数控折弯机工作原理和使用方法

数控折弯机工作原理和使用方法（精选7篇）

篇1：数控折弯机工作原理和使用方法

引言

折弯机是一种用来弯曲板材的专用机床，现代折弯机中迪普马液压产品得到了广泛的应用，在这些液压控制系统中，大都用到了使用比例控制技术，机床拥有灵活的专门用于折弯机的数控系统，因为可作为高度自动化操作，实现高精密的弯曲板材。使用数控折弯机，在加工复杂形状板材时，可获得高生产效率和高品质制件，取得较高的经济效益。

1.1 折弯机的功能和运行过程

数控折弯机主要为上活塞式压机，其主要工作特点是，由两只平行运动的工作液压缸形成垂直向下的压力，以驱动折弯梁上的模具进行折弯工作。其数控式迪普马液压控制系统，主要是控制折弯过程的同步运行和液压缸在机器满负荷工作时在下死点的定位。

上折弯梁的典型折弯工艺运动循环阶段有：

(1) 静止状态

折弯机的静止位置是上折弯梁在上死点。为了防止产生不受控的向下运动，系统用一只无泄露背压阀封闭了液压缸的有杆腔。

(2) 向下运动

普通折弯机的下行快速关闭运动大都采用自由落地形式，也就是通过折弯机梁及各附件的自重产生运动。在此过程中，液压缸无杆腔通过一个充液阀补油，此时有杆腔将产生背压。快进速度可达250mm/s) 则由比例方向阀开环或闭环控制。快进运动从上死点开始，经过一个短暂的刹车阶段后，在距折弯板材最大距离6mm处结束。各种不同的折弯机要求不同的快进结束位置。

(3) 冲压/折弯

冲压/折弯阶段从无杆腔建压开始。冲压速度一方面受到油泵供油量的限制，另一方面，可通过比例阀方向阀来调节。同时，方向阀也控制折弯梁的同步运行和下死点的定位。冲压力的限制则由比例溢流阀限制泵的压力来完成。相应的速度、同步、定位和压力的给定值均来自数控器。

(4) 减压

无杆腔的减压或者是在到达下死点时开始，或者是在持续了一个短的保压时间之后开始，这样就变形材料一定的时间产生流动，因此能进一步提高制件的尺寸精度。保压和减压均由比例方向阀按着数控器的指令来完成。据要求的运行循环时间，须使减压时间尽可能地短;但是为了避免在整个系统中产生卸荷冲击，又要求足够长，

总之，减压曲线不允许太陡要求平稳。整个过程的优化则通过比例方向阀来实现。

(5) 回程

泵的流量和液压缸的有杆腔承压面积，决定了最大回程速度，在大多数情况下，接近快速速度。回程从有杆腔减压开始到上死点结束。回程也同样要求同步运行。

1. 数控折弯机液压控制系统的几种形式

数控折弯机的液压控制形式，在生产制造中，要求有自动化程度高和标准率。为此，折弯机应具有将液压系统集成于机器内的高集成率。因此，机架就成了液压件安装的基础，并通过它将油箱集成于冲压架内。对各种要求不同的用户，这种集成率也不相同。

一般有两种款式分别如下：

(1) 三控制阀块

这种款式拥有三个控制阀块。两个带有所属的间板充液阀的主控制阀块直接安装在液压缸上，实现了主控制块与液压缸之间的无管连接。主控制阀块主要由比例方向阀、带位置监控的换向阀和背压插装组件组成。比例换向阀在折弯机中起着关键的作用，它与数控器一起决定了上折弯梁的运动方向、速度以及同步精度和定位精度。目前的控制块系列都配备有集成电子放大器的比例换向阀，数控器能直接控制该阀。背压组件(一般由换向阀及两个溢流阀组成)相应于客户的要求为无泄漏型式。吸油阀负责快进中无杆腔充油和回程中无杆腔中大流量油的回泄。上述两个控制块加上第三个控制块----泵控制块，形成了完整的三控制阀块结构。这里最主要的安装件是比例溢流阀和一个最大的压力截止阀，以及作为充液阀的先导阀的位置检测换向阀。比例溢流阀根据数控器的给定值调定最大的冲压压力，与并联连接的手调式溢流阀负责整套系统的压力保险，特别是针对在泵上的来自数控器的过高的给定值。

(2) 中央控制块

中央控制块型式就是把三个控制阀块合成一个控制块。它主要应用在某些特殊结构的折弯机中(例如机器高度受限的情况)。由于控制原因，控制块与两个冲压液压缸间的连接管道必须要对称布置，而且要保证不超过两只液压缸间的最大允许间距(约3m),因此中央控制块要尽可能布置在机器的中央。控制块通过管道与液压缸相连。在这种款式中，采用了法兰式充液阀，直接安装在于液压缸上，并有吸油管与油管相连。充液阀的紧凑结构适应了整体高度很低的折弯机的需要。

2 结束语

液压数控折弯机是一种高自动化板材加工机床，因此配置了高性能的液压元件，罗升公司能够提供折弯机所需的所有高性能液压件。公司致力于与供应商和客户的良好合作，并将一如既往根据客户需求，提供优良性价比的液压元件及系统。

篇2：数控折弯机工作原理和使用方法

一般计步器采用一种加速度计来感受外界的震动。常见计步器原理：在一段塑料管中密封一小块磁铁，管外缠绕着线圈，当塑料管运动时，磁铁由于惯性作用在管中反向运动，切割线圈，由于电磁感应效应，线圈中产生电流，人体运动时，上下起伏的加速度近似为正弦过程，线圈的输出电流也是正弦波，测量正弦波的频率就可以得出运动的步数，再计算的出速度，距离，和消耗的卡路里等。

通常情况下，人在步行时重心都要有一点上下移动。以腰部的上下位移最为明显，所以计步器挂在腰带上最为适宜。

篇3：数控折弯机工作原理和使用方法

关键词：期前收缩,T波异常,冠脉供血不足

期前收缩后心搏的T波不正常,叫做“期前收缩后的T波异常”。因期前收缩后有较长的间歇,即该心动周期较长,动作电位曲线的恢复时间也延长了,下一次心搏的心动周期突然缩短,心肌来不及适应这个新的情况,致使各部心肌复极不均匀,以致T波异常。这常提示心肌有器质性损害或供血不足。在临床工作中,我们经常遇到有此类心电图表现的患者,现就我院2007年1月～2009年8月间收治的50例患者的临床资料进行回顾性分析,并结合文献复习[1,2,3],探讨期前收缩后的T波异常对“隐匿性”冠脉供血不足的诊断价值。

1 资料与方法

1.1 一般资料

我院2007年1月～2009年8月间收治的50例患者,男34例,女16例,年龄45～75岁。平均55.5岁。部分患者有活动后胸痛胸闷,心前区压迫感,休息或含服硝酸甘油可缓解。

