表面微织构的数学模型及其弹流润滑性能研究

基于摩擦学的表面织构技术应用研究进展_王素华

基于摩擦学的表面织构技术应用研究进展 王素华,吴新跃 海军工程大学 摘要:表面织构是在摩擦面上加工出具有一定尺寸和排列的凹坑或微小沟槽的点阵,可有效改善表面摩擦学性能。本文介绍了表面织构的几何参数和加工方法,总结了表面织构技术在机械部件、材料加工、磁存储设备、摩擦制动等方面的研究进展,展望了未来表面织构技术可能的发展方向。 关键词:表面织构技术;摩擦学性能;应用 中图分类号:TG174.4;TH117文献标志码:A Research on Applications of Surface Texturing Based on Tribology Wang Suhua,Wu Xinyue Abstract:Surface texturing has generate controlled opti mal shapes and locations of micro-dimples,that could i mprove the overall tri bological performance.The geometrical parameters and techniques of surface texture were introduced.The applications of surface texturin g like mechanical parts,material processi ng,magnetic storage and friction braking were reviewed.Some potential researches on surface texturing were put forward. Keywords:surface texturing;triblogical properties;application 1引言 摩擦磨损是工业设备失效的主要原因之一,据统计大约有80%的零件损坏是由于各种形式的磨损引起,磨损不仅消耗能源和材料,而且加速设备报废、导致频繁更换零件,对经济造成极大的损失[1]。因此摩擦磨损问题越来越引起人们的重视。在表面摩擦学性能的研究中,表面织构技术在改善表面摩擦磨损性能方面起到了积极的作用,在机械部件、材料加工、磁性存储器等方面的研究已取得了一定的成果。 2表面织构 2.1表面织构几何参数 所谓表面织构(Surface Texturing),又称表面微造型,是在摩擦面上加工出具有一定尺寸和排列的凹坑或微小沟槽的点阵[2]。表面织构的几何参数主要包括几何形状、深度和形貌分布。常见的几何形状有圆形、矩形、六边形的凹坑、平行或成网状分布的槽形。分布包括织构在表面的位置、分布的几何形状以及微细形貌的密度。在所有参数中,织构尺寸和深度的比值对摩擦性能的影响较大,织构不同的分布方式对摩擦性能也有重要影响。 2.2表面织构加工方法 在表面织构技术的发展过程中,出现了各种各样的方法,目前普遍使用的有激光表面织构技术(LST)[3]、LIGA技术[4]、反应离子蚀刻技术(RIE)[5]、压刻技术[2]、数控振动机械加工技术[6]和电解加工技术[7]等。 激光表面织构技术(LST)是利用纳秒或飞秒激光在工件表面加工一定形状和分布的微细形貌的过程。该技术以其制造加工速度快,对环境无污染以及优良的形状、尺寸控制能力被认为是表面织构领域颇为成功的织构方法之一[3]。目前我国对于表面织构的加工多采用激光织构技术。 LIGA和RIE技术均是由应用于微机电系统(ME MS)或集成电路(IC)的微制造技术发展而成,其本质是将掩膜上的图形转移到工件表面上的技术。两种技术均可加工多种表面形状,精度较高,但加工过程比较复杂,成本较高[4,5]。 压刻技术是指利用纳米压痕仪的金刚石压头或其他各种硬度较高的工具,通过压刻工艺,在零件表面制造规则排列的各种微观形状。加工的表面微观形状由压印工具表面的形貌决定。试验结果证明,该方法能够有效地在零件表面加工出所设计的表面织构[2]。 数控振动加工技术是将被加工工件装在数控机床主轴上,加工装置沿轴向和径向进给,并利用工具头上低频振动在工件表面加工微坑的技术。该技术方法简单,效率较高[6]。 电解加工是利用金属在电解液中可发生阳极溶解的原理去除多余材料,将零件加工成形的制造技术,具有生产效率高、工序简单、加工质量好、工具阴 收稿日期:2011年5月

被控过程的数学模型

第5章思考题与习题 5-1 什么是被控过程的数学模型 解答： 被控过程的数学模型是描述被控过程在输入（控制输入与扰动输入）作用下，其状态和输出（被控参数）变化的数学表达式。 5-2 建立被控过程数学模型的目的是什么过程控制对数学模型有什么要求解答： 1）目的：○1设计过程控制系统及整定控制参数； ○2指导生产工艺及其设备的设计与操作； ○3对被控过程进行仿真研究； ○4培训运行操作人员； ○5工业过程的故障检测与诊断。 2）要求：总的原则一是尽量简单，二是正确可靠。阶次一般不高于三阶，大量采用具有纯滞后的一阶和二阶模型，最常用的是带纯滞后的一阶形式。 5-3 建立被控过程数学模型的方法有哪些各有什么要求和局限性解答：P127 1）方法：机理法和测试法。 2）机理法： 测试法： 5-4 什么是流入量什么是流出量它们与控制系统的输入、输出信号有什么区别与联系 解答： 1）流入量：把被控过程看作一个独立的隔离体，从外部流入被控过程的物质或能量流量称为流入量。 流出量：从被控过程流出的物质或能量流量称为流出量。 2）区别与联系： 控制系统的输入量：控制变量和扰动变量。 控制系统的输出变量：系统的被控参数。

