针对阀前补偿型多路阀压差不可控、流量调控范围受限和流量控制精度低等问题,提出了压差主动控制原理。采用比例减压阀调控补偿器阀芯受力,实现压差比例可控,根据工况主动调节,提升流量控制范围;其次设计主阀芯位移闭环、流量增益调节与液动力补偿的变增益控制策略,实现补偿不利因素影响、拟合目标流量曲线、提高主阀流量控制精度等功能。结果表明:改变减压阀压力,主阀压差可在0~1.28 MPa 内任意调控,流量调控范围为原阀流量的0%~131%。通过主阀芯位置闭环控制,提高其位置控制精度,进而改善主阀流量控制精度,流量滞环由4.6%降至2%,与原阀相比流量滞环减小50%以上。通过主动调整主阀压差,不改变主阀芯结构,用同一主阀实现多种流量增益控制效果;通过压差控制单元输出力,平衡补偿器液动力,消除液动力等扰动对主阀压差的影响,提升了主阀流量控制精度。

先导式电液比例溢流阀是用来控制系统中油液压力的压力控制阀,可根据工况要求以电信号控制电磁力从而实现对液压系统的压力控制,由先导阀、主阀和手调安全阀组成。由于控制阀口通流状态较为复杂,采用流量经验公式和传统的液动力公式难以准确计算阀口通流量和阀芯所受液动力,数学模型计算结果与试验存在较大差异。为了较为准确地获得溢流阀的静态特性,采用Fluent软件分别对主阀和先导阀进行流场仿真计算,获得不同阀口开度和压差下的阀芯受力和阀口通流量。利用插值方式得到阀芯受力和阀口通流量的插值模型,据此求解静态数学模型,得到溢流阀静态特性曲线。结果表明,采用插值模型求解所得静态特性曲线与试验曲线的吻合度更高。

现有阀控数字液压缸中集成的滑阀通常采用全周开口,其流量增益大、阀芯所受液动力大,严重影响数字液压缸的起动和切换时的动态响应特性。针对6种典型非全周开口滑阀结构,计算了各阀芯节流槽过流面积,确定了在过流面积相同的情况下,一级(U、V、K形)和二级(UU、UV、UK形)节流槽的结构参数;比较了不同结构形式的非全周开口滑阀的数字液压缸在阶跃信号下的响应和阶跃负载扰动的响应。仿真及实验结果表明:相较其他阀口形式,节流槽采用K形及UK形结构时,数字液压缸在阶跃输入信号下的响应较好;而相较于UK形节流槽,阀芯采用K形节流槽时,滑阀控制的数字液压缸的负载刚度更好,速度冲击更小,但活塞无杆腔建立工作压力较慢;阀芯采用UK形节流槽时,滑阀控制的数字液压缸的在相同负载干扰下响应速度更快。

为了减小液控逻辑阀的压力损失,提高油液的流动效率,基于CFD建立了阀内部的流体动力学模型,考虑流体空化的影响,分析液压油的流动特性、阀的流量-压力特性,并进行试验验证,探究不同阀口结构参数对压力损失的影响。结果表明:当进口流量大于60 L/min后,是否考虑空化的仿真与试验的误差分别为4.16%和22.41%;在锐边处采用圆滑过渡、增大阀套孔直径、减小阀芯直径能有效降低逻辑的压力损失,可为逻辑阀优化设计提供参考。

在气动机械手系统中引入基于数字孪生的建模方法,以实现气动机械手的仿真、控制以及监测,并为初学者提供更为直观地教学演示。采用Unity 3D平台配置孪生环境,创建物理实体的数字孪生体模型,使之建立通讯,实现运动状态和数据的实时更新,从而准确地实现孪生体模型的映射,对气动机械手采用多种控制方式。在ANSYS Workbench瞬态结构中对气动机械手夹持立方体的运动状态进行分析;在Unity 3D中对其结果进行二次开发,显示分析结果的梯度云图,为初学者提供直观的可视化模型。研究呈现了气动机械手运动仿真、虚实状态同步以及有限元分析二次开发的数字孪生系统。

