为满足重载车辆悬挂在复杂路况下对大承载、宽频阻尼与刚度可调的需求,以双气室油气弹簧为研究对象,开展动态特性建模与结构参数优化研究。基于油气弹簧的工作机理,引入分数阶Zener模型,并从频域角度建立等效刚度与等效阻尼的表征方法,分析不同分数阶导数对系统动态响应的影响。在此基础上构建车辆悬挂模型,以平顺性与操控稳定性为优化目标、以动行程为约束,采用粒子群算法对油气弹簧的关键结构参数进行多目标优化。通过油气弹簧台架试验与四分之一车辆悬挂性能试验,对模型有效性及优化效果进行对比验证。研究表明,所建模型能够较好反应双气室油气弹簧的宽频动态特性,优化后的参数组合可在满足约束的前提下提升悬挂综合性能,为重载车辆油气悬挂设计与性能改进提供了可行的方法与工程参考。

针对伺服马达传统组合密封在动密封工况下易磨损、易泄漏的问题,基于X形圈、O形圈与矩形圈的组合特性提出新型组合密封结构。采用ANSYS建立二维轴对称有限元模型,在参数相同条件下与传统结构进行对比;结合接触应力分布,逆向求解Reynolds方程获得油膜厚度,并计算泄漏量与摩擦力;进一步基于L₉(3⁴)正交试验,以泄漏量为指标定量评估压缩率、介质压力与摩擦系数的影响。结果表明,新型结构应力分布更合理,泄漏量降低6.9%、摩擦力降低2.5%;正交分析显示介质压力影响最大,其次为压缩率,摩擦系数影响最弱。

航空燃油柱塞泵作为航空发动机燃油控制系统的核心动力单元,其滑靴副在高温、高压、高转速以及低黏度介质等极端工况下的润滑性能直接影响泵体服役寿命与可靠性。为改善滑靴副的润滑状态、降低摩擦损耗,需深入探究其动静压混合润滑机制。为此,提出一种基于流体动压效应的滑靴副瞬态润滑建模方法。通过分析滑靴运动特性推导非对称油膜厚度公式,并采用有限体积法与逐点超松弛迭代法求解雷诺方程。进一步引入牛顿-拉夫逊非线性优化方法求解动态力平衡方程组,重构滑靴副油膜的挤压与偏斜行为,建立流体动压润滑模型。在此基础上,探究了出口压力、进口压力及转速对最小油膜厚度、最大油膜压力以及摩擦损耗功率等关键润滑参数的影响规律。研究表明:在排油区与低压区,滑靴分别主要受挤压效应与动压效应影响;在高低压转换区域,滑靴油膜厚度与倾覆程度最小,同时伴随显著的压力脉动,压力峰值可达19.5 MPa。整体而言,转速对功率损耗的影响最为显著,当转速从1500 r/min提高至3500 r/min时,功率损耗峰值增加50.4 W。因此,高转速是导致滑靴倾覆加剧、功率损耗上升及机械效率下降的主要原因。

针对空间站环控生保系统对减压阀高密封性、压力稳定性及力学环境适应性的严苛技术要求,设计了一种膜片式减压阀。通过在出入口集成微米级过滤器,提升产品容污能力,从源头阻断多余物引发的密封失效;节流副采用钛合金-氟橡胶刃口密封结构,结合硬限位设计,实现低密封力下的长寿命可靠密封;优化膜片结构与细牙螺纹调节结构,提升出口压力控制精度。基于力学仿真完成结构特性分析,结果表明产品前三阶固有频率均大于2200 Hz,满足空间站力学设计规范;经随机振动、冲击等力学试验及氦质谱检漏、零流量压力爬升等密封性能测试,产品力学环境试验前后性能一致性良好,外漏率不大于8.0×10^-7 Pa·m³/s,0.5 h压力爬升不大于0.63 kPa,各项指标均优于设计要求。该产品已实现在轨成功应用,为航天领域高精度减压阀设计提供参考。

