往复密封性能是影响机械设备高效性、可靠性和安全性的关键因素。随着往复密封设计的需要以及实际应用环境的复杂化,往复密封理论研究的重要性日益凸显。围绕往复密封的数值模拟及仿真研究现状,从力学与弹性流体润滑效应研究、瞬态效应及热效应的研究三方面进行详细阐述,并讨论了现存问题。

硬岩掘进机常用于隧道施工,但刀盘形状固定,掘进时无法改变掌子面形状,造成应用场景受限。鉴于此,基于机器人支撑的柔臂掘进机逐渐得到应用。针对该柔臂掘进机可改变运动姿态,适用于大负载工况等特点,采用比例伺服控制系统,通过传感器将执行机构位移反馈至比例伺服阀,与给定信号对比后调整阀芯开口实时纠偏末端位姿。该系统满足了掘进机推进系统在控制时,精度更高、响应更快、稳定性更强的要求。

针对现有盘刹控制系统结构复杂,体积大、成本高,与能耗制动刹车冲突等问题,设计了石油钻井绞车驻车盘刹系统。驻车盘刹控制系统设在司钻房盘刹控制台上,通过I/0模块将现场数据接入到盘刹控制系统的PLC可编程控制器,参与逻辑控制。驻车盘刹控制系统按电控气或气控气方式实现。现场数据控制气液增压泵,气液增压泵通过供油管路为安全钳液缸供液,实现石油钻井绞车刹车与释放。驻车盘刹控制系统同时与钻机各防碰系统联动,完成防碰刹车功能,也可实现钻机使用中断气、断电状态下的紧急刹车保护。

为进一步改善新能源汽车液压制动系统的安全性与节能性,提出一种多通道的分布式制动力控制方案,对不同工况下的并行和分时控制响应效果进行仿真分析和试验研究。在液压制动系统内增加能量回收单元,基于台架测试得出不同控制方式下的活塞位移和液压缸的输出特性。通过Car Sim软件建立整车及制动系统模型,得出直线和转弯制动下的减速特性、轮缸压力和车身横摆响应。结果表明,并行控制下的弯道制动和分时控制下的直行制动具有良好的应用效果,利于车辆本身的节能降耗和液压缸响应速率的提升。

7500 t大型压铸机由于工作流量大,在工作时会在阀块内产生较大的压力损失,为了给大型压铸机液压系统设计提供参考,利用计算流体动力学方法,计算得到了两种内部流道不同的压射阀块在不同流量时的流动阻力损失。计算结果表明:阀块流动阻力损失会随着流量的增大呈现出指数增大的变化情况;采用相同尺寸的流道流动阻力损失比采用不同尺寸的流道流动阻力损失小。

液压系统是驱动盾构机刀盘转动的核心,由电动机、变量泵、变量马达等元件组成。盾构机作为目前地铁施工的主流设备,面对复杂多变的地质条件,刀盘容积调速系统如何减小由系统输入扰动导致的马达转速扰动,使刀盘稳定运行,是值得研究的关键问题。讨论了一种PID+前馈补偿控制方法,通过对系统数学模型的分析,建立了AMESim刀盘容积调速系统仿真模型,并通过实验得到了系统转速特性曲线。结果表明,PID+前馈补偿方法相比于常规PID控制方法,将马达转速的瞬态误差减小了13%,调整时间缩短了1.5 s。研究结果对刀盘稳定运行具有重要的意义。