针对双向液压机电液伺服系统中位移-力双变量高精度耦合控制需求,基于负载口独立控制结构设计了一种双向液压机位移-力耦合控制电液伺服系统,并建立了相应的数学模型,揭示了基于线性负载的位移-力耦合控制系统的物理规律,提出一种双向液压机位移-力耦合控制解耦方法,并通过仿真和试验平台对该方法有效性进行验证。结果表明,当系统运行稳定后,力的最大超调量为1.42 %,位移的最大超调量为0.8%,力闭环跟踪误差的标准差为447.5 N,位移闭环跟踪误差的标准差为0.037 mm。该方法实现了双向液压机位移与力的高精度耦合控制,增加了系统的自由度,为位移-力双变量耦合控制解耦方法的研究提供了新思路。

在线辨识轴向柱塞泵磨损状态对保证液压传动与控制系统的稳定可靠运行具有重要意义,但实际工况下的辨识性能受强噪声干扰。磨损状态辨识模型能通过对抗训练增强抗噪声鲁棒性,但庞大的参数量限制了其在边缘计算设备上的应用。为了兼顾抗噪声鲁棒性和模型体量,提出了一种基于对抗蒸馏的磨损状态在线辨识轻量化方法,设计了基于一维卷积神经网络的学生模型和教师模型,学生模型生成对抗样本作为知识迁移数据集,并通过知识蒸馏学习教师模型的鲁棒特征知识。通过故障注入、对比实验和消融实验,表明所提方法能兼具抗噪声鲁棒性强和模型结构轻量的优势。通过边缘部署和在线验证实验,验证所提方法能实时准确地辨识轴向柱塞泵磨损状态。

转向器是液压助力转向系统的核心,关乎车辆的舒适性和操稳性。而转阀作为转向器的关键部件,决定着转向器的性能。研究转阀工作原理及其参数对助力特性的影响,对提升转向系统性能至关重要。首先,介绍了液压助力转向系统的组成以及直线行驶和转向时的工作原理;其次,基于转向系统工作原理搭建AMESim模型,研究扭杆刚度、发动机转速、短切口长度、预开间隙轴向长度、预开间隙宽度、阀口坡口宽度等参数对助力特性曲线的影响;最后,对优化后的转向器进行试验验证。结果表明:结构优化后的转向器输入手力矩下降了15.5%,助力特性曲线整体向内偏移,提高了车辆的舒适性。

水下液压机械臂是用于水下特种作业的重要装备。目前控制液压机械臂进行水下作业时主要基于视觉反馈来确定作业位置,由于摄像头畸变、水流干扰等存在多种作业误差,容易在抓取、定位等作业时产生卡滞、楔紧等问题,严重影响作业效率和安全性。对此,提出了一种面向水下液压机械臂的主被动柔顺控制方法。通过末端夹具设计,补偿定位误差和偏转误差,实现被动柔顺;基于虚拟解耦控制方法建立精确位置控制器,结合接触力观测器和变阻抗控制,实现主动柔顺。实验验证了主被动柔顺控制的有效性,为水下液压机械臂的安全柔顺控制作业提供了参考。

扭矩脉动是导致内曲线马达产生振动和噪声的主要原因之一。为降低扭矩脉动,设计了U形阻尼槽配流盘;以马达柱塞腔流量压力脉动为基础,建立了阻尼槽配流面积变化及马达扭矩脉动的理论模型。基于AMESim平台建立了内曲线马达动态仿真模型,并采用响应面法对U形阻尼槽进行了参数优化。结果表明:扭矩脉动与U形槽结构参数间存在多种影响机制;相比无阻尼槽,优化U形槽后的配流盘可以使马达扭矩脉动程度降低44.55%。

提出了一种具备升降功能的新型油气缓冲器结构,既能满足缓冲功能,又能满足飞机装卸货物需求,通过虚拟仿真技术对该结构进行了性能参数分析。基于该新型升降式油气缓冲器的工作原理,搭建了其数学模型与仿真模型。结果表明:在一定范围内,该油气缓冲器的升降、缓冲性能与气腔初始压力呈正相关,与气腔初始容积呈负相关,但当气腔初始压力增至7.5 MPa或气腔初始容积减小至0.01 m³时,系统会出现抖动现象。研究结果为工程应用升降式起落架油气缓冲器的结构设计提供了参考,提高了设计效率和设计质量。

