri n g for a w h e e l e d mo b i l e r o b o t [ D] ． T h e Ro b o t i c s I n s t i t u t e C arn e gie Me l l o n Un i v e r s i t y ． J e s u s Mo r ale s ， J o r g e L Ma r t i n e z ， An t h o n y Ma n d o w ． P o w e r a n aly s i s for a s k i d ． s t e e r e d t r a c k e d mo b i l e r o ．． b o t[ J ] ．I E E E t r a n s a c t i o n s o n r o b o t i c s ，2 0 0 9 2 5 】05 8一】0 6 9． 作 者 田甜 地 址 北京金轮坤天特种机械有限公司 邮 编 1 0 0 0 8 6 收稿 日期 2 0 1 2 0 51 8 1 J 1 J]J 1 J]● 3 4 5 6 7 r l rL rl rL rL 统中的工作介质 和液压元件都是在封 闭的油路 内 工作 ，在系统工作过程 中各 因素相互耦合 ，因此 ， 失效因素存在随机性 、模糊 性和不完善性 ，难 以 用精确值描述。 本文基于模糊理论 ，应用层次分析法建 立液 压系统密封失效 的评价模型 ，对评价方法 进行探 讨 ，研究结果有助于提高维修人员对故 障的判 断 能力 ，为提高密封件使用寿命提供科学依据。 1 模糊综合评价模型 模糊综合评 价是以模 糊数学为基础 ，对多 因 素 、不确定性系统进行智能诊断的一种评价方法。 在诊断过程 中通过确定各 因素 的隶属度 ，建立评 判矩阵 ，并运用层次分析法确定判 断矩 阵及各 因 素在 因素集 中的权重值 ，运 用相应 的模糊 评判 函 数 ，计算 出各评价 的隶属程度 ，根据最 大隶属度 原则确定 出最客 观的评价结果 。模糊综合 评价 的 评判流程如图 1所示。 图 1 模糊综合评价的流程 对于多级模 糊综 合评 价 ，则应 从底 层 开始 ， 逐级评价。将低一层 的评价 向量合并组成高一层 的评判矩阵 ，与高一层 的权重向量进行模糊运算 ， 得 到相 应 的评 价 向量 。 2 模糊评价相关 因素 的确定 2 ． 1 判断矩阵与权重向量的确立 确定多因素、复杂系统因素权重的有效方法是 层次分析法。该方法的特点是定性分析与定量分析 相结合，将人的主观判断用数量形式表达和处理。 模糊综合评 价所应用 的判断矩阵为正互反矩 阵，是运用 1 ～ 9标度方法确定 的，通过对评价因 素进行两两 比较建立成对比较矩阵⋯ 。 可以应用特征根法由判断矩阵得到权重向量 ， 即求解判断矩阵A 的特征根 一 72 一 AW A W 1 式中 A m a x 是A 的最大特征根 ，W是相应的特 征 向量 ，w 经归一化后作为权重向量 。 此外 ，应对决策 者提供 的判 断矩阵进 行一致 性检验 ，以决定是否能接受该矩 阵。对 判断矩 阵 的一致性检验的步骤如下_ 1 J 1 计算一致性指标 C ， C I A 一n ／ it一1 2 2 查找相应的平均随机一致性指标 彤 的确定过程 固定 n ，随机生成若干个 凡阶 正互反矩阵 ，计算 出它们各 自的 ，并取其平均 值作为 彤 。表 1给出了 3～ 9阶平均随机一致性指 标 R ， 。一阶与二阶正互反矩阵总是一致的 ，故 ， 0 。一 致 性 指 标 是 对 确 定 的 阶 数 随 机 生 成 1 0 0 0个矩阵而得到的。 表 1 3 9阶平均随机一致性指标 肼 n l 3 4 5 6 7 8 9 脚l 一 0 ． 5 2 0 ． 8 9 1 ． 1 2 1 ． 2 6 1 ． 3 6 1 ． 4 1 1 ． 4 6 3 计算一致性比例 C R C RC I ／ R I 3 当 C R0 ． 1 0时，认为判断矩 阵的一致性是可 以接受的，否则应对判断矩阵进行适 当修正。 2 ． 2 评判 函数与评判矩阵的确定 对于特定的问题 ，可采 用不 同的模 糊评判 函 数。常用的综合评判 函数有加权平均型 、几何 平均型 厂 兀 、单因素决定型厂 、主因素突出型 等 J 。其中加权平均型考虑 了所有评价 因素的影 响，所以当被评判 的对象 因素很多时 ，一 般选用 普通加权平均型模糊评判函数进行运算 。 对于给定的评价因素集 U{ ， “ ， ⋯ ， } 及 评价集 V ， ， ⋯， } ，单 因素 “ 的评 判结果 是 中的模糊集 。对确定 的 “ ，可以用 r r ⋯ ，r 表示相应 的评判结果 ，其 中 r 表 示对于 第 i 个因素 u 获得第．『 个评语的隶属度 ，其值 属于 [ 0 ，1 ] 。当每个 因素被评定后 ，就可 以获得评判 矩阵 R r 。 3 模糊综合评价 实例 以某起重机械 液压系统 密封圈为例 ，进行模 糊综合评价 。 起重运输机械 2 0 1 2 1 1 3 ． 