5-5 机理法建模一般适用于什么场合 解答：P128 对被控过程的工作机理非常熟悉，被控参数与控制变量的变化都与物质和能量的流动与转换有密切关系。 5-6 什么是自衡特性具有自衡特性被控过程的系统框图有什么特点 解答： 1）在扰动作用破坏其平衡工况后，被控过程在没有外部干预的情况下自动恢复平衡的特性，称为自衡特性。 2）被控过程输出对扰动存在负反馈。 5-7 什么是单容过程和多容过程 解答： 1）单容：只有一个储蓄容量。 2）多容：有一个以上储蓄容量。 5-8 什么是过程的滞后特性滞后又哪几种产生的原因是什么 解答： 1）滞后特性：过程对于扰动的响应在时间上的滞后。 2）容量滞后：多容过程对于扰动的响应在时间上的这种延迟被称为容量滞 后。 纯滞后：在生产过程中还经常遇到由（物料、能量、信号）传输延迟引 起的纯滞后。 5-9 对图5-40所示的液位过程，输入量为1Q ，流出量为2Q 、3Q ，液位h 为被控参数，水箱截面为A ，并设2R 、3R 为线性液阻。 （1）列写液位过程的微分方程组； （2）画出液位过程的框图； （3）求出传递函数)()(1s Q s H ，并写出放大倍数K 和时间常数T 的表达式。 解答：

基于激光表面微织构抑制导轨爬行的研究

第12期2018年12月Modular Machine Tool &Automatic Manufacturing Technique No.12Dec.2018文章编号:1001-2265(2018)12-0055-04 DOI:10.13462/https://www.360docs.net/doc/e93939486.html,ki.mmtamt.2018.12.014 收稿日期:2018-01-16;修回日期:2018-03-14 ?基金项目:国家重大科技成果转化项目(51175233);国家自然科学基金项目(51175233);江苏省科技厅重点研发计划项目(BE2015095);江苏省前瞻性联合研究项目(BY2015047-04);南通市市级科技计划资助项目(GY12016042) 作者简介:韩洪松(1990 ),男,江苏邳州人,南通大学硕士研究生,研究方向为激光应用技术及导轨的研究,(E -mail)836055449@https://www.360docs.net/doc/e93939486.html,;通讯 作者:吴树谦(1985 ),男,江苏南通人,江苏大学博士研究生,工程师,研究方向为激光应用技术及模具的研究,(E -mail)wushuqian-dan@https://www.360docs.net/doc/e93939486.html,三基于激光表面微织构抑制导轨爬行的研究? 韩洪松1a ,吴树谦2,吴国庆1a ,1b 朱维南1b (1.南通大学a.机械工程学院;b.电气工程学院,江苏南通 226019;2.江苏大学机械工程学院,江苏镇江 212013) 摘要:机床滑动导轨出现的爬行现象降低加工精度并缩短使用寿命,为此,文章提出导轨表面进行激光微织构,以期抑制爬行三利用激光微织构技术在45#钢盘试样端面分别加工规则及有序排列的微凹坑和微凸起,与HT200销试样配副,以普通试样配副为对比,在Rtec 多功能摩擦磨损试验机上分别进行导轨爬行及变润滑油油量的导轨爬行模拟试验三研究结果表明:微凹坑试样和微凸起试样配副的临界爬行速度较普通试样配副降低了58%和94%,最大静二动摩擦系数之差降低了45%和51%三实验表明:激光微织构具有抑制爬行作用,对提高机床精度具有重要意义三 关键词:滑动导轨;激光微织构;爬行 中图分类号:TH165.4;TG502 文献标识码:A Experimental Investigation of Reduction of Stick-slip Behaviour of Sliding Guide Using Surface Laser Micro-texture HAN Hong-song 1a ,WU Shu-qian 2,WU Guo-qing 1a,1b ,ZHU Wei-nan 1b (1a.School of Mechanical Engineering;b.School of Electrical Engineering,Nan Tong University,Nantong Jiangsu 226019,China;2.School of Mechanical Engineering,Jiangsu University,Zhenjiang Jiangsu 212013,China)Abstract :The stick-slip phenomenon of slideways in machine can reducing the machining accuracy and short the service life.Therefore ,the present paper focuses on the reduction of stick-slip behavior of sliding guide using surface laser micro-texture.Firstly ,micro-dimples and micro-convexes with sequential ar-rangement on the end face of 45#steel disk specimen were processed using Laser micro-texturing technolo-gy.Subsequently ,the processed steel disk specimen with micro-dimples and micro-convexes was matched with HT 200pin to conduct the stick-slip simulation test and oil-volume-variable stick-slip simulation test on the Rtec multifunctional tribometers compered with normal disk friction pair.The research results showed that compared with the ordinary samples friction pairs ,the critical stick-slip speed of micro-dimple friction pairs and micro-convex friction pairs was reduced by 58%and 94%,and the maximum difference between static and dynamic friction coefficients was reduced by 45%and 51%,respectively.The experimental re-sults validated that laser micro-texture is of good significance in reducing the stick-slip of sliding guide and improving the precision of machine tool.Key words :machine slideways ;laser surface texture ;stick-slip behaviour 0 引言 目前,我国机床在精度保持性和稳定性方面与国 外存在较大差距三作为机床的核心部件,导轨对机床 的精度具有较大影响三金属配副的滑动导轨具有结构 简单二便于加工二刚度高二承载能力大和吸振性强等优 点,在重型机床中得到了广泛应用三在低速重载工况 下,导轨爬行严重影响了机床的稳定性,降低了工件的 加工质量和缩短了导轨的使用寿命[1]三因此,需要研究导轨爬行的抑制三现阶段,导轨爬行的抑制常采用导轨贴塑的方法三但是,贴塑导轨存在易冷流二吸湿膨胀和导热性差等缺点[2]三滚动导轨可以有效的抑制爬行的产生,但是存在承载能力差二刚度低等缺点,不能用于重型机床三静压导轨可以完全消除爬行现象,但是存在加工精度高二装配难度大,对应用场合要求严格,使用成本高等缺 点[3]三近年来,激光微织构技术发展迅速,已应用于发 万方数据