先导式气动比例阀作为气动比例控制系统的核心元件,其在时间响应上存在的迟滞性,影响了系统的控制响应速度。针对该问题,结合其内部结构和工作原理,分别对先导控制级、主阀芯的动力学特性以及阀内气体流动过程进行建模分析,并使用遗传算法对阀内的等效弹簧刚度及Stribeck摩擦系数等参数进行辨识。通过AMESim对先导式气动比例阀进行仿真分析,获得先导室上腔容积、等效弹簧刚度及先导级进气通道截面积等主要参数对响应迟滞以及控制精度的影响。以迟滞最小为目标,利用二次规划算法确定最优参数。结果表明:经过序列二次规划设计后,死区时间由0.041 s降为0.031 s,达到稳态的时间缩短了20.79%,并对不同口径的比例阀进行优化,在保证控制精度的前提下,响应迟滞均降低20%左右,为先导式气动比例阀的参数设计提供理论基础。

压力脉动主动抑制是提升数字液压阀控系统控制精度和可靠性的关键技术。然而,目前主动抑制方法在对压力脉动进行抑制时缺乏对其特性的深入理解,导致抑制效果不理想。因此,设计了压力脉动测试试验台,分析了系统中不同位置压力脉动的变化情况,探索了液压泵、高速开关阀对不同位置压力脉动的影响。结果表明:数字液压阀控系统中压力脉动的主要来自于高速开关阀持续开/关引起的水击现象,并且压力脉动的频率始终与阀的开/关频率保持一致。为设计前馈的压力脉动主动抑制系统提供了新思路,同时也为研发更高效的压力脉动衰减器提供了参考。

柱塞泵配流副油膜温度分布影响配流副油膜润滑、泄漏与摩擦。为了探究轴向柱塞泵配流副油膜的温度分布,搭建了配流副三点油膜厚度与多点温度测试平台。根据采集的配流副油膜三点膜厚试验数据,建立了配流副楔形油膜模型;考虑了柱塞腔、配流副油膜对缸体的静压力、配流副表面微凸体间作用力,建立了缸体轴向力平衡方程;考虑了配流副油膜的能量损失、热传导以及油液黏温特性,建立了配流副油膜热平衡模型。结果表明,配流副油膜最高温度值随着压力和斜盘倾角的增大而增大,最高温度点位置保持在高压腰型槽对称线两侧-20°~20°的区域内;最高温度理论与试验结果的相对误差小于8%。

气缸的运行速度由回路调速阀控制,缓冲装置吸收的能量受缓冲阀影响,将两阀按照一定的开度关系进行调整,可获得较好的缓冲状态,提升气缸工作效率。搭建气缸缓冲实验台,进行缓冲实验,寻找两阀圈数的对应关系。建立相应的AMESim气动仿真模型,给出不同开度下气缸的缓冲效果。采用声速放气法测量气动元件有效节流面积,得到有效缓冲时缓冲阀与回路调速阀的面积匹配关系。结果表明:只有部分调速阀开度可以获得有效缓冲状态,缓冲阀仅能在特定的小范围变化,缓冲难以调整,可依据研究给出的两阀面积匹配关系图,快速调定缓冲。

流量脉动是轴向柱塞泵输出油液时的固有属性,其诱发的压力脉动直接影响柱塞泵及整个液压系统的工作品质和服役寿命。为阐明轴向柱塞泵流量脉动成因和成分,建立了轴向柱塞泵三维瞬态CFD仿真模型,搭建了轴向柱塞泵出口压力脉动测试平台,验证了仿真模型的有效性。通过调整仿真模型的几何结构参数,解耦出柱塞泵流量脉动中的几何脉动、倒灌脉动、泄漏脉动和死区脉动分量,仿真分析了不同工况下各脉动分量对柱塞泵总流量脉动的幅值贡献率。结果表明,几何脉动和倒灌脉动加剧出口流量脉动,而死区脉动和泄漏脉动抑制出口流量脉动。在出口压力10 MPa和转速1000 r/min工况下,几何脉动和倒灌脉动对出口流量脉动的贡献率分别为9%和214%,死区脉动和泄漏脉动对出口流量脉动的贡献率分别为-35%和-88%。研究结果为轴向柱塞泵出口流量脉动的形成机理及抑制方法提供了重要理论依据。

