2022年, 第46卷, 第4期　刊出日期：2022-04-15

  

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理论研究
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  基于Lighthill声类比法的外啮合齿轮泵流致噪声特性研究

  强彦, 姜志远, 魏列江, 刘榕民, 罗小梅

  液压与气动. 2022, 46(4): 1-9. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2022.04.001

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  为深入了解外啮合齿轮泵运行中流致噪声规律,基于CFD和Lighthill声类比理论建立其流致噪声数值仿真模型,以研究不同转速工况下外啮合齿轮泵流致噪声特性,并搭建实验测试系统,用水听器对泵的出口2倍管径处流体噪声进行测量,以获得其时域和频域信息。结果表明:流致噪声由离散噪声和宽频带噪声构成,且基频及其倍频为流致噪声的主要频率;泵体辐射噪声的强度随齿轮转速的增加而非线性单调增长,且在1000~2000 r/min转速区间辐射噪声急剧增长(增量约20 dB);流致噪声的主频是由压力脉动的主频以及壳体的固有频率共同决定的。
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  气动人工肌肉外骨骼机器人位置跟踪控制

  赵智睿, 张航, 肖计春, 刘明芳, 李醒, 郝丽娜

  液压与气动. 2022, 46(4): 10-16. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2022.04.002

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  针对以气动人工肌肉作为关节驱动器的外骨骼机器人关节位置跟踪控制问题进行了研究。首先,在动力学模型的基础上,设计了上层控制器,并结合自适应控制和滑模控制方法降低了动力学参数不准确和扰动项未知对外骨骼机器人的影响;其次,基于无模型方法设计了底层关节力矩控制器,调整外骨骼机器人的关节力矩;最后,针对上述控制方案设计仿真实验与外骨骼机器人的穿戴实验。结果表明,该控制方法对气动人工肌肉外骨骼机器人的关节位置跟踪控制是有效的。
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  复合型流量计的测量模型

  刘涛, 李争彪, 谷百宁, 张策

  液压与气动. 2022, 46(4): 17-25. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2022.04.003

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  在无载液压缸动态特性良好的基础上,将其与伺服电机控制的计量泵并联连接,设计一种复合型动态流量计,可实现对连续偏置的动态流量精确测量。计量泵调节无载液压缸的活塞位置的同时测量偏置稳态流量,无载液压缸测量高频的动态流量,解决了无载液压缸的行程受限问题。结合复合型动态流量计的结构特性,提出了一种新的泵控缸动平衡控制方案来调节液压缸的活塞位置,提高了活塞的控制和响应速度;同时针对流量测量中的流体泄漏建立流量泄漏补偿模型,使动态流量的测量更精确。搭建实验系统,利用LabVIEW编写实验程序,结合涡轮流量计进行稳态流量测量校准。实验结果表明:复合型流量计方案可行,在稳态流量的测量中可以实现高精度的测量,在动态流量测量中,动态性能良好。
工程技术
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  压裂泵头体排液过程的非定常流动数值模拟

  魏超, 周思柱, 李美求

  液压与气动. 2022, 46(4): 26-33. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2022.04.004

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  相贯线处高速流体冲击会加速泵腔局部腐蚀和裂纹萌生,缩短泵头体服役寿命。为得到相贯线处流速变化规律,联合泵阀及柱塞的运动方程和动网格技术,模拟了不同排出压力、柱塞冲次、柱塞直径及压裂液黏度条件下泵头体排液过程,拟合了相贯线处的流速预测公式。结果表明:左右两侧相贯线处的流速高于邻近区域,曲柄转角位于262°～328°时,右侧相贯线处的流速相对稳定;相贯线处流速对排出压力不敏感;增大柱塞冲次,相贯线处的流速线性增大;柱塞直径增大,相贯线处流速呈比例增大;而黏度对流速的影响取决于柱塞冲次;拟合得到的流速预测公式的误差低于2.35%。模拟结果可为泵头体流动加速腐蚀试验研究提供理论依据。
理论研究
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  空间Z形管路液-固两相流冲蚀特性分析

  孙键琳, 张忠义, 何彤, 石岩, 高培鑫, 于涛

  液压与气动. 2022, 46(4): 34-43. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2022.04.005

