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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

现有开关式高压大流量电磁卸荷阀存在压力难以调控、供液不连续等问题,难以满足泵站供液系统的快速响应且能按需调节高压泵输出压力的需求。为此研制了比例先导阀控制主阀阀芯位移的卸荷阀,实现用液量按需快速供给、压力多区间调控。通过AMESim仿真软件搭建卸荷阀仿真模型,研究了主阀弹簧腔、主阀弹簧刚度、主阀弹簧预紧力和阻尼孔直径大小对主阀动态特性的影响规律,并进行试验验证。结果表明:弹簧腔容积减小,缩短了卸荷阀升压和卸压时间;弹簧刚度和预紧力主要影响残余压力和卸压时间;阻尼孔直径主要影响残余压力和升压时间。确定结构参数,通过样机进行试验验证,样机升压时间为388 ms;卸压时间为436 ms;残余压力为1.88 MPa。

液压挖掘机作业时,回转系统会发生大惯性、高频次起制动。制动过程中,大量动能经溢流阀口转换为热能耗散,造成严重能量浪费。如果制动动能能够回收再利用,将有效降低回转系统能耗。为此提出在正流量控制挖掘机回转系统中,增设变排量液压泵/马达-蓄能器组合,回收制动能量。建立38 t液压挖掘机机械液压一体化仿真模型,对不同工况下蓄能器回收制动能量进行仿真,分析蓄能器压力变化。依靠变量马达排量可以独立调节的优点,控制蓄能器输出流量,与原系统功率匹配;并就不同负载和转速下变量泵/马达的排量对回转系统特性的影响进行仿真。结果表明:起动阶段变排量液压马达排量调节随着挖掘机转速增加,排量减小;随着转动惯量增加,排量增大;较原回转系统能耗降低41.6%~52.4%。

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。

先导电磁阀通过控制主阀压力,调节减振器内部油液流量,从而影响阻尼力大小。合理设计压力-流量特性可拓宽阻尼调节范围,以适应不同工况需求。对汽车阻尼连续可调减振器用先导电磁阀的压力-流量特性进行优化。首先,基于流体动力学理论建立油液流经各阻尼孔的流体动力模型与稳态受力模型。结合电磁理论的电磁磁路模型确定了电磁力与输入电流之间的关系,进而建立了液压仿真模型。随后,借助电磁阀性能测试试验台,开展试验对比以验证仿真模型的准确性。最后,分析影响先导电磁阀压力-流量特性的关键结构参数,利用实验设计的全因子分析法确定其重要程度,并采用遗传算法优化关键尺寸,优化效果提升了10.14%。

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。

超高压大通径快开阀作为某超高压气体释放装置的核心部件,其流量特性及气动力对系统性能具有决定性作用。建立快开阀质量流量模型并基于CFD技术进行数值仿真。计算得到不同阀口开度及开启压力下的流量系数,分析流量系数随阀口开度增大而减小的原因是非雍塞流的形成和涡流引起的能量损失。对快开阀所受气动力进行数值仿真,定量计算了快开阀阀芯锥面和端面所受稳态气动力,并分析了其数值充分满足快开要求。以数值拟合的方式得到阀芯所受气动力的数学模型。研究结果为快开阀优化设计及试验验证提供理论支撑。

采用试验和仿真相结合的方法对斜轴式轴向柱塞马达的振动和噪声进行研究。首先根据柱塞马达结构组成和工作原理,对其振动噪声激振源进行了研究分析;然后利用仿真软件对柱塞马达进行模态分析和谐响应分析计算,得到其固有频率和振动相关参数的频率曲线,并结合振动测试试验验证了仿真模型和试验方法的准确性;最后采用声振耦合的方法对柱塞马达进行噪声辐射分析仿真,并借助噪声测试试验验证了仿真结果的合理性。通过研究得出:振动和噪声试验的峰值频率均在700 Hz左右,与激振频率理论值700 Hz 高度吻合,同时也接近柱塞马达壳体的第一阶固有频率704 Hz,证明柱塞马达系统在该频率下处于共振状态,并据此提出了柱塞马达结构的减振降噪优化方向,揭示了柱塞马达的振动噪声的主要机理,为其减振降噪提供了依据。

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。

柱塞副作为轴向柱塞泵三大关键摩擦副之一,其润滑性能直接关系到泵的可靠性与使用寿命。建立了柱塞副的雷诺方程与受力方程,采用MATLAB对其离散化处理和求解。对比分析鼓形柱塞副与普通柱塞副在相同工况下的最小油膜厚度、油膜压力、黏性摩擦力及泄漏特性方面的差异。结果表明:相较于普通柱塞副,鼓形柱塞副具有更大的最小油膜厚度,提升了柱塞副润滑性能;同时,鼓形柱塞副存在明显的压力波峰,油膜受到的挤压效应更为显著;鼓形柱塞副能够减少柱塞表面所受轴向及周向黏性摩擦力,提升油液流动效率;鼓形柱塞副会增加运动过程中的泄漏量,导致密封性能降低。该研究结果可以为改善柱塞副润滑性能提供一定的理论依据。

