一种考虑尺剪差双路反馈的板料成型设备安全评估方法

1.本发明涉及一种设备安全评估方法，尤其涉及一种考虑尺剪差双路反馈的板料成型设备安全评估方法。


背景技术：

2.随着经济社会的发展，板料成型加工装备正经历着面向全域的轻量化、智能化、可视化的快速发展，对诸如折弯机、转塔冲床、四边折弯机等常见的板料成型装备在运行过程中的安全性提出了新的挑战。这些设备往往都布置于人力密集型工厂的生产线上，若发生安全事故，轻则影响企业的正常工序工部生产，重则造成生命与财产损失，因此对运行过程中的板料成型加工设备进行在线安全评估是必要的。目前，大量板料成型设备的安全评估是离线状态下实现的，不能够充分考虑设备的实时状态，更不能以尺剪差的双路反馈效应为基础来体现系统性失效安全，因此，从考虑尺剪差双路效应的基础上来反馈板料成型设备的安全指标是非常必要的。


技术实现要素：

3.发明目的：本发明的目的是提供一种考虑尺剪差双路反馈的板料成型设备安全评估方法。
4.技术方案：本发明所述方法包括如下步骤：
5.(1)板料成型设备的尺剪差谐频仿真；
6.(2)传动箱尺剪差在线数据监测；
7.(3)反映单向折剪损失反馈系数的求解；
8.(4)反映双向冲压反馈系数的求解；
9.(5)双向综评安全表征量值系数的求解；
10.(6)材料成型设备的安全评估。
11.进一步地，所述步骤(1)包括：
12.(1.1)在pro-e软件中建立板料成型加工设备的三维模型，并在其传动系数的带轮部分设备多尺度的剪位差，在多楔带中模拟存在i个位置剪差，其中，i＝1，2，3，4，5，并将设置好尺剪差的传动系统重新装配到材料成型设备的三维模型中；
13.(1.2)将重新装配的三维模型导入到有限元分析软件ansys中，在谐响应分析模块下，对有限元分析模型进行网格划分，然后对其进行后处理自动仿真，求解第i个尺剪差所对应的频率f
it
及与fi相对应的变形∑i
t1
，并在后档箱板固定位置上获取传动系数、后档箱板上的频率d
it
以及与d
it
相对应的档箱板变形b
it
，其中为泊松比系数，i为位置剪差，i＝1，2，3，4，5，t为时间，t＝1，2
…
tm，tm为监测的总时间。
14.进一步地，所述步骤(1.2)中对有限元分析模型的网格划分采用六面体网格的划分方式。
15.进一步地，所述步骤(2)中将三轴振动传感器分别布置于存在i个位置剪差的板料
成型设备后档箱板的固定位置上，打开信号实时采集按钮，对x，y，z三轴在tm工作总时间上的振动频率a
it
进行实时监测，其中i为位置剪差，i＝1，2，3，4，5，t为时间，t＝1，2
…
tm，tm为监测的总时间，在此基础上，将主轴向的振动频率a
it
数据作为后续计算的数据并进行保存。
16.进一步地，所述主轴向为x，y，z三轴传感器监测频率最大的那个轴向。
17.进一步地，所述步骤(3)包括：
18.(3.1)根据步骤(1.2)中获得的第i个尺剪差所对应的频率f
it
、与fi相对应的变形∑i
t1
后档箱板上的频率d
it
以及与d
it
相对应的档箱板变形b
it
，获取d
it
＝f(f
it
)的方程式与b
it
＝f(∑i
t
)的方程式；
19.(3.2)结合步骤(1)和步骤(2)的相关数据，对反映单向折剪损失反馈系数di进行求解，如下式所示，
[0020][0021][0022]
其中，di为第i个尺剪差所对应的单向折剪损失反馈系数，f(f
it
)为在matlab软件中拟合的后档箱板频率d
it
与第i个尺剪差所对应的频率f
it
之间的六次方程，t为时间，t＝1，2
…
tm，tm为监测的总时间，μ
it
为泊松比系数，f(∑i
t
)为d
it
相对应的档箱板变形b