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  空间Z形管路是油气开采过程典型的结构形式,在工程作业中受到高压高速液-固两相流的作用,容易导致管路系统产生冲蚀磨损失效。基于液-固两相流冲蚀磨损理论,选取合适的冲蚀磨损理论模型,讨论了流速、颗粒直径、质量流量、黏度以及重力等不同流体参数对管路系统弯头处的冲蚀磨损情况。结果表明:管路弯头处的冲蚀区域受内流场的影响存在明显差异,出口端弯头处的最大冲蚀率大于进口端弯管端。流速、颗粒直径、质量流量与整体管路最大冲蚀率呈正相关关系,黏度与整体管路最大冲蚀率呈负相关关系。分析了不同工况下空间Z形管路的冲蚀特性,获得了流体参数对管路冲蚀的影响规律,为工程实际复杂管路系统冲蚀磨损寿命预测提供技术参考。
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  基于改进遗传算法的电液伺服系统轨迹控制

  宋倩玉, 冯浩, 刘慧勤, 周世萱, 朱雅利, 张亦心, 殷晨波

  液压与气动. 2022, 46(4): 44-50. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2022.04.006

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  为了提高挖掘机器人电液伺服系统的轨迹精度,首先,建立挖掘机器人电液伺服系统模型;其次,对遗传算法的种群、适应度函数、交叉概率和变异概率进行改进,设计改进遗传算法的PID控制器,在联合仿真平台上进行了仿真研究,用阶跃和斜坡信号评估控制器性能;最后,搭建挖掘机器人轨迹控制实验平台,采用对挖掘机器人精度要求较高的斜坡作业验证控制器性能。结果表明:相比较于传统的PID控制器和经典遗传算法优化的PID控制器,改进遗传算法优化的PID控制器调整时间短,响应快速,实际动作控制时轨迹跟踪误差最小,可用在挖掘机器人实际轨迹控制中。
工程技术
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  液压动力站热特性测试与仿真分析

  谷正钊, 冯克温, 张红娟, 权龙

  液压与气动. 2022, 46(4): 51-58. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2022.04.007

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  以具有冷却系统的液压动力站为研究对象,通过测试和仿真,分析各类液压元件的产热和散热特性。根据元件特征参数和物理尺寸,在AMESim软件中建立液压动力站的仿真模型,并根据测试数据对模型进行校准和验证。结果表明,当油冷器中油液流量在40~80 L/min的范围内正弦变化时,油液压降和散热功率以相同的频率分别在0.005~0.030 MPa和9~21 kW的范围内变化。即使冷却风扇不工作,油冷器的散热量仍占系统总散热量的70%以上。当液压管路较长时,管路的散热量较大,不可忽略。研究结果可为液压系统热特性建模仿真和分析提供指导。
综合应用
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  基于SAE-DBN的联合收割机液压系统运行状态监测

  姜洪远, 杨光友, 刘浪, 刘威宏

  液压与气动. 2022, 46(4): 59-70. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2022.04.008

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  液压系统是联合收割机重要的组成系统之一,针对收割机液压系统故障特征提取困难以及多种故障场景下的预警准确率低等问题,提出了一种基于堆叠自编码器和深度信念神经网络融合(SAE-DBN)的联合收割机液压系统运行状态监测方法。在SAE-DBN模型训练过程中,依次训练AE层和RBM层并堆叠,分别得到SAE和DBN,再将SAE和DBN进行连接并微调模型参数。将液压系统中关键部位的参数作为SAE-DBN的输入,进行二次特征提取,然后对液压系统的运行状态进行分类。雷沃GM80型联合收割机的作业运行试验表明:基于SAE-DBN联合收割机液压系统运行状态监测的准确率达到了91.88%,与SAE和BP神经网络等方法相比分别提高了3.82%和8.09%,为液压系统故障诊断提供了一种新的思路。
工程技术
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  联合收获机谷物状态监测装置采样盒及其减振器

  练毅, 龚少军, 孙美艳

  液压与气动. 2022, 46(4): 71-78. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2022.04.009

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  联合收获机的作业参数与作业性能密切相关,为了满足联合收获机作业性能的实时监测需求,设计了谷物状态监测装置采样盒及其减振器。采用动力学原理分析了联合收获机作业过程中阻流阀往复运动的“采样-卸样”动作特性;运用能量守恒原理建立了有约束条件的减振器保守系统动力学模型;利用多体动力学分析软件ADAMS建立了减振器动力学模型的虚拟样机并进行了求解,通过田间试验验证了该装置的可行性。对比无减振器作业情况,有减振器时谷物状态监测装置获取的图像中籽粒和杂质边缘清晰,图像质量更高;在同样的图像处理算法下,有减振器时破碎率监测结果精度提升了13.7%,监测精度达到了81.3%,含杂率监测结果精度提升了33.6%,精度达到了86.0%。
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  闭式泵控液压机运行与能效特性