针对开关式惯容切换悬架在大冲击行驶工况时,难以实现大小惯容切换前后等阻尼力的问题,提出了锥阀与长直管道并联的技术方案,通过改变锥阀的节流面积,实现对长直管道阻尼力的实时跟随。分析锥阀和长直管道的压差-流量特性,获得锥阀通道和长直管道通道等阻尼力所需锥阀的实时阀芯位移;构建了长直管道阻尼力的锥阀跟随策略,完成对跟随策略关键参数的优化。对悬架正弦大冲击工况和实际大冲击行驶工况分别进行AMESim仿真,获得悬架正弦大冲击工况的速度-阻尼力曲线和实际大冲击行驶工况的阻尼力变化曲线,并对正弦大冲击工况进行试验验证。结果表明:该方案在正弦大冲击工况下,锥阀通道与长直管道通道阻尼力误差由固定阻尼孔的29.36％降低为5.85％;在实际大冲击行驶工况下,由16.15％降低为2.22％。

针对液压系统中换向阀与液压缸的故障特性复杂、故障诊断准确率低的问题,提出一种融合线性核和高斯核的混合核支持向量机算法,该算法能显著提升支持向量机对复杂故障数据的分类能力。在此基础上,结合粒子群优化算法与一对一多分类策略,使混合核支持向量机故障诊断模型具备参数寻优与多分类的能力。为验证算法有效性,搭建换向阀与液压缸故障试验台采集出故障流量信号数据,通过时域特征提取与主成分分析进行预处理,再将预处理后的数据输入改进的故障诊断模型中进行训练与验证。分类结果表明:该方法在换向阀与液压缸故障诊断中的准确率为97.11%,相较于其他故障诊断模型,该模型具有更高的故障诊断精度和更优的分类性能。

针对传统电动叉车液压系统能耗高的问题,为解决泵阀协同系统控制复杂度高与参数整定难度大等关键技术瓶颈,引入线性自抗扰控制器以优化系统动态性能,并结合改进大蔗鼠优化算法实现控制参数的自适应寻优。首先,基于系统原理分析,构建泵阀协同电液伺服控制系统的数学模型;其次,设计控制策略,分别为泵控、阀控子系统配置线性自抗扰控制器,并开发压力指令控制器,实现多子系统的协同调控;再次,将改进大蔗鼠优化算法应用于线性自抗扰控制器的参数整定;最后,搭建AMESim和Simulink联合仿真模型并进行验证。仿真结果表明,所设计的控制策略能有效调节伺服阀的开度和液压泵的输出流量和压力,对比PID控制的泵阀协同控制系统,提高了液压系统的响应速度和控制精度,将位置误差稳定控制在0.003 m 以内;与传统阀控系统相比,显著减少节流和溢流损失,节能率达到 41.78%。

粘结剂喷射增材制造技术因其在制造复杂内部结构的独特优势,为液压流道的设计提供了新思路。针对传统减材制造导致液压流道压力损失过大的问题,以典型L形流道和T形三通流道为研究对象,采用有限元仿真与拓扑优化方法,以压力损失最小化为优化目标,获得了流道最优化拓扑构型,并进行了打印制造及试验验证。结果表明:在入口速度为6 m/s时,优化后的二通流道压力损失降低约50%,T形三通流道分流工况与合流工况压力损失分别降低约59.6%和67%,优化效果显著,且试验数据与仿真结果相吻合。研究成果为开发轻量化、低压损的液压流道提供了参考。

针对过盈配合连接产生的内部预应力,研究了过盈配合条件下电液伺服阀分离型衔铁组件的振动特性。首先基于分离型衔铁组件结构模型建立了预应力条件下的动力学模型,采用有限元分析方法建立了三维仿真模型,并通过四种不同的仿真方法对衔铁组件的模态进行了对比分析。为了验证仿真结果的可靠性,通过电驱动器向扭矩电机施加扫频信号测定分离衔铁组件的固有频率,从而验证仿真分析的可行性。在此基础上,研究了过盈配合对分离式衔铁组件振动特性的影响。结果表明,过盈配合会影响衔铁组件的模态,随着过盈配合量的增加,与衔铁组件的第一、第三和第四阶模态对应的固有频率都随过盈配合量的增大而减小,但变化幅度较小,而与第二阶模态对应的固有频率逐渐减小,研究结果为电液伺服阀的结构优化设计提供了技术支持。

