设计了一种比例电磁阀内置式连续阻尼可调(Continuously Damping Control,CDC)减振器,分析了其主要结构组成及工作原理,并基于流体力学建立了参数化仿真模型。通过仿真和试验的方法获得了该CDC减振器的示功特性曲线和速度特性曲线,并从2组特性曲线的形态变化来分析了其阻尼特性的可调范围和调节特点。结果表明:仿真和试验结果相对误差小于10%,仿真模型准确有效;该CDC减振器的阻尼力随着激励电流的增大而减小,这种减小趋势的速率随着激励电流的增加先增大后减小;速度特性曲线的斜率在“拐点速度”之前逐渐变大,在“拐点速度”之后基本不变,且随着激励电流的增大而逐渐减小;该CDC减振器在复原行程的阻尼力可调范围为1544~4914 N,压缩行程的阻尼力可调范围为-1415~-1937.7 N。

为揭示齿轮泵高转速运行时的空化发展规律,对装载机用大功率双联齿轮泵的吸油特性展开研究。通过全流域仿真模拟及试验,分析了转速、吸油压力对双联齿轮泵空化现象及输出流量特性的影响。结果表明,双联齿轮泵发生明显吸油空化的临界转速为2400 r/min,当转速大于2400 r/min后,泵内的气体含量骤增,严重影响输出流量的连续性和稳定性;双联齿轮泵的临界吸油压力为0.19 MPa,继续增大吸油口压力会增大泵出口的流量脉动,与入口为0.1 MPa相比,吸油压力为0.19 MPa时齿轮副1和齿轮副2的气体体积分数分别降低0.059和0.067,有效流量分别增大7.96%和9.24%。通过增压装置增加泵的入口压力,对齿轮泵空化的抑制以及有效流量的提升有明显的改善作用,具有工程实际意义。

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。

为了探究离心涡轮自增压装置对高速轴向柱塞泵内液流流动特性的影响,建立了轴向柱塞泵的仿真模型,通过CFD仿真技术研究了离心涡轮与柱塞泵耦合运行时泵内部全流域流场的压力特性、速度特性以及空化特性。研究表明:装配有离心涡轮的轴向柱塞泵吸油能力显著提升,且对射流空化、吸空空化均有抑制作用,其中对吸空空化的抑制效果最显著。应用涡轮增压系统后,单个柱塞腔旋转一周过程中的时均气相体积从59.54 mm³降至1.66 mm³,最大气相体积分数由0.155降至0.029,阻尼槽区域的射流速度由100 m/s降至75 m/s,而涡轮所消耗功率仅占柱塞泵轴功率的9.7%。

以某阀后补偿流量共享型多路换向阀为对象,在不饱和流量状态下分析了复合动作中补偿阀芯的压力补偿功能,探明了补偿阀芯的补偿压力随负载动态变化的特性。通过分析不同过流面积下主阀芯和补偿阀芯对各动作流量的影响,提出了考虑补偿阀芯最小开口与主阀芯过流面积影响下的复合动作流量随负载变化理论计算公式。并通过多路阀复合动作试验进行了验证,通过误差分析确立了其具有一定准确性,为实际应用中多路阀流量分配设计提供了理论依据。

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。

液压机械臂在重载任务中至关重要,但在精细化作业中却普遍存在“力量够大、精细不足”的问题。无论采用全自主还是半自主的作业方式,精密运动控制都是实现精细作业的首要基础。液压机械臂多采用液压缸直动推动关节转动的非线性驱动关节构型,摩擦分别来自液压缸和转动轴,但现研究大多忽略直动摩擦而仅考虑转动摩擦,因而运动控制中的摩擦补偿不到位。建立了面向模型补偿控制的液压机械臂非线性驱动关节动力学模型,全面考虑液压缸和转动轴的摩擦特性,进而提出摩擦补偿控制方法。结合基于最小二乘的在线参数自适应律,设计了直接/间接自适应鲁棒控制器。最后开展多组仿真对比,验证所提控制方法对液压机械臂驱动关节控制精度的提升效果。

