主配压阀作为水轮机调节系统中的核心执行机构,在不同运行工况下容易产生局部高压、阀芯受力不均、振动等一系列问题。利用CFD对某水轮机调速器主配压阀在开停机工况下的内部流场特征进行分析,对不同阀口开度的主配压阀模型进行数值模拟仿真,获取其开度-流量特性曲线,进而对不同工况下阀芯位置的调整策略进行分析。研究发现,阀体的环形结构使得主配压阀内部存在大量回流与涡流区域,阀芯受力不均问题较为严重,对主配压阀的安全稳定运行造成威胁;主配压阀的流量特性曲线呈现单驼峰特性,开度25%~40%区间为主配压阀的驼峰区。

数字孪生系统的有效性依赖于虚拟模型与物理实体之间的动态一致性。液压泵作为液压系统的核心动力元件,其压力脉动、振动冲击等运行信号具有强非平稳性,传统基于均方误差或频域统计的一致性评估方法难以有效捕捉瞬态冲击、参数漂移等结构性动态偏差。为此,提出一种融合连续小波变换与多模态大模型的一致性评估方法:采集液压泵仿真与实测信号,构造残差信号与真实噪声信号,通过连续小波变换将其转换为时频图像以凸显动态特征,再利用领域自适应微调后的多模态大模型图像编码器提取深层语义特征,以特征余弦相似度量化一致性。试验结果表明,该方法对非平稳动态响应差异具有显著判别能力,优于传统评估指标,可精准识别内泄漏、轴承磨损等工况下的模型结构性偏差,为液压泵数字孪生模型的验证、优化及工程应用提供可靠支撑。

针对传统电磁阀在持续通电工况下易发热、效率低的问题,提出了一种新型限位电磁阀结构,并构建了考虑磁饱和效应的精确磁路模型。通过分析并计入定子尖端与中心孔洞处的铁芯饱和,提升了理论数学模型的准确性。结合有限元仿真与试验平台测试,对结构性能与磁力输出进行了系统验证。结果显示,考虑饱和效应的电磁阀模型在0~10 mm行程内与仿真曲线高度拟合,最大相对误差仅为5.86%,相较于传统计算模型提升了计算精度。与此同时,设计在保持吸力性能的同时显著降低了铜耗功率,仅为19.9 W,相较现有电磁阀结构下降约75%,具备良好的热稳定性与持续通电能力。该研究为面向低速、长时间运行场景的电磁阀结构设计提供了理论支撑与工程设计参考。

在复杂工况下,偏导射流伺服阀可采集的故障信号有限且易受噪声干扰,导致其特征提取困难。针对该问题,提出了一种基于海星优化变分模态分解、时域卷积网络、引入自注意力机制的双向门控循环单元的故障诊断方法。首先,利用海星优化算法自适应确定变分模态分解参数,提高信号分解的准确性与鲁棒性;随后结合最小包络熵原则选取关键固有模态函数,从中提取主要特征;最后,将提取的特征融入时域卷积网络与自注意力机制增强的双向门控循环单元网络,提高故障特征的表达能力与分类性能。为验证所提方法的有效性,构建了偏导射流伺服阀故障仿真平台和开展了多种典型故障工况试验;结果表明,所提模型的故障识别准确率达到97.33%,具有较强的鲁棒性和诊断精度。

多路阀是工程机械中分配流量与协调执行器的核心元件,其性能优劣直接关乎主机的操控性。针对现有多路阀存在的流量控制精度不足与多参数耦合问题,以16通径负载敏感多路阀为对象,建立机电液联合仿真模型并试验验证其准确性;重点探究了压力补偿器阀芯液动力、弹簧参数、阻尼孔及负载保持节流边对主阀动静态流量特性的影响规律。研究发现:在静态特性上,补偿器阀芯液动力是导致流量误差的主因,可通过匹配弹簧刚度予以补偿,但刚度补偿不当易引发流量“绕大弯”;在动态特性上,适度增大补偿器阻尼孔直径与弹簧刚度有助于提升流量的动态响应速度;负载保持节流边虽可提升安全性与控制精度,但也会限制通流能力并引入压损,需在设计中权衡利弊。