针对输电架线液压张力机的恒张力控制问题,提出了一种新型非线性自抗扰控制方法。首先,设计了一种自适应带宽扩张状态观测器,其带宽能根据扰动误差自适应调节,可有效解决传统由于固定高带宽引起的扩张状态观测器噪声敏感问题。其次,为了提升张力控制的暂态性能,控制器中引入阻尼比自调节函数和积分终端吸引子,阻尼比自调节函数能够使系统阻尼比从欠阻尼向临界阻尼状态自适应过渡,可缩短调节时间和避免产生超调,积分终端吸引子能进一步加快张力收敛速度和增强系统抗扰动能力,使扩张状态观测器的带宽和噪声敏感性进一步降低。此外,利用Lyapunov稳定性理论对积分终端吸引子加快张力收敛速度和增强鲁棒性的机理进行了详细分析证明。最后,利用AMESim和Simulink搭建了联合仿真平台,将所提方法与传统自抗扰和比例积分控制器进行了仿真验证比较,仿真结果表明自适应扩张状态观测器能有效降低扩张状态观测器的噪声敏感性,对扰动的估计更为平滑,新型非线性自抗扰控制器对于阶跃型、时变型和参数摄动等多源扰动均有很好的鲁棒性,有效提升了恒张力控制性能。

针对现有液压机工作效率低、工作台振动大、能量利用效率低的问题,提出新型高-低压伺服泵高速液压系统与高速高精液压系统设计理论。为探究系统关键液压部件囊式蓄能器与插装阀的静动态特性,分别建立其数学模型与仿真模型,并得到其最佳工作参数。后基于高-低压伺服泵高速液压系统原理与关键元件模型,建立了YGM315高速液压机AMESim物理仿真模型与试验平台,分析对比了高速系统与传统系统的工作特性与能量分布规律。最后基于高速高精液压系统设计理论,设计出高速液压机液压系统参数化设计软件。仿真与试验结果表明:相比传统系统一个工作周期9.7 s,新型高速液压机一个工作周期仅4.5 s,其工作频次从6次每分提升到12次每分。此外,相比传统液压系统,新型高速系统快进转工进阶段滑块振动幅度下降70%,且单周期内新型高速系统整机能量输入减少35.6 kJ,能量利用效率提升近10%。

基于液压系统污染控制动态平衡机理,探讨了液压滤芯过滤比设计建模方法与设计实现途径,创建了以初始污染度、污染生成率、目标清洁度和工作流量为主要变量的设计计算模型。针对液压系统污染控制平衡技术原理,提倡围绕平衡污染度概念构建污染控制动态平衡试验验证的验证系统,详细论述了污染度“由高向低”和“由低向高”的试验过程与程序,明确列举了过滤比设计正确性与适配性的评判原则,为科学、合理地设计液压滤芯过滤比提供理论支撑与指导。

为减小箱式火箭炮发射过程中冲击力对发射架和弹箱的影响,提出了一种基于静液压执行器的弹箱滑移电液随动系统。介绍了弹箱滑移电液随动系统的结构组成、工作模式与工作原理,建立了弹箱滑移电液随动系统液压控制回路模型,研究了系统管道长度、管道直径、节流孔孔径等关键结构参数对随动时间、弹箱复位时间、接触冲击力等系统特性的影响规律。研究表明,节流孔孔径大小会影响弹箱与挡板之间的接触力,随着节流孔孔径的减小,接触力也会相应降低,同时随动时间会明显延长;当节流孔孔径增大到3.6 mm时,接触力会产生20%左右振荡,弹箱复位时间缩短。在弹箱滑移电液随动系统结构下,可根据火箭弹发射需要调节节流孔孔径以实现火箭炮发射过程随动特性调整。

水冲压发动机作为一种新型的动力装置,在水下武器以及水下航行器等领域具有广阔的应用前景。为保证水燃比稳定以准确获取水冲压发动机性能参数,设计了基于轴向进水的水冲压发动机地面直连试验系统,采用轴向柱塞泵增压与气动三口阀门主路旁路切换技术,实现了供水系统的流量稳定输出。在试验过程中,发动机点火时,供水系统流量随发动机补燃室背压上升而呈下降趋势,分析了柱塞泵的工作原理与流量泄漏的机理,使用AMESim对供水系统管路进行了建模,结合试验数据验证了仿真模型的可靠性,得出了试验中流量损失的主要原因是柱塞泵内部的流量泄漏,提出了流量损失的补偿策略并完成了试验验证,为后续的试验开展提供了有益的探索。