建立数学模型的方法步骤特点及分类

§16.3 建立数学模型的方法、步骤、特点及分类 [学习目标] 1.能表述建立数学模型的方法、步骤； 2.能表述建立数学模型的逼真性、可行性、渐进性、强健性、可转移性、非预制性、条理 性、技艺性和局限性等特点；； 3.能表述数学建模的分类； 4.会采用灵活的表述方法建立数学模型； 5.培养建模的想象力和洞察力。 一、建立数学模型的方法和步骤 —般说来建立数学模型的方法大体上可分为两大类、一类是机理分析方法，一类是测试分析方法．机理分析是根据对现实对象特性的认识、分析其因果关系，找出反映内部机理的规律,建立的模型常有明确的物理或现实意义.§16.2节的示例都属于机理分析方法。测试分折将研究对象视为一个“黑箱”系统，内部机理无法直接寻求，可以测量系统的输人输出数据、并以此为基础运用统计分析方法，按照事先确定的准则在某一类模型中选出一个与数据拟合得最好的模型。这种方法称为系统辨识(System Identification)．将这两种方法结合起来也是常用的建模方法。即用机理分析建立模型的结构，用系统辨识确定模型的参数． 可以看出，用上面的哪一类方法建模主要是根据我们对研究对象的了解程度和建模目的决定的．如果掌握了机理方面的一定知识，模型也要求具有反映内部特性的物理意义。那么应该以机理分析方法为主．当然,若需要模型参数的具体数值，还可以用系统辨识或其他统计方法得到．如果对象的内部机理基本上没掌握，模型也不用于分析内部特性,譬如仅用来做输出预报，则可以系统辩识方法为主．系统辨识是一门专门学科，需要一定的控制理论和随机过程方面的知识．以下所谓建模方法只指机理分析。 建模要经过哪些步骤并没有一定的模式，通常与实际问题的性质、建模的目的等有关，从§16.2节的几个例子也可以看出这点．下面给出建模的—般步骤，如图16-5所示． 图16-5 建模步骤示意图 模型准备首先要了解问题的实际背景，明确建模的目的搜集建模必需的各种信息如现象、数据等，尽量弄清对象的特征,由此初步确定用哪一类模型，总之是做好建模的准备工作．情况明才能方法对，这一步一定不能忽视，碰到问题要虚心向从事实际工作的同志请教，尽量掌握第一手资料. 模型假设根据对象的特征和建模的目的，对问题进行必要的、合理的简化，用精确的语言做出假设，可以说是建模的关键一步．一般地说，一个实际问题不经过简化假设就很难翻译成数学问题，即使可能，也很难求解．不同的简化假设会得到不同的模型．假设作得不合理或过份