反推作动系统用于控制与驱动飞机反推力装置的展开与收起,提高飞机着陆安全性,而作动的同步性直接影响飞机反推力效率和降落安全性。通过分析液压反推作动系统的同步性需求,开展同步作动架构论证,确定液压反推同步作动系统方案,建立相应的数学模型和AMESim仿真模型,分析不同工作工况、不同步载荷、不同流量控制阀方案对系统位移同步性的影响。结果表明,与分流阀、节流阀同步方案相比,调速阀的流量受系统工况的影响较小,载荷对系统作动同步性影响较小,采用基于恒流量控制的调速阀方案能够实现不同工况下反推力装置的同步展开与收起。

以减小阀芯在工作中所受的液动力为目标,以阀芯的外形结构参数为优化变量,对液压伺服阀阀芯结构优化的方法进行了研究。使用 SPEA2算法对阀芯的结构进行了多目标优化设计,获得了Pareto最优的阀芯结构设计方案。利用CFD仿真软件计算了优化前后阀芯流场和压力分布,验证了优化效果。搭建了一套实验平台,对优化前后的阀芯液动力进行测试,通过测量阀芯在工作时的速度以及受力情况等参数,计算出阀芯在工作过程中所受的稳态液动力。测试结果显示,经结构优化后的阀芯在不同开口位移下所受的液动力均出现了下降,稳态液动力平均下降14.86%,其变化趋势与仿真计算一致,均在阀口开口位移为0.6 mm时具有最大的优化效果,进一步验证了优化方案的可行性。

面向半导体制造装备等精密设备和仪器的高精度温控需求,提出了一种基于温度梯度衰减器的高精度温度控制系统。首先,将加热器作为温度调节器,实现对低频温度扰动的补偿;并且,利用温度梯度衰减器的流动混合机制,实现对流体温度高频扰动的削减;两者互补共同构成高精度温控系统。基于MATLAB/Simulink搭建仿真模型,在模型预测控制下对高精度温控系统的时域和频域进行扰动衰减分析。通过实验与仿真结果对比,发现与传统PID控制相比,采用模型预测控制的温控系统在热扰动引起的温升阶段最大温升降低了24%。结果验证了基于温度梯度衰减器的高精度温控系统的优异衰减效果及抗扰性能。

针对当前阀用电磁铁体积大、重量大、成本高等问题,提出用NiTi形状记忆合金丝通电加热驱动阀芯的线性力马达方案。在Brinson一维本构方程的基础上,建立了形状记忆合金热力学模型,并运用MATLAB Simulink进行不同电流下形状记忆合金丝的电-热仿真,分析形状记忆合金丝的热量对线性力马达驱动响应特性的影响;理论计算得到直径0.5 mm时三种不同长度记忆合金丝在复位弹簧刚度为20 N/mm时的最大位移和驱动力。搭建试验台,环境温度22 ℃、电流6 A时,三种不同长度记忆合金丝均在0.5 s左右分别达到最大位移1.8、2.1、2.5 mm,对应驱动力为58.4、61、80 N;与仿真结果相比,位移和驱动力误差均在10%以内;断电自然冷却响应时间为5 s,总响应时间5.5 s。结果表明,采用形状记忆合金线性力马达驱动频响0.2 Hz以下的液压阀具有可行性。

提出一种校企联合的“新闻联播式”课堂,以教师在课堂进行理论讲解(类似内场主持)及企业高级技术人员生产现场直播的方式(类似外景主持),进行液压元件实物和生产现场讲解,从而在课堂上实现理论和实践相结合。通过“新闻联播式”的场景互动教学,打造学校和企业共同育人的课堂,从多维度增强学生对知识的理解,缩短书本与现场之间的距离,提升学生运用所学知识解决实际问题的能力。该教学模式获评华中科技大学学生最满意课堂,本科生课堂出勤率为100%,成绩优良率达86.4%。

井下流量控制系统作为智能完井系统的核心部件,对井下智能开采至关重要,而井下高温电磁阀作为电控液驱流量控制系统的重要元件,对控制系统性能起到关键作用。介绍了电磁阀结构及工作原理,利用有限元仿真建立电磁铁模型,分析了电磁铁静铁芯锥角、静铁芯凸台、线圈位置、隔磁环倾角、隔磁环长度对电磁力特性影响,并进行了电磁-热耦合仿真分析。采用正交试验设计研究影响电磁力结构参数之间的主次关系,并基于响应面法与改进粒子群算法结合的优化思路,对电磁铁结构参数进行优化设计。优化后0 mm处的电磁力提高了16.68%,0.5 mm处电磁力提高了29.62%,1 mm处电磁力提高了31.06%,为电控液驱型流量控制系统设计奠定了理论基础。