  李鹏和, 冯克温, 郝云晓, 张红娟, 权龙

  液压与气动. 2022, 46(4): 79-85. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2022.04.010

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  液压机的特点是滑块质量大,工进负载力大,其滑块空程下放造成了重力势能、动能等能量的浪费。为了回收利用这部分能量并且降低电机转矩,基于“伺服电机+定量泵”的闭式泵控方案,提出了带超级电容储能系统的双排量泵/马达闭式驱动液压机方案,并制定能量管理策略对能量进行回收与再利用。搭建了液压机试验台,试验结果表明,储能系统的能量回收效率为79.3%;进一步开展仿真研究,基于SimulationX多学科仿真软件,构建了液压机的多学科仿真模型,仿真结果表明,双排量泵能大幅度降低电机转矩,储能系统能够减少液压机整机6.9%的能耗。
理论研究
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  地面空调送风工况下改舱客机热舒适性数值模拟

  林家泉, 周同同, 邱岳恒

  液压与气动. 2022, 46(4): 86-93. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2022.04.011

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  改舱客机通过减小座椅排距增加客舱座位数,为航空公司带来经济效益,但座椅排距的改变使原有的地面空调送风方式已不适用于改舱客机,容易导致客舱内的热舒适性不佳。针对此问题建立了改舱后的波音737客舱仿真模型,并通过实验舱验证了仿真模型的准确性。基于合理的改舱模型,模拟分析了客舱内的温度场、风速场,考虑到改舱导致的客舱内部流场分布不均匀的问题,提出以预测平均投票(Predicted Mean Vote,PMV)和吹风感指数(Draft Rate,DR)作为热舒适性评价指标,构建评价函数综合评价改舱后的热舒适性,求解得出满足热舒适性要求的改舱客机最佳送风速度。该方法为改舱客机的热舒适性控制提供参考。
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  螺旋微流道中液滴离心驱动

  高志远, 谢忠强, 蔡勇超, 尤晖

  液压与气动. 2022, 46(4): 94-101. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2022.04.012

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  为研究离心驱动下液滴在螺旋微流道中的流动特性,建立了液滴流动物理模型;提出表面耗散的表达式并结合离心实验对其进行修正;利用仿真软件COMSOL计算黏性耗散公式中的系数;根据驱动功与耗散能守恒进而得到流速的理论公式;展开多因素多水平实验测量液滴的实际流速。结果表明:实际流速略小于理论预测值,但各因素对实际流速的影响与预测公式相符;液滴流动的特征表现为,毛细数和离心-邦德数呈正相关的线性关系,且较高的离心-邦德数对应的线性度更强。为其他方式驱动的液滴研究和相关应用的开发提供了理论借鉴和依据。
工程技术
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  并联式液压混合动力公交车能量管理控制策略研究

  王戈, 杨坤, 马超, 王杰, 王红敏, 王记磊

  液压与气动. 2022, 46(4): 102-109. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2022.04.013

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  针对城市公交车存在燃油经济性较差且排放污染高的问题,基于复合蓄能器的并联式液压混合动力公交车构型,提出了一种基于逻辑门限值的能量管理控制策略,实现工作模式的动态切换,并完成整车参数匹配,基于AMESim与MATLAB,搭建联合仿真平台,利用AMESim软件搭建整车液压系统模型,在MATLAB/Simulink/Stateflow环境下基于整车运行状况、高低压蓄能器压力与整车需求转矩搭建整车控制策略模型。在中国典型城市公交循环下对车辆经济性以及尾气排放情况进行仿真验证,仿真结果表明:在中国典型城市公交循环工况下,并联式液压混合动力公交车燃油消耗量为19.79 L/100 km,相比传统燃油公交车减少了31.2%,使车辆燃油经济性得到提高,并减少了排放,尾气中碳氧化合物、碳氢化合物、氮氧化合物的排放量分别减少了47.7%,34.9%,22.3%。
理论研究
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  滑阀V形阀口漩涡空化数值仿真分析

  陆亮, 王健, 凌扬洋, 李鸿向

  液压与气动. 2022, 46(4): 110-118. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2022.04.014