针对液压支架换向阀元件复杂结构形成不规则流道,传统一次动量定理不能精确求得阀芯所受液动力,以及因液动力过大或不稳定使换向阀动静态特性降低的问题,以支架换向阀主阀为研究对象,在分析其结构组成与工作原理基础上,提出一种全流域控制体积划分方式。运用多次动量定理,分别分析了每个控制体积内动量变化量,考虑阀芯上下游元件结构参数对阀芯液动力数值的影响,较为精确的推导出阀芯所受稳态液动力公式,并进行理论计算。通过分析公式,得出对阀内元件结构参数进行优化的方法来补偿稳态液动力并用CFD方法模拟了稳态液动力随阀芯开度变化规律。结果表明:结构参数优化后阀芯所受液动力峰值与变化幅度均较原结构低,将阀套内径结构优化后,液动力峰值与变化幅度较原结构降低了56.25%与48.12%;将回液阀芯顶杆直径优化后,液动力峰值与变化幅度较原结构降低了28.79%与32.71%;将回液阀芯端面倾角优化后,液动力峰值与变化幅度较原结构降低了31.87%与37.16%,有效缓解了支架换向阀阀芯所受稳态液动力使阀动静态性能降低的问题。

对某飞机舱盖作动筒异常弹出进行分析,原因是油液中的气体导致油液体积弹性模量变小,可压缩性增强,易发生弹出现象。基于IFAS模型得到含气量与油液体积弹性模量的关系。座舱盖液压操纵系统密封区域均采用O形密封圈进行密封,但由于关键元件粗糙表面特征的存在构成气体泄漏通道,导致座舱盖液压操纵系统中混入气体。因此提出了一种基于Roth模型的泄漏率计算方法,将O形密封圈与金属粗糙表面之间的接触关系,看作弹性金属光滑表面和刚性金属粗糙表面之间的接触关系,对金属粗糙度表面轮廓三角峰均一化排列,从而将泄漏路径定义为梯形通道。基于有限元软件ABAQUS计算密封圈的密封性能系数,分析了表面粗糙度及偏载情况对气体泄漏率的影响;最后通过ANSYS仿真分析与理论结果进行对比。该工作对高精密的密封结构加工设计有着重要指导意义。

先导阀是阻尼连续可调减振器电磁阀中的关键结构,主要调节主溢流阀的开启压力,其性能的优劣直接影响阻尼连续可调减振器阻尼特性。以一种双复位结构的阻尼连续可调减振器先导阀为研究对象,首先对比先导阀Maxwell、Femm仿真和试验数据,验证仿真模型的正确性;然后通过参数化仿真和温升试验,分析漆包线线径、漆包线耐温等级、软磁材料、结构尺寸对先导阀性能的影响。结果表明,电磁力与线径呈正相关,线径增大到0.45 mm临界点后先导阀稳恒力特性逐渐恶化,漆包线耐温等级240 ℃限制先导阀工作最大电流为2 A,软磁材料的膝点位置影响先导阀稳恒力特性,尽量减小侧向间隙有利于提高先导阀性能,导磁环高度对先导阀性能影响最为显著。研究旨在为阻尼连续可调减振器先导阀设计提供有益的理论参考。

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。

为提高执行器的响应速度、鲁棒性和控制精度,提出了一种新型控制技术,将扩张状态观测器与反步积分终端滑模预设性能控制器相结合。首先,将非线性干扰观测器与扩张状态观测器融合,实现对状态量、外部干扰和匹配干扰的观测。然后,在控制器中引入积分终端滑模和规定性能约束,以加快执行器在位移误差远离平衡点时的跟踪误差收敛速度,并确保瞬态和稳态位置响应在要求的有界范围内。最后,基于李雅普诺夫方法对控制器进行稳定性分析。结果表明:在跟踪具有外负载干扰的复合轨迹情况下,设计的控制器能保证瞬态性能和规定的跟踪精度,与反步滑模控制器和PID相比,所提出的控制器具有更佳的控制性能。