1.2 方法

每个患者进行体检,心脏摄片、心脏超声、生化常规检查,最后均因临床怀疑冠脉供血不足而进行冠脉造影。心电图设备为GE-MAC1200 12导联心电图仪,冠脉造影设备为菲利普1000mA大C臂。

2 结果

50例患者经心电图检查显示有早搏(室性或室上性),每次早搏代偿间歇后第一个窦性激动的T波倒置,即期前收缩后的T波异常。其中30例临床诊断为冠心病心绞痛。15例患者通过生化常规心脏超声、心脏摄片检查分别诊断为心肌炎、心肌病、心肌肥厚。5例诊断为自主神经功能紊乱,未发现器质性心脏病变。最后经冠脉造影检查全部确诊为冠脉供血不足。

3 讨论

正常心肌的电活动包括方向相反的除极于复极两个过程,除极自心内膜向外方向进行,复极从心外膜向心内膜方向进行。因此,心内膜心肌除极后距复极的时程长,激动持续及停留的时间长,心外膜心肌相反,心肌除极后马上复极,激动停留的时间短。不同部位心肌激动的强度和时程都不相同,这一差别称心室梯度[4]。T波代表复极过程中未被抵消的心室复极电位差。心室梯度是复极时程不均匀、心室不同部位动作电位时程不同所致。正常时心室梯度的方向由激动时间长的部位(心内膜)指向激动时程较短部位(心外膜),因此,正常T波直立,若在某些因素影响下,心内膜复极时程延长时,心室复极差力的方向则从心外膜指向心内膜,使原来直立的T波倒置。有人把T波比喻成心室不同部位复极变化的特异性指标,T波的改变是某些部位心室肌复极时程变化的结果。影响不同部位心室肌复极时程变化的主要因素有两种,一是心肌因素,例如心肌炎、心肌肥厚;二是外周因素,包括自主神经的分布,兴奋性的变化,血液温度的影响,冠状动脉狭窄造成心肌缺血等。当因心肌缺血引起新内膜复极过程显著延长时,就会导致心复极差力的方向改变而引起T波倒置。

当冠状动脉狭窄程度不是非常严重时,狭窄部位流过的动脉血还足够供应平静状态下的狭窄远端心肌耗氧量,但当运动等原因导致心肌需氧增加时,狭窄部位如不能相应扩张增加供血,远端心肌即可出现缺氧表现,如心前区疼痛、压迫感等,或出现该部位心肌缺氧的心电图表现。较轻的是局部心肌复极过程延长,即其它部分心肌复极完毕,而缺血局部心肌复极尚未完成,而致“T波倒置”,较重时局部心内膜下心肌出现轻度损伤电流,其外膜面或相当于外膜面的电流就记录到“ST段下降”的图形,这是常见的心肌缺血心电图表现。平静心电图正常者以增加运动负荷,并同时记录心电图以探测患者“隐匿性冠心病”就是应用这一原理[5]。早搏后有一代偿间歇,在该间歇期内,心室纳血量相对较多,即较之一般情况下,此时心室相对地“扩张”了,前负荷相对的增加了,因此心室肌收缩时,必定也会增加心肌耗氧量,处于“临界状态”的冠脉狭窄,稍增加一些耗氧量,即可导致心肌收缩时远端的心肌缺氧,而使复极过程延长,出现T波倒。这种变化虽然轻微却极为敏感。在此种特定条件下,是诊断患者存在“隐匿性”冠脉供血不足的可靠依据。Levine1958年曾称这种变化是“穷人的运动试验”不无道理[6]。但必须除外:(1)心肌因素的影响,如心肌炎、心肌病、心肌肥厚。可通过病史、心脏超声、心脏摄片、生化常规等诊断;(2)自主神经功能改变的影响,激动、紧张、运动时交感神经兴奋,可使心室复极延长,复极不同步,引发T波幅度降低,甚至倒置,可结合相关临床表现:如头痛、头昏、焦虑、睡眠差、记忆力下降、过度通气等,无心肌缺血的症状可鉴别。(3)T波的体位性变异,随着体位的改变,T波的形态和方向也可随之改变。采取直立体位时,常可伴发Ⅱ导联的T波倒置,这种情况易发生于无力型者,并且可以伴有P-R间期轻度延长。肥胖或妊娠时,膈肌的升高,可以使对向心尖的左侧心前V5、V6导联T波振幅减低,甚至倒置。体重减轻后,这些倒置的T波可以变为直立。(4)餐后T波变异,在Ⅰ、Ⅱ和V2～V4导联可以出现T波振幅减低或倒置。饮服大量冷水,可以引起Ⅱ、Ⅲ、aVF导联T波的低平或倒置。(5)过度通气可以使心前导联和T波振幅减小或明显倒置,这种改变在过度通气20s后比60s明显。还应注意心外因素对T波的影响,如急慢性腹部疾患、内分泌疾患、脑血管病、电解质紊乱、药物、年龄及情绪可影响T波,应结合临床资料综合判断。

综上所述,临床工作中,当患者有胸痛胸闷心前区压迫感等心肌缺血症状,无典型发作的心电图变化,又不能行冠脉造影检查时,心电图若有期前收缩后的T波异常,也不失为一种有益的诊断依据。

参考文献

[1]李杰伟.期前收缩后心肌复极异常80例临床分析[J].内科,2007;2(1):14-16

[2]熊望琼,刘子文,孙万红,等.期前收缩后心肌复极异常的临床意义探讨[J].心电学杂志,2002;21(3):141-143

[3]梁德才,朱红宇,万颖,等.T波异常的临床意义[J].实用心电学杂志,2005;14(2):117-118

[4]葛继鸿.新概念心电图[M].第2版.北京:北京医科大学出版社.2002,148-149

[5]蒋芳勇.高频心电图对隐匿性冠心病患者的检测[J].右江民族医学院学报,1999;21(4):30-32

篇4：传感器工作原理及系统和测量方法

利用衍射光栅和位敏探测器的光学应变传感器的应变测量原理。衍射光栅粘附在试样的表面，当单色准直光束垂直入射到线性光栅（>40line/mm）平面上时，照亮了光栅平面上的一个点，而在平行于光栅平面的屏上可观察到一组衍射光斑。在图1中，激光束垂直于试样表面入射到反射型衍射光栅上。对于高频衍射光栅只能观察到实际用于应变测量的±1衍射级的衍射光束。这种衍射光束由距光栅L的高分辨率敏位探测器接收。当光栅跟随试样形变时，平面内的形变和平面外沿光束入射方向的位移将引起衍射光束的移动。对于垂直于试样表面的入射激光束，±1级衍射光束沿传感器长度的位移由下式给出：(1)式中，p—光栅的空间频率。b—±1级衍射光束的衍射角； l—激光波长；如果试样发生小的形变，光栅线距（空间频率）将改变Dp，按照方程(1)，衍射角改变Db，因此可得：(2)这就是说：(3)式中，ex是沿x方向的正应变。假定衍射光束垂直于位敏传感器平面，沿传感器1的位移为：(4)对于传感器2，只要将b换成-b，可得：(5)因此，由方程(4)和方程(5)可得基本应变测量方程。传感器系统和测量方法