为了研究一种新型低速大扭矩内曲线柱塞泵的内流域空化特性,建立了内曲线柱塞泵的配流体内流域模型,通过CFD流体仿真对配流体流域的空化分布和产生进行研究。分析了不同工况参数对配流体流域空化特性的影响。研究表明:空化主要发生在排油单向阀阀口和高速开关阀阀口,气相体积分数直接反应空化的剧烈程度,泵轴转速和负载压力对于空化的影响明显,但过低的吸油压力会导致柱塞发生吸空。通过增大流道局部内径和缩小流道长度两种不同方式对配流体内流域结构进行优化,以此减小油液流速,进而削弱空化现象,优化方式较好。

为了应对气动仿生机器人在越障和爬行等步态控制方面的挑战,设计了一种仿红耳滑龟的四足气动软体爬行机器人。该机器人包含四个两段式气动网格结构的软体驱动器,用以模拟龟腿的结构和运动。基于有限元分析对该结构参数进行了分析和优化;进行了不同时序控制下的单腿性能测试;测试了软体机器人在直行爬行、转弯和面对障碍物时的运动性能。结果表明,软体机器人具有卓越的适应能力和稳定性能,直线爬行最大速度可达到50 mm/s,在刚性表面转弯可达到45 (°)/s,可以跨越高度为25 mm的障碍物。其卓越的适应性和稳定性能使其在搜救、探测和检查等领域具有实际应用潜力。

迷宫流道流阻特性的设计是迷宫式调节阀实现节流减压的关键。然而,迷宫流道结构较为复杂,流动介质中的沉积物易导致迷宫流道堵塞,影响节流减压性能。对迷宫流道的流阻性能和抗堵塞性能进行研究,分析不同结构迷宫流道的流场与颗粒运移规律,并优选特斯拉形作为基础迷宫流道结构。通过正交试验设计,阐明了特斯拉形流道结构参数与流阻系数、颗粒通过时间之间的影响关系,并建立多元非线性回归模型。采用基于NSGA-II的多目标优化算法,以流阻系数最大、颗粒通过时间最小为优化目标进行高流阻低堵塞迷宫流道优化设计。结果表明:特斯拉形迷宫流道宽度和深度的减小可以增大流阻系数,出口段长度的减小可以降低颗粒通过时间;优化后特斯拉形迷宫流道流阻系数提高了55.3%,颗粒通过时间降低了1.58%,有效的提升了流阻特性和抗堵塞性能。

流固耦合振动问题广泛存在于液压管路系统中。为了研究流体流量和卡箍约束对管路流固耦合振动特性的影响,利用ANSYS Workbench软件对管路进行了仿真,同时搭建了试验平台。在试验中,采用锤击法分析了不同流体流量和水平管路振动响应之间的规律,研究了不同卡箍材料和约束位置对空间管路系统振动特性的影响。仿真和试验结果表明:随着管路系统中流体流量的增加,管路系统的固有频率会降低,改变卡箍材料及其约束位置能有效地调节管路的固有频率,以避免发生系统共振。

采用变转速电机驱动定量泵作为电液动力源时,通过控制转速来实现压力控制,难以适应负载流量快速变化的工况。而采用伺服电机通过直接转矩控制的方法驱动定量泵实现压力控制,与变转速控制压力相比,具有动态响应更快的优点。但受转速等非线性因素影响,使得转矩与压力具有非线性对应关系,在开环控制时,压力控制偏差较大。为此,在开环控制压力时,采用可以迭代离线生成的转速、压力控制偏差二维图表来进行转速补偿。通过理论分析与数字仿真进行研究,结果表明,在相同条件下,与用拟合曲线进行转速补偿的压力控制方案相比,该方案的压力控制误差降低为2%,可以更好的实现压力控制。

