外场风况的随机变化和全尺寸风轮的非定常特性,导致外场的重复性实验结果很难得到,而数值计算可以方便有效地提供对比数据。在保证网格无关性及计算过程准确性的基础上,对外场实验风力机进行数值计算。首先,分析某实验工况时叶片的压力分布及流场结构,表明越靠近叶尖,压力分布的计算值和实验值吻合度越高,而越靠近叶根,大尺度的三维分离旋涡和测压带的联合作用使其压力分布偏差越大;其次,计算分析在整个风速区间4~23 m/s上风力机叶片表面的流动特性及压力性能,发现三维旋转效应引起明显的失速延迟现象。

磁液双悬浮轴承的液膜厚度小,转子与定子之间易发生碰摩现象,导致定子松动故障,进而引发转子非线性失稳及其混沌现象,磁液双悬浮轴承无法稳定运行。因此,针对磁液双悬浮轴承建立了单侧定子松动故障下的转子碰摩动力学方程,利用数值模拟法分析不同结构/运行参数对转子分岔行为的影响规律,并通过实验验证理论模型的准确性。研究结果表明,定子松动故障下降低偏心比或转速比可使磁液双悬浮轴承的转子从混沌状态恢复稳定单周期运动;增加支承刚度、阻尼或者松动质量可促进转子进入稳定单周期运动;实验测试所得转子运动周期变化规律基本与仿真结果保持一致。该研究为磁液双悬浮轴承的稳定运行提供了理论支撑。

为了研究液压冲击器系统供油压力对冲击性能的影响,在分析液压冲击器工作原理及特点的基础上,建立气液联合式液压冲击器系统的非线性模型。运用AMESim分别对液压冲击器的回程加速过程和回程减速过程进行仿真、分析。结果表明:系统供油压力对液压冲击器的冲击性能会产生重要的影响,通过反复仿真优化分析,得出同类型的液压冲击器的最佳系统供油压力在19～22 MPa 之间。为液压冲击器的设计及液压系统参数优化提供指导。

在机械零件的加工过程中,受力变形是一个常见问题,尤其对于齿轮泵而言,其腔体密封的严格要求,使得齿轮加工质量至关重要。齿轮泵齿轮的隐形缺陷可能会在使用过程中威胁到腔体密封安全。为确保齿轮泵齿轮加工质量和精度,研究了齿轮泵齿轮机械加工受力极限测试方法。在测试准备阶段,选择了合适的测试设备和齿轮泵齿轮,并确定切削加工方式。通过设计齿轮加工受力计算方法,分析齿轮的受力状态,构建湍流模型以压缩加工流动值,并利用弹性耦合关系联系齿轮的内力与变形。在高速加工中心进行切削力测试时,分别对不同轴向上的齿轮受力极限值进行了测量。测试结果表明,当轴向切削深度低于1.0 mm时,齿轮的最大受力值为240 N,出现在OY轴方向;而当轴向切削深度超过2.0 mm时,最大受力值为140 N,出现在OX轴方向;此外,齿轮的受力随厚度和刚度变化而呈现周期性变化,当齿轮刚度最小时,其受力值也最小,表现为齿轮顶部的受力最小,而齿轮根部的受力值最大。

针对机械密封常用的碳化硅摩擦副材料,在试验机上进行摩擦副在不同转速、法向载荷以及材料配对条件下进行摩擦试验,对比分析密封环的摩擦系数和端面形貌变化规律。结果显示:在干运转工况下,密封环摩擦系数受转速、压力和材料的影响,试验阶段密封环摩擦副的摩擦系数随时间不断变化,且加碳碳化硅(SSiC+C)/反应烧结碳化硅(RBSiC)的摩擦系数在运行初始阶段要小于反应烧结碳化硅(RBSiC)/反应烧结碳化硅(RBSiC)。因此,当选用碳化硅/碳化硅配对的机械密封需短暂的运行干摩擦工况时,窄密封环可选用加碳碳化硅,通过降低转速、载荷和减少运行时间,可减少干摩擦工况对机械密封端面的损伤。

针对苹果采摘机器人的视觉识别算法进行优化,以YOLOv8检测算法为基础进行改进。针对YOLOv8识别算法容易存在漏检错检,同时模型较为复杂,计算参数量较高等问题,设计出一种名为YOLOv8-SNC的目标检测算法。算法引入GSConv替换算法中Neck部分的传统卷积来提升算法整体的轻量化程度,同时在每个检测头前加入CBAM注意力机制提升网络的特征提取能力,使网络更符合苹果采摘机器人的实际需求。实验结果表明,YOLOv8-SNC目标检测算法与YOLOv8相比,精度P提升2.3%,平均精度均值mAP提升1%,浮点运算次数FLOPs减小了9.88%。在面对重果、枝叶遮挡、多目标等复杂环境时,YOLOv8-SNC拥有更好的鲁棒性。YOLOv8-SNC在提升模型检测精度的同时完成模型轻量化,为苹果采摘机器人提供一种高效可行的识别算法。

