轴向柱塞泵作为液压系统的核心动力源,广泛应用于工程机械、航空航天及深海装备中,为研究轴向柱塞泵流量输出特性,首先在三维建模软件完成轴向柱塞泵建模,然后把三维模型导入AMESim仿真软件,通过数模关联匹配,完成轴向柱塞泵液压模型的搭建,分析在不同工况下柱塞泵的输出流量变化规律。采用一种更加便捷的全新斜盘式轴向柱塞泵AMESim液压建模方法,结果表明:基于三维模型的斜盘式轴向柱塞泵AMESim液压建模方法和常规的建模方法相比,有搭建模型直观精确、考虑参数全面和更改设置各种参数直观方便的优点。仿真表明:斜盘倾角从7°增大到19°的过程中,斜盘式轴向柱塞泵的输出流量逐渐增大,流量脉动率先减小后增大,在16°时取得最小值6.8%;主轴转速从900~2100 r/min变化的过程中,柱塞泵的输出最大流量、最小流量和平均流量均稳步增加;节流孔的开度越小,即负载越大,柱塞泵的输出流量达到稳定的时间明显增大。

针对影响空压机气阀动力学特性的主要因素,基于动网格和UDF技术构建锥形阀动力学数学模型,研究阀片开启/关闭角度、位移和撞击速度、气阀的升程等参数间的相互作用规律,以降低气阀撞击速度并提升阀片服役寿命为目标,提出了进排气阀结构型式优化方案,并计算了优化后阀片的应力分布。结果表明:对于锥形阀和舌簧阀,其排气阀片的最大撞击速度均明显大于进气阀片的最大撞击速度,且进排气阀片在开启过程中撞击速度会达到最大值;进、排气舌簧阀片的最大等效应力均发生在阀片根部位置,两者最大应力值分别为197.7 MPa和307.6 MPa。

在涉氢环境下,涉氢爆破片作为关键的安全泄压装置,其密封性能与结构强度直接关乎设备及人员安全。由于氢气分子极小且具有强扩散性,对密封件提出了更高要求,而自紧式透镜密封圈在生产加工和使用过程中,结构尺寸及工作载荷的随机性和不确定性,进一步加剧了密封圈密封性和结构强度的分散性,这种特性在涉氢爆破片应用场景中尤为显著。本研究采用ANSYS PDS概率设计模块中响应面法和蒙特卡罗模拟技术相结合的方法,针对涉氢爆破片工况下的自紧式透镜密封圈,建立应力-强度干涉的可靠性数值模型和极限状态函数关系曲线,充分考虑氢气渗透、压力波动等因素对密封圈性能的影响,进行全面的可靠性分析。同时,借助ANSYS灵敏度分析法,在原有研究结果的基础上,针对涉氢爆破片的特殊工况,对自紧式透镜密封圈的预紧高度进行结构优化。通过反复模拟与参数调整,最终得到了适用于涉氢爆破片的自紧式透镜橡胶密封圈密封尺寸函数无关性的结构优化方法及优化结果,有效提升密封圈在涉氢环境下的密封可靠性与结构稳定性,为涉氢爆破片的安全高效运行提供技术保障。

针对径向柱塞马达壳体在磨削过程中产生的磨削烧伤问题,提出了一种基于巴克豪森噪声(BN)的马达壳体磨削烧伤检测方法,克服传统酸洗法污染环境、损坏工件和效率精度较低问题。首先,介绍巴克豪森噪声测试仪工作原理及其磁弹参数(MP)与工件磨削烧伤对应关系,综合比较法和扫描法确定检测激励电压;其次,通过试验设计(DOE)对测试数据进行分析,基于残差分析结果,回归模型能够有效拟合正常样品的MP值,从而实现对其准确预测;最后,对马达壳体内表面进行残余应力测试,结果表明残余应力相对稳定,与巴克豪森噪声属于正相关。研究结果显示正常样本的MP值趋于正态分布,样本的MP值在95%置信水平下的区间为41.573~43.573;试验验证了该方法在检测径向柱塞马达壳体磨削烧伤方面的有效性。

机载润滑供油系统工作时的极端工况会影响齿轮泵输出压力流量特性,导致润滑系统供油不足或输出润滑油液不稳定,研究进口压力、转速、温度、油液含气率等极端工况对供油齿轮泵压力流量特性的影响,结果表明:进口压力对齿轮泵压力流量特性的影响最大,温度对齿轮泵输出特性的影响最小。其中,随着进口压力增大,齿轮泵的出口压力脉动的幅值和均值逐渐减小,出口平均流量增大,流量不均匀系数降低了42%,容积效率提高了44%。转速的提高会使齿轮泵出口压力脉动的幅值和均值上升,流量不均匀系数和容积效率初期升高后下降。油液含气率增加时,出口压力脉动的幅值和均值升高,出口平均流量减小,流量不均匀系数增加了49%,容积效率降低了6%。