液压滑阀中的动密封能够减小油液泄漏量,但环境温度、介质温度以及油液压力都会影响动密封间隙及其密封性能。针对滑阀中使用的组合密封形式,建立有限元分析模型并研究不同环境温度、介质温度与介质压力对动密封配合间隙及摩擦力的影响。参考斯特里贝克曲线,引入配合间隙与摩擦因数的关系表达式。通过试验验证模型及理论结果的准确性。结果表明:氟塑料环与阀套之间的间隙会随着温度的升高而减小,动摩擦因数也会随之改变。根据摩擦力计算公式及试验结果可知,间隙密封摩擦力随温度的变化规律为:液压滑阀动隙密封摩擦力随着温度的上升呈现增加趋势。

滑靴磨损是柱塞泵高发故障。针对某型航空发动机燃油柱塞泵滑靴磨损引发的泵流量下降、振动超限故障,给出了一种基于动力学、摩擦学、流体润滑及结构强度多学科框架的故障综合诊断方法,对该型燃油柱塞泵在多个运行工况滑靴的油膜厚度、结构强度及pv值开展计算仿真,分析了各工况与磨损故障的关联机理。研究结果表明:燃油柱塞泵的滑靴结构强度在全工况范围内均满足要求,且在低于4500 r/min转速范围内燃油柱塞泵滑靴副油膜特征良好;但在燃油柱塞泵转速逐渐上升时,滑靴副受到的轴向惯性力和离心力对压紧力贡献占比逐步增加,当转速增加至5000 r/min,支撑力无法有效抵偿外部压紧力,导致滑靴副静压油膜破裂,滑靴与斜盘从流体润滑状态转为边界润滑或直接接触状态;而高转速工况下滑靴副的材料pv值处于超限状态,最终导致磨损失效。

针对轴向柱塞泵法兰与壳体之间的螺栓连接结构研究,建立了柱塞泵有限元模型并通过模态试验与振动响应试验对模型进行验证。在此基础上,围绕螺栓的安装位置、安装半径、数量及尺寸四个设计参数,系统分析不同连接配置对模态频率与振动响应的影响规律。同时,采用正交试验设计方法,评估各参数对振动特性的影响显著性。研究结果表明:螺栓的对称布置有助于提高部分阶次的模态频率并抑制结构振动,模态频率最大提升12.7%,振动速度最大降低21.5%;螺栓安装半径对振动特性的影响较小;螺栓尺寸增大会提高模态频率,但对振动抑制效果有限;增加螺栓数量可显著提升模态频率并降低振动速度,模态频率最大提升10.7%,振动速度最大降低36.1%。正交分析结果进一步表明,螺栓安装位置与数量对柱塞泵模态特性和振动响应的影响最为显著,其次为螺栓尺寸,安装半径的影响最小。

液压阀压力-流量特性是影响其性能优劣的关键指标,滑阀属于应用极其广泛的三大液压控制阀之一,典型液压滑阀包括L形结构、U形结构以及V形结构。为了完善液压滑阀压力流量特性理论,首先,依据滑阀结构特征及液体运动学理论建立了典型液压滑阀通用水力模型;进一步,利用编制的MATLAB程序分析了阀口开度对不同水力模型的影响;在此基础上采用商业CFD仿真软件进行了典型液压滑阀内流场数值计算,分析了典型液压滑阀的速度场与压力场变化规律、压力-流量特性以及阀口流量系数影响因素。结果显示:随着阀口开度的增加,典型液压滑阀的等效直径和过流面积同步增大;相同边界条件下,L形滑阀的压力损失最小,流量系数最低;流量系数的变化只与阀口结构以及阀口开度有关,并且随着阀口开度的增加而降低。

斜盘轴向柱塞泵滑靴副在高转速、大负载作业工况下,滑靴盘局部温度升高接近材料回火温度,从而因残余奥氏体相变造成材料表面膨胀、静压支撑油膜形成困难、表面硬度和耐久度降低等系列问题。基于此,以提升高转速作业下轴向柱塞泵摩擦副的摩擦磨损性能为前提,通过成分分析、高温处理、摩擦磨损等相关实验将替代选材与成品样件进行对照分析。结果表明,B材料具有良好的综合性能,其室温下平均表面硬度相较于原有成品件材料提高约17.7%;经400 ℃恒温环境存放10 h后B材料表面硬度仍能维持在700 HV以上,表面平均最大形变不超过1 μm,平均磨损量较成品件降低约5.9％,验证了适用于高转速运行工况下斜盘轴向柱塞泵滑靴盘替代选材的可能性,为后续高转速轴向柱塞泵滑靴盘选材研究提供了参考。