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。

柱塞泵配流副支撑与摩擦特性直接关乎泵的可靠性与寿命。构建多种形状微织构模型,通过Fluent软件对整泵全流域进行仿真研究,比较各类微织构油膜动压特性与支撑力,进一步研究斜方体微织构倾角和转速对油膜性能的影响。研究表明:各类微织构均表现出一定动压特性和支撑力的提升,其中斜方体织构优于其他织构;配流副动压效应与泵转速正相关,但随着斜方体织构倾角增大而先增大后减小,产生最大动压值0.1455 MPa;当斜方体织构倾角75°时油膜支撑力最小,15°时摩擦力最大;不同转速下,油膜最大摩擦系数对应的斜方体织构倾角不同;且转速大于2000 r/min时,倾角越大对摩擦系数的影响越大,相反,转速低于2000 r/min,倾角越小对摩擦系数影响越大。

小排量高速柱塞泵具有工作压力高、功率密度大等优点,是深海装备的核心动力元件。不同于地面工况,在深海低温、高压环境下,油液黏度大幅增加,导致泵内高速旋转部件的搅油损失问题突出。在分析缸体搅油流场的基础上,建立了深海环境油液流变下泵搅油损失数学模型,分析了海深和转速对泵搅油损失的影响。结果表明,在不同转速下泵搅油损失呈三段式变化,在泵内各部件(轴承、缸体、齿轮、柱塞连杆)搅油损失分布中,轴承搅油流场贡献最大,缸体搅油流场贡献次之,其余部位影响较小。基于此,改进了泵支撑轴承结构,泵总的搅油损失下降了约11%。

在现有的液压系统中,采用机加工的集成阀块将不同功能的液压阀集成,其内部存在大量工艺孔道和刀尖容腔,造成严重的局部损失和沿程损失。为了减少能量损失、减轻重量、节省成本,采用铸造方式将主要功能阀阀体及油路集成一体,设计全新的低压损集成阀组。运用基于液气两相流体模型的CFD方法对比分析设计前后压力损失情况,在满足原有液压系统要求的基础上,压损降低50%以上。

以ANSYS Workbench为平台,构建管径为10 mm的扩口式航空液压管接头三维有限元模型,在不同拧紧力矩状态下,对其密封性能的影响机制进行系统性研究。通过计算仿真揭示了拧紧力矩与密封面宽度、平均接触应力分布及最大接触应力的关联规律,通过耐压试验和着色试验验证仿真结果的有效性。结果表明,37~40 N·m为最优装配力矩,能够满足液压系统工作压力和密封性能要求。该方法可为航空液压系统管路高精度装配提供理论指导与技术支撑。

单一的液压系统建模对主控阀流场简化导致系统动态特性预测失真。以电液换挡操纵系统为对象,提出并实现了一种主控阀瞬态流场与液压系统仿真动态耦合的实时联合仿真方法,通过TCP/IP接口将电液控制系统模型与其主控阀流场模型的同步运算数据进行实时通讯。结果表明,该方法可以准确捕捉主控阀调节过程中内部瞬态流场参数及瞬变液动力,进而实时赋予液压系统模型中主控阀高精度参数,复现了系统振动及阀芯自激振动现象;同时发现,该系统的实时联合仿真得到主控阀液动力稳态值为12.53 N,而系统仿真值仅为0.50 N,与传统理论计算值8.09 N差距很大,此差别是引起动态性能预测差异的主要原因之一。

电磁铁是高速开关阀的电-机械转换装置,通过阀门的迅速开闭,实现高速开关阀的快速响应,其性能直接影响高速开关阀的动态特性。因此,开展电磁铁设计及磁力特性研究至关重要。基于此,开展了高速开关阀电磁铁结构设计,建立了电磁铁的磁场模型,分析了电磁铁的磁场规律,获得了电磁铁的磁力特性。结果表明:分离状态下,电磁铁最大电磁力约为28.0 N,磁场建立时间约为15 ms,磁场消失时间约为20 ms;吸合状态下,电磁力最大值约为45.7 N,磁场建立时间为约15 ms,磁场消失时间约为50 ms;分离和吸合状态下,稳态电磁力实验与仿真平均误差均小于2.5%,实验结果和设计预期一致;结构间隙会对电磁铁性能产生较大影响,增加动铁芯、减小气隙,可以增大稳态电磁力。

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。

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。

由于液压变压器自身结构原因,其柱塞副运行过程更加复杂。为防止液压变压器运行过程中出现卡死或容积效率不高等问题,针对液压变压器柱塞副润滑特性开展了研究。推导了液压变压器变压比和柱塞副油膜雷诺方程,并使用ANSYS求解。结果表明:受到液压变压器结构的影响,柱塞副油膜压力、泄漏量和轴向黏性摩擦力变化复杂,与柱塞运动速度、柱塞腔压力和转速等因素有关。通过正交试验发现,影响柱塞副润滑特性的主要因素是配合间隙和A口压力。