it
与fi相对应的变形∑i
t1
之间的函数关系，β为反映折剪的损失耗能系数，σ
sd
为单向折剪材料的屈服强度，σ
bd
为单向折剪材料的抗拉强度。
[0023]
进一步地，所述步骤(3.1)中通过在matlab软件中运用六次方程拟合的方法获取d
it
＝f(f
it
)与b
it
＝f(∑i
t
)的方程式。
[0024]
进一步地，所述步骤(4)在步骤(1)-(3)所分析数据的基础上，考虑双向冲压带来的实测性偏差，根据下式对反映双向冲压反馈系数si讲行求解，
[0025][0026][0027]
其中，si为双向冲压反馈系数，i为位置剪差，i＝1，2，3，4，5，a
it
为x，y，z三轴在tm工作总时间上的振动频率，第i个尺剪差所对应的频率f
it
，μ
it
为泊松比系数，t为时间，t＝1，2
…
tm，tm为监测的总时间，f(f
it
)为在matlab软件中拟合的后档箱板频率d
it
与第i个尺剪差所对应的频率f
it
之间的六次方程，α为反映冲压的损失耗能系数，σ
lims
为冲压材料所对应的双向疲劳强度极限，σ
ss
为冲压材料所对应的三点弯曲强度极限值，μ
it
为泊松比系数，t为时间，t＝1，2
…
tm，tm为监测的总时间。
[0028]
进一步地，所述步骤(5)在步骤(1)-(4)所分析数据的基础上，根据下式对双向综评安全表征系数z讲行求解，
[0029][0030][0031][0032]
其中，z为双向综评安全表征系数，si为双向冲压反馈系数，μ
it
为泊松比系数，t为时间，t＝1，2
…
tm，tm为监测的总时间，d
it
为后档箱板频率，α为反映冲压的损失耗能系数，β为反映折剪的损失耗能系数，x为冲断面截断系数，y为拉压面截断系数，τ
max
为材料的最大剪应力，σ
max
为材料的最大拉应力，σ
lims
为冲压材料所对应的双向疲劳强度极限，σ
bd
为单向折剪材料的抗拉强度。
[0033]
进一步地，所述步骤(6)在步骤(1)-(5)所分析数据的基础上，根据下式对材料成型设备的安全评估系数r讲行求解，
[0034][0035]
其中，r为材料成型设备的安全评估系数，τ
max
为材料的最大剪应力，σ
max
为材料的最大拉应力，μ
it
为泊松比系数，i为位置剪差，t为时间，t＝1，2
…
tm，tm为监测的总时间，z为双向综评安全表征系数，σ
lims
为冲压材料所对应的双向疲劳强度极限。
[0036]
有益效果：本发明与现有技术相比，具有如下显著优点：通过板料设备尺剪差谐频仿真确定设备在损耗情况下的谐振频率，结合谐振频率在线监测传动箱中尺剪差的损耗特征数据，求解反映单向折剪损失与双向冲压的反馈系数，并通过双反馈系数的融合获取双向综评安全表征量值系数，进而实现了板料成型加工设备实际厂房工作条件的量化安全评估，对板料成型生产加工过程的安全有重要意义。
附图说明
[0037]
图1为本发明的流程图。
具体实施方式
[0038]
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。
[0039]
如图1所示，本发明基于一种考虑尺剪差双路反馈的板料成型设备安全评估方法，其主要包括以下步骤：
[0040]
(1)板料成型设备的尺剪差谐频仿真
[0041]
(1.1)在pro-e软件中建立板料成型加工设备的三维模型，并在其传动系数的带轮部分设备多尺度的剪位差，即尺剪差。在多楔带中模拟存在i个位置剪差(i＝1，2，3，4，5)，并将设置好尺剪差的传动系统重新装配到材料成型设备的三维模型中；
[0042]