液压机械臂能够提供较大的推力或转矩实现大负载物品的搬运。但是相比于电机驱动,液压驱动系统结构更加复杂、响应速度慢,且液压系统存在伺服阀流量与压力及摩擦力变化的非线性的特点。但目前工程中采用最多的控制方法仍是PID线性控制,在系统非线性、负载扰动过大的情况下,PID的控制效果非常不理想。基于此,以抓管机械臂为研究对象,考虑液压、摩擦非线性及负载扰动,以拉格朗日法对其进行动力学建模,描述整个系统的动态响应。分别设计了模糊PID控制器和基于反步法的模糊滑模控制器;通过仿真验证,基于反步法的模糊滑模控制器能够有效适应系统的非线性及负载大幅扰动,将机械臂位置误差控制在1%之内;并用饱和积分函数及模糊思想改善了滑模控制易出现的抖震问题。

针对现有管道机器人环境适应能力弱、主动转向功能尚不完善等问题,提出一种仿生柔性伸缩式管道机器人设计思路。通过模仿蚯蚓的结构组成和运动机理,设计由柔性气囊和气动肌肉组成的支撑-伸缩复合运动结构,分析管道机器人多肌肉协同驱动机制与多体节连续运动原理;建立机器人的正运动学模型与逆运动学模型,基于MATLAB软件进行仿真分析。搭建管道机器人试验平台,在倾斜及弯曲管道中进行性能测试。试验表明,仿生柔性伸缩式管道机器人在30°倾斜管道内平均爬行速度为3.25 mm/s,并可以在135°的弯管内实现主动转向,具有良好的环境适应能力和运动性能。

针对液压位置伺服系统控制精度有限、鲁棒性不足的问题,提出了一种深度确定性策略梯度算法与滑模控制结合的智能自适应控制策略。基于AMESim-Simulink平台建立了电-液耦合非对称缸系统模型,并完成对滑模控制模块与强化学习模块的联合建模与验证。设计了基于深度确定性策略梯度算法与滑模控制相结合的控制器,实现滑模面增益与抖振因子的在线自整定,构建了三类典型工况(阶跃、正弦、复合扰动)下的仿真验证场景。结果表明,该策略在阶跃跟踪中上升和调整时间分别为0.82 s和0.83 s,优于径向基函数滑模控制与传统滑模控制;在扰动工况下最大误差小于0.003 m,显著抑制系统抖动。研究结果验证了所提方法在复杂环境下的动态响应能力与强鲁棒性,对提升液压伺服系统的智能化与控制性能具有重要工程意义。

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。

碟簧液压机构作为电力系统中的关键设备,其性能直接影响系统的可靠性。分析碟簧液压机构关键部件的动态特性旨在提升该设备稳定性。首先分析了碟簧液压机构的结构组成及工作原理,然后通过Fluent对碟簧液压机构工作缸活塞的无杆腔与有杆腔压力变化特性进行仿真分析,揭示了活塞运动速度与压力波动之间的关系。针对灭弧室在分闸过程中的气体压力变化展开仿真研究,深入探讨了压气室内气体的动态特征,并通过压力云图分析了碟簧液压机构及灭弧室内的压力分布规律。最后,通过试验验证了动态特性分析的准确性,为优化机构设计、提高运行稳定性奠定了理论基础。

