抓木大挖掘机湖北省小型液压挖掘机挖掘履带挖掘机基于函数链神经网络的土壤振动掘削阻力软测量模型 5．2．2振动掘削过程振动参数优选试验数*据处理为考查振动参数对铲斗液压缸压力的影响，根据表5—8的试验方案安排了试验，各试验测得的铲斗液压缸压力如表5-9所示。通过对试验数*据的极差分析和回归分析，可得到其极差分析和回归分析结果如表5．10所示。淤试验号＼＼ 表5-9铲斗液压缸压力计算表 xo xtlmm x2／Hz XlX2 x3／cm．91 xlx3 枘 p．／MPa p} 0 (∞ (o) (5) 20．2 l 1 1 1 1 l l l 14．3 204．49 2 1 l l 1 ．1 ．1 —1 12．4 153．76 3 1 l —l -l l 1 ．1 14．1 198．81 4 l 1 ．1 一l —1 ．1 1 13．9 193．2l 5 1 ．1 l —l 1 ．1 l 14．8 219．04 6 1 ．1 l 一1 一l 1 一l 15．0 225．00 7 1 ．1 一l l 1 ．1 ．1 16．8 282．24 8 1 一l 一1 l —l 1 1 14．4 207．36 9 l 0 O 0 O 0 0 15．2 231．04 10 l 0 O O 0 O 0 15．1 228．01 11 l 0 0 O 0 O 0 15．3 234．09 联系方式: 杨先生：基于函数链神经网络的土壤振动掘削阻力软测量模型表5．10极差分析和回归分析表＼＼因素试验夸＼ Xo xl／mm ．N2／HZ xlx2 x3／cm．s。1 xlx3 xzx3 p／MPa p÷ K,s 54．7 56．5 58．9 61．O 57．8 57．4 极 K-V 61．o 59．2 57。8 55．7 57．9 58．3 差 码 4 4 4 4 4 4 spj，161．3 分 b 13．67 14．12 14．7 15．25 14．4 14．3 析 k-v 15．28 14．80 14．4 13．92 14．5 14．6 Spfl-2377．05 S-2377．05．161．32／11 弓 1．61 0．68 0．30 1．33 O．1 0．30 -11．81 回 岛 11 8 8 8 8 8 8 产10 归 辟 161．3 缶．3 —2．7 l-1 5．3 旬．1 旬．9 分匆 14．66 旬．78 旬．33 O．13 O．66 旬．01 旬．11 析马 2365．24 4．96 0．9l 0．15 3．5l 0．001 0．10 注：Klf为第_『列“1”水平所对应的试验指标肌的数值之和；K-v为第J『列“-1”水平所对应的试验指标Pi的数值之和；白为第j『列同一水平出现的次数；kl，为第J列“l”水平所对应的试验指标的平均值，等于试验的次数厅除以第歹列的水平数，即kls-Kl／ki；疋l，为第．，列“一l”水平所对应的试验指标的平均值，即疋l，一rl／ks,los为第J『列极差，即第J『列各水平对应试验指标平均值中的更大值减更小值；功为第J列的试验次数：马为第J列“l”、。·1”水平所对应的试验指标乃的数值之差。即BpglrK-v：易为第_『列“1”、“一1”水平所对应的试验指标历的数值之差的平均值，即b；a／Ds, ss为第_『列偏差平方和，即s．J-B?／os,石为自由度，为各列水平数减l，交互作用项的自由度为相交因素自由度乘积。联系方式: 杨先生：5．2．3振动掘削过程振动参数优选试验数*据回归分析假设铲斗液压缸压力与各试验因素的回归模型为： p-bo+Yb,工,+∑k毛毛 (5—2) j；l nFo．o．(3，7)=8 45 因此，在显著水平为001下，铲斗液压缸压力与各试验因素的回归方程为： P=14 66—0 78xl一0 33x2+0．66x3 (5—3) 式中，P为铲斗液压缸压力；柏为振幅，Xl=纠．