1 评价因素集与评价集的建立 由于影响液 压系统 密封性 能 的因素众多 ，对 于多因素 、不确定性液压密 封系统 ，建立两级 评 价 因素集 ，如表 2所示 。 评价集 可用 V { 良好 ， 较 好 ， 一 般 ， 较差 ， 差 }表示。 表 2评价因素集 密封 系统的模糊评价 U 。 密封件的保存 U 密封件初始情况 U 密封件 的安装 U ∞密封件 的选择 U 密封槽宽度 U 砒 缸体表面粗糙度 U 液压缸参数 U 密封间隙 U 槽 口与槽底 圆角尺寸 U ， 密封件初始压缩率 U 。 介 质工作压力 U 密封 系统状 况 密封系统工作温度 u 密封系统工作环境 3 ． 2液压密封系统的模糊评价 通过专家判断得到因素集 、U 、U 、U 所 对应 的判 断矩 阵，由式 1 计算 出最大 特征 根 A m ． x 及相应的归一化权重 向量 w，由式 2 、 3 得到一致性 比例 C R，如表 3所示。 表 3 判 断矩阵及权 重向量 U c 权重 一致性检验 1 3 1 o． 4 29 A⋯3 1 ／3 1 1 ／3 0．1 42 CRo c 1 3 1 0 ． 4 2 9 具有一致性 ， 权重 一致性检验 A1 1 1 ／ 3 1 ／5 o．1 O9 A 3． 0 0 4 A2 3 1 1 ／ 2 0 ． 3 0 9 C 尺 0 ． 0 0 4 5 2 1 0 ． 5 8 2 具有一致性 B 3 u 权重 一致性检验 UB 1 1 1 ／3 1 ／5 1 0 ．1 0 6 A 4． 0 34 B2 3 1 1 ／ 2 2 0 ．2 73 0． 01 3 B3 5 2 1 3 0 ． 4 8 7 具有一致性 B4 1 1 ／2 1 ／ 3 1 0． 1 3 4 c u c 2 c 3 权重 一致性检验 己 ， c 1 3 3 1 0 ． 4 0 0 A ⋯ 4 ． 1 1 8 Uc 2 1 ／3 1 1 1 0 ．1 78 C 0． 0 4 - 4 U c 3 1 ／ 3 1 1 1 ／ 2 0 ． 1 4 4 具有一致性 1 1 2 1 0 ． 27 8 各因素隶属于评价集 的隶属度通过专家打分法 起重运输机械 2 0 1 2 1 1 确定后 ，对由隶属度组成的矩阵进行归一化处理，得 到因素集 、 、 对应的评判矩阵 、 、R r 0 ． 4 0 ． 3 0 ． 2 0 ． 1 o1 R A l 0 ． 3 0 ． 4 0 ． 3 0 0 l L 0 ． 5 0 ． 4 0 ． 1 0 o ． 1 r 0． 5 0． 4 0． 1 f l 0 ． 3 0 ． 3 0 ． 3 l 0 ．3 0． 4 0． 3 l L 0 ． 6 0 ． 3 0 ． 1 厂 0 ． 4 0 ． 4 0 ． 1 l 1 0 ．3 0． 3 0． 3 ＆ 1 0 ． 5 0 ． 4 0 ． 1 l L 0 ． 5 0 ． 3 0 ． 2 3 ． 3 一级模糊综合评价 应用加权平均型模糊评判函数 ，计算因素集 、 、 分别对于评价集 的评价 、 、 。 r 0 ． 4 0 ． 3 0 ． 2 0 ． 1 0 ] l 0 ． 3 0 ． 4 0 ． 3 0 0 l L 0 ． 5 0 ． 4 0 ． 1 0 0 J [ 0 ． 3 6 1 4 0 ． 3 5 9 3 0 ． 2 5 2 0 0 ． 0 2 7 3 0 ] 将一级评价得 到的评 价 向量组合成 二级评价 的评判矩阵 ，即 R[ ] 。 W [ 0 ． 4 2 9 0 ． 1 4 2 0 ． 4 2 9 ] 。 V [ 0 ． 4 2 9 0 ． 1 4 2 0 ． 4 2 9 ] 厂 0 ． 4 2 7 3 0 ． 3 8 9 1 0 ． 1 7 2 7 0 ． 0 1 0 9 0 ] J 0 ． 3 6 1 4 0 ． 3 5 9 3 0 ． 2 5 2 0 0 ． 0 2 7 3 0 f 【 ． 0 ． 4 2 4 4 0 ． 3 5 4 4 0 ． 1 6 3 4 0 ． 0 5 7 8 o J [ 0 ． 4 1 6 7 0 ． 3 7 0 0 0 ． 1 8 0 0 0 ． 0 3 3 3 0 ] 液压密封系统的安全性评价等级为 良好 ，即根 据模糊综合评 价原理 ，可 以认为该机 械密封系统 4 结语 利用智能诊断 中的模糊综合评价法 ，对引起 0 O 0 O 0 0 O 0 1 1 l 0 0 O 0 0 柔性附着动臂塔式起重机塔身 A P D L参数化 建模及有限元分析 张晓霞 章金成 李东来 艾莹 林旭 1沈阳建筑大学交通与机械工程学院沈阳 1 1 0 1 6 8 2东北大学机械工程与 自动化学院沈阳 1 1 0 0 0 4 摘要以有限元软件 A n s y s内部命令和参数化编程语言 A P D L为基础，研究了柔性附着动臂塔式起重机塔 身参数化建模与结构分析问题，编制了参数化建模分析程序。通过对程序中相关参数的输入和调用 ，实现对三 种塔身与三种柔性附着间不同组合方式下塔身结构有限元建模与柔性附着的设计分析，并进行实例计算。 