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%。

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。

以某型汽车涡轮增压器并联充液管路为研究对象,采用模拟仿真与试验验证相结合的研究方法,研究了充液管路在随机振动作用下的疲劳失效问题。首先,建立充液管路的流固耦合动力学模型,并通过模态试验验证了该模型的准确性;其次,基于所建立的动力学模型与管路实测的S-N曲线,进一步预测了充液管路在随机振动载荷谱下的疲劳寿命,并与试验结果进行了对比;最后,通过优化波纹管波高与壁厚,提高了充液管路的疲劳寿命。结果表明:充液管路疲劳寿命随着波纹管波高尺寸与壁厚尺寸的增加先提升后下降;当波纹管波高与壁厚分别调整为3.5 mm与0.33 mm时,优化效果明显,充液管路的预期疲劳寿命由1.056×10⁶提升到1.80×10⁷。

针对高性能电液比例阀所需的大推力驱动器,提出了5种结构形式音圈电机,利用电磁仿真工具ANSYS Maxwell,对不同结构的音圈电机的推力和磁场分布特征进行了计算,分析铁芯半径和线圈位移对不同结构的音圈电机推力和磁场分布的影响。结果表明,5种结构中内磁式无铁芯、线圈紧贴外壳、永磁体分段设计的结构有最大推力,可达75.29 N,并通过实验得到了验证;在永磁体两侧添加导磁环以及适当分段永磁体,均能有效提升音圈电机的推力。

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%。

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。

为降低传统液压挖掘机动力系统的能量消耗,提出一种单定量泵控缸的分布式直驱液压系统,开展中型挖掘机泵控系统与阀控系统的能效对比。首先,对双泵双回路阀控液压系统和分布式泵控液压系统的原理进行分析;随后,在MATLAB/Simulink中建立机械多体动力学模型、泵控液压系统模型和速度前馈PID位置反馈控制器;根据GB/T 36695—2018 中的典型挖掘机循环,分别进行阀控系统实验和泵控系统仿真;最后将实验结果和仿真结果进行对比分析。结果表明:在同一工况下,两者的工作装置能耗基本相当(泵控系统比阀控系统高8.5%),但泵控系统效率(62.1%)是阀控系统效率(23.5%)的2.6倍,泵控系统总能耗降低了62.4%。

液压调平系统平台回落过程中存在超越负载,且随着负载重心偏移和平台倾角变化,作用于支腿液压缸的负载力也会随之变化。传统液压系统中负载控制阀或平衡阀在平衡变超越负载时速度控制效果差,容易发生速度抖动。为解决这一问题,采用负载口独立控制技术,针对平台回落时液压缸存在的变超越负载工况,提出对液压调平系统中液压缸有杆腔进行压力控制,无杆腔进行流量控制的压力-流量复合控制方法,建立其数学模型,并进行AMESim和Simulink联合仿真验证。结果表明,在负载力发生突变时,液压缸有杆腔压力和无杆腔流量均可在0.2 s内恢复至控制值,平衡掉系统变超越负载的同时,能够满足系统的速度控制需求。

以阻尼连续可调减振器为研究对象,根据其结构特点和工作原理,对减振器的热力学特性开展了研究。建立了减振器热力学数学模型,结合减振器阻尼力和摩擦力,搭建了减振器热力学Simulink模型,进行了不同激励下的热力学仿真,并搭建实验台进行了实验验证。结果表明:相同激励下,工作电流为0 A时,减振器阻尼力热衰减最明显;建立的数学模型和搭建的热力学模型均具有较高精度,且计算效率较高,可用于减振器热力学特性的研究与预测。

针对液电混驱回转装置制动能量高效回收与利用问题,提出基于电机转速控制模式与转矩控制模式的控制方式。首先,对液电混驱回转系统进行理论与原理分析;之后,在AMESim中对该系统进行了仿真分析,并为后续实验提供参考;最后,通过实验对比分析了转矩模式与转速模式差别。结果表明:转矩模式相对于转速模式运行过程更平稳,功率无波动;转速模式更有效利用蓄能器能量,相对于传统挖掘机节省48.4%,比转矩模式节省42%;转矩模式超调量比转速模式大8%,整体上转速模式优于转矩模式。