针对单杆液压缸在大负载、高刚度以及动态扰动环境下面临的受控输出不稳定和精度低等问题,对系统的受力过程及结构特性进行了分析;建立了液压系统的非线性数学模型,并设计了一种基于非对称屏障Lyapunov函数的自适应控制方法,以实现输出力在受限条件下的稳定跟踪控制。该控制器融合参数自适应、扩展状态观测器以及动态面控制策略,解决了系统中存在的参数不确定性、未知状态与时变扰动估计和高阶导数引起的计算复杂性剧增问题,并通过构造非对称屏障Lyapunov函数,对系统输出力边界施加约束。基于Lyapunov稳定性理论,证明了控制系统的渐近稳定性,并采用联合仿真试验验证了控制器的有效性。研究表明,所提出的控制器能够有效估计并补偿系统中未知状态与扰动,保证承载过程中的控制输出在安全的范围内,并实现对执行器位置的高精度跟踪控制。

针对电静液作动器兼顾瞬态和稳态性能的控制策略需求,提出了一种有限时间预设性能神经网络控制策略。建立了电静液作动器非线性数学模型,构造了障碍Lyapunov函数,融入了跟踪误差的有限时间预设函数,基于反步思路设计了含神经网络的位置跟踪控制器,运用Lyapunov方法验证了控制器的稳定性和理论性能。搭建了MATLAB+AMESim联合仿真模型,将所设计控制器与PI控制器和不含预设性能的神经网络控制进行对比,结果表明: 所设计的控制器具有较高的跟踪精度,相较PI控制器和不含预设性能的神经网络控制器,类正弦轨迹跟踪精度分别提升85%和47%,点到点轨迹跟踪精度分别提升85%和55.9%,且跟踪误差可在有限时间减小至所设定的稳态值以下,并始终处于预设边界内。

负流量泵作为液压系统的关键驱动元件,其动态性能直接影响液压系统的稳态与响应特性。为提升系统性能,需深入探究其内部结构参数对出口压力脉动率的影响机理。基于某负流量泵原理建立AMESim仿真模型,模型验证表明,前后泵压力的仿真值与试验值的最大相对误差分别为9.35%和9.12%,均小于10%,满足精度要求。分析了不同温度下控制阀与变量机构对出口压力脉动率的影响。研究表明:出口压力脉动率与伺服阀通孔左侧距离、通孔直径呈负相关,与功率阀阀芯直径、阀芯外径、拨柱直径、拨块槽直径呈正相关。研究结果为负流量泵控制阀及变量机构的优化设计提供了理论依据。

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。

非圆行星齿轮液压马达因结构紧凑、扭矩大而具应用潜力,但存在齿轮冲击强烈、配流盘磨损严重及容积效率低等不足。基于计算流体力学与动力学理论,构建了非圆行星齿轮马达的三维流场模型,并结合数值仿真与试验测试,对齿轮冲击特性、配流盘端面磨损机理以及结构优化设计进行了系统研究。结果表明,合理放大配流孔径与优化孔型能够有效削弱齿轮冲击峰值,使平稳作用时间提升约55%;适当增大行星轮通孔径可显著降低局部轴向力及冲量值,使端面磨损减幅最高达66.7%。样机试验验证了仿真结果的可靠性,证明所提出的优化方案能够有效改善配流盘耐磨性与马达容积效率,为非圆行星齿轮液压马达的结构优化与工程应用提供了理论支撑与试验依据。

采用蜂窝铝作为汽车模拟侧碰装置的缓冲介质,存在缓冲性能调控性差、无法重复使用且成本高昂等不可避免的问题。为提升试验的可控性、一致性和复现性,设计了一种多孔式液压缓冲器运用于FMVSS 213a标准儿童安全座椅侧面模拟碰撞试验。基于缓冲器的缓冲原理,建立汽车模拟侧碰的数学模型和AMESim仿真模型。通过仿真优化缓冲器中泄压孔的结构参数设计,并进行物理试验验证。研究结果表明,设计的14级梯度泄压孔阵列结构配合0.1 mm环形间隙的缓冲器,可将滑动座椅的加速度峰值稳定控制在24±1 G范围内,符合试验要求的18.5~25.5 G(重力加速度值)范围;滑动座椅与车门组件之间的相对速度波形曲线在碰撞时域内呈现稳定不变后线性递减的理想特征,满足FMVSS 213a标准碰撞波形曲线要求。优化设计的液压缓冲器可重复使用,相比蜂窝铝可降低试验成本95%以上,具有良好的工程应用价值。

