2026年3月28日,在湖北武汉举行的“第十四届流体传动与控制学术会议”上,中国工程院院士、浙江大学工学部主任、流体动力基础件与机电系统全国重点实验室主任、浙江大学高端装备研究院院长杨华勇教授作了题为《人工智能赋能工程机械智能化的探索》的报告。杨院士立足工程机械少人化、无人化和高可靠运行的现实需求,围绕智能化数字底座、通用与专用相融合的垂直大模型、边缘高算力智能终端三项关键技术,结合无人矿山远程操控与挖掘、装载、运输协同,长大隧道盾构/隧道掘进机智能掘进以及大型装备智能运维等研究进展,深入阐释了人工智能如何从算力中心走向工程现场、从辅助决策走向自主决策,为流体传动与控制领域的智能化升级提供了新的思路。本文根据杨华勇院士现场报告内容及演示文稿整理。

针对排油口压力达到60 MPa以上的超高压轴向柱塞泵配流副局部减摩与缸体倾覆难以协同控制的问题,提出布置于配流盘辅助支承带的微斜面结构,并建立考虑微斜面几何、缸体姿态、油膜压力、端面弹性变形、黏温/压黏效应和粗糙表面统计接触模型微凸体接触的准热流固耦合混合润滑模型。以63 MPa工况下的配流副为对象,分析微斜面深度对油膜厚度、接触载荷、摩擦功耗、压力中心和缸体倾角的影响。结果表明,微斜面可形成局部收敛油膜并诱导附加动压,提高流体载荷分担比例,降低接触载荷占比和真实接触面积比例,改善混合润滑状态。然而,局部动压同时会重构端面压力分布,使压力中心迁移并改变支承力矩,导致缸体倾角随微斜面深度增大而增加,表明减摩收益与缸体倾覆加剧之间存在竞争制约关系。

轴向柱塞泵高速高压性能指标制约工程机械电动化发展进程,原因在于恶劣工况下柱塞泵配流副动态特性尚不明晰,正向设计缺少理论支撑。建立缸体动力学模型与动态油膜数值模型,系统研究高压重载工况下球面配流副油膜的动态特性,重点分析不同转速与不同负载压力对油膜压力分布、厚度分布及缸体倾覆度的影响。结果表明:在负载压力40 MPa的工况下,随着转速升高,配流副的压力冲击显著增加。当转速达4000 r/min时,压力超调量达68%;当缸体转速恒定为4000 r/min时,随着负载压力提升,油膜厚度差值逐渐减小,缸体倾覆度相应减小,抗倾覆特性得到提升;在保持负载压力恒定为40 MPa的条件下,随着转速提高,油膜厚度差值逐渐增大,缸体倾覆度随之增大,因此适当降低转速有助于增强缸体的抗倾覆特性。

提出了一种适用于悬架系统的二维插装式双向比例节流阀,该阀创新性地集成了二维阀、逻辑阀与主阀结构,通过二维活塞的周向旋转精准控制节流面积,并利用轴向位移实现双向油路的对称引导,有效解决了传统方案依赖复杂单向阀组导致的体积大、非线性阻力高等问题。建立了二维活塞转动与滑动的耦合数学模型,并利用AMESim软件对关键结构参数及动静态特性进行了仿真分析。结果表明:在21 MPa压力下额定流量达80 L/min,滞环仅为0.5%,线性度为3%,阶跃响应时间快至15 ms;该阀能够实现阻尼力在宽范围内连续可控,且系统具有良好的对称性与稳定性,适用于重型车辆半主动悬架系统。

针对液压伺服滑阀副污染卡滞问题,运用模型可视化试验和Fluent欧拉-欧拉固液两相流仿真研究均压槽内颗粒运动轨迹及分布特征。研究表明:颗粒在间隙内沿水平方向周期性弧形-直线轨迹运动,且横向偏移幅度逐渐减小。颗粒水平分布呈多峰起伏递减特征,槽深方向形成悬浮区、上平流层区、主流束区、下平流层区和槽底沉积区的五区结构。均压槽的“首槽效应”使得颗粒体积分数峰值高达0.105。槽间距减小颗粒体积分数峰值增大且槽底沉积增多;双槽结构首槽峰值较单槽最高增大约18%;槽位后移0.4 mm,首槽峰值由0.052升至0.064。研究结果为液压伺服阀高可靠性设计提供理论基础。