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  使用大涡模拟法(LES)模型、Mixture多相流模型及Schnerr-Sauer空化模型对滑阀V形阀口空化流场进行了数值仿真模拟。分析了V形滑阀在不同出口压力下的速度云图、压力云图和空穴形状,讨论了其中空化产生机制。结果表明:V形滑阀中空化主要分布在阀口上半部分和阀口后的阀腔中,阀口中的空化由流体漩涡运动的低压引起,阀腔中的空化由流体漩涡运动造成的压力脉动引起;无空化时阀腔中各处压力脉动主频一致,主频随入口压力降低而增大,空化出现后会破坏压力脉动的周期性。
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  膨胀土水射流清洗机理的实验及建模研究

  龙品瀛, 林义忠

  液压与气动. 2022, 46(4): 119-124. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2022.04.015

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  由于水射流清洗技术具有廉价高效、操作简单的特点而被业界广泛使用。为了研究水射流对土方机械粘附土壤的清洗行为,分析了基于清洁前沿的清洗速率与动量流量之间的线性关系,推导了射流垂直、射流移动和射流倾斜三种方式的清洗模型,研究了射流压力、射流移动速度和射流倾角对膨胀土清洗行为的影响。在此基础上,引入了膨胀土的固有阻尼常数,并修正了清洗速率公式。膨胀土的三种射流冲洗方式的实验结果与理论计算结果相一致,验证了模型的正确性。
工程技术
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  低温橡胶密封件摩擦磨损性能试验

  任亚斐, 鄂继明, 张斌, 谢文, 赵健, 苗利蕾, 乔旦, 周晓蕾

  液压与气动. 2022, 46(4): 125-130. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2022.04.016

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  橡胶密封件作为阀门产品的重要零部件,橡胶密封件的摩擦磨损性能直接影响其密封性和阀门产品寿命可靠性。针对低温橡胶硫化密封件进行密封力仿真确定,开展相关摩擦磨损试验。在干摩擦与脂润滑条件下,利用摩擦磨损试验机,测试不同摩擦配副之间的摩擦磨损性能,获得接触面表面形貌以及不同橡胶密封副之间的摩擦磨损量。结果表明:性能表现最佳的橡胶材料为氢化丁腈橡胶HNBR5080和耐磨丁腈橡胶A-4-1-J18。实验数据可为后续的阀门产品设计提供技术支撑。
理论研究
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  双向液压式调速器系统数学建模与仿真

  汤斯佳, 陶邦明, 董群, 蒋君侠

  液压与气动. 2022, 46(4): 131-138. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2022.04.017

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  螺旋桨飞机飞行时,调速器系统对飞机飞行的稳定性及发动机安全性起着关键作用。针对双向液压式调速器系统,通过数学建模和仿真方法研究该调速器系统的动态特性。以某双向液压式调速器系统为研究对象,分析其结构组成和工作原理,根据牛顿第二定律和流体连续方程分别建立了该调速器系统的力-运动数学模型和流量数学模型,并对数学模型中所有力的产生原因和求解方式进行了分析和求解。通过结合数学模型和仿真软件,分别对调速器控制活门和整个调速器系统进行了仿真,重点分析了无反馈的控制活门的实际运动过程和带反馈的整个调速器系统的发动机转速变化及螺旋桨角度变化,得到了控制活门的振动曲线和螺旋桨角度变化曲线。
工程技术
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  基于PCM数字阀和针形阀的流量调节装置设计

  康洪铭, 霍国, 成垒, 陈辅政, 唐领

  液压与气动. 2022, 46(4): 139-146. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2022.04.018

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  随着风洞高压供气试验对流量调节的指标不断提高,模拟调节阀已无法完全满足试验需求,同时针对目前数字阀存在的不足,设计了一种基于PCM数字阀和针形阀相结合的流量调节装置。该装置先通过PCM数字阀提供基准流量,针形阀再进行微调,从而实现流量调节。介绍了PCM数字阀喷嘴结构的设计、喉道面积的分配和电磁阀的参数计算,以及针形阀流量特性的分析、阀体结构和电动作动筒的设计,提出了流量控制流程和基于非线性自整定的PID调节控制策略。结果表明:该装置的流量调节范围达到了0.1~8.1 kg/s,绝对控制精度优于±3 g/s,相对控制精度优于±0.04% FS,同时具有调节时间短、超调量小、鲁棒性好等特点,可为风洞高压供气试验提供有力支撑。
理论研究
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  电控喷油器用超磁致伸缩致动器发展现状

  周肇奇, 何忠波, 薛光明, 周景涛, 荣策, 刘国平

  液压与气动. 2022, 46(4): 147-155. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2022.04.019