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。

气动密封广泛应用于往复驱动机构中,其中摩擦力和泄漏量是评估密封性能的主要指标。使用弹流润滑理论建立气动往复Y形密封圈的数值分析模型,该模型耦合了流体力学、接触力学、微观变形。通过数值迭代求解获取密封区域内的油膜厚度、油膜压力和粗糙峰接触压力分布,以及单个行程内的流量和活塞杆表面的摩擦力。分析了Y形密封圈在不同气动条件下的弹流润滑特征以及密封性能。结果表明,增大密封压力会导致摩擦力和反向泵回率的增加,增大往复速度有利于减小泄漏量。

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。

配流盘过渡区域的结构对于柱塞泵的脉动抑制以及减振降噪起着至关重要的作用。基于配流盘吸空抑制原理,对配流盘过渡区进行结构优化。首先计算为了平衡节流面积变化速率和柱塞腔运动速率所需增加的节流面积,并对配流盘过渡区结构进行优化。然后通过PumpLinx对轴向柱塞泵压力、流量脉动以及空化进行了仿真分析与验证。结果表明,优化后的配流盘过渡区结构可以有效降低压力、流量脉动,缓解空化发生。

文氏管调节阀作为流量控制系统的核心组件,其流量特性对系统控制精度及稳定性具有决定性影响。研究了文氏管调节阀的流量特性,采用包络线法对阀芯型面进行了优化设计,并对优化设计结果进行了CFD仿真分析和试验验证。结果表明:抛物面型阀芯可实现调节阀通流面积与阀芯位移之间的线性变化;在出入口压比为0.5的工况下,CFD仿真模拟和调节阀水介质流量特性试验均验证了调节阀位移-流量曲线具有极高线性度,进一步说明了抛物面型阀芯设计准确有效。同时,通过可视化试验图像可知,由于空化流动状态发生改变,调节阀阀芯位移较小时流量系数曲线会出现剧烈波动。

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。

空气弹簧隔振器被广泛用于精密仪器和生产设备隔振,其刚度-重力平衡点位置关系,即刚度特性是分析其与其他新兴隔振技术相互作用的重要依据。依据理想气体状态方程建立了某型空气弹簧隔振器样机的垂向刚度特性模型。综合整机振动实验结果与密封橡胶膜的刚度特性测量结果,间接测量了实物样机中空气弹簧的刚度特性。基于实验数据修正了模型,采用幂多项式拟合了气室体积-重力平衡点位置改变量的非线性曲线。减少了模型的刚度计算误差,为后续技术改造奠定了基础。

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。

针对目前液压油压力反馈式负载敏感系统响应速度慢、精度低,以及山地农机作业时的适应性问题,设计了一套电控负载敏感山地农机行走装置液压系统。在分析所设计系统工作原理基础上,采用AMESim搭建其仿真模型,研究其在启动、匀速、停止、爬坡、转向等作业工况以及流量饱和工况下的工作特性。通过仿真可知,所设计的电控负载敏感山地农机行走装置系统能按照各种工况要求实现指定动作,且系统中液压马达转速仅与对应的多路阀阀口开度有关,与所受外负载无关,系统运行稳定、操作性强。当系统出现流量饱和工况时,泵输出的流量会根据液压马达对应多路阀阀口开度等比例分配流量,使各个机构可以独立工作、互不干扰。所设计的电控负载敏感系统能够满足山地农机行走装置各种工作需求。

接触面加工误差是影响航空齿轮泵性能的敏感因素,有必要研究接触面尺寸公差对航空齿轮泵外特性的影响规律。选取泵体内部3种主要接触面(泵腔内表面、齿顶面和齿面),分别建立存在尺寸公差的实际模型,并与无公差的理想模型进行对比。利用RNG k-ε湍流模型三维瞬态流场数值模拟,推导出基于公差的径向泄漏量数学模型,揭示不同接触面公差对泵外特性的影响规律。研究表明:接触面公差降低了容积效率,缓解了流量脉动与压力脉动,使得相邻腔室间压力梯度下降;其中齿面公差对泵的流量、压力特性最为敏感。齿面公差的存在使得容积效率、瞬时流量算术平均偏差及瞬时压力算术平均偏差分别下降4.7%、31.8%和39.3%。此外,齿面公差有效缓解困油区压力和减少齿轮激励力,而齿顶与泵腔接触面公差对其影响不大。

