面向再制造的T型导轨校直模型研究

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经济的高速发展带来了大量机电产品的报废,如果处理不当会带来环境污染、资源浪费等一系列环境与社会问题,而再制造技术是解决废旧机电产品处理问题和再利用的有效途径。通用电梯中的T型导轨是一种可以再制造和再利用的典型零件,但由于检测与校直过程中的人工经验依赖程度较高,影响了再制造效率和产品质量。本文以T型导轨为研究对象,建立面向再制造过程的校直模型,满足再制造的实时性、高精度要求,同时对考虑初始残余应力的校直过程进行分析,并提出了基于最小二乘支持向量机的校直模型以准确预测校直参数。首先,在分析T型导轨直线度检测的标准和评价方法的基础上,给出直线度检测的总体方案,并基于弹塑性力学理论和三点弯曲校直的基本原理推导了T型导轨侧弯校直和顶面校直的曲率解析模型。其次,为了对导轨整体弯曲情况进行控制,建立了基于有限差分法的反弯校直模型,以校直行程为迭代变量,直线度误差最小为目标函数,采用梯度下降法对校直行程迭代寻优,并编写Matlab程序实现上述过程;通过ABAQUS二次开发的脚本接口编写Python参数化建模函数、直线度误差计算函数与基于模拟退火算法的参数寻优函数,实现校直行程的参数优化过程。依据有限元数据修正了有限差分模型,提出了基于有限差分修正的校直模型,并通过实验验证校直模型的可行性。然后,为研究导轨初始应力状况对再制造过程的影响,建立导轨在初始残余应力场下的校直理论模型和残余应力分布模型,得到弯曲曲率比与校直曲率比、弯矩比、回弹比和残余挠度之间的关系,并在ABAQUS仿真软件中验证了初始残余应力和校后残余应力分布模型的准确性。提出了基于最小二乘支持向量机的校直模型,通过最小二乘支持向量机对材料参数:弹性模量和屈服强度进行识别,并以材料参数、校直跨距、初始挠度作为输入,建立基于遗传模拟退火算法的最小二乘支持向量机模型对校直行程与校后残余应力进行预测,为T型导轨的高精度自动校直设备研发奠定了基础。最后,设计了T型导轨检测与校直控制的实验性原型系统,包括了硬件和软件部分,该系统可实现直线度的检测与校直参数的预测功能,并开发理论、仿真和实验数据的数据库管理系统;采用电液伺服万能试验机完成T型导轨的三点反弯校直实验,验证基于最小二乘支持向量机的校直模型的精度;采用静态应变测量仪完成了盲孔法测量导轨的残余应力实验,验证了初始残余应力分布与校后残余应力分布模型的准确性,证明基于最小二乘支持向量机的校直模型可以预测校直后的最大残余应力,具有工程实践意义。
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