1、传感器系统硬件图2所示为传感器系统配置，可应用于实验室和工业现场，由激光源、2个位敏传感器、2个633nm带通滤波器、会聚透镜和光栅组成。光栅的空间频率为1200line/mm，粘附于试样的表面。直径约1mm的He-Ne激光束(632.8mm)入射到光栅平面上的任一点。位敏探测器是基于单片光电二极管的光电子器件。该系统的主要特点是： ①空间分辨率高于其它器件（如CCD）； ②利用两个电压信号确定传感面积上光束的位置，便于信号的快速处理； ③体积小； ④相对位置分辨率高(1/5000)； ⑤不受光强度变化的影响，因而即使光强变化时也能精确地测量位置； ⑥光谱灵敏度宽（300到1100nm），因而可利用不同波长的激光束； ⑦响应时间快（<20ms），适于动态应变测量。两个位敏传感器的输出电压信号通过A/D转换器送到计算机，最大数据采样速率可达105次/s。两个633nm的滤光器可消除背景光，减少噪声影响。

2、调节方法如果激光束不能垂直入射到试样表面，将引起严重的测量误差。这种激光束的误准直是难以消除的，除非光栅到激光器的反射零级光束与入射光束重合。这种光束的重合必须沿垂直方向，确保±1级衍射光束对称分布。系统调节的关键是使入射激光束垂直于试样表面，必须仔细检查光栅是否牢固地粘附于试样表面，试样是否完全定位。此外还可调节位敏传感器使衍射±1级光束正好位于两个位敏传感器平面的中心。

3、测量方法主要测量步骤如下： ①试样与衍射光栅的准备工作类似于莫尔干涉仪； ②在100~500mm之间确定位敏传感器到光栅的距离L，并输入到计算机软件。不能选择L=250mm； ③加负荷前的初始试验是测量x10和x20的平均值； ④对试样加压，测量新的x1和x2的平均值； ⑤利用方程(6)计算应变。所有的计算都是由计算机软件自动完成的。

4、接口软件流程是用LabVIEW完成的，包括数据采样、滤波、计算、读出和写入存储器、显示屏等。数据处理速度很高，整个处理周期约0.1s。所有的信号处理和数据采集都是自动的。应变测量结果以数字和图线的形式连续地显示在PC屏上。

压电传感器

压电传感器原理

压电效应是压电传感器的主要工作原理，压电传感器不能用于静态测量，因为经过外力作用后的电荷，只有在回路具有无限大的输入阻抗时才得到保存。实际的情况不是这样的，所以这决定了压电传感器只能够测量动态的应力。

压电传感器主要应用在加速度、压力和力等的测量中。压电式加速度传23213感器是一种常用的加速度计。它具有结构简单、体积小、重

压电传感器原理  压电效应是压电传感器的主要工作原理，压电传感器不能用于静态测量，因为经过外力作用后的电荷，只有在回路具有无限大的输入阻抗时才得到保存。实际的情况不是这样的，所以这决定了压电传感器只能够测量动态的应力。压电传感器主要应用在加速度、压力和力等的测量中。压电式加速度传23213感器是一种常用的加速度计。它具有结构简单、体积小、重量轻、使用寿命长等优异的特点。压电式加速度传23213感器在飞机、汽车、船舶、桥梁和建筑的振动和冲击测量中已经得到了广泛的应用，特别是航空和宇航领域中更有它的特殊地位。压电式传感器也可以用来测量发动机内部燃烧压力的测量与真空度的测量。也可以用于军事工业，例如用它来测量枪炮子弹在膛中击发的一瞬间的膛压的变化和炮口的冲击波压力。它既可以用来测量大的压力，也可以用来测量微小的压力。

压电式传感器也广泛应用在生物医学测量中，比如说心室导管式微音器就是由压电传感器制成的，因为测量动态压力是如此普遍，所以压电传感器的应用就非常广泛.压电传感器的工作原理和应用

 压电效应是压电传感器的主要工作原理，压电传感器不能用于静态测量，因为经过外力作用后的电荷，只有在回路具有无限大的输入阻抗时才得到保存。实际的情况不是这样的，所以这决定了压电传感器只能够测量动态的应力。压电传感器主要应用在加速度、压力和力等的测量中。压电式加速度传感器是一种常用的加速度计。它具有结构简单、体积小、重量轻、使用寿命长等优异的特点。压电式加速度传感器在飞机、汽车、船舶、桥梁和建筑的振动和冲击测量中已经得到了广泛的应用，特别是航空和宇航领域中更有它的特殊地位。压电式传感器也可以用来测量发动机内部燃烧压力的测量与真空度的测量。也可以用于军事工业，例如用它来测量枪炮子弹在膛中击发的一瞬间的膛压的变化和炮口的冲击波压力。它既可以用来测量大的压力，也可以用来测量微小的压力。

压电传感器中主要使用的压电材料包括有石英、酒石酸钾钠和磷酸二氢胺。其中石英（二氧化硅）是一种天然晶体，压电效应就是在这种晶体中发现的，在一定的温度范围之内，压电性质一直存在，但温度超过这个范围之后，压电性质完全消失（这个高温就是所谓的“居里点”）。由于随着应力的变化电场变化微小（也就说压电系数比较低），所以石英逐渐被其他的压电晶体所替代。而酒石酸钾钠具有很大的压电灵敏度和压电系数，但是它只能在室温和湿度比较低的环境下才能够应用。磷酸二氢胺属于人造晶体，能够承受高温和相当高的湿度，所以已经得到了广泛的应用。

压电式传感器也广泛应用在生物医学测量中，比如说心室导管式微音器就是由压电传感器制成的，因为测量动态压力是如此普遍，所以压电传感器的应用就非常广泛。

除了压电传感器之外，还有利用压阻效应制造出来的压阻传感器，利用应变效应的应变式传感器等，这些不同的压力传感器利用不同的效应和不同的材料，在不同的场合能够发挥它们独特的用途。