液压电梯在启停和制动等变载工况下,直流母线电压极易产生大幅瞬时波动。这种电压波动不仅会破坏能量回馈系统的稳定性,导致并网电流严重畸变,还会因单环控制响应速度不足而无法及时跟踪快速变化的负载工况,进而使系统能量回馈效率低下、能耗居高不下、节能效果不理想,同时畸变电流还可能对电网电能质量造成污染。为此,研究变频调速液压电梯能量回馈自动控制方法。对电梯能量回馈系统的工作原理与结构特点展开分析,根据系统架构设计PWM闭环控制器,该控制器采用电压外环和电流内环协同工作模式,电压外环稳定直流母线电压,电流内环精确跟踪并网电流,通过dq坐标系下的解耦控制和PI调节实现高动态响应和低谐波输出。针对变载工况下的功率波动问题,采用逻辑分析法设计电梯能量回馈控制策略,通过逻辑判断动态分配高、低功率工况下的控制模式:高功率时PWM控制器与节能装置协同工作;低功率时由节能装置独立运行,以此完成变频调速液压电梯能量回馈的自动控制。实验结果表明,在该方法控制下,三相电流均衡度较高,能耗显著降低,平均节能率达到70%,且在变载工况下能保持稳定运行,验证了PWM双闭环控制与协调策略的协同优化效果。

针对一种多推杆燃气作动器工作时间短、到位冲击大以及需要同时对多路输出性能进行测试的难题,提出了压痕测力法和弹簧测力法2种测试方法。重点对2种测试方法的结构、系统组成及实施方案进行了详细描述,最后进行了地面试验验证。通过对试验结果进行分析、对比,可知2种测试方法的测量结果基本一致,可以互证2种测试方法的测量结果均是准确的,因此2种测试方法均可用于对多推杆燃气作动器输出性能进行测试。该研究结果对同类其他产品的输出性能测试也具有重要的参考和借鉴价值。

针对输送带断裂制动距离可控性差问题,提出一种基于位置闭环控制的液压节流制动系统。通过PID控制器调节节流阀实现输送带定距制动,给出了系统控制原理;基于AMESim搭建系统仿真模型,进行了系统可行性分析;对PID控制参数进行了优化,并通过断带抓捕试验装置验证了输送带定距制动特性。研究结果表明:该系统具备较好的定距制动特性;K_p=800,K_i=0或0.1,K_d=100时,系统性能更优。

液压系统固有的位置-速度-加速度动态耦合效应显著,同时刚度、阻尼、惯量-阻尼耦合等非线性因素相互交织,使得系统呈现出高度复杂的非线性特性,导致难以精准捕捉系统动态,无法实现摆角高精度跟踪,控制精度易损失,难以满足石油开采对摆角精确控制的需求。对此,提出了一种自适应控制方法,建立液压锚杆钻机摆角的位置-速度-加速度的动力学模型,采用扩展卡尔曼滤波(Extended Kalman Filtering,EKF)对非线性动力学模型进行局部线性化处理,构建离散时间状态方程,并基于预测-校正机制进行时间更新和状态更新,为控制器提供精准的摆角位置预测值。基于反步法与Lyapunov稳定性理论设计自适应控制器,通过分层误差设计引入两个虚拟控制器,将预测结果作为输入分别处理摆角位置、速度及加速度误差,最终合成实际控制输入,以实现实际摆角精准跟踪期望摆角,抑制液压系统的非线性和扰动,提升摆角自适应控制精度。实验结果表明:该方法在不同石油开采条件下,积分绝对误差ITAE最大值仅为0.01且未超阈值,能实现有效自适应控制;在不同负载扰动下积分绝对控制输入值ITACI显著低于对比方法,抑制扰动效果好,控制精度高。

燃气轮机作为一种重要的动力机械,广泛应用于发电和动力系统,在运行过程中,其内部气缸接合面易出现内部工质泄漏,不仅会影响其工作效率,还会导致设备故障和安全隐患。针对某型燃气轮机密封问题,提出并设计了一种金属C形条密封结构,通过有限元仿真软件ABAQUS,分析了其在室温(25 ℃)及高温(500 ℃)工况下的力学性能和密封效果。仿真结果表明,所设计的C形密封条在最大压缩量为2.2 mm时,室温下最大回弹量为1.15 mm,回弹率52.3%,高温下最大回弹量为1.12 mm,回弹率50.9%,有效回弹量均大于0.5 mm,且界面接触状态稳定,压力分布均匀,无明显泄漏风险。结果证明该结构能够有效减少燃气轮机内部工质向外的泄漏量,为燃气轮机密封结构的工程设计提供了可行性依据与方法。