闭式泵控系统驱动非对称液压缸时,需要增加复杂的大流量补偿回路来补偿非对称缸两腔面积差引起的非对称流量。挖掘机作业负载力较小时,补油腔和控制腔频繁切换,补油阀开启状态不稳定,难以实时匹配大流量的油液补偿。同时大流量油液频繁流动造成速度和压力波动,产生液压冲击,影响系统的平稳性。提出非对称泵控非对称液压缸系统方案,利用非对称泵自身结构匹配非对称流量。以典型四象限工况执行器斗杆为对象,构建非对称泵控和对称泵控斗杆挖掘机仿真模型,对比研究运行特性。结果表明,该系统无需大流量补偿即可平衡非对称流量,消除了速度和压力波动,且发现四象限工况切换和速度、压力波动的产生是不同步的。

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。

泵控液压拉伸垫是压力机上常见的机械组成部分,针对其运行过程中电机再生制动产生的回馈能量被制动电阻消耗而造成的电功率浪费的问题,设计了共直流母线和电容储能的混合节能系统及调控策略。首先研究了混合节能系统的各个模块,通过数学建模和分析从理论推导上说明设计的可行性。其次建立泵控液压垫液压系统与节能系统仿真模型,在负载力为20 kN下进行仿真分析。最后搭建泵控液压拉伸垫实验台进行实验验证。仿真与实验结果表明,混合节能系统能起到很好的节能效果,系统的节能效率达到了41.9%。

针对机载电静液作动器(Electro-Hydrostatic Actuator,EHA)的典型故障,详细分析了故障原理并在MATLAB/Simulink中搭建了仿真模型。为了高效准确识别故障类型,提出一种用遗传算法(Genetic Algorithm, GA)和粒子群算法(Particle Swarm Optimization,PSO)混合优化支持向量机(Support Vector Machine,SVM)的故障诊断算法。GA鲁棒性好且全局搜索能力强但收敛速度慢,PSO对样本规模不敏感且具有记忆功能但易陷入局部最优,故融合两种算法寻找SVM的最优参数。另外,为了解决传统SVM多分类方法“一对多”和“一对一”易出现不可分的问题,建立一种偏二叉树结构的SVM多分类模型。对于采集的原始数据高度重合的情况,引入时域特征统计量进一步提升模型的分类性能。实验结果表明,提出的混合优化算法寻优速度更快、所寻参数更佳,同时用该算法优化的SVM分类模型相比于其他5类常用的机器学习模型分类效果更好,故障识别正确率可达97.7%。

针对工程机械PLC对电磁阀控制时,控制点数难扩展和由于控制线束过长而导致的电磁阀控制线路安装复杂、控制信号衰减等问题,本研究设计一种基于STM32单片机的CAN总线型电磁阀控制器,介绍了控制器的电气硬件组成并采用LabVIEW软件设计了电磁阀控制器测控系统。该控制器具备数字量输出、电比例输出、电压型模拟量输出、CAN总线配置等功能,其能够实时采集电磁阀电流并采用PID控制算法有效提高了电比例输出的控制精度,经验证控制器电流控制精度误差在±1%以内,满足PLC对电磁阀控制的点数扩展,实现了工程机械PLC对安装距离过长的电磁阀的精确控制。

压力增益是电液伺服阀核心性能指标之一,但电液伺服阀存在机电液强耦合性、封闭性和结构参数复杂性,限制了电液伺服阀压力增益的提升,亟需明确压力增益的影响因素及权重大小。故以偏转板射流伺服阀为研究对象,建立伺服阀机、电、液多环节数学模型,得到电液伺服阀整阀的状态空间模型,然后,结合压力增益公式,采用一阶灵敏度分析方法,分析伺服阀结构参数对伺服阀压力增益影响相关性和权重,最后,基于电液伺服阀性能测试实验平台,验证了前置级喷嘴尺寸以及滑阀级遮盖量两个典型结构参数对压力增益的影响。研究成果为电液伺服阀静态性能的提升提供了一定的理论指导。

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。

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。