为了充分认识螺杆泵的密封特性与举升性能,采用数值仿真软件对平面螺杆泵进行接触非线性分析,研究不同腔室压力下压差与接触应力的关系,并结合密封准则求出不同腔室压力下的临界密封压力,绘制出两者间的关系曲线,然后,研究了过盈量和橡胶硬度与临界密封压力之间的关系,给出了不同过盈量和橡胶硬度下的临界密封压力曲线,并采用多项式拟合方法给出临界密封压力与腔室压力之间的关系式。紧接着根据螺杆泵压力传递规律,分析了过盈量和橡胶硬度与螺杆泵扬程之间的定量关系,并研究了举升压力随密封腔数的变化规律。研究结果表明:接触应力随压差的增大而增大,随腔室压力的增大而减小;腔室之间的临界密封压力随腔室压力的增大而较小,且减小的速度逐渐变快,但此规律不受过盈量和橡胶硬度大小的影响;在相同腔室压力下,过盈量和橡胶硬度越大,临界密封压力就越大,螺杆泵的密封性能就越好;螺杆泵的扬程随过盈量的增大而呈线性增大,随橡胶硬度的增大而呈非线性增大;螺杆泵的举升压力随密封腔数的增加而增大,但增速逐渐变缓,最终达到一个最大值,这个最大值就是螺杆泵所能达到的最大举升压力,然后通过螺杆泵水力特性试验验证了结果的合理性。研究结果可为螺杆泵的研发以及实际应用提供借鉴参考。

液压翻转吊卡用于石油钻井作业中替代人工吊卡提放钻柱,其主要功能为吊卡开关、翻转、关闭随动及反馈扣合信号,一般需要至少5个控制油道,而目前大量装备油田的顶驱其旋转头仅有3个备用油道。为适应实际需要,设计了一种新型三控制通道液压翻转吊卡,从设计开发角度介绍了这种新型三控制通道液压翻转吊卡。

为了解决某公司在使用精冲机过程中废料剪出现的剪切速度较慢,回程冲击大,受力不均衡导致活塞杆与滑块连接处螺栓脱落等问题,进行了液压系统的优化设计。利用双泵供油、差动回路、插装阀和蓄能器实现快速、平稳运行。利用AMESim对液压系统进行仿真,分析插装阀开启压力和弹簧刚度的设计对系统平稳性的影响,以及蓄能器的使用消除系统压力波动的作用。通过仿真与实验研究,结果表明:新型液压系统剪切速度提升2.14倍,插装阀的开启压力设定0.4 MPa和蓄能器等效孔口直径设定10 mm,剪切更加平稳。

气动减压阀是导弹发动机推进系统的重要组件,其出口压力稳定性直接影响挤压推进剂的性能与稳定性,进而影响推进系统的整体性能。为研究一种导弹油箱增压系统用新型数字比例阀的出口流量对其静态特性的影响,通过建立数学模型,采用仿真与试验结合的方法,得到流量大小对出口压力稳定性影响存在偏差,在0.2 L/s到0.5 L/s之间的出口流量下,反馈压力的跟踪情况更好,出口压力偏差小于0.01 MPa的结论,为导弹油箱用气动减压阀设计提供新的思路。

为加深理解液压系统弹性,从实例着手分析预期与设计的出入及其原因,以及解决方法。推而广之,设计时哪些工况可以不用考虑液压系统弹性,哪些工况整体弹性必须引起足够重视,需进行理论计算。首先对液压系统弹性分解,后对每个组成进行计算,最后进行汇总。

飞机液压管路是飞机液压系统中非常重要的组件,其出现裂纹故障将导致飞机出现严重的安全故障。针对循环压力冲击下的液压管路裂纹泄漏故障诊断,在飞机液压管路动力学分析的基础上,设计了循环压力冲击下裂纹故障检测多模式拓扑结构,通过流挖掘算法提取飞机液压管路裂纹泄漏故障特征来实现故障诊断,在试验台架中真实模拟飞机液压管路裂纹泄漏故障来验证故障监测方法的可靠性。试验结果表明,采用流挖掘算法的故障诊断方法能够快速的监测出飞机液压管路的裂纹泄漏故障。

核主泵2号密封在事故工况下,需要承受一回路高压,由于缺乏2号密封在承受高压条件下的密封机理研究,严重制约2号密封承受高压时的可靠性分析和评价。依托CPR1000核电机组100型核主泵2号密封,提出一种流固耦合分析数值模型并通过台架试验验证,系统阐述了核主泵2号密封承受高压时由摩擦面密封向流体静压型密封的转变机理,并研究了动环锥角、泄漏量随压差增加的变化规律。通过数值研究,发现2号密封锥角和泄漏量在5 MPa压差左右出现拐点,动环锥角最大约为0.05°,随着压差进一步增加,动环锥角基本保持不变,泄漏量则随压差呈现近似线性上升。