这种压力变送器主要利用液体或气体在检测器件上形成的压力来检测液体或者气体的流量或压强。把这种压力信号转变成标准的0～10V或者4～20mA电信号。以便控制使用。

压力和电信号的转化主要由各种压力传感器的核心部件完成。核心部件主要由压力检测体和放大电路组成。

压电传感器测量参数

（1）力测量 压电式传感器主要利用石英晶体的纵向和剪切的压电效应，因为石英晶体刚度大、滞后小，灵敏度高、线性好，工作频率宽、热释电诳应小。力传感器除可测单向作用力外还可利用不同切割方向的多片晶体 依靠其不同的压电效应测量多方向力，如空间作用力3个方向的分力Fx、Fy、Fz

（2）压力测量：压电式压力传感器主要利用弹性元件（膜片、活塞等）收集压力变成作用于晶体片上的力，因为弹性元件所用材料的性能对传感器的特性有很大影响。

（3）加速度测量：压电式加速度传感器是利用质量块m由预紧力压在晶体片上，娄被测加速度a作用时，晶体处会受到惯性力F=ma,由此产生压电效应，因此质量块的质量决定了传感器的灵敏度，也影响着传感器的高频响应。

压电传感器的主要工作原理  压力传感器是工业实践中最为常用的一种传感器，其广泛应用于各种工业自控环境，涉及水利水电、铁路交通、智能建筑、生产自控、航空航天、军工、石化、油井、电力、船舶、机床、管道等众多行业，下面就简单介绍一些常用传感器原理及其应用

1、应变片压力传感器原理与应用

力学传感器的种类繁多，如电阻应变片压力传感器、半导体应变片压力传感器、压阻式压力传感器、电感式压力传感器、电容式压力传感器、谐振式压力传感器及电容式加速度传感器等。但应用最为广泛的是压阻式压力传感器，它具有极低的价格和较高的精度以及较好的线性特性。下面我们主要介绍这类传感器。

在了解压阻式力传感器时，我们首先认识一下电阻应变片这种元件。电阻应变片是一种将被测件上的应变变化转换成为一种电信号的敏感器件。它是压阻式应变传感器的主要组成部分之一。电阻应变片应用最多的是金属电阻应变片和半导体应变片两种。金属电阻应变片又有丝状应变片和金属箔状应变片两种。通常是将应变片通过特殊的粘和剂紧密的粘合在产生力学应变基体上，当基体受力发生应力变化时，电阻应变片也一起产生形变，使应变片的阻值发生改变，从而使加在电阻上的电压发生变化。这种应变片在受力时产生的阻值变化通常较小，一般这种应变片都组成应变电桥，并通过后续的仪表放大器进行放大，再传输给处理电路（通常是A/D转换和CPU）显示或执行机构。

金属电阻应变片的内部结构

如图1所示，是电阻应变片的结构示意图，它由基体材料、金属应变丝或应变箔、绝缘保护片和引出线等部分组成。根据不同的用途，电阻应变片的阻值可以由设计者设计，但电阻的取值范围应注意：阻值太小，所需的驱动电流太大，同时应变片的发热致使本身的温度过高，不同的环境中使用，使应变片的阻值变化太大，输出零点漂移明显，调零电路过于复杂。而电阻太大，阻抗太高，抗外界的电磁干扰能力较差。一般均为几十欧至几十千欧左右。

电阻应变片的工作原理 金属电阻应变片的工作原理是吸附在基体材料上应变电阻随机械形变而产生阻值变化的现象，俗称为电阻应变效应。金属导体的电阻值可用下式表示：

式中：ρ——金属导体的电阻率（Ω·cm2/m）S——导体的截面积（cm2）L——导体的长度（m）

我们以金属丝应变电阻为例，当金属丝受外力作用时，其长度和截面积都会发生变化，从上式中可很容易看出，其电阻值即会发生改变，假如金属丝受外力作用而伸长时，其长度增加，而截面积减少，电阻值便会增大。当金属丝受外力作用而压缩时，长度减小而截面增加，电阻值则会减小。只要测出加在电阻的变化（通常是测量电阻两端的电压），即可获得应变金属丝的应变情

2、陶瓷压力传感器原理及应用

抗腐蚀的陶瓷压力传感器没有液体的传递，压力直接作用在陶瓷膜片的前表面，使膜片产生微小的形变，厚膜电阻印刷在陶瓷膜片的背面，连接成一个惠斯通电桥(闭桥)，由于压敏电阻的压阻效应，使电桥产生一个与压力成正比的高度线性、与激励电压也成正比的电压信号，标准的信号根据压力量程的不同标定为2.0 / 3.0 / 3.3 mV/V等，可以和应变式传感器相兼容。通过激光标定，传感器具有很高的温度稳定性和时间稳定性，传感器自带温度补偿0～70℃，并可以和绝大多数介质直接接触。

陶瓷是一种公认的高弹性、抗腐蚀、抗磨损、抗冲击和振动的材料。陶瓷的热稳定特性及它的厚膜电阻可以使它的工作温度范围高达-40～135℃，而且具有测量的高精度、高稳定性。电气绝缘程度>2kV，输出信号强，长期稳定性好。高特性，低价格的陶瓷传感器将是压力传感器的发展方向，在欧美国家有全面替代其它类型传感器的趋势，在中国也越来越多的用户使用陶瓷传感器替代扩散硅压力传感器。

3、扩散硅压力传感器原理及应用 工作原理 被测介质的压力直接作用于传感器的膜片上（不锈钢或陶瓷），使膜片产生与介质压力成正比的微位移，使传感器的电阻值发生变化，和用电子线路检测这一变化，并转换输出一个对应于这一压力的标准测量信号。

4、蓝宝石压力传感器原理与应用

利用应变电阻式工作原理，采用硅-蓝宝石作为半导体敏感元件，具有无与伦比的计量特性。

蓝宝石系由单晶体绝缘体元素组成，不会发生滞后、疲劳和蠕变现象；蓝宝石比硅要坚固，硬度更高，不怕形变；蓝宝石有着非常好的弹性和绝缘特性（1000 OC以内），因此，利用硅-蓝宝石制造的半导体敏感元件，对温度变化不敏感，即使在高温条件下，也有着很好的工作特性；蓝宝石的抗辐射特性极强；另外，硅-蓝宝石半导体敏感元件，无p-n漂移，因此，从根本上简化了制造工艺，提高了重复性，确保了高成品率。

用硅-蓝宝石半导体敏感元件制造的压力传感器和变送器，可在最恶劣的工作条件下正常工作，并且可靠性高、精度好、温度误差极小、性价比高。

表压压力传感器和变送器由双膜片构成：钛合金测量膜片和钛合金接收膜片。印刷有异质外延性应变灵敏电桥电路的蓝宝石薄片，被焊接在钛合金测量膜片上。被测压力传送到接收膜片上（接收膜片与测量膜片之间用拉杆坚固的连接在一起）。在压力的作用下，钛合金接收膜片产生形变，该形变被硅-蓝宝石敏感元件感知后，其电桥输出会发生变化，变化的幅度与被测压力成正比。