关键词柔性附着；动臂塔机 ；A P D L参数化；建模与分析 中图分类号 T H 2 1 3 ． 3 文献标 识码 A 文章编 号 1 0 0 1 0 7 8 5 2 0 1 2 1 1 0 0 7 4 0 5 Ab s t r a c t B a s e d O n i n t e r n a l c o mma n d s o f t h e fi n i t e e me m s o f t wa r e An s y s a n d p a r a me t e r p r o g r a mmi n g l a n g u a g e AP - DL， t h e p a p e r d o e s r e s e a r c h o n t h e p a r a me t r i c mo d e l i n g a n d s t r u c t u r a l a n a l y s i s o f t h e t o we r b o d y f o r fl e x i b l e a t t a c h me n t l u f f i n g t o w e r c r a n e ， w i t h t h e d e v e l o p me n t o f p a r a me t e r mo d e l i n g a n aly s i s p r o g r am ． T h r o u g h i n p u t t i n g a n d c all i n g o f r e l a t e d p a r a me t e r s i n t h e p r o g r a m，t h e f i n i t e e l e me n t mo d e l i n g f o r t h e t o we r s t r u c t u r e u n d e r d i ff e r e n t c o mb i n e d t y p e s b e t we e n t h r e e t o we r b o d i e s a n d t h r e e fl e x i b l e a t t a c h me n t s i s e s t a b l i s h e d， w i t h d e s i g n a n a l y s i s for e l a s t i c s u p p o r t s ， a n d f o ll o w u p p r a c t i c a l c a l c ul a t i o n ． Ke y wo r d s fl e x i b l e a t t a c h me n t ；l u ffin g t o w e r c r a n e；AP DL p ara me t e r i z a t i o n； mo d e l i n g a n d a n a l y s i s 0 引言 应用 A n s y s软件对柔性 附着动臂塔式起重 机 简称塔机 塔身进行有限元手动建模分析时 ，操 作十分复杂⋯ ，需要 花费大量的精力和时间用于 建立几何模型 、划分 网格 、施 加载荷 、结果 分析 国家十一五科技 支撑计划项 目资助 2 o o 6 B A J 1 2 B 0 3 等，而且 ，对于 系列 化塔机 ，由于结构形 式有很 大的重复性 ，反复进行类似的建模极其浪费时间。 近年来 ，附着式 塔机 得 到越来 越广 泛应 用 ， 当超过一定 高度时，需要安装 附着装 置 ，以确保 安全稳定。附着装置通 常固定 在周围的建筑物上 如图 1所示 ，以改善塔身 的受力状态 ，扩展 液压密封圈失效 的因素进行综 合分析，将定量计 算与定性分析相结合 ，具有评价方法 简单 、容错 性好 、客观 、科 学的特点 ，能够得 出准确、合理 的结论。同时工程技术人员可 以根据实际情况对 评价因素及其权重予 以调整 ，易于实现程序化 和 定量化 。 参考文献 [ 1 ]胡宝清 ．模糊理论基础 [ M] ． 武汉武汉大学 出版 社 ，2 0 1 0 ． [ 2 ]彭祖赠 ，孙韫玉 ．模糊 F u z z y 数学及其应用 [ M] ． ． ． ． 7 4 -． 武汉 武汉 大学 出版社 ，2 0 0 7 ． [ 3 ]陈水 利，李敬 功，王 向公 ．模糊集 理论及其 应用 [ M] ． 北京 科 学出版社 ，2 0 0 5 ． [ 4 ]刘旭 ． 液压缸中密封件的失效原因分析[ J ] ． 流体传动 与控制 ，2 0 0 6 5 5 05 3 ． [ 5 ]丁艺 ． 应用模糊评判法评价高速公路交通安全[ J ] ． 福 建林学院学报 ，2 0 0 1 ，2 1 2 1 2 8 1 3 1 ． 作 者 刘学 新 地 址 天津市天津理工大学机械工程学 院 邮 编 3 0 0 3 8 4 收稿 日期2 0 1 20 41 1 起重运输机械 2 0 1 2 1 1