(1.2)将重新装配的三维模型导入到有限元分析软件ansys中，在谐响应分析模块下，采用六面体网格的划分方式对有限元分析模型进行网格划分，然后对其进行后处理自动仿真，求解第i个尺剪差所对应的频率f
it
及与fi相对应的变形∑i
t1
，泊松比系数(i为位置剪差，i＝1，2，3，4，5；t为时间，t＝1，2
…
tm，tm为监测的总时间)。并在后档箱板固定位置上获取传动系数，后档箱板上的频率d
it
，及与d
it
相对应的档箱板变形b
it
。
[0043]
(2)传动箱尺剪差在线数据监测：
[0044]
在步骤(1)的基础上，将三轴振动传感器布置于分别存在i个位置剪差的板料成型设备后档箱板的固定位置上，打开信号实时采集按钮，对x，y，z三轴在tm工作总时间上的振动频率a
it
(i为位置剪差，i＝1，2，3，4，5；t为时间，t＝1，2
…
tm，tm为监测的总时间)进行实时监测，并在此基础上，将三轴传感器监测频率最大的那个轴向作为主轴向，并将主轴向的a
it
数据作为后续计算的数据并进行保存。
[0045]
(3)反映单向折剪损失反馈系数的求解：
[0046]
在步骤(1)中获得的第i个尺剪差所对应的频率f
it
及与fi相对应的变形∑i
t1
，后档箱板上的频率d
it
，及与d
it
相对应的档箱板变形b
it
的基础上，在matlab软件中运用六次方程拟合的方法求解，获取d
it
＝f(f
it
)的方程式与b
it
＝f(∑i
t
)的方程式，
[0047]
然后结合步骤(1)与步骤(2)的相关数据，代入下式，对反映单向折剪损失反馈系数di进行求解，
[0048][0049]
其中，di为第i个尺剪差所对应的单向折剪损失反馈系数，f(f
it
)为在matlab软件中拟合的后档箱板频率d
it
与第i个尺剪差所对应的频率f
it
之间的六次方程，其中t为时间，t＝1，2
…
tm，tm为监测的总时间，μ
it
为泊松比系数，f(∑i
t
)为d
it
相对应的档箱板变形b
it
与fi相对应的变形∑i
t1
之间的函数关系，β为反映折剪的损失耗能系数，
[0050][0051]
其中，β为反映折剪的损失耗能系数，σ
sd
为单向折剪材料的屈服强度，σ
bd
为单向折剪材料的抗拉强度。
[0052]
(4)反映双向冲压反馈系数的求解：
[0053]
在步骤(1)-(3)分析数据的基础上，考虑双向冲压带来的实测性偏差，代入下式对反映双向冲压反馈系数si进行求解，
[0054][0055]
其中，si为双向冲压反馈系数，i为位置剪差，i＝1，2，3，4，5，a
it
为x，y，z三轴在tm工作总时间上的振动频率，第i个尺剪差所对应的频率f
it
，μ
it
为泊松比系数，t为时间，t＝1，2
…
tm，tm为监测的总时间，f(f
it
)为在matlab软件中拟合的后档箱板频率d
it
与第i个尺剪差所对应的频率f
it
之间的六次方程，α为反映冲压的损失耗能系数，
[0056][0057]
其中，α为反映冲压的损失耗能系数，σ
lims
为冲压材料所对应的双向疲劳强度极限，σ
ss
为冲压材料所对应的三点弯曲强度极限值，μ
it
为泊松比系数，t为时间，t＝1，2
…
tm，tm为监测的总时间。
[0058]
(5)双向综评安全表征量值系数的求解：
[0059]
在步骤(1)-(4)分析数据的基础上，代入下式对双向综评安全表征系数z进行求解。
[0060][0061]
其中，z为双向综评安全表征系数，si为双向冲压反馈系数，μ
it
为泊松比系数，t为时间，t＝1，2
…
tm，tm为监测的总时间，d
it
为后档箱板频率，α为反映冲压的损失耗能系数，β为反映折剪的损失耗能系数，x为冲断面截断系数，y为拉压面截断系数，