传感器的电路能够保证应变电桥电路的供电，并将应变电桥的失衡信号转换为统一的电信号输出（0-5，4-20mA或0-5V）。在绝压压力传感器和变送器中，蓝宝石薄片，与陶瓷基极玻璃焊料连接在一起，起到了弹性元件的作用，将被测压力转换为应变片形变，从而达到压力测量的目的。

5、压电压力传感器原理与应用

压电传感器中主要使用的压电材料包括有石英、酒石酸钾钠和磷酸二氢胺。其中石英（二氧化硅）是一种天然晶体，压电效应就是在这种晶体中发现的，在一定的温度范围之内，压电性质一直存在，但温度超过这个范围之后，压电性质完全消失（这个高温就是所谓的“居里点”）。由于随着应力的变化电场变化微小（也就说压电系数比较低），所以石英逐渐被其他的压电晶体所替代。而酒石酸钾钠具有很大的压电灵敏度和压电系数，但是它只能在室温和湿度比较低的环境下才能够应用。磷酸二氢胺属于人造晶体，能够承受高温和相当高的湿度，所以已经得到了广泛的应用。

现在压电效应也应用在多晶体上，比如现在的压电陶瓷，包括钛酸钡压电陶瓷、PZT、铌酸盐系压电陶瓷、铌镁酸铅压电陶瓷等等。

压电效应是压电传感器的主要工作原理，压电传感器不能用于静态测量，因为经过外力作用后的电荷，只有在回路具有无限大的输入阻抗时才得到保存。实际的情况不是这样的，所以这决定了压电传感器只能够测量动态的应力。

压电传感器主要应用在加速度、压力和力等的测量中。压电式加速度传感器是一种常用的加速度计。它具有结构简单、体积小、重量轻、使用寿命长等优异的特点。压电式加速度传感器在飞机、汽车、船舶、桥梁和建筑的振动和冲击测量中已经得到了广泛的应用，特别是航空和宇航领域中更有它的特殊地位。压电式传感器也可以用来测量发动机内部燃烧压力的测量与真空度的测量。也可以用于军事工业，例如用它来测量枪炮子弹在膛中击发的一瞬间的膛压的变化和炮口的冲击波压力。它既可以用来测量大的压力，也可以用来测量微小的压力。

篇5：简述数控机床的工作原理

1.简述数控机床的工作原理。

2.数控铣床的定义及基本组成部分。

3.数控铣床的分类及加工对象。

4.为什么数控铣床要回参考点？回参考点的目的是什么？

篇6：数控折弯机工作原理和使用方法

江淮

宁波大学机械学院

摘要: 数控铣床是在数控系统的控制下完成自动加工的, 建立正确的坐标系, 并且通过对刀确定工件原点的位置, 是准确控制刀具的运动轨迹、保证加工质量的前提。本文系统讲述了数控机床的对刀原理及常见的对刀方法。

关键词: 数控铣床;对刀原理;对刀方法

Abstract: CNC milling machine finishes milling processes automatically by the control of CNC system.Setting up right coord-inate system and determining the position ofwork origin are the prerequisite for controlling the path of tool and assuring the quality of milling.This paper systematically shows the principles and commonly used methods of tool setting．

Keywords: numerical control milling machine;principles of tool setting;method of tool setting

0 引言

对刀是数控加工中的主要操作和重要技能。在一定条件下，对刀的精度可以决定零件的加工精度，同时，对刀效率还直接影响数控加工效率。仅仅知道对刀方法是不够的，还要知道数控系统的各种对刀设置方式，以及这些方式在加工程序中的调用方法，同时要知道各种对刀方式的优缺点、使用条件等。数控铣床对刀的重要性

数控编程及加工一般分六步: 工艺分析、数学计算、编程及模拟、对刀、试切、正式加工[1]。其中,对刀是保证数控加工质量的一个重要环节。这是因为, 数控机床由数控系统按照零件加工程序进行控制, 完成自动加工。只有建立了正确合理的坐标系, 才能对刀具的运动轨迹做出准确描述, 保证加工质量。其中涉及到两个坐标系: 机床坐标系和工件坐标系。当毛坯装夹好之后, 务必要确定工件原点的机械坐标值, 才能将两个坐标系联系起来, 这一步工作在数控加工中是通过“对刀”来实现的。对刀原理

对刀的目的是为了建立工件坐标系，直观的说法是，对刀是确立工件在机床工作台中的位置，实际上就是求对刀点在机床坐标系中的坐标。对刀点既可以设在工件上(如工件上的设计基准或定位基准)，也可以设在夹具或机床上，若设在夹具或机床上的某一点，则该点必须与工件的定位基准保持一定精度的尺寸关系［2］。对刀时，应使指刀位点与对刀点重合，所谓刀位点是指刀具的定位基准点。在实际加工工件时，使用一把刀具一般不能满足工件的加工要求，通常要使用多把刀具进行加工，换刀后刀尖点的几何位置将出现差异，这就要求不同的刀具在不同的起始位置开始加工时。为了解决这个问题，机床数控系统配备了刀具几何位置补偿的功能，利用刀具几何位置补偿功能，在加工程序中利用T 指令，即可在刀具轨迹中自动补偿刀具位置偏差。

3对刀方法

在数控加工中，对刀的基本方法有试切法、对刀仪对刀和自动对刀等。本文以数控铣床为例，介绍几种常用的对刀方法［3-4］。

3．1 试切对刀法

这种方法简单方便，但会在工件表面留下切削痕迹，且对刀精度较低。

如图1 所示，以对刀点(此处与工件坐标系原点重合)在工件表面中心位置为例采用双边对刀方式。

a)x，y 向对刀。

1)将工件通过夹具装在工作台上，装夹时，工

件的四个侧面都应留出对刀的位置。

2)启动主轴中速旋转，快速移动工作台和主轴，让刀具快速移动到靠近工件左侧有一定安全距

离的位置，然后降低速度移动至接近工件左侧。

3)靠近工件时改用微调操作(一般用0． 01

mm)来靠近，让刀具慢慢接近工件左侧，使刀

具恰好接触到工件左侧表面(观察，听切削声

音、看切痕、看切屑，只要出现一种情况即表示刀具接触到工件)，再回退0． 01 mm。记下此时机床坐标系中显示的坐标值，如－ 240． 500。

4)沿z 正方向退刀，至工件表面以上，用同样方法接近工件右侧，记下此时机床坐标系中

显示的坐标值，如－ 340． 500。

5)据此可得工件坐标系原点在机床坐标系中坐标值为{ － 240． 500 +(－ 340． 500)} /2 = － 290． 500。

(6)同理可测得工件坐标系原点在机床坐标系中的坐标值。

b)z 向对刀。

1)将刀具快速移至工件上方。

2)启动主轴中速旋转，快速移动工作台和主轴，让刀具快速移动到靠近工件上表面有一定安全距离的位置，然后降低速度移动让刀具端面接近工件上表面。

3)靠近工件时改用微调操作(一般用0． 01 mm)来靠近，让刀具端面慢慢接近工件表面(注意刀具特别是立铣刀时最好在工件边缘下刀，刀的端面接触工件表面的面积小于半圆，尽量不要使立铣刀的中心孔在工件表面下刀)，使刀具端面恰好碰到工件上表面，再将轴再抬高，记下此时机床坐标系中的z 值，－ 140． 400，则工件坐标系原点W 在机床坐标系中的坐标值为－ 140． 400。