随着传感器技术与低功耗电子设备的快速发展,环境能量俘获已成为替代传统化学电池供电的主要研究方向。提出了一种对称堆叠式压电俘能器,通过结构创新,为高效捕获管道中的能量提供了新思路。对俘能器和压电片结构进行了仿真分析,探讨了俘能器内流速分布、压力变化及其静态结构的力学响应,以及静压、频率、幅值及电阻对俘能性能的影响。研究了不同压电片的串联、并联和混合连接方式的性能表现,并对其输出电压、功率和功率密度进行了比较。结果表明,两通道之间的发电量差异较小,基本一致。证明了压电片数量的增加会导致输出电压和功率的提升,但功率密度可能会有所下降。

液压滤芯过滤性能试验验证是确保主机流体系统污染控制可靠性的重要环节,针对过滤性能解读中长期存在的不全面、不统一的模糊认知问题,以滤芯多次通过试验方法等标准为抓手,围绕试验基本原理、性能概念逻辑及计算方程公式,系统性阐述过滤比、纳污容量和压差之间的内在关系,通过剖析、梳理过滤性能解读实测案例,提出了直观解读、研判解析和深度解密三种由浅入深的解读方法,实现破解报告更多信息、防范人为操纵数据、诠释滤芯性能优劣的目的,为业内同行提高解读技巧能力提供有益参考。

液压轴向柱塞泵是液压系统的核心动力元件,对轴向柱塞泵进行故障诊断对于保证液压装备系统的安全可靠性运行至关重要。提出了一种改进的辅助分类生成对抗网络与模型迁移策略相结合的故障诊断方法,构建了故障诊断框架,并采用预训练-微调策略提高了模型在目标域任务中的泛化能力,解决了传统深度学习诊断方法在实际运行过程中正常数据与故障数据数量因数据不平衡导致效果不佳甚至失效的问题。试验证明,该方法在样本不均衡时,其结构相似性值提高了20.4%,峰值信噪比值提高了5.4%,三种数据集在F1分数评估指标上分别可以达到96.3%、94.4%、92.5%,能够有效提高生产样本的质量和轴向柱塞泵的故障识别率。

公开报道的航天用机电一体式安全阀研究中电磁阀故障将导致安全阀丧失功能。针对该现状提出了一种采用阀岛控制的、具备一度故障冗余功能的机电一体式安全阀及其控制策略,并开展了原理验证试验研究。结果表明,采用三个常开式二位三口电磁阀组成的控制阀岛对主阀背压腔与压力容器或大气环境之间通路的切换进行控制,结合提出的控制策略,可实现正常工作模式、主动电磁阀DCF1或DCF2任一电磁阀发生通电不动作或断电不动作故障等模式下安全阀的主阀正常动作。原理验证试验中,控制器对电磁阀的控制功能、电磁阀的动作性能、安全阀的开启压力均满足设计需求。研究结果为该机电一体式安全阀在运载火箭增压输送系统中的应用提供了理论指导和工程应用基础。

针对输电放线设备中闭式液压牵引机的恒转速控制问题,提出了一种新型非线性积分滑模控制方法。首先,建立了牵引机恒转速控制系统的详细数学模型,同时为了降低控制器复杂度和工程实践难度,利用奇异摄动思想对模型进行了合理的降阶处理。其次,利用降阶模型设计了一种新型的非线性积分滑模控制方法,通过Lyapunov稳定性理论详细地说明了引入非线性项可有效提高收敛速度和控制精度。此外,为了进一步提高系统对不确定性的鲁棒性,设计了一种不确定性观测器,对系统中包括参数不确定性和外部扰动在内的各种不确定性进行观测和补偿。最后,利用多物理域建模工具箱Simscape 搭建了牵引机转速控制系统的仿真平台,将所提控制方法与传统的积分滑模控制和比例积分控制进行了仿真验证比较。结果不但表明了降阶模型的有效性,而且无论对于阶跃型还是正弦时变负载,设计的不确定性观测器均能实现准确估计。牵引机转速阶跃响应无超调,调节时间缩短至1.2 s,对于100 N·m的静态负载,速度降仅为0.0127 m/s;对于100sin(πt) N·m的动态负载,速度最大稳态误差为0.012 m/s。即使系统在同时存在参数正负摄动和100sin(πt) N·m时变负载的复合工况下,速度最大稳态误差也仅为0.016 m/s,因此所提出的控制方法能显著提升牵引机的恒转速控制性能。