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  电控喷油器用致动器的性能,对喷油器喷油特性以及发动机工作性能具有重大影响。探讨了应用超磁致伸缩材料作为换能元件的超磁致伸缩致动器在电控喷油器中的应用现状。首先,介绍了超磁致伸缩致动器的发展背景;其次,简要介绍了超磁致伸缩材料的作用机理、优良特性以及超磁致伸缩致动器的结构原理;然后,将电控喷油器按照致动器通电工作方式、驱动方式的不同进行分类,系统梳理了超磁致伸缩致动器应用于电控喷油器的研究现状;最后,展望了电控喷油器用致动器的发展方向。
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  某型航空液压柱塞泵压力脉动优化设计

  谭竣泽, 卢岳良, 曹涛, 柯兵, 申同圣

  液压与气动. 2022, 46(4): 156-164. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2022.04.020

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  为解决飞机液压能源系统中液压柱塞泵压力脉动带来的危害,保证航空液压系统的工作稳定性,防止管路系统的损坏,以某型航空液压柱塞泵为研究对象,提出了基于配流盘包角和缓冲瓶容积的柱塞泵压力脉动优化设计方法,探究了柱塞泵压力脉动产生机理与配流盘包角设计原理。基于AMESim软件进行了柱塞泵压力脉动仿真分析,并通过试验进行了验证。结果表明:2号配流盘和240 mL缓冲瓶组合的压力脉动优化效果最佳。
工程技术
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  死区直接补偿的电液系统BP神经网络控制

  刘霞勇, 张潜, 刘正浩, 林贵华, 赵建

  液压与气动. 2022, 46(4): 165-172. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2022.04.021

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  为解决电液比例伺服系统无法精确定位的问题,推导了系统的流量动态平衡方程,并设计了一种基于死区直接补偿的BP(DZDC-BP)神经网络控制算法,即在线性化比例阀输入信号与输出流量关系的基础上,利用BP神经网络控制算法逼近非线性系统的特性,弥补系统中的非线性、未知参数、外部干扰和建模误差等问题,使得系统能够时刻跟随期望轨迹。使用MATLAB-AMESim软件对系统进行联合仿真,结果表明:无论系统有无外部干扰,DZDC-BP神经网络控制与有死区比例阀PID控制(PPID)和无死区比例阀PID控制(SPID)相比,系统的稳态误差都有显著的减少。说明DZDC-BP神经网络控制算法在一定程度上解决了系统中的死区和非线性等问题,同时具有良好的抗干扰能力,显著提高了系统的控制性能。
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  考虑磨损的组合密封性能分析

  王军润, 闫晓亮, 常凯

  液压与气动. 2022, 46(4): 173-180. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2022.04.022

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  针对橡塑组合密封圈的磨损和密封性能仿真方法开展研究,基于有限单元法开展接触压力的求解和磨损过程的仿真分析,采用有限差分法开展流-固耦合仿真分析获得密封间隙的压力和膜厚分布,提出了一种可用于组合密封圈磨损过程仿真和密封性能预测的方法。仿真过程中考虑了摩擦热对接触压力和磨损的影响,解决了塑料材质密封圈大体积磨损仿真时网格重构的难题,实现了磨损仿真过程中强度分析和流体力学分析的迭代求解,并实现了程序化。基于材料的摩擦磨损试验对模型参数进行了修正,通过旋转密封台架试验对仿真模型进行了验证。
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  “精准思政”视域下液压与气压传动课程教学模式探析

  路珍, 张青松, 葛磊, 陈伟才, 张文杰

  液压与气动. 2022, 46(4): 181-188. https://doi.org/10.11832/j.issn.1000-4858.2022.04.023

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  课程思政是将专业课程与思政教育相结合,是实现立德树人的重要途径。为贯彻全国高校思想政治工作会议和学校思政政治理论课教师座谈会精神,各大高校都全面开展了课程思政工作。液压与气压传动,是支撑和推动我国装备技术进步、实现制造强国目标的基础支撑。本研究以《液压与气压传动》课程为例在全面分析现阶段课堂教学工作现状和面临问题的基础上,深入挖掘其中蕴含的思想政治教育元素,在教学导向、教学内容、教学方法、教学对象上运用精准思维做到因时而进、因事而化、因势而新、因人而异的精准思政育人路径,达到液压与气压传动技术人才思想精神境界和专业技术能力的双向提高。