c)将测得的x，y，z值输入到机床工件坐标系存储地址G5 *中(一般使用G54 ～ G59 代码存储对刀参数)。

d)进入面板输入模式(MDI)，输入“G5* ”，按启动键(在自动模式下)，运行G5* 使其生效。

e)检验对刀是否正确。

3．2 塞尺、标准芯棒、块规对刀法

此法与试切对刀法相似，只是对刀时主轴不转动，在刀具和工件之间加人塞尺(或标准芯棒、块规)，以塞尺恰好不能自由抽动为准，注意计算坐标时这样应将塞尺的厚度减去。因为主轴不需要转动切削，这种方法不会在工件表面留下痕迹，但对刀精度也不够高。

3．3 采用寻边器、偏心棒和轴设定器等工具对刀法

操作步骤与采用试切对刀法相似，只是将刀具换成寻边器或偏心棒。这是最常用的方法。效率高，能保证对刀精度。使用寻边器时必须小心，让其钢球部位与工件轻微接触，同时被加工工件必须是良导体，定位基准面有较好的表面粗糙度。z 轴设定器一般用于转移(间接)对刀法。

3．4 转移(间接)对刀法

加工一个工件常常需要用到不止一把刀，第二把刀的长度与第一把刀的装刀长度不一样，需

要重新对零，但有时零点被加工掉，无法直接找回零点，或不容许破坏已加工好的表面，还有某些刀具或场合不好直接对刀，这时候可采用间接找零的方法。

a)对第一把刀。

1)对第一把刀的时仍然先用试切法、塞尺法等。记下此时工件原点的机床坐标z1。第一把刀加工完后，停转主轴。

2)把对刀器放在机床工作台平整台面上(如虎钳大表面)。

3)在手轮模式下，利用手摇移动工作台至适合位置，向下移动主轴，用刀的底端压对刀器的顶部，表盘指针转动，最好在一圈以内，记下此时轴设定器的示数并将相对坐标轴清零。

4)确抬高主轴，取下第一把刀。

b)对第二把刀。

1)装上第二把刀。

2)在手轮模式下，向下移动主轴，用刀的底端压对刀器的顶部，表盘指针转动，指针指向与第一把刀相同的示数A 位置。

3)记录此时轴相对坐标对应的数值z0(带正负号)。

4)抬高主轴，移走对刀器。

5)将原来第一把刀的G5* 里的z1坐标数据加上z0(带正负号)，得到一个新的坐标。

6)这个新的坐标就是要找的第二把刀对应的工件原点的机床实际坐标，将它输人到第二把刀的G5* 工作坐标中，这样，就设定好第二把刀的零点。其余刀与第二把刀的对刀方法相同。注: 如果几把刀使用同一G5*，则步骤5)，6)改为把z0存进二号刀的长度参数里，使用第二把刀加工时调用刀长补正G43H02 即可。

3．5 顶尖对刀法

a)x，y 向对刀。

1)将工件通过夹具装在机床工作台上，换上顶尖。

2)快速移动工作台和主轴，让顶尖移动到近工件的上方，寻找工件画线的中心点，降低速度移动让顶尖接近它。

3)改用微调操作，让顶尖慢慢接近工件画线的中心点，直到顶尖尖点对准工件画线的中心点，记下此时机床坐标系中的x，y 坐标值。

b)z 向对刀。

卸下顶尖，装上铣刀，用其他对刀方法如试切法、塞尺法等得到z 轴坐标值。

3．6 百分表(或千分表)对刀法(一般用于圆形工件的对刀)

1)x，y 向对刀。将百分表的安装杆装在刀柄上，或将百分表的磁性座吸在主轴套筒上，移动工作台使主轴中心线(即刀具中心)大约移到工件中心，调节磁性座上伸缩杆的长度和角度，使百分表的触头接触工件的圆周面，(指针转动约0.1 mm)用手慢慢转动主轴，使百分表的触头沿着工件的圆周面转动，观察百分表指针的便移情况，慢慢移动工作台的轴和轴，多次反复后，待转动主轴时百分表的指针基本在同一位置(表头转动一周时，其指针的跳动量在允许的对刀误差内，如0.02 mm)，这时可认为主轴的中心就是轴和轴的原点。

2)卸下百分表装上铣刀，用其他对刀方法如试切法、塞尺法等得到z 轴坐标值。

3．7专用对刀器对刀法

传统对刀方法有安全性差(如塞尺对刀，硬碰硬刀尖易撞坏)占用机时多(如试切需反复切量几次)，人为带来的随机性误差大等缺点，已经适应不了数控加工的节奏，更不利于发挥数控机床的功能。用专用对刀器对刀有对刀精度高、效率高、安全性好等优点，把繁琐的靠经验保证的对刀工作简单化了，保证了数控机床的高效高精度特点的发挥，已成为数控加工机上解决刀具对刀不可或缺的一种专用工具。

参考文献

[1]孙德茂.数控机床铣削加工直接编程技术[M ].北京:机械工业出版社, 2005.[2]陈志雄． 数控机床与数控编程技术［M］． 北京: 电子工业出版社，2007．

[3]任国兴主编． 数控铣床华中系统编程与操作实训［M］． 北京:中国劳动社会保障出版社，2007．

篇7：数控折弯机工作原理和使用方法

关键词：经验模态分解,伪极值点,模态混淆,故障诊断,转子碰摩

0 引言

经验模态分解 (empirical mode decomposi tion, EMD) 能够自适应地将一个复杂数据分解为若干个瞬时频率具有物理意义的内禀模态函数 (intrinsic mode function, IMF) 之和。EMD方法自提出后, 已经被广泛应用于图像处理、语言信号处理、机械故障诊断等领域[1,2,3]。但是, EMD仍有几个关键问题需要解决, 其中一个主要的问题就是模态混淆。