多孔石墨材料的渗透率和孔隙特性对多孔质节流器具有重要影响,而节流器是气浮导轨的关键组成部分。为了有效应用多孔质节流器,采用可压缩 Darcy-Forchheimer 方程对实验数据进行拟合,测定了五种不同孔隙率(18%、17%、13%、12%、11%)的多孔石墨的渗透率及惯性系数。在此基础上,建立了包含惯性系数和孔隙率的CFD模型,拟合多孔介质内部的流速与压降,误差在5%以内。进一步在不同供气压力和负载条件下,分析了五种不同石墨材料节流器的承载能力和气膜刚度。结果表明,低渗透率的石墨材料具有更优的刚度性能,在0.45 MPa供气条件下,气浮块的稳定性得到了显著提升。基于此,采用低渗透率节流器搭建了一种可调节气膜厚度的气浮导轨实验平台,并利用基恩士激光传感器对导轨工作面直线度进行检验,结果运动直线度误差优于2.5 μm/600 mm。

为了增强气动力射流泵吸液性能、提高排水采气效率,以苏里格气田单管射流泵结构组件为研究对象,通过ANSYS建立仿真模型,以泵效作为射流泵性能的评价指标,对气动力射流泵结构参数进行分析。基于响应面法中的Box-Behnken Design设计试验方案,建立以喷嘴直径、喉嘴距、喉管直径及喉管长度为设计变量,以射流泵效率为优化目标的响应面模型,并通过对响应面模型进行泵效方差分析和结构参数相关性分析,确定了各结构参数对效率的影响程度依次为:喷嘴直径>喉管长度>喉管直径>喉嘴距;在优化范围内的最佳结构参数组合为:喷嘴直径d_j为3.3 mm、喉嘴距L_c为4.3 mm、喉管直径d_t为4.7 mm、喉管长度L_k为25.76 mm。对比和分析仿真结果和试验结果,相对误差不大于5%,验证了仿真模型和响应面模型的可靠性和准确性。

为提高电磁式高速开关阀的线性调控能力,达到精准控制制动液流量的效果,引入了一种表征径向力对阀芯轴向受力的影响因子。通过增压阀内部流场数值模拟分析,发现阀座和阀芯现有结构在康达效应下显著影响制动液射流以及阀内流场非对称出口等因素,增加了阀芯端部节流区域流场涡流生成概率及流动失稳,导致阀芯在开闭行程中受到较大径向力。通过减小阀芯球面节流无效区、在阀座增加变锥角锥面、增加中心对称出油口等措施,对结构进行优化。结果表明,新结构节流区域流场更加稳定,阀芯所受径向力在0.1 N以下,与偏置方向相反且利于阀芯自对准,有效削弱了径向力对电磁阀线性调控性、可靠性及寿命的影响。

针对真空蝶阀压力控制系统强非线性导致的精度不足的问题,提出一种基于自抗扰控制与PID融合的双模切换策略。该控制器采用扩张状态观测器统一估计并补偿气体温度漂移、密封摩擦及气源波动等综合扰动;同时设计压力误差阈值触发机制,仅在动态过程启用自抗扰控制快速抑制超调,稳态过程自动切换至轻量化PID维持精度。相比传统PID控制,显著缩短调节时间并大幅降低超调量;相比单一自抗扰控制,有效减小稳态误差。在流量扰动下,该控制策略的压力恢复时间比PID快67%,稳态误差小于25 Pa。显著提升了系统响应速度、精度与鲁棒性,充分发挥了蝶阀的低成本优势,为半导体、航天等提供了一种高性能、低成本的真空压力控制解决方案。