目前,矿用开关电磁铁在本质安全和功率的双重限制下,依靠传统的电磁铁优化设计思路难以进一步提高输出力的匹配特性。以矿用电磁先导阀上的电磁铁作为研究对象,针对其输出电磁力与负载反力匹配性差的问题,通过有限元分析了电磁铁结构参数对输出力特性的影响,并采用有限元分析与多目标遗传算法结合的优化思路,对电磁铁输出力特性曲线进行了矫正。实验表明,极靴内径与衔铁外径尺寸匹配关系对电磁力特性影响显著,优化后的电磁铁力位移特性水平段增加了一倍,与负载反力匹配性得到明显提升。研究成果对提高综采工作面的跟机效率奠定了元件基础。

随着液压技术向高速、高压和大功率方向发展,液压元件的振动噪声问题也日趋严重,噪声污染已成为制约液压技术发展的“瓶颈”。比例方向阀作为一种常用于工程机械等领域的控制元件,对其减振降噪方面的研究具有重要意义。分析了某型号比例方向阀的流致振动问题,针对比例阀的流场压力脉动特性、振动特性、减振降噪等方面展开了研究。对不同开度下的阀内流场进行数值模拟,分析比例方向阀压力脉动、湍流强度、空化程度等流动特征;设置监测点,得到流致振动的主频范围,并与预应力模态分析下的固有频率进行对比;对比例方向阀进行流固耦合数值模拟,探究影响振动能级的主要因素;总结比例方向阀振动机理,验证比例阀工作可靠性。

柔性集装袋的稳定抓取是上料过程的重要环节,集装袋的抓取质量对后续包装工艺影响极大。为此,研究了真空吸盘对集装袋抓取质量的影响。使用真空吸附原理,通过设计气动真空系统并观察数显压力表中数值变化,建立吸附-悬垂理论模型并进行实验测量。研究真空发生器数量、吸盘数量与真空度的变化规律以及吸盘自身轴、径向变形失效临界参数,确定布局方式。最终,确定了抓取时真空度不得低于45 kPa,吸盘沿轴、径向变形失效临界值分别为4 mm、5 mm,为同类型柔性抓取提供了参考。

飞机燃油管路内部流体流动特性复杂,油液与管壁相互作用产生的流固耦合作用严重影响管路安全,深入研究流固耦合特性对减少管路振动和磨损具有重要意义。通过金相检测和微拉伸试验获得焊接接头区域具体尺寸和力学性能参数,建立带有90°弯管的对焊燃油管路流固耦合模型。采用Realizable k-ε 湍流模型开展研究,综合分析在恒速流场下不同入口流速对流体域流动特性及固体域应力响应规律的影响和在脉动流场下不同区域等效应力的响应结果。结果表明:恒速流场下,出口弯管段最大等效应力受流速影响显著;脉动流场下,焊接接头处的最大等效应力出现在焊缝区且应力水平较为集中。可为改善飞机燃油管路的构型设计和系统性能提供重要参考。

空化现象是影响离心泵性能的关键因素,为研究仿生微结构对离心泵空化性能的影响,以比转速为112.4的离心泵为研究对象,基于海滑虫的仿生气包微纹理表面,提出一种类蘑菇状凹坑微结构叶片。利用CFD仿真软件对模型进行非定常空化数值模拟,研究微结构不同凹坑深度比对离心泵空化性能的影响。结果表明:仿生微结构对离心泵水力性能影响较小,扬程变化为-1.42%～1.38%;不同深度比对离心泵空化性能影响较大,当深度比为2.5时,抑制空化效果最佳,在空化初生阶段空泡体积减少54.75%,断裂扬程提高17.07 m;在吸力面进口1/3处布置仿生类蘑菇状凹坑后,减少了叶轮进口处低压区分布,减小了流道内空泡横截面积,抑制流道内空化的初生和发展。

调节阀广泛应用于工业自动化领域,用于精确控制流体的流量、压力、温度等参数。应用于可重复使用液氧/甲烷发动机推力调节系统的推力调节阀,为浮动阀座矩形窗口球阀,通过控制进入燃气发生器的甲烷及液氧流量来调节涡轮泵的功率,从而实现推力调节。首先对调节阀的流量特性进行理论建模。通过参数化分析调节阀阀座和阀芯的流通特性,提出了一种理论模型来预测阀的流量系数。采用CFD仿真和实验测定方法验证理论模型,并对比理论值、仿真值和测量值。结果表明,理论模型能较好地预测中等开度下的流量系数,但在极小和极大开度下存在偏差。最后指出了进一步研究和改进的方向,以提高模型在极端开度下的准确性。