316L不锈钢沟槽型表面微织构减摩特性实验研究-

文章编号:１００１-９７３１(２０１５)０２-０２０３３-０５ ３１６L 不锈钢沟槽型表面微织构减摩特性实验研究 ? 厉一淦１,沈明学１,２,孟祥铠１,２,李纪云１,２,李一晓１,彭旭东１, ２ (１． 浙江工业大学机械工程学院,杭州３１００３２;２． 浙江工业大学过程装备及其再制造教育部工程研究中心,杭州３１００３２)摘一要:一采用激光微加工技术在３１６L 不锈钢光滑表 面上进行沟槽型织构化处理.在往复式摩擦磨损试验机上利用柱-平面接触方式对沟槽型织构和光滑表面进行摩擦磨损对比实验,重点考察了激光表面织构参数对其摩擦性能的影响,同时通过扫描电子显微镜对 磨斑形貌进行了分析.结果表明,与未织构试样相比,织构化表面的摩擦因数均有不同程度减小且表现得更为稳定二磨损相对轻微,这是由于所制备的表面微坑起到了储存润滑介质并捕获磨屑的作用;织构条纹的结构参数对摩擦磨损有重要影响,随着沟槽宽度和沟槽间距的增大,摩擦因数均呈先下降后上升的趋势,而当沟槽宽度为１００μm 和沟槽间距为２００μm 时减摩 抗磨性能最佳;此外,研究表明接触载荷对织构化表面摩擦因数的影响较小,织构化处理对高负载环境下的减摩抗磨性能影响更加显著. 关键词:一表面织构;摩擦磨损;３１６L 不锈钢; 损伤机制 中图分类号:一TH １１７．３ 文献标识码:A DOI :１０．３９６９/j ．issn．１００１-９７３１．２０１５．０２．００７１一引一言 表面磨损是机械零部件最常见的失效形式之一,它对整个系统可靠运行二提升工作效率和延长服役寿 命有重要影响[ １] .摩擦学和仿生学的相关研究和实践已表明[２-４] :摩擦副表面并非越光滑就越耐磨;在摩擦 副表面加工出具有一定形貌的织构能够起到捕获磨损颗粒二形成微储油槽以储存润滑介质并产生动压润滑效应进而提高承载能力二降低表面磨损的作用.近年来,表面织构及其摩擦学特性研究受到了广泛的关 注[５-７],表面织构技术可成功应用于发动机[８] 二流体密封[９-１０]二MEMS [１１]二人工关节[１２]二重载齿轮及轴承传动[１３-１４] 等众多领域. ３１６L 不锈钢具有优异的耐蚀性二 良好的高温力学性能,作为摩擦磨损结构件被广泛应用于石油二化工二核工业二航空航天和生物医学等领域.然而,３１６L 不锈钢硬度偏低导致工件表面的耐磨性及承载能力均较差,一定程度上也限制了其在工业领域中的应用.目 前,针对３１６L 不锈钢表面激光织构化对其摩擦学性能 的影响还未见系统报道.本文采用激光微加工法在 ３１６L 不锈钢表面制备出不同尺寸的沟槽型表面微织构,并将其在润滑油中与光滑表面进行摩擦磨损对比实验,重点考察了不同织构尺寸对摩擦性能的影响,探索表面织构控制摩擦磨损的可能性并揭示其作用机理,以期为减摩抗磨的摩擦学设计提供理论依据. ２一实一验 ２．１一试样表面织构化 实验基材选用３１６L 不锈钢,试样尺寸为５５mm ?３５mm ?５mm ,硬度为HV ０．０５２１０,弹性模量E 为２０６GPa ,织构化处理前试样经研磨和抛光至表面粗糙度R a 约０．０４μm .在LSD５０S 型激光加工系统上进行表面织构,其激光器波长为１０６４nm 二最大激光平 均功率５０W 二调Q 频率２００Hz~５０kHz 二重复精度 ?１μm , 加工参数:脉冲频率为３kHz 二扫描速度为２００μm /s 二 工作电流１８A 二加工次数２次.加工完成后,对试样进行二次抛光处理以去除沟槽边缘的毛刺, 同时测定未去除的沟槽间表面显微硬度值为HV ０．０５２２５左右, 表明激光织构化处理对试样表面硬度的影响较小.织构试样尺寸示意图如图１所示,具体参数 见表１.图２为织构表面三维轮廓形貌. 图１一沟槽型织构表面尺寸示意图 Fi g １Schematic dia g ram of the g roove-textured sur-face ２．２一摩擦磨损性能实验 摩擦学实验在自行研制的新型往复式摩擦磨损试 验机上进行,采用圆柱销-平面摩擦副面接触形式的往复式摩擦磨损,其中上试件为?６．３５mm?２０mm 的相同３１６L 不锈钢圆柱销,实验用销的接触端面初始表 面粗糙度R a 为０．０５μm , 下试件为经过织构化处理的３１６L 不锈钢平面.实验前上二 下试件均用丙酮超声清洗１０min 二并在润滑介质(Mobil ,１５W-４０机油)中浸３ ３０２０厉一淦等:３１６L 不锈钢沟槽型表面微织构减摩特性实验研究 ? 基金项目:国家重点基础研究发展规划(９７３计划)资助项目(２０１４CB０４６４０４);国家自然科学基金资助项目(５１３０５３９８) ;浙江省重点科技创新团队资助项目(２０１２R１０００２);浙江省自然科学基金资助项目(LQ１３E０５００１３) 收到初稿日期:２０１４-０５-２８收到修改稿日期:２０１４-０９-１８通讯作者:沈明学,E-mail :shenmx＠z j ut．edu．cn 作者简介:厉一淦一(１９６４－) ,男,浙江杭州人,硕士,高级实验师,主要从事摩擦学设计研究.