[0062][0063][0064]
其中，x为冲断面截断系数，y为拉压面截断系数，τ
max
为材料的最大剪应力，σ
max
为材料的最大拉应力，σ
lims
为冲压材料所对应的双向疲劳强度极限，σ
bd
为单向折剪材料的抗拉强度。
[0065]
(6)材料成型设备的安全评估：
[0066]
在步骤(1)-(5)分析的基础上，代入下式对材料成型设备的安全评估系数r进行求解，
[0067][0068]
其中，r为材料成型设备的安全评估系数，τ
max
为材料的最大剪应力，σ
max
为材料的最大拉应力，μ
it
为泊松比系数，i为位置剪差，t为时间，t＝1，2
…
tm，tm为监测的总时间，z为双向综评安全表征系数，σ
lims
为冲压材料所对应的双向疲劳强度极限。

技术特征：
1.一种考虑尺剪差双路反馈的板料成型设备安全评估方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：(1)板料成型设备的尺剪差谐频仿真；(2)传动箱尺剪差在线数据监测；(3)反映单向折剪损失反馈系数的求解；(4)反映双向冲压反馈系数的求解；(5)双向综评安全表征量值系数的求解；(6)材料成型设备的安全评估。2.根据权利要求1所述的考虑尺剪差双路反馈的板料成型设备安全评估方法，其特征在于，所述步骤(1)包括：(1.1)在pro-e软件中建立板料成型加工设备的三维模型，并在其传动系数的带轮部分设备多尺度的剪位差，在多楔带中模拟存在i个位置剪差，其中，i＝1，2，3，4，5，并将设置好尺剪差的传动系统重新装配到材料成型设备的三维模型中；(1.2)将重新装配的三维模型导入到有限元分析软件ansys中，在谐响应分析模块下，对有限元分析模型进行网格划分，然后对其进行后处理自动仿真，求解第i个尺剪差所对应的频率f
it
及与f
i
相对应的变形∑i
t1
，并在后档箱板固定位置上获取传动系数、后档箱板上的频率d
it
以及与d
it
相对应的档箱板变形b
it
，其中为泊松比系数，i为位置剪差，i＝1，2，3，4，5，t为时间，t＝1，2
…
t
m
，t
m
为监测的总时间。3.根据权利要求2所述的考虑尺剪差双路反馈的板料成型设备安全评估方法，其特征在于，所述步骤(1.2)中对有限元分析模型的网格划分采用六面体网格的划分方式。4.根据权利要求1所述的考虑尺剪差双路反馈的板料成型设备安全评估方法，其特征在于，所述步骤(2)中将三轴振动传感器分别布置于存在i个位置剪差的板料成型设备后档箱板的固定位置上，打开信号实时采集按钮，对x，y，z三轴在t
m
工作总时间上的振动频率a
it
进行实时监测，其中i为位置剪差，i＝1，2，3，4，5，t为时间，t＝1，2
…
t
m
，t
m
为监测的总时间，在此基础上，将主轴向的振动频率a
it
数据作为后续计算的数据并进行保存。5.根据权利要求4所述的考虑尺剪差双路反馈的板料成型设备安全评估方法，其特征在于，所述主轴向为x，y，z三轴传感器监测频率最大的那个轴向。6.根据权利要求1所述的考虑尺剪差双路反馈的板料成型设备安全评估方法，其特征在于，所述步骤(3)包括：(3.1)根据步骤(1.2)中获得的第i个尺剪差所对应的频率f
it
、与f
i
相对应的变形∑i
t1
后档箱板上的频率d
it
以及与d
it
相对应的档箱板变形b
it
，获取d
it
＝f(f
it
)的方程式与b
it
＝f(∑i
t
)的方程式；(3.2)结合步骤(1)和步骤(2)的相关数据，对反映单向折剪损失反馈系数d
i
进行求解，如下式所示，
其中，d
i
为第i个尺剪差所对应的单向折剪损失反馈系数，f(f
it
)为在matlab软件中拟合的后档箱板频率d