盾构机刀盘在掘进过程中需要应对复杂的地质条件,为避免损伤刀盘,液压驱动系统将发挥关键的作用,基于此,针对盾构机刀盘液压驱动控制的模糊PID控制策略展开研究。根据主要元器件指标,确定刀盘转速,实现对盾构机刀盘液压驱动系统的数学分析。建立刀盘驱动的三维模型,并在此基础上,设计滑模控制理论算法模型,再针对PID元件建立模糊化隶属函数,从而定义模糊控制规则,实现对盾构机刀盘液压驱动的模糊PID控制。实验结果表明提出控制策略的刀盘输出扭矩差值为29.5 kN/m,应用效果明显优于其他控制策略。

针对油箱惰化过程,提出全飞行包线下自适应油箱惰化富氮气体流量计算方法。依据气体溶解平衡关系及质量守恒方程,在MATLAB中建立油箱惰化仿真模型,通过与文献中的试验数据对比,验证了MATLAB仿真模型的正确性。在此基础上,探究了全飞行包线下不同载油量对富氮气体流量变化的影响规律,并引入了富氮气体临界流量的概念。最后结合工程实际制定了油箱惰化富氮气体流量选取方案,并进行验证计算,研究成果可为飞机油箱惰化系统工程设计提供参考。

液压控制系统在自动化控制行业一直占有很大的比重,随着科技的进步和液压技术的不断发展,实际工程项目中对液压控制系统的被控对象也提出了更高的控制精度。为了提高被控对象的控制精度,相应的液压系统所提供的主油路压力也必须提高稳定性,需保证在有外部干扰的情况下,供油系统的供油压力能保持稳定输出。针对以上需求,提出了一种基于离散数字PID的液压控制系统的供油压力控制策略,并从离散数字PID的控制原理、算法以及此控制策略在工程中具体实现的3个方面进行了研究,实现了液压系统供油压力的稳定输出,对提高被控对象的控制精度提供了有力保障。

为了解决工程机械车辆某款新产品中支腿回缩时,发生“炮鸣”的异响故障,针对原有支腿的液压系统搭建了仿真模型,进行仿真分析,仿真发现在垂直支腿液压缸回缩到极限位置,并再次伸出的瞬间,液压缸大小腔的压力急剧变化。结合压力急剧变化的现象,对“炮鸣”故障进行了验证,确认了压力急剧变化造成了异响。首先对原有液压系统的仿真模型进行了改进,仿真发现垂直支腿液压缸大小腔的压力变化梯度减缓,然后结合仿真模型,在原有液压系统的基础上,设计了“预泄压”回路,并应用在支腿伸缩系统中,消除了“炮鸣”故障,提升了产品的性能质量。

对某型民用飞机铁鸟液压管路变化的影响进行了分析与优化。由于铁鸟试验台架局部结构变化,导致液压管路构型发生变化,进而影响管路中流体特性,为保证液压系统性能一致性,对管路构型变化前后的流阻进行了计算分析,评估了构型变化对液压系统性能的影响,最终提出了优化设计方案并进行了试验验证。优化后的2号系统回油管流阻较优化前降低了6.13 kPa,3号系统进油管流阻较优化前降低了7.1 kPa,管路构型更接近飞机真实情况,提高了铁鸟试验结果的真实性。

为了提升姿态控制电磁阀在设计行程末端的最小电磁力,弥补现有优化研究在该关键指标上的不足,通过理论分析与有限元分析,系统研究静/动铁芯间距、线圈匝数、导磁外壳厚度及动铁芯边缘角度对最小电磁力的影响机制。结果表明:气隙增大时电磁力显著衰减,增加线圈匝数可有效提升电磁力,导磁外壳厚度存在高效增益区间,超过阈值后收益饱和,动铁芯边缘角度存在性能最优值,过度减小反致性能下降。通过优化关键参数后,最小电磁力实现显著提升,为电磁阀工程化设计提供有效理论支撑。

为提高气体安全阀异常开启后快速回座并密封的可靠性,研究安全阀的流道结构对其阀瓣升力及排放能力的影响,采用数值模拟对不同流道结构参数的安全阀进行内流场仿真分析并优化改进,结果表明:阀芯组件的几何参数对气体安全阀的性能具有较大影响,合理设计阀瓣倾斜角和阀芯直径能够改善安全阀的气动性能;随着安全阀的排气孔直径增大或数量增多,其阀瓣升力越小,且排放能力增加,两者具有相同的影响趋势;优化改进后的模型与原始模型相比,其阀瓣升力降低了29.5%,排气流量增加了18.5%,性能显著提升。

通过对新开发的电动真空泵全寿命试验数据分析和计算,确定了其寿命服从三参数威布尔分布,进一步求出了分布函数。在此基础上设计了一种加速寿命试验方法,并通过试验和分析计算对这种方法进行了改进和验证,从而得出加速寿命试验方法与全寿命试验方法等效,为后续产品的快速迭代和降本增效奠定了基础。