针对传统径向柱塞马达高压工况下柱塞副所受侧向力大而导致的启停瞬间产生较大传动冲击、配流副及柱塞副间隙泄漏严重、马达容积效率低的问题,提出一种端面先导压力控制二级配流静力平衡式高压径向柱塞马达新构型。该新型马达采用复合柱塞单元以及先导压力控制二级配流方法实现高压动力油路密封和高效配流。此外,先导级配流副采用液压浮动支承结构,补偿机械磨损,提高长时间连续工作可靠性。基于AMESim建立马达整机动态仿真模型,分析单柱塞与其配流阀的运动对应关系、配流阀阻尼孔直径、工作压力及主级供液流量对马达容积效率的影响,并对不同传动结构的马达输出特性开展分析。仿真分析结果表明:该马达在35 MPa的高压工况下容积效率可达89.74%,输出转速脉动率较曲轴连杆式马达降低60%,且具备良好的低速稳定性及宽负载适应能力。研究结果为高压静力平衡式径向柱塞马达样机的设计与优化提供了理论依据。

为了解决高压输油泵机械密封存在泄漏以及密封端面开启力不足的难题,优化设计了一种新型长圆弧槽密封端面并进行了密封性能分析。首先采用L25(5⁶)正交试验对所设计长圆弧槽密封端面的槽径比等五个结构参数进行了多目标优化;接着在构建综合评分模型基础上,拟合了最佳工况曲线并得到最优参数组合;最后在不同转速、介质压力和液膜厚度等工况下验证了最优参数组合。数值测试显示,当槽径比、槽宽比、槽深比、圆弧半径和槽数分别为0.6、0.6、2.5、5 mm、8时、高压输油泵长圆弧槽机械密封的密封性能最佳。研究表明,在该最优参数组合工况下,槽区出口位置流场的最大应力减小,总体应力沿周向分布更加均匀,流体动压效应更为显著,在有效控制泄漏量的前提下提升了液膜端面的开启力。

为降低斜轴式柱塞马达在高低压切换过程中产生的液压冲击与噪声,以球面配流盘遮盖度为关键优化参数展开研究。基于CFD仿真,系统分析了遮盖度从-0.5°~4°(涵盖负遮盖、零遮盖与正遮盖)对压力和流量脉动及容积效率的影响规律。结果表明:负遮盖度增大会提高过渡过程的平顺性,但会显著降低马达配流容积效率;而正遮盖度增大会在提升配流容积效率的同时加剧柱塞腔压力脉动。通过细化分析2°~3°区间并结合噪声试验验证,确定了马达配流盘最优遮盖度为2.8°。在此遮盖度下,马达柱塞腔压力与流量脉动率显著降低,噪声测试值较优化前降低0.7 dB,实现了低噪声与高效率之间的良好平衡。

自动送钻系统依赖于人工操作,针对手动送钻存在稳定性差、协调性低、工作强度大和钻压波动大的问题,设计了包括动力单元、驱动单元、执行单元和控制单元的自动送钻液压绞车系统。该系统能够实现钻柱起升速度和地面钻压的控制,具体方法是采用一种常规PID和参数自调整模糊控制相结合的复合控制器控制。运用AMESim-Simulink联合仿真平台进行模拟试验,验证了液压绞车系统能够实现钻柱起升速度和地面钻压作业的控制,控制器提高了系统的响应速度及稳定性,减小了超调量。研究表明,该复合控制器可提高自动送钻液压绞车系统控制准确性,能够实现实时监测,不仅提高了钻井效率,使系统更加智能化,还降低钻井成本,对未来的自动送钻钻井作业具有实际应用价值。

液压泵在运行过程中产生的噪声严重影响操作者的身心健康。为研究不同转速工况对其辐射噪声声品质的影响,基于响度、尖锐度、粗糙度与语言清晰度四项心理声学参数,构建了适用于定转速与变转速工况的液压泵声品质复合评价指标。利用半球面测量法,在半消声室中对液压泵进行了定转速与变转速噪声测试,分析并对比了不同工况下心理声学参数及声品质指标的变化规律。试验结果表明:转速升高,声品质复合评价指标呈波动恶化趋势;变转速变化速率对心理声学参数影响较小;定转速工况的响度、尖锐度及总声能量在高转速区间均低于在相同转速时刻的变转速工况下的值;同时液压泵声品质复合评价指标在高转速区间下呈现更强的波动性,且波动幅度随转速增大而加剧。上述研究成果为液压泵运行工况优化与噪声控制策略提供了理论支持与评价依据。