it
与第i个尺剪差所对应的频率f
it
之间的六次方程，t为时间，t＝1，2
…
t
m
，t
m
为监测的总时间，μ
it
为泊松比系数，f(∑i
t
)为d
it
相对应的档箱板变形b
it
与f
i
相对应的变形∑i
t1
之间的函数关系，β为反映折剪的损失耗能系数，σ
sd
为单向折剪材料的屈服强度，σ
bd
为单向折剪材料的抗拉强度。7.根据权利要求6所述的考虑尺剪差双路反馈的板料成型设备安全评估方法，其特征在于，所述步骤(3.1)中通过在matlab软件中运用六次方程拟合的方法获取d
it
＝f(f
it
)与b
it
＝f(∑i
t
)的方程式。8.根据权利要求1所述的考虑尺剪差双路反馈的板料成型设备安全评估方法，其特征在于，所述步骤(4)在步骤(1)-(3)所分析数据的基础上，考虑双向冲压带来的实测性偏差，根据下式对反映双向冲压反馈系数si讲行求解，根据下式对反映双向冲压反馈系数si讲行求解，其中，s
i
为双向冲压反馈系数，i为位置剪差，i＝1，2，3，4，5，a
it
为x，y，z三轴在t
m
工作总时间上的振动频率，第i个尺剪差所对应的频率f
it
，μ
it
为泊松比系数，t为时间，t＝1，2
…
t
m
，t
m
为监测的总时间，f(f
it
)为在matlab软件中拟合的后档箱板频率d
it
与第i个尺剪差所对应的频率f
it
之间的六次方程，α为反映冲压的损失耗能系数，σ
lims
为冲压材料所对应的双向疲劳强度极限，σ
ss
为冲压材料所对应的三点弯曲强度极限值，μ
it
为泊松比系数，t为时间，t＝1，2
…
t
m
，t
m
为监测的总时间。9.根据权利要求1所述的考虑尺剪差双路反馈的板料成型设备安全评估方法，其特征在于，所述步骤(5)在步骤(1)-(4)所分析数据的基础上，根据下式对双向综评安全表征系数z讲行求解，数z讲行求解，数z讲行求解，其中，z为双向综评安全表征系数，s
i
为双向冲压反馈系数，μ
it
为泊松比系数，t为时间，t＝1，2
…
t
m
，t
m
为监测的总时间，d
it
为后档箱板频率，α为反映冲压的损失耗能系数，β为反映折剪的损失耗能系数，x为冲断面截断系数，y为拉压面截断系数，τ
max
为材料的最大剪应
力，σ
max
为材料的最大拉应力，σ
lims
为冲压材料所对应的双向疲劳强度极限，σ
bd
为单向折剪材料的抗拉强度。10.根据权利要求1所述的考虑尺剪差双路反馈的板料成型设备安全评估方法，其特征在于，所述步骤(6)在步骤(1)-(5)所分析数据的基础上，根据下式对材料成型设备的安全评估系数r进行求解，其中，r为材料成型设备的安全评估系数，τ
max
为材料的最大剪应力，σ
max
为材料的最大拉应力，μ
it
为泊松比系数，i为位置剪差，t为时间，t＝1，2
…
t
m
，t
m
为监测的总时间，z为双向综评安全表征系数，σ
lims
为冲压材料所对应的双向疲劳强度极限。

技术总结
本发明公开了一种考虑尺剪差双路反馈的板料成型设备安全评估方法，包括如下步骤：板料成型设备的尺剪差谐频仿真；传动箱尺剪差在线数据监测；反映单向折剪损失反馈系数的求解；反映双向冲压反馈系数的求解；双向综评安全表征量值系数的求解；材料成型设备的安全评估。本发明通过双反馈系数的融合获取双向综评安全表征量值系数，进而实现了板料成型加工设备实际厂房工作条件的量化安全评估，对板料成型生产加工过程的安全有重要意义。型生产加工过程的安全有重要意义。型生产加工过程的安全有重要意义。


技术研发人员：朱林 刘林潼 汪俊豪 黄欣怡
受保护的技术使用者：扬州大学
技术研发日：2023.05.24
技术公布日：2023/8/24