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钢轨单道多层超窄间隙焊接过程控制方法与系统
| 论文题名： | 钢轨单道多层超窄间隙焊接过程控制方法与系统 |
| 关键词： | 超窄间隙焊接;参数设定;钢轨焊接;多元线性回归;支持向量机 |
| 摘要： | 随着我国高速列车的迅猛发展，对列车的运行轨道提出了更高的要求，安全可靠、高质平顺的无缝铁路使列车运行速度得到了大幅提升。而接头处作为无缝铁路的薄弱之处，其焊接质量直接影响着列车的运行安全。在役铁路经常出现各种损伤，严重时则需要进行现场焊接修复。目前国内外主流的钢轨焊接方法大都难以满足高效、便捷的现场修复要求，课题组提出的焊剂带约束电弧超窄间隙焊接方法是一种设备使用便捷、热输入较低的高效焊接方法，实验证明该方法可有效保证焊接质量，具有重大应用前景。 钢轨焊接现场的环境十分恶劣，对焊接装置的便携性和系统的鲁棒性提出了更高的要求。本文以三菱的第三代可编程逻辑控制器FX3U-64MR/ES-A为控制核心，配合扩展模块FX3U-4DA、松下A5伺服驱动系统、自行设计的新型焊枪系统、通用公司的模拟焊机NB-500T等搭建超窄间隙焊接试验平台。基于多传感器和LabVIEW与PLC的通信开发具有焊接过程数据采集、焊接系统控制与焊接参数设定控制等功能的上位软件，可便捷高效地完成焊前参数一键设定，构建了集显示、检测、调速、焊接启停、起弧与稳定焊接参数切换等功能为一体的钢轨单道多层超窄间隙焊接系统。提升了其数字化、自动化程度，并进一步通过大量试验对焊接规范参数的设定方法作出研究。 结合超窄间隙焊接过程参数设置的经验及特性，建立了基于线能量的多元线性回归模型，并从模型的拟合优度、整体显著性、变量显著性等角度进行检验。根据超窄间隙焊接过程机理分析，建立了基于SVR的正向预测模型实现对焊道层高的精准预测，反向模型实现对焊接关键参数送丝速度和焊接速度的预测。采用正反模型闭环优化的策略，将反向模型获得的焊接参数再作为正向模型的输入，并作出灵敏度分析，不断修正参数使正向输出达到期望的层高值。最后将所有预测得到的焊接参数和坡口宽度作为SVR模型输入来预测该条件下的焊接线能量，联立线能量多元线性回归模型实现焊接电压设定，完成整个超窄间隙焊接参数设定工作。 最后用上述焊接系统及参数设定方法进行了BU71Mn钢轨超窄间隙焊接试验，研究证明该系统和参数设定方法可靠有效，可以得到焊接质量良好的钢轨接头。此外，针对钢轨焊接过程存在的问题进行了总结与分析，为后续开展试验和工业现场应用奠定了一定基础。 |
| 作者： | 常东东 |
| 专业： | 控制工程 |
| 导师： | 顾建军;张爱华;高伟 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 兰州理工大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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