过程特性与数学模型

第四章过程特性与数学模型 教学要求：了解过程特性的类型的四种类型 掌握描述过程特性的参数的物理意义及对控制通道、扰动通道的影响 学会一阶对象、二阶对象的建模 掌握机理分析法建模的一般步骤 了解实验测试法 重点：描述过程特性的参数的物理意义及对控制通道、扰动通道的影响 运用机理分析法建模 难点：时间常数的物理意义 过程特性的参数对控制通道、扰动通道的影响 过程控制系统的品质是由组成系统的各个环节的结构及其特性所决定。过程即为被控对象，它是否易于控制，对整个系统的运行情况有很大影响。 §4.1过程特性 被控过程的种类常见的有：换热器、锅炉、精馏塔、化学反应器、贮液槽罐、加热炉 等。这些被控过程的特性是由工艺生产过程和工艺设备决 定的。 被控过程特性-----指被控过程输入量发生变化时，过程输出量的变化规律。通道------被控过程的输入量与输出量之间的信号联系 控制通道-----操纵变量至被控变量的信号联系 扰动通道-----扰动变量至操纵变量的信号联系 一、过程特性的类型 多数工业过程的特性可分为下列四种类型： 1.自衡的非振荡过程 2. 无自衡的非振荡过程 3. 有自衡的振荡过程 4. 具有反向特性的过程 二、描述过程特性的参数 用放大系数K、时间常数T、滞后时间τ三个物理量来定量的表示过程特性。（主要针对自衡的非振荡过程） 1.放大系数K ⑴K的物理意义 K的物理意义：如果有一定的输入变化量ΔQ作用于过程，通过过程后被放大了K倍，变为输出变化量ΔW。

⑵放大系数K对系统的影响 对控制通道的影响 对扰动通道的影响 2. 时间常数T ⑴时间常数T的物理意义 时间常数是被控过程的一个重要的动态参数，用来表征被控变量的快慢程度。 时间常数T的物理意义还可以理解为：当过程受到阶跃输入作用后，被控变量保持初始速度变化，达到新的稳态值所需要的时间就是时间常数T。 ⑵时间常数T对系统的影响 对控制通道的影响 对扰动通道的影响 3. 滞后时间τ ⑴纯滞后τ0（P142） ⑵容量滞后τn ⑶滞后时间τ对系统的影响 对控制通道的影响 对扰动通道的影响 §4.2 过程数学模型的建立 过程的（动态）数学模型---是指表示过程的输出变量与输入变量间动态关系的数学描 述。 过程的输入是控制作用u（t）或扰动作用f（t）, 输出是被控变量ｙ（t）． 数学模型：非参数模型，即用曲性或数据表格来表示，如阶跃响应曲线、脉冲响应曲线 和频率特性曲线；另一种是 参数模型，即用数学方程式来表示，如微分方程（差分方程）、传递函数、 状态空间表达式等。本节所涉及的模型均为用微分方程描述的 线性定常动态模型。 建立数学模型的基本方法 机理分析法-----通过对过程内部运动机理的分析，根据其物理或化学变化规律， 在忽略一些次要因素或做出一些近似处理后得到过程特性方 程，用微分方程或代数方程。这种方法完全依赖于足够的先验 知识，所得到的模型称为机理模型。机理分析法一般只能用于 简单过程的建模。机理分析法 实验测试法-----由过程的输入输出数据确定模型的结构和参数。 4.2.1机理分析法 微分方程建立的步骤归纳如下： ⑴根据实际工作情况和生产过程要求，确定过程的输入变量和输出变量。 ⑵依据过程的内在机理，利用适当的定理定律，建立原始方程式。 ⑶确定原始方程式中的中间变量，列写中间变量与其他因素之间的关系。 ⑷消除中间变量，即得到输入、输出变量的微分方程。 ⑸若微分方程是非线性的，需要进行线性化处理。