针对高转速轴向柱塞泵柱塞-滑靴球铰副失效问题,开展柱塞-滑靴组件的动力特性分析。首先建立柱塞-滑靴的动力学模型,采用流场仿真方法分析柱塞腔的压力变化,然后利用多体动力学仿真软件求解柱塞-滑靴之间的作用力,最后应用增广拉格朗日法和有限元软件的稳态结构分析柱塞和滑靴变形和应力。结果显示,随着负载压力、斜盘倾角、转速的增大,柱塞腔负压和排油压力增大、柱塞-滑靴组件作用力也增大;柱塞最大应力和变形分别为80.4 MPa、0.0213 mm;滑靴最大应力和变形位于滑靴的收口部位,数值分别为168.4 MPa、0.0057 mm,为高转速轴向柱塞泵柱塞-滑靴球铰副设计提供一定参考。

液压动力系统具有压力自补偿、高能源密度特点,适用于深海装备驱动,但大功率、高集成及深海特殊工况下集成液压源过热的问题,则会降低装备可靠性。针对深海集成液压源温控问题,提出并研究了基于深海环境低温回流介质散热的液压源无源热控方法。通过Fluent对构建的液压源耦合传热模型开展了稳态特性分析,揭示了其内部液压油稳态温度由回流介质温度控制。提出了无源热控系统结构,构建了其AMESim数值模型和实验台以开展数值仿真设计及实验验证。结果显示:热控系统数值仿真与实验的误差不超过±5%,并实现了将常温水中的液压源油温控制在45 ℃左右。所提出的无源热控方法能够有效控制深海液压源油温、改善深海装备可靠性。

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。

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。

以某型双控式液压凿岩机为研究对象,为使冲击活塞与缸体之间间隙能耗最小,采用集总参数法,在考虑油液压缩性、管路动态和泄漏等因素的基础上,建立了凿岩机冲击系统、缓冲系统、岩石的力学模型及活塞与缸体间隙能耗模型,并构建了对应的AMESim图形化求解模型。在一定结构参数下计算得到了活塞与换向阀的运动曲线、被控腔压力瞬态过程及间隙能耗特性,分析了间隙大小对间隙能耗的影响机制,归纳得到了该液压凿岩机间隙能耗最小时,冲击活塞与缸体之间径向间隙与工作压力的关系式,为液压凿岩机活塞和缸体径向配合间隙的确定提供理论依据。

针对深海液压系统在多执行机构复杂工况下的需求,开展了深海液压源技术方案的系统研究,提出一种电机外置式的深海舷外集成式液压源构型。该构型将补偿油箱、电机和油泵集成为一体,具备流量、压力和功率控制等多种功能,能够适应不同工况下的液压驱动需求。液压源的额定压力为21 MPa,最大流量可达90 L/min,满足深海作业过程中对高压、大流量液压动力的需求。此外,设计并开展了一系列性能验证试验,包括陆上功能试验和压力筒试验。结果表明,深海舷外集成式液压源在高压环境下运行稳定,各项性能指标均达到设计要求,为深海液压系统提供了一种高效、可靠的解决方案。

在考虑了回油压力和径向间隙的基础上,分别建立了匹配和不匹配对称均等正开口滑阀的无因次压力特性数学模型,得到了正开口滑阀的压力特性曲线,并与实验结果对比,分析了滑阀匹配性、回油压力和径向间隙对滑阀无因次压力特性数学模型精确度的影响。结果表明:当数学模型忽略滑阀不匹配性、回油压力和径向间隙时,最大计算误差分别为27%、16%和6.5%,零位计算误差分别为27%、7%和2%。在阀芯移动超过75%正开口量时,忽略径向间隙会增大A、B口压力计算误差。在正开口量范围内忽略回油压力和滑阀的不匹配特性均会增大A、B口压力计算误差,最大值分别为78%和50%。但忽略滑阀不匹配特性会显著增加工作口的零位计算误差。该模型可以为对称不匹配正开口滑阀设计提供理论支持和参考。

针对拖拉机运输路况差、环境复杂的问题,为提高拖拉机运输过程平稳性、舒适性,提出基于数字阀的拖拉机电液悬挂主动减振方案,采用高响应数字液压阀,实时调整农具悬挂液压缸速度和位移以抵消振动。首先,推导了悬挂农具的拖拉机振动系统动力学模型,设计了滑模控制器,建立了仿真模型,研究了在随机路面、正弦路面和脉冲路面条件下的主动减振效果。结果表明,在三种路面条件下,该方案均可实现对拖拉机振动的有效抑制;其中,在20 km/h随机路面输入激励下,电液悬挂主动减振系统可使拖拉机垂向加速度最大值由2.13 m/s²降至1.01 m/s²,均方根值由0.84 m/s²降至0.28 m/s²,相较被动减振量值降低63%,减振效果明显。