针对离心式水雾喷嘴在含杂质工况下易发生污染堵塞的问题,基于阿伯拉莫维奇最大流量原理设计了四种不同入口形式的离心式喷嘴,并保证在0.5 MPa压力下流量一致。采用Fluent软件对喷嘴内外流场、雾化特性及抗污染性能进行了数值模拟分析,其中雾化特性基于流体体积法进行表征,抗污染性能通过颗粒相间接评价。结果表明,在相同入口形式下,入口直径较大的喷嘴抗污染性能更优;圆柱形入口喷嘴内流场更加规则,其抗污染性能优于薄壁圆锥形入口。通过流量、压力及抗污染试验对仿真结果进行了验证,试验结果与数值模拟结论一致,喷嘴流量与理论值偏差在允许范围内。

针对大流量工况下气体流速分布不均导致流量测量精度下降的问题,提出一种旁路式超声波气体流量传感器,采用COMSOL软件建立CFD数值模型,系统研究了四种节流元件在不同旁路进气口直径(2~6 mm)下的分流特性。结果表明,所有结构在50~120 L/min大流量区间分流比均趋于稳定,在5~50 L/min小流量区间存在不同程度的偏移;叶片式元件对应的旁路分流比较低,存在最佳进气口尺寸使最大相对误差最小,其中最优结构下分流比最大误差仅3.25%,有助于提高流量稳定测量上限并简化标定;孔板式元件在大流量下线性度更优,大流量区间内分流比标准差最小可达0.012%,具有更高精度潜力与鲁棒性。同时通过试验对优选结构进行测试,与仿真结果基本吻合,验证了CFD模型的有效性。结果揭示了不同流量传感器结构的分流特性,为面向多应用场景的结构优选提供了理论依据与数据支撑。

随着工程机械领域轴向柱塞泵向宽转速范围发展,低转速工况下滑靴副润滑问题愈发突出。在低速条件下,滑靴副油膜厚度与表面粗糙度处于同一量级,表面粗糙度对润滑性能的影响不可忽略。基于此,建立了考虑表面粗糙度效应的滑靴副润滑方程,并结合滑靴副运动学方程及力与力矩平衡方程,构建了滑靴副润滑分析的数学模型。在此基础上,系统分析了均方根粗糙度、主轴转速、弹簧压紧力及液压油动力黏度等关键参数对滑靴副润滑性能的影响规律。研究结果表明:随着均方根粗糙度、主轴转速及液压油动力黏度的增大,滑靴副最小油膜厚度呈增大趋势;而随着弹簧压紧力的增加,最小油膜厚度逐渐减小。研究结果为宽转速工况下轴向柱塞泵滑靴副润滑性能的分析与优化提供了理论依据。

半导体湿法制程对液体化学品输送的低脉动、洁净度与机台空间利用率提出了更高要求。风囊泵因能耗低、自吸能力强成为半导体制程液体化学品输送的理想动力部件,但其输出脉动影响供液稳定性,现有气动波纹管阻尼器在更低脉动与紧凑化方面仍受限。因此,提出了气压反馈式气动波纹管阻尼器并构建集成式供液系统。首先建立了阻尼器多域耦合动力学模型,分析运动时序与衰减机理并确定结构参数。其次基于AMESim联合仿真开展敏感性分析,并以输出脉动为目标采用粒子群算法优化关键参数。最后研制样机并与传统系统对比验证,结果表明优化后输出压力脉动幅值降低79.67%,集成系统流量峰谷值降低75%,系统体积缩小74%,实现低脉动与紧凑化协同提升。