CST液黏传动摩擦副表面织构技术研究

摘要：可控起动传动装置（Controlled Start Transmission,CST ）为重型刮板输送机提供了一种软起动、过载保护和多机功率平衡的可靠方法。液黏摩擦传动单元（Hydro-viscous Drive Unit ，HDU ）是CST 装置的核心，它包括多组摩擦副。摩擦副的可靠性和耐磨性能直接决定了CST 装置的整体性能。以粉末冶金和激光表面工程技术为基础，提出以仿生非光滑表面来改善和提高摩擦副机械耐磨性能的新思路。利用激光直接沉积和激光脉冲钻孔技术，制备了具有不同非光滑表面形态和参数的非光滑表面试样。通过表面形貌分析和摩擦磨损试验发现：激光直接沉积过程的基板预热（600℃），有助于提高激光沉积试样的表面质量，包括表面形貌、裂纹抑制控制以及沉积材料与基板结合位置的晶粒细化等；与光滑试样相比，具有非光滑表面形态的试样具有更好的耐磨性能，在试验条件下，当小孔间距等于1mm ，小孔直径等于0.8mm 时，材料表面具有最好的耐磨性能。该研究为CST 装置液黏传动摩擦副的未来研究和试制提供了新的方法。 关键词：液黏传动；表面织构；耐磨性能；激光直接沉积技术 中图分类号：TH16；TH117.1文献标识码：A 文章编号：1001-3997（2018）12-0117-04 Research of Surface Texture Technique Used on CST Hydro-Viscous Drive Friction Pair SUN Shao-ni 1，XIE Li-yang 1，LONG Ri-sheng 2 （1.School of Mechanical Engineering and Automation ，Northeastern University ，Liaoning Shenyang 110819，China ； 2.Shanxi Key Laboratory of Fully Mechanized Coal Mining Equipment ，Shanxi Taiyuan 100013，China ） Abstract ：The Controlled Start Transmission （CST ）equipment provides a feasible way to realize the soft starting ，overload protection ，and multi-driver power-balance of scraper conveyors.The Hydro-viscous Drive Unit （HDU ），which consists of multiple sets of friction pairs ，is the core component of CST.The wear resistance and reliability of friction pairs is the decisive factor for the performance.In order to replace the current imported paper -based friction pair of CST ，based on powder metallurgy and laser surface engineering technology ，the biomimetic non -smooth surface was proposed to improve the mechanical wear resistance of friction pair.By means of laser direct deposition and laser pulsed drilling ，the non-smooth surface samples with different surface structures were prepared.By surface morphology analysis and friction ＆wear testing ，the results show that ：When substrate is preheated to 600℃，it is helpful to improve the surface quality of laser deposition samples ，including surface morphology ，crack control as well as grain refinement of binding sites between deposited material and substrate ；the wear resistant performances of biomimetic non-smooth samples are better than that of smooth ones ；the wear resistant performance is the best when pits-distance equals 1mm ，pit-diameter equals 0.8mm.This research will provide a basis for the future optimal design of HDU of CST . Key Words ：Hydro-Viscous Drive ；Surface Texture ；Wear Resistance ；Laser Direct Deposition CST 液黏传动摩擦副表面织构技术研究 孙少妮1，谢里阳1，龙日升2 （1.东北大学机械工程与自动化学院，辽宁沈阳110819；2.煤矿综采装备山西省重点实验室，山西太原100013） 来稿日期：2018-06-30 基金项目：煤矿综采装备山西省重点实验室开放课题项目 作者简介：孙少妮，（1978-），女，山东烟台人，博士研究生，讲师，主要研究方向：表面织构摩擦及疲劳性能研究； 谢里阳，（1962-），男，安徽岳西人，博士研究生，教授，主要研究方向：机械装备可靠性设计与分析 1引言 限矩型液力偶合器和双速电动机是刮板输送机的传统起动 方式，其中限矩型液力偶合器受其尺寸和传递能力的限制，只用 在小功率的场合。而双速电动机在我国应用较多，适用功率在 700kW 以下，其起动过程分二级进行，即先低速起动再切换到高 速。随着驱动功率的加大，传统起动方式存在起动难、对电网电流冲击大、多机驱动功率不均衡以及过载冲击和机械冲击等突出问题。为此，当前重型刮板输送机的起动方式已由传统的硬起动方式，发展为以阀控型偶合器、可控起动驱动装置（CST ）和变频驱动等为代表的软起动方式[1]。其中，CST 是基于液黏摩擦传动和可编程电液伺服控制技术的（多级齿轮减速）传输装置，可实现大惯性负载的平滑起动和Machinery Design ＆Manufacture 机械设计与制造第12期 2018年12月117 万方数据

建立数学模型方法步骤特点及分类

建立数学模型的方法、步骤、特点及分类 [学习目标] 1.能表述建立数学模型的方法、步骤； 2.能表述建立数学模型的逼真性、可行性、渐进性、强健性、可转移性、非 预制性、条理性、技艺性和局限性等特点；； 3.能表述数学建模的分类； 4.会采用灵活的表述方法建立数学模型； 5.培养建模的想象力和洞察力。 一、建立数学模型的方法和步骤 —般说来建立数学模型的方法大体上可分为两大类、一类是机理分析方法，一类是测试分析方法．机理分析是根据对现实对象特性的认识、分析其因果关系，找出反映内部机理的规律,建立的模型常有明确的物理或现实意义.测试分折将研究对象视为一个“黑箱”系统，内部机理无法直接寻求，可以测量系统的输人输出数据、并以此为基础运用统计分析方法，按照事先确定的准则在某一类模型中选出一个与数据拟合得最好的模型。这种方法称为系统辨识(System Identification)．将这两种方法结合起来也是常用的建模方法。即用机理分析建立模型的结构，用系统辨识确定模型的参数． 可以看出，用上面的哪一类方法建模主要是根据我们对研究对象的了解程度和建模目的决定的．如果掌握了机理方面的一定知识，模型也要求具有反映内部特性的物理意义。那么应该以机理分析方法为主．当然,若需要模型参数的具体数值，还可以用系统辨识或其他统计方法得到．如果对象的内部机理基本上没掌握，模型也不用于分析内部特性,譬如仅用来做输出预报，则可以系统辩识方法