8)／4i规为频率，x2=ff=15)／5{却为插入速度，两=(V-15)／10。故式(5．3)可以转化成：口；14．66一o 78(A-8)-0．33-i￡塑+0．66 i竺堡(5-4) 一4 5 10 将上式化简即可得到欲求的回归方程： p=A-0 066f+0 066V (5-5) 对铲斗液压缸压力的回归方程(5—5)的分析可以得出结论：振幅A对液压缸压力的影响更为显著，其次是插入速度V，而振动频率，的影响小于插入速度。而且在大振幅、高频率和低插入速度时，液压缸压力较低。联系方式: 杨先生：5．2．4撮动掘削过程振动参数优选匹配为了直观起见，可用3个因素的水平作横坐标，铲斗液压缸压力的平均值作纵坐标，做出各因素与铲斗液压缸压力的关系直方图，如图5-1所示。 j § 轻幽 矗爨《幅A 紧军， 插^运度F 图5-l各固素与铲斗液压缸压力的关系直方图极差的大小反映了因素变化时试验指标的变化幅度，所以因素的极差越大，就是该因素对指标的影响越大，它就越重要。从铲斗液压缸压力极差分析表5—10，或从因素与 第五章基于函数链神经网络的土壤振动掘削阻力软测量模型液压缸压力的关系直方图5．1中均可以看出，由于振幅列的极差更大，表示振幅对铲斗液压缸压力的影响更显著，插入速度对液压缸压力的影响较显著，而振动频率对液压缸压力的影响次显著。频率与振幅的交互作用、频率与插入速度以及振幅与插入速度的交互作用对试验指标的影响较小，故可以忽略。由此可以知道，本次试验中，3个因素对振动掘削阻力影响效果的主次顺序是：振幅A>插入速度诊振动频率^ 接下来分析3个因素的各水平对液压缸压力的影响。从图5．1中可以清晰地看出，振幅A在“1一水平时的液压缸压力比在“一1"水平时要小，振动频率，在“1"水平时的液压缸压力也比在“-l"水平时要小，而插入速度V在“1"水平时的液压缸压力比在“．1"水平时要大。由于要获得尽量小的液压缸压力，所以在确定3个因素的水平时，振幅应该取“1"水平，振动频率也应该取“1"水平，而插入速度应该取“一l"水平，所以振动参数的优选匹配方案趋势是：大振幅、高频率和低插入速度。因此，影响铲斗液压缸压力的各参数匹配中，更好的参数匹配是大振幅、高频率和低插入速度，即AfY-．，此时振幅A为12mm，振动频率厂为20Hz，插入速度V为5cm／s。同时，在铲斗液压缸压力计算表5．9中，可以发现，试验号2这一组试验的液压缸压力在所有11组试验当中也是更小的，这样也*正明了更好的参数匹配方案为：大振幅、高频率和低插入速度。需要特别指出的是，以上3个参数单独对振动掘削阻力的影响效果分析是针对试验所采用的密实红砂土而言的，此种情况下，振幅的选择以8mm---12ram为宜，在此范围内增大振幅对降低振动掘削阻力是有利的；振动频率的选择应接近被挖土壤的更佳振动频率，所以高频率的含义指在达到土壤的更佳振动频率20Hz之前应采取高频率的措施；而对于插入速度，为了降低振动掘削阻力应尽量降低插入速度，但是为了提高作业效率，则应增大插入速度，故应综合考虑插入速度大小的选择。 5．3振动掘削阻力函数链神经网络软测量模型尽管实际的振动掘削阻力可以利用铲斗液压缸油压来间接反映，并可获得与铲斗机构参数相关的数学模型进行计算。但由于不同液压挖掘机的相关机构参数不同，导致建立的模型应用时必须输入相应机构参数，从而增大了该模型应用的难度。因此，为提高本研究的适应性，在实际的土壤振动掘削过程中，通过利用不受液压挖掘机规格型号和品牌影响的振动掘削参数(包括振幅、插入速度和振动频率)实现对振动掘削阻力的快速测量与在线检测显得十分重要。 5．3．1软测量技术在现有的生产和技术条件下，许多过程控制场合中的某些重要过程变量难于直接测量或不易快速在线测量，只能通过控制其它可测变量或者采用其它数*据处理方式间接地保*正质量要求。因此，就出现了采用离线或在线试验数*据建立过程模型，揭示这些重要生产厂家