在新时代课程思政的大背景下,为实现立德树人并提高教学效果,针对“液压传动与控制”这门重要的专业课开展融合思政教育、工程案例以及现代化教学手段的多元教学改革十分必要。首先,阐释了课程思政的内涵及其现实意义,然后分析了“液压传动与控制”的课程现状,在此基础上,提出了融合思政教育的案例教学法,且在教学过程中运用工程动画与视频素材等现代化教学手段,并通过教学流程详细阐明了该教学法,达到发挥专业课程育人功能并提高人才培养质量的目的。

在高核功率反应堆冷却剂泵动压控制中,面临众多复杂约束条件,导致PID控制能力降低,增加主泵停运风险,进而影响整个核电站的安全运行。为了提高核电站供电能力,提出一种复杂约束条件下的高核功率反应堆冷却剂泵动压控制方法。通过分析高核功率反应堆冷却剂泵工作原理,选取有代表意义的高核功率反应堆冷却剂泵动压控制约束条件,并以此为基础,采集不同工况下主泵内部流畅运行所产生的液膜压力和叶轮压力,输入PID控制器中,根据PID控制器输出的控制策略,实现高核功率反应堆冷却剂泵动压控制。实验结果表明:方法可有效控制泵密封端面液膜压力,避免主泵内冷却剂外泄,且叶轮片表面的空化体积分数均处于较低水平,对密封端面和叶轮片的控制性能均较强。

齿轮泵作为发动机及液压系统的核心零部件,其性能影响整个设备的运行。通过对影响齿轮泵性能因素进行分析,给出相关的优化措施,对相关方法进行了详细计算及Pumplinx仿真分析,最后通过仿真及试验结果对优化方法进行验证,对齿轮泵整体性能的提高给出了设计依据。

为研究有缆智能配水器密封用O形圈在高温高压工况条件下各密封参数的变化规律,利用ABAQUS有限元仿真软件,分析不同摩擦系数、沟槽倒角、沟槽底圆、压缩率、密封间隙对O形圈有效应力的影响规律。采用正交试验对五种密封参数作用下的O形圈最大有效应力进行极差分析。结果表明:O形圈最大有效应力随摩擦系数、密封间隙增大而增大,随沟槽倒角、压缩率增大而先减小后增大,随沟槽底圆增大而呈现波动现象且波动范围很小;影响O形圈最大有效应力的主要因素从大到小依次为摩擦系数、密封间隙、沟槽倒角、压缩率和沟槽底圆。采用优化密封参数后的有缆智能配水器目前已成功应用90余井次,密封效果良好,目前皆处于正常运转状态。

对某形式的无泄漏单向阀进行了结构分析和仿真,并利用有限元软件Ansys Workbench对该单向阀的反向密封机理进行了分析;经过冒泡法试验验证,该阀门对于流体的反向密封效果较好。该无泄漏单向阀结构形式可以用来代替普遍使用的金属密封,具有结构简单、性能可靠的特点,可以推广到其他液压阀门的密封结构中。

在自动变速箱设计中,液压离合器作为重要部件,其动作时间在换挡平顺的前提下,要求尽可能的短,以提高换挡效率和液压离合器的使用寿命。以某型号自动变速箱的单个液压离合器为例,进行了结构与工作性能的仿真分析,初步获得满足要求的设计参数,并以此参数加工离合器样件,通过在离合器测试台上测试动作时间,验证了仿真结果的正确性,对于自动变速箱的设计开发具有指导意义。