为主．系统辨识是一门专门学科，需要一定的控制理论和随机过程方面的知识．以下所谓建模方法只指机理分析。 建模要经过哪些步骤并没有一定的模式，通常与实际问题的性质、建模的目的等有关，从 §16.2节的几个例子也可以看出这点．下面给出建模的—般步骤，如图16-5所示． 图16-5 建模步骤示意图 模型准备首先要了解问题的实际背景，明确建模的目的搜集建模必需的各种信息如现象、数据等，尽量弄清对象的特征,由此初步确定用哪一类模型，总之是做好建模的准备工作．情况明才能方法对，这一步一定不能忽视，碰到问题要虚心向从事实际工作的同志请教，尽量掌握第一手资料. 模型假设根据对象的特征和建模的目的，对问题进行必要的、合理的简化，用精确的语言做出假设，可以说是建模的关键一步．一般地说，一个实际问题不经过简化假设就很难翻译成数学问题，即使可能，也很难求解．不同的简化假设会得到不同的模型．假设作得不合理或过份简单，会导致模型失败或部分失败，于是应该修改和补充假设；假设作得过分详细，试图把复杂对象的各方面因素都考虑进去，可能使你很难甚至无法继续下一步的工作．通常，作假设的依据，一是出于对问题内在规律的认识，二是来自对数据或现象的分析，也可以是二者的综合．作假设时既要运用与问题相关的物理、化学、生物、经济等方面的知识，又要充分发挥想象力、洞察力和判断力，善于辨别问题的主次，果断地抓住主要因素，舍弃次要因素，尽量将问题线性化、均匀化．经验在这里也常起重要作用．写出假设时，语言要精确，就象做习题时写出已知条件那样．

过程控制系统第2章对象特性习题与解答

过程控制系统第二章（对象特性）习题 2-1．什么是被控过程的数学模型 2-1解答： 被控过程的数学模型是描述被控过程在输入（控制输入与扰动输入）作用下，其状态和输出（被控参数）变化的数学表达式。 2-2．建立被控过程数学模型的目的是什么过程控制对数学模型有什么要求 2-2解答： 1）目的：○1设计过程控制系统及整定控制参数； ○2指导生产工艺及其设备的设计与操作； ○3对被控过程进行仿真研究； ○4培训运行操作人员； ○5工业过程的故障检测与诊断。 2）要求：总的原则一是尽量简单，二是正确可靠。阶次一般不高于三阶，大量采用具有纯滞后的一阶和二阶模型，最常用的是带纯滞后的一阶形式。 2-2．简述建立对象的数学模型两种主要方法。 2-2解答： 一是机理分析法。机理分析法是通过对对象内部运动机理的分析，根据对象中物理或化学变化的规律(比如三大守恒定律等)，在忽略一些次要因素或做出一些近似处理后推导出的对象特性方程。通过这种方法得到的数学模型称之为机理模型，它们的表现形式往往是微分方程或代数方程。 二是实验测取法。实验测取法是在所要研究的对象上，人为施加一定的输入作用，然后，用仪器测取并记录表征对象特性的物理量随时间变化的规律，即得到一系列实验数据或实验曲线。然后对这些数据或曲线进行必要的数据处理，求取对象的特性参数，进而得到对象的数学模型。 5-12 何为测试法建模它有什么特点 2-3解答： 1）是根据工业过程输入、输出的实测数据进行某种数学处理后得到数学模型。

2）可以在不十分清楚内部机理的情况下，把被研究的对象视为一个黑匣子，完全通过外部测试来描述它的特性。 2-3．描述简单对象特性的参数有哪些各有何物理意义 2-3解答： 描述对象特性的参数分别是放大系数K 、时间常数T 、滞后时间τ。 放大系数K 放大系数K 在数值上等于对象处于稳定状态时输出的变化量与输入的变 化量之比，即 输入的变化量 输出的变化量=K 由于放大系数K 反映的是对象处于稳定状态下的输出和输入之间的关系，所以放大系数是描述对象静态特性的参数。 时间常数T 时间常数是指当对象受到阶跃输入作用后，被控变量如果保持初始速度变 化，达到新的稳态值所需的时间。或当对象受到阶跃输入作用后，被控变量达到新的稳态值的63．2％所需时间。 时间常数T 是反映被控变量变化快慢的参数，因此它是对象的一个重要的动态参数。 滞后时间τ滞后时间τ是纯滞后时间0τ和容量滞后c τ的总和。 输出变量的变化落后于输入变量变化的时间称为纯滞后时间，纯滞后的产生一般是由于介质的输送或热的传递需要一段时间引起的。容量滞后一般是因为物料或能量的传递需要通过一定的阻力而引起的。 滞后时间τ也是反映对象动态特性的重要参数。 5-6 什么是自衡特性具有自衡特性被控过程的系统框图有什么特点 2-3解答： 1）在扰动作用破坏其平衡工况后，被控过程在没有外部干预的情况下自动恢复平衡的特性，称为自衡特性。 2）被控过程输出对扰动存在负反馈。