所谓模态混淆, 是指同一个IMF分量当中出现了尺度或频率差异较大的信号, 或同一尺度或频率的信号被分解到多个不同的IMF分量当中[4,5]。研究表明, 引起模态混叠的因素主要包括间歇信号和噪声。Huang等[6]较早地提出了一种间歇测试的方法, 但是该方法中尺度的选择具有主观性;Deering等[7]通过添加掩膜信号来均匀化原始信号的极值点分布, 从而达到抑制模态混淆的目的;Wu等[5]通过研究白噪声信号的统计特征, 提出了总体平均经验模态分解 (ensemble empirical mode decomposition, EEMD) 方法, EE-MD通过对原始信号多次加入不同的白噪声进行EMD分解, 将多次分解的结果进行平均即得到最终的IMF。EEMD方法的不足之处在于:参数的选择不具有自适应性, 且对分解结果影响较大, 得到的分量未必满足IMF定义等。Yeh等[8]通过成对地加入白噪声到待分解信号, 提高了EEMD的完备性, 但分解效果却与EEMD相近;Torres等[9]提出了一种完备的自适应添加噪声的EE-MD方法, 保证了分解的完备性, 但仍是通过集成平均的方式得到IMF。Tang等[10]通过形态学去噪, 采用盲源分离对IMF分量进行重组与分解来达到抑制模态混淆的目的, 但需要通过观察确定发生模态混淆的分量, 因此缺乏自适应性。EMD分解发生模态混淆的根本原因是信号的极值点分布差异较大, 且幅值不同, 通过均匀化信号的极值分布可以有效地抑制模态混淆的产生, 基于此, Chu等[11]提出了一种紧致经验模态分解 (compact EMD, CEMD) 方法, CEMD通过定义最小的极值尺度在原始信号极值点不变的情况下增加伪极值点, 使得信号极值点分布更加均匀, 从而很好地抑制了模态混淆。机械设备振动信号为非线性、非平稳信号, 光滑性不高, 结合振动信号的特点, 本文在CEMD方法的基础上提出了基于伪极值点假设的经验模态分解 (pseudo-extrema based EMD, PEEMD) 方法。类似CEMD, PEEMD通过定义最小的极值尺度来度量信号的其他尺度, 增加新的伪极值点, 每次提取出瞬时频率最高的信号, 能够很好地解决EMD的模态混淆问题。

转子碰摩故障的位移振动信号一般由高频调制信号、转速倍频信号及分倍频信号组成;各组成成分物理意义明显, 且各成分近似为调幅调频信号或正弦信号, 近似为IMF分量。而PEEMD可以有效地将高频碰摩和转频成分, 以及分频成分等分离, 避免各成分之间的频率混叠, 从而实现碰摩故障的诊断。本文将PEEMD方法应用于转子碰摩故障的试验数据分析, 并与EMD进行了对比, 结果证明了PEEMD方法的有效性和优越性。

1 EMD算法

对实信号x (t) (t>0) , EMD步骤简述如下[12]。

(1) 令r0 (t) =x (t) , i=1。

(2) 确定ri-1 (t) 的所有极值点, 三次样条分别依次连接所有极大值点和所有极小值点, 得到上包络线fmax, i-1 (t) 和下包络线fmin, i-1 (t) , 定义均值曲线fm, i-1 (t) 为上下包络线的均值, 即fm, i-1 (t) = (fmax, i-1 (t) +fmin, i-1 (t) ) /2。

(3) 将均值曲线从原始信号中分离, 提取波动分量:fIMF, i (t) =ri-1 (t) -fm, i-1 (t) 。

(4) 如果fIMF, i (t) 不是IMF, 令ri-1 (t) =fIMF, i (t) , 重复步骤 (2) ~步骤 (3) , 直到fIMF, i (t) 是一个IMF分量, 记为Ii (t) 。

(5) 计算ri (t) =ri-1 (t) -Ii (t) ;i←i+1, 返回步骤 (2) , 直到剩余信号ri (t) 是一个单调或极值点个数不超过2的函数。

2 PEEMD方法

限制分解的尺度可以很好地抑制模态混淆, 基于此, 提出了基于伪极值点假设的经验模态分解方法。

对实信号x (t) (t>0) , 设所有极大值点为 (τimax, Ximax) (i=1, 2, …, M1) , 所有极小值点为 (τkmin, Xkmin) (k=1, 2, …, M2) , 所有极值点记为 (τj, Xj) (j=1, 2, …, M1+M2) 。

称相邻极大值 (τimax, Ximax) 与 (τi+1max, Xi+1max) 的横坐标距离dimax为极大值尺度, 定义为

类似地, 称相邻极小值 (τkmin, Xkmin) 与 (τk+1min, Xk+1min) 的横坐标距离dkmin为极小值尺度, 定义为

称相邻极值 (τj, Xj) 与 (τj+1, Xj+1) 的横坐标距离djextr为极值尺度, 定义为

定义信号的最小尺度δ为:δ=min{min (dimax) , min (dkmin) }, 伪极值点的定义方式如下:

如果djextr大于2δ, 则分别视 (τj+ (2 m-1) δ, X (τj+ (2 m-1) δ) ) 和 (τj+2 mδ, X (τj+2 mδ) ) 为极值点, 称之为伪极值点;其中djextr内新增伪极值点的对数aj=[djextr/2δ] ([·]表示取整) ;特别地, 如果 (τj, Xj) 是极大值, (τj+1, Xj+1) 是极小值, 则视 (τj+ (2 m-1) δ, X (τj+ (2 m-1) δ) ) 为伪极小值点, (τj+2 mδ, X (τj+2 mδ) ) 为伪极大值点;如果 (τj, Xj) 是极小值, (τj+1, Xj+1) 是极大值, 则视 (τj+ (2 m-1) δ, X (τj+ (2 m-1) δ) ) 为伪极大值点, (τj+2 mδ, X (τj+2 mδ) ) 为伪极小值点。对于离散数据, 要求δfs>1, fs为采样频率。图1所示为一个仿真信号的伪极值点示意图。

PEEMD的分解步骤如下:

(1) 确定原始信号x (t) 所有极大值点和极小值点, 通过上述方式确定x (t) 所有伪极值点, 将得到的伪极大值点视为极大值点, 将得到的伪极小值点视为极小值点。

(2) 分别采用三次样条拟合所有极大值点和极小值点, 得到上包络线e1 (t) 和下包络线e2 (t) , 并计算均值曲线:m (t) = (e1 (t) +e2 (t) ) /2。

(3) 将均值曲线m (t) 从原始信号中分离出来得到剩余分量u (t) , 即

如果u (t) 满足IMF分量定义, 记为I1 (t) , 否则, 视u (t) 为x (t) 重复上述步骤, 直到u (t) 满足IMF分量定义, 记为I1 (t) ;将I1 (t) 从原始信号中分离, 得到剩余项r (t) =x (t) -I1 (t) 。