通过开展正交试验,分析空调冷却水泵机械密封参数优化问题。经方差分析观察到,在机械密封端面摩擦功耗方面,不同工艺参数对密封端面摩擦功耗均会产生一定的影响,其中,电机转速对密封端面摩擦功耗所产生的影响最大,其次为介质压力,弹簧比压则对密封端面摩擦功耗影响相对较小。分析极差分析结果可以发现,随着弹簧比压和电机转速以及介质压力的不断增加,密封端面摩擦功耗也会随之呈现出不断增大的变化趋势。经过机械密封泄漏量方差分析,对密封端面摩擦功耗产生较大影响的工艺参数为弹簧比压,其次为介质压力,电机转速对密封端面摩擦功耗所产生的影响则相对较少,另外,弹簧比压会对泄漏量产生较大的影响。最终分析确定机械密封的最佳工艺参数条件为:弹介质压力为 0.60 MPa,电机转速为2960 r/min,簧比压为 0.06 MPa。

飞机舵机电液负载模拟装置是一种时变非线性的多部件耦合控制系统,其内部的功能诊断具有很强的复杂性和不确定性。针对飞机舵机电液负载模拟装置故障诊断过程中出现诊断结果不稳定和精度不足的问题,在电液负载模拟装置的工作原理基础上,对不同特性的部件设计了基于时间触发和基于事件触发的故障计数器,采用故障阈值分段和故障事件分区的故障诊断策略进行故障诊断,最后在构建的故障注入实验环境中验证故障诊断策略的可靠性和准确性。实验结果表明,所设计的故障诊断策略能够提高飞机舵机电液负载模拟装置的故障诊断稳定性和准确性。

为改善汽车起重机伸缩系统用某型号平衡阀的内泄问题,对某型号平衡阀进行结构分析,得出与平衡阀密封性能直接相关的零件和工艺参数。通过测量系统分析(MSA)验证测量系统的可靠性;通过过程能力分析得出加工能力不足的工艺参数,由此确定平衡阀内泄的原因;结合平衡阀生产工序,运用因果矩阵(CE矩阵)和潜在失效模式及后果分析(FMEA)筛选出32个可能因子,即可能影响参数的工序,其中19个因子可即时改善,改善后平衡阀制造质量明显提高;运用假设检验对剩余13个因子与工艺参数的相关性进行验证,进一步筛选出8个相关因子;最终对8个因子进行试验求得最优的进给量,最佳转速和加工规律,加入至生产加工过程中,内泄故障反馈率由4.72%降至2.35%,有效改善了平衡阀内泄问题。

复合数控机床液压系统是重要的动力传输以及控制的关键系统,其发生液压故障具有多样性,针对复合数控机床的液压故障诊断复杂问题,在复合数控机床液压系统结构基础上,构建了双主从式故障诊断拓扑结构,设计基于液压故障特征的故障诊断专家系统,在构建的复合数控机床液压系统故障诊断实验环境中进行了大量的故障模拟实验,来验证该优化设计方法的可靠性。实验结果表明,采用的优化设计方案能够快速的提升复合数控机床液压系统故障诊断效率和准确性。

通过对起重机卷扬平衡阀在开启关闭过程中由阀芯运动造成的抖动问题进行研究,基于AMESim仿真软件建立起重机卷扬平衡阀的仿真模型,通过仿真分析对平衡阀阀芯运动时的动态特性进行深入研究。结果表明,起重机平衡阀的内部阻尼孔参数设计对阀芯复位动作有很大影响,通过对阻尼孔参数进行优化,可有效解决起重机卷扬下降抖动问题。

液压缸被广泛运用于工程、农用、环卫、矿山机械等,用途不同,液压缸的外部连接结构也就有很大的区别。随着液压缸用途及所要实现功能的的多样化、复杂化,液压缸的外部连接结构也趋于多样化和复杂化,这些的连接结构通常都是通过焊接方式来实现。如何保证液压缸外部结构焊接后位置尺寸及形状尺寸,就需要在生产实际中重点考虑。主要介绍几种典型用途的液压缸,就如何保证液压缸缸筒外部零件焊接尺寸进行实例说明。为实际工作中在遇到类似问题提供些思路和参考。