气密封技术是维持浸没流场稳定性的主要机制。气体射流冲击晶圆表面,防止浸没液体泄漏造成套刻误差和曝光缺陷。因此,浸没流场和密封气体的相互作用、气-液界面的行为特性亟需研究。采用背景纹影技术观测气体射流,介绍了该可视化技术的测量原理和硬件搭建。通过光路设计实现气-液、内-外流场同步观测,以及界面行为特性研究。对背景纹影技术等非接触式测量技术在超洁净流控中的应用提供指导。

针对轴向柱塞泵吸排油过程发生空化带来流体激振力大,甚至造成严重的局部气蚀破坏问题,使用用户自定义函数和动网格法对柱塞泵的动态运动过程进行模拟。通过柱塞泵空化流激振动特性实验,对比分析柱塞泵空化流激振动响应特征,获取轴向柱塞泵空化流动及其诱导振动的作用机理。结果表明:柱塞腔内气体体积分数随缸体转角变化呈周期性振荡,空化现象主要集中在泵的吸油区;当缸体转角处于吸排油交替区时,柱塞腔内压力场出现负压现象,气泡在流体射流的方向上扩散,形成明显的局部空化云;柱塞泵空化流激振动频谱与流体脉动载荷频谱重合,直接影响柱塞泵壳体振动的幅值,成为柱塞泵壳体振动响应的主要诱因。

针对混动叉车频繁升降及起停制动造成能量损耗严重等问题,聚焦混动叉车势能回收与行车时双动力能源分配控制策略能效提升的关键技术,进行了混动叉车势能与制动能量联合回收系统设计。在传统混动叉车并联式混动系统基础上改进优化,运用前向建模思想搭建仿真模型。为实现精准控制液压缸位移,提出了一种模糊PID自适应控制系统;为优化混动叉车在行车时发动机和驱动电机的工作效率并进行制动能量回收,基于发动机最优工作曲线提出一种制动能量回收控制策略。最后基于JB/T 11988—2014制定多种工况,运用AMESim和Simulink进行多种工况下仿真对比试验,验证该方法有效性,实现能量回收效率提升,势能与制动能量联合回收效率最高可达56.86%。

目前国内柴油发电机组多采用某型机械液压式调速器进行油门控制,针对该型成熟可靠的调速器开展调速原理与特性分析,对国内正向自主设计具有重要参考价值。利用AMESim搭建其离心飞重等部件模型,并根据柴油机的负载、油门开度和速度特性在Simulink中建立柴油机组动力学模型;基于AMESim/Simulink开展联合仿真研究,详细分析了在闭环调速过程中液压缓冲补偿环节的动态特性及对调速性能的影响。结果表明,柴油发电机组在负载变化时增加液压缓冲补偿环节可有效缩短调节时间、减小转速振荡。该设计不仅可应用在机械液压式调速器中,也可为自主设计数字电子式调速执行器提供重要参考。

偏转板射流阀常用作两级电液伺服阀的前置级,其断载压力特性直接影响着电液伺服阀主阀的启动能力。为了快速准确的获得偏转板射流阀的断载压力特性,将偏转板射流流场划分为一次射流、偏转板压力恢复、二次射流和接收腔压力恢复四个区域。在考虑喷嘴一次射流区三维射流及边界层效应的基础上,利用射流冲击理论建立了偏转板射流阀的压力特性方程。与传统不考虑边界层效应的平面射流理论模型相比,该模型得到的射流流场速度分布规律与CFD计算结果的一致性更好。经偏转板射流阀断载压力特性实验验证,该模型所得结果与实验数据相比最大偏差为9.7%,为偏转板射流阀及相应电液伺服阀的进一步分析奠定理论基础。

大范围变海深环境下液压系统介质黏度变化及关键零部件形变明显,会对齿轮泵容积效率产生影响。为了研究齿轮泵在深海环境下容积效率的变化规律,建立了海深与齿轮泵容积效率的数学模型,通过理论和仿真分析了在不同海深下的齿轮泵的容积效率。结果表明:随着海深的增加,齿轮泵的容积效率逐渐增大。在海深达到11000 m的极限超高压的环境下时,转速以及温度的变化对齿轮泵容积效率影响较陆地更加明显。研究结果为深海齿轮泵优化提供了相关的理论依据,对水下液压元件和液压系统的设计具有一定的参考意义。