过程特性与数学模型

过程特性与数学模型 过程控制系统的品质是由组成系统的各个环节的结构及其特性所决定。过程即为被控对象，它是否易于控制，对整个系统的运行情况有很大影响。 §4.1过程特性 被控过程的种类常见的有：换热器、锅炉、精馏塔、化学反应器、贮液槽罐、加热炉 等。这些被控过程的特性是由工艺生产过程和工艺设备决 定的。 被控过程特性-----指被控过程输入量发生变化时，过程输出量的变化规律。通道------被控过程的输入量与输出量之间的信号联系 控制通道-----操纵变量至被控变量的信号联系 扰动通道-----扰动变量至操纵变量的信号联系 一、过程特性的类型 多数工业过程的特性可分为下列四种类型： 1.自衡的非振荡过程 2. 无自衡的非振荡过程 3. 有自衡的振荡过程 4. 具有反向特性的过程 二、描述过程特性的参数 用放大系数K、时间常数T、滞后时间τ三个物理量来定量的表示过程特性。（主要针对自衡的非振荡过程） 1.放大系数K ⑴K的物理意义 K的物理意义：如果有一定的输入变化量ΔQ作用于过程，通过过程后被放大了K倍，变为输出变化量ΔW。 ⑵放大系数K对系统的影响 对控制通道的影响 对扰动通道的影响 2. 时间常数T ⑴时间常数T的物理意义 时间常数是被控过程的一个重要的动态参数，用来表征被控变量的快慢程度。 时间常数T的物理意义还可以理解为：当过程受到阶跃输入作用后，被控变量保持初始速度变化，达到新的稳态值所需要的时间就是时间常数T。 ⑵时间常数T对系统的影响 对控制通道的影响

对扰动通道的影响 3. 滞后时间τ ⑴纯滞后τ0（P142） ⑵容量滞后τn ⑶滞后时间τ对系统的影响 对控制通道的影响 对扰动通道的影响 §4.2 过程数学模型的建立 过程的（动态）数学模型---是指表示过程的输出变量与输入变量间动态关系的数学描 述。 过程的输入是控制作用u（t）或扰动作用f（t）, 输出是被控变量ｙ（t）． 数学模型：非参数模型，即用曲性或数据表格来表示，如阶跃响应曲线、脉冲响应曲线 和频率特性曲线；另一种是 参数模型，即用数学方程式来表示，如微分方程（差分方程）、传递函数、 状态空间表达式等。本节所涉及的模型均为用微分方程描述的 线性定常动态模型。 建立数学模型的基本方法 机理分析法-----通过对过程内部运动机理的分析，根据其物理或化学变化规律， 在忽略一些次要因素或做出一些近似处理后得到过程特性方程， 用微分方程或代数方程。这种方法完全依赖于足够的先验知识， 所得到的模型称为机理模型。机理分析法一般只能用于简单过 程的建模。机理分析法 实验测试法-----由过程的输入输出数据确定模型的结构和参数。 4.2.1机理分析法 微分方程建立的步骤归纳如下： ⑴根据实际工作情况和生产过程要求，确定过程的输入变量和输出变量。 ⑵依据过程的内在机理，利用适当的定理定律，建立原始方程式。 ⑶确定原始方程式中的中间变量，列写中间变量与其他因素之间的关系。 ⑷消除中间变量，即得到输入、输出变量的微分方程。 ⑸若微分方程是非线性的，需要进行线性化处理。 ⑹标准化。即将与输入有关的各项放在等号右边，与输出有关的各项放在等号左边，并按将幂排序。 例4.1 试列写图４.13所示RC无源网络的动态数学模型。设u i为输入变量，u o为输出变量。例4.2 图4.14所示为一测温热电偶，它可将被测温度转换为热电势E。图中介质的温度为T i，热电偶热端温度为T o。试列写热电偶的微分方程。 例4.3 一个串联液体贮槽，通过改变贮槽2的流出量Q out来控制其液位h2在一定高度。图中A1 、A2分别为两贮槽的截面积；R1、R2分别为阀1、阀2的阻力系数。是建立串联液体贮槽