针对现有管道机器人负载能力弱、速度慢等问题,提出一种由水压人工肌肉驱动的仿生蚯蚓管道机器人。由于水压人工肌肉的特性,该仿生蚯蚓管道机器人具有一定过弯能力及管道适应性。基于蚯蚓蠕动原理、具备高柔性与强适应性的管道移动平台,完成水压人工肌肉驱动的仿生蚯蚓管道机器人建模。为突破速度限制,进一步设计机器人结构参数并规划高效运动步态,搭建试验平台开展管道内试验性能测试。试验结果表明机器人速度能够达到8.32 mm/s。

随着海上大兆瓦风机的发展,液压变桨执行器的高保真建模与失效安全评估日益重要。针对阀控液压变桨系统在阀口非线性(如限幅、死区和滞环)及阀芯动态作用下,简化模型难以准确表征其关键动态特征的问题,以8 MW阀控液压变桨系统为对象,基于AMESim建立元件级非线性模型,并在位置闭环PI控制基础上引入门控积分PI+Gate策略,以抑制小误差区无效积分累积。依据IEC 61400-1 DLC2.1提取桨距轴等效力矩,并按机构等效力臂换算为缸端载荷,以查表方式施加。仿真结果表明,与传统PI相比,PI+Gate可显著抑制超调。在25°工况下,稳态误差与超调改善最为明显;在90°工况下,到位保持精度有所提升,但在小角度和中角度工况下,收敛时间略有增加。在所设定边界条件下,失电后蓄能器可完成0°到90°紧急顺桨,末端仍保有约9 MPa残余压力。

飞控舵面在典型飞行剖面内的液压流量需求对液压系统额定工作流量、液压系统机载设备的关键性能指标及管路的管径确定都非常重要,但目前在设计阶段的液压流量计算准确度不高,存在严重的过设计情况。实验室阶段通过铁鸟台可以测量模拟飞行的舵面液压流量,但和真实飞行状态还是存在差异。在试飞阶段加装接触式流量传感器难度大且接触式流量传感器对系统自身的特性又会产生影响,加装非接触式超声波流量传感器则存在测量不准等问题。因此提出基于模型与飞行数据融合的舵面液压流量校准方法,以某型号液压系统及飞控舵面为对象,建立功率计算模型,通过铁鸟台数据对模型进行修正, 流量仿真结果与试验结果最大误差不超过2 L/min。再以飞行数据作为模型的输入,计算典型飞行剖面内的飞控舵面液压流量,用于开展液压系统功率设计的校准与液压系统的优化设计。

工业气动系统虽广泛用于自动化领域,但其能量效率较低,尤其因统一供气模式引起的过供能现象导致大量压缩空气浪费。为系统性地解决多执行器气动系统的压力能浪费问题,提出了一种基于非线性优化思想的分压供气节能方法。首先,建立气动系统的数学模型以精确量化系统能耗。进一步地,将气缸与减压阀的匹配问题建模为以系统总耗气量最小为目标的组合优化模型,并采用禁忌搜索算法进行高效求解,获得最优分组与供气压力方案。最后搭建由17个异质气缸组成的试验平台进行验证。结果表明,优化后的分压供气策略可显著降低系统能耗:单周期耗气量从统一供气的19.04 L降至9.07 L,节能率达52.34%。证实了智能优化方法在气动节能设计中的有效性,为工业气动系统改造提供了可行解决方案。

针对高聚物粘结炸药散粒体在点到点匀速定程压制过程中出现的速度扰动与颤振问题,提出了一种基于强非线性负载扰动补偿的散粒体精密压制成型运动控制方法。首先,基于等效承压面积加权平均的方法重新定义了负载压力,并建立了精密成型液压机的电液位置伺服系统数学模型。其次,提出了一种基于对消机制的非线性负载观测补偿器,使系统成为准解耦线性系统。最后,采用所研制精密成型液压机进行了试验验证。结果表明,与PID控制相比,采用所提出的非线性负载观测补偿器后,下压冲头和上顶冲头速度扰动标准差分别由0.0555、0.0550 mm/s降至0.0416、0.0442 mm/s,降幅分别为25.1%和19.6%。同时, 非线性负载观测补偿器改善了压坯的致密度与密度均匀性,使压坯总体孔隙率由3.472%降至1.980%,轴向逐层切片孔隙率标准差由0.511%降至0.452%。