油气式减震支柱是飞机起落架的重要组成部件,其密封性能的优劣直接影响起落架减震性能以及飞机起降过程的安全性。选取某型飞机起落架减震支柱用T形密封圈,使用MSC.MARC有限元软件建立其静密封模型,模拟T形圈的装配和受压过程,仿真得到密封圈表面接触应力、Von Mises应力和应变云图。分析密封圈尺寸结构、压缩率、工作压力对密封性能的影响规律。结果表明:当T形橡胶与挡圈接触处的圆角半径小于0.9 mm时,橡胶出现自挤压现象;增大圆角半径至1.2 mm以上,自挤压现象消失,该处的Von Mises应力减小;圆角半径的变化对密封接触面应力的影响较小。随着压缩率从26.84%降低到19.82%,密封面接触应力和有效密封宽度分别减小9.22%和23.15%。在保证挡圈和T形橡胶能完成装配的条件下,减小密封槽高度获得的密封圈最小压缩率为14.56%。当工作压力逐渐上升至50 MPa,密封面最大接触应力增加238.82%,有效密封宽度下降8.45%,仍能有效密封油液。

煤矿是典型的高耗能行业,其智能化开采需兼顾高效与低碳目标。液压支架的推溜-移架过程作为跟机动作中的核心高耗能环节,是节能优化的关键难点。针对该问题,建立液压支架跟机能耗数学模型,结合响应面法与相关性分析,系统研究采煤机牵引速度、推移千斤顶进液压力、立柱升降柱流量及进回液压力参数对能耗的单因素影响及其交互作用。以陕煤某矿ZY21000/38/82D型液压支架为对象的研究表明:采煤机牵引速度是影响能耗的主导因素,与推溜、移架能耗均呈非线性负相关;推移千斤顶进液压力、立柱进液压力与立柱升降柱流量分别与移架能耗呈线性正相关;立柱回液压力则与推溜能耗呈线性负相关,且参数间交互作用对总能耗具有显著影响。该能耗模型为液压支架参数配置优化提供了理论依据,有助于降低跟机能耗,推动煤矿行业实现绿色低碳转型。

磁流变减振器半主动悬架响应迅速、阻尼调节范围广且能耗较低,通过实时控制磁流变减振器的激励电流从而对阻尼力实现动态控制,最大限度地衰减传递到车身的振动、提高车辆行驶平顺性,是目前车辆工程领域的重要研究方向。针对某型号磁流变减振器,进行混合模式阻尼特性理论分析,采用ANSYS软件构建磁流变减振器多物理场仿真模型,分析减振器活塞运动速度、阻尼力与控制电流的关系,构建半主动悬架与整车动力学模型,应用滑模控制算法搭建Simulink数值仿真模型,研究滑模控制对悬架与整车振动性能的影响。研究表明,利用有限元方法进行电磁场分析可以直观观察磁路分布,为设计磁液通路结构提供指导,滑模控制能显著优化半主动悬架的性能,有效优化了车身加速度、悬架动行程等关键指标,最终使车辆的振动特性以及车辆的行驶平顺性与舒适性获得了显著改善。

溢流阀作为液压系统调压与保护的重要元件,其性能衰退将直接影响系统稳定性与安全性。某型先导式溢流阀在工程装备液压系统服役一段时间后,常因主阀芯磨损导致工作性能退化,因此亟需对其性能进行评估,为后续服役寿命评估提供依据。建立先导式溢流阀数学模型,基于模型定性分析了主阀芯-阀套径向间隙和圆角半径的变化对静动态性能影响趋势;在商业软件中建立了仿真模型,利用实测数据对仿真模型进行校验,定量分析了磨损参数对其静动态特性的影响规律。结果表明:在0~7 L/min的流量区间,径向间隙增大导致静态特性曲线增益变缓,圆角半径增大导致静态特性曲线增益非线性变化;径向间隙和圆角半径的增大会延长响应时间、增大压力超调量及稳态压力,其中径向间隙增大对溢流阀动态响应时间延长的影响更显著,圆角半径增大对压力超调量增大的影响更显著。研究结果可为溢流阀的性能评估与故障预测提供理论基础和工具支撑。