(4) 将r (t) 视为原始数据, 重复步骤 (1) ~步骤 (3) , 直到剩余信号r (t) 满足筛分终止条件。

步骤 (3) 中需要选择合适的IMF判据, PEEMD通过最小极值尺度度量所有极值尺度增加伪极值点, 每次提取出信号中尺度最小也即瞬时频率最高的分量[11], 也正因为此, 由于端点效应的影响, PEEMD会分解出频率较大但幅值较小的信号, 为了抑制这种情况的产生, 本文选择限制迭代次数的方法来终止迭代, 一般地, 迭代次数限制为6~10, 也可以依据不同的分量限制不同的迭代次数。步骤 (4) 中, 原EMD方法筛分终止条件是剩余信号的极值点个数不超过2, 但是由于三次样条拟合易引起包络过冲和不足, 导致过多的虚假分量的产生, 因此, 本文考虑采用如下筛分终止条件:剩余信号的极值点个数少于3或剩余信号的能量与原信号能量比小于千分之一。

特别地, 当所有dextrj小于2δ时, 即伪极值点总数时, 信号中尺度未发生混淆, 此时PEEMD即等同于原EMD方法。PEEMD不需要像EEMD事先设置添加噪声的幅值和数目, 因此, 是一种完备的、自适应的信号分解方法。

3 仿真分析与应用

3.1 仿真分析

为了说明PEEMD方法的有效性, 将其应用于干扰信号分别为间歇和噪声的仿真信号分析中。首先考虑混合信号:x (t) =x1 (t) +x2 (t) 。其中, x1 (t) 为高频间歇信号, x2 (t) = (1+0.2sin (6πt) ) ·sin (50πt) , 三者时域波形如图2所示。

分别采用EMD、EEMD和PEEMD方法对三者进行分解, 结果如图3~图5所示, 其中数据端点采用镜像延拓进行处理[13], EEMD添加的噪声幅值和数目分别0.2和50, PEEMD中分量迭代次数为6。

由图3~图5可以得到如下结论: (1) 原EMD方法无法分解出高频间歇信号, 出现了严重的模态混淆; (2) EEMD和PEEMD方法实现了高频间歇与低频调制信号的分离; (3) EEMD的第一个分量出现了白噪声残留, 且幅值较大, 这是由于集成次数不够大造成的; (4) 为了说明方法的优越性, 考察EEMD和PEEMD分解的正交性, 二者的正交性因子分别为0.0783和0.0029, 这说明, PEEMD分解正交性更好; (5) 为了说明得到分量的精确性, 图6给出了第二个分量与真实值的绝对误差, 由图6易发现, EMD分解由于出现了模态混淆, 得到的分量与对应真实值误差较大;EE-MD和PEEMD都抑制了模态混淆的产生, 得到的分量都较为精确, EEMD得到的分量与对应真实值误差较小, 与真实值的相关性为0.9956, PEEMD得到的分量与对应真实值误差最小, 与真实值的相关性为0.9991。

上述仿真信号分析说明, PEEMD能够从干扰信号为高频间歇的信号中有效地提取出有意义的成分, 且分解结果比EMD和EEMD更为精确。再考虑干扰信号为噪声的情形, 为不失一般性地, 仍考虑上述信号x2 (t) 与白噪声x1 (t) 的混合信号x (t) , 时域波形如图7所示。

仍采用EMD、EEMD和PEEMD对其进行分解, EMD出现了严重的模态混淆, 结果不再画出, 着重比较PEEMD和EEMD, 结果如图8和图9所示, EEMD添加的噪声幅值和数目分别为0.15和100。为了说明得到分量的精确性, 图10给出了两者的分量与对应真实值的绝对误差。

由图8~图10可以看出:EEMD和PEEMD都实现了噪声与低频调制信号的分离, 与实际较为吻合, 但EEMD分解出现了伪分量I2 (t) , 而PEEMD不仅没有伪分量, 且剩余项较小;经计算知, 两者的正交性因子分别为0.0346和0.0021, 这说明PEEMD的正交性更好;对应分量与真实值的相关性分别为0.9992和0.9995, 两者较为接近, 但由图9可以看出, PEEMD分解的误差水平更小。

上述两例说明, PEEMD方法对高频间歇和噪声引起的模态混淆都有很好的抑制效果, 分解效果优于EMD和EEMD方法。

3.2 应用分析

为了说明PEEMD方法的有效性和实用性, 将其应用于具有故障的转子振动位移信号分析。考虑具有碰摩故障的转子模拟信号, 采样频率为2048Hz, 采样时间为0.5s, 转速为3000r/min, 转频fr=50Hz, 时域波形如图11所示, 图12是其幅值谱, 从中只看到主要频率成分为转频50Hz和其3倍频, 与故障有关的频率成分则不明显。

采用PEEMD对上述振动信号进行分解, 结果如图13所示。从中可以看出, 分解得到的第一个分量I1 (t) 具有调制特征, I1 (t) 包含了碰摩故障的主要成分, 对I1 (t) 求其包络谱, 如图14所示, 由图14可以看出, I1 (t) 的调制波频率为转频50Hz, 这是由转子每旋转一周动件与静件就要摩擦一次造成的[3]。I2 (t) 是转频的3倍频, I3 (t) 是转频1倍频, I4 (t) 为1/5分倍转频的3倍频, I4 (t) 也进一步证实转子出现了碰摩故障[14,15,16]。

上述分析说明, PEEMD方法能够有效地从转子故障位移振动信号中分离出故障成分和转频成分, 为了说明PEEMD的优越性, 采用EMD对相同转子位移振动信号进行分解, 结果如图15所示。由图15可以看出, EMD分解的第一个分量I1 (t) 与第二个分量I2 (t) , 第二个分量I2 (t) 与第三个分量I3 (t) 都发生了局部模态混淆。虽然能够从第一个分量I1 (t) 的包络谱 (图16) 中看出50Hz的调制成分, 但诊断效果不如PEEMD第一个分量的明显。因此, 与EMD相比, PEEMD具有一定的优越性。

上述结果表明, PEEMD不仅对仿真信号有很好的分析效果, 而且还能够有效地应用于转子碰摩故障的诊断。

4 结论

(1) 与EMD相比, PEEMD能够有效地抑制EMD分解的模态混淆问题, 使得到的分量更具有物理意义。

(2) 与EEMD相比, PEEMD分解得到的分量与真实信号的相关性更好, 更吻合真实值, 且分解的正交性也更好。

(3) PEEMD不需要添加白噪声, 避免了噪声添加引起的不完备和添加噪声大小与数目对结果的影响, 是一种完备的和自适应的信号分解方法。

(4) PEEMD能够从振动信号中有效地提取与故障特征有关的分量, 因此, 可以有效地应用于机械设备故障诊断。