介绍了蓄能器的功能、分类以及其应用产品。基于活塞式蓄能器密封件易失效以及本身存在的迟滞现象,对D形密封圈进行研究分析,利用ANSYS软件对蓄能器所用D形密封圈进行密封性能仿真,结合蓄能器实际工作的工况,仿真不同压缩率在不同液压力下以及不同压差下的等效应力和最大接触压力;利用AMESim软件搭建蓄能器功能模型,仿真不同压缩率下蓄能器的预充压力以及迟滞。将装配有不同压缩率的D形密封圈的蓄能器进行台架耐久试验,试验后测量蓄能器的泄漏量以及迟滞,与仿真结果进行对比,以此得到D形密封圈压缩率的设计值,对工程实际中活塞式蓄能器的设计与优化具有一定参考和指导意义。

在气动系统中,气流回路既是驱动源,又是承载压力、流量等信息素的载体。针对气动系统闭环控制需要依赖电子传感器和控制器,提出利用气流反射原理,研究并设计一种具备接近感应的新型气流接近感应装置,实现了反馈口压力随物体靠近而增大的接近感知。通过正交试验和ANSYS流道仿真,对感应装置进行了内部流道优化,设计了一种应用该感应装置的自反馈抓取气动夹持器。实验结果显示,夹持器在靠近被抓取物体时能自动感应并执行抓取操作,摆脱了对电器元器件的依赖。

针对传统叶片泵存在的叶片磨损大、易卡死和低速性能差问题,提出一种创新结构的摆动叶片泵。新结构通过叶片摆动将滑动摩擦转变为滚动摩擦,有效改善了叶片受力状况;同时,通过叶片摆动和独特结构,有效解决了传统叶片泵在低速运行时因离心力不足而无法正常工作的问题。详细分析了新结构的特点和工作原理,推导了排量计算公式;通过叶片受力分析和有限元应力场模拟,确定了叶片受力最大的部位,对提高叶片泵的使用寿命和应用范围具有重要意义。

农用机械液压缸在工作过程中,负载会随作业条件、农作物种类和生长状态等因素而发生变化,这些变化通常呈现非线性特性,对液压缸的工作压力、流量、活塞行程等参数造成干扰,难以保证液压缸运行的稳定性,影响了农业生产的进度,为此,提出研究农用机械液压缸电液比例位置同步自抗扰控制方法。通过有向图形式表征节点与支路,构建农用机械液压缸系统向量关联矩阵;基于液压缸动态推进特性,以流量变化为基准,考虑向量关联矩阵下非线性损失特性,确定液压缸电液比例位置平衡方程;应用自抗扰控制原理中估算函数,统一补偿非线性干扰因素造成的位移差,在符合电液比例位置平衡条件下实现液压缸电液比例位置同步控制。实验结果表明:以双液压缸结构为测试对象,可以在多个参量扰动下,完成两组结构的电液比例位置同步跟踪,实现对两者的位移控制,具有实际应用价值。

内容积比作为双螺杆压缩机的重要几何参数,极大地影响着压缩机的压缩性能。针对传统等螺距螺杆压缩机内容积比小的问题,基于单边不对称摆线-销齿圆弧型线,构建了一种具有较大内容积比的变螺距螺杆转子。分析了螺杆转子几何参数对压缩机性能的影响,揭示了变螺距双螺杆压缩机的封闭基元容积的变化过程,研究了转子间接触线长度变化规律。研究结果表明:当进气容积与排气口相同时,与传统螺杆转子相比,变螺距双螺杆压缩机的内容积比提高85.3%,高压侧接触线长度最大减小29.01%。研究内容对提高双螺杆压缩机的内容积比、改善转子间高压侧的气体泄漏以及拓宽双螺杆压缩机的工况应用范围具有重要意义。

采用油液分析技术对液压系统进行故障诊断和状态监测对保障其可靠运行,防止事故发生具有重要的经济和工程意义。受采样条件和测试费用的限制,油液样本相对较少;油液分析技术种类多,每种技术只能够在一定的知识范围内对液压系统的运行状态做出诊断,且准确率往往偏低。针对以上问题,采用信息融合思想,构建基于量子多种群遗传算法(QMPGA)参数寻优的最小二乘支持向量机(LSSVM)油液分析信息融合故障诊断模型。将该模型用于挖掘机液压系统故障诊断对比发现,该模型相较于BP神经网络、LSSVM和基本遗传算法(GA)参数优选的LSSVM模型,具有更高的故障诊断准确率,且对小样本情况下的故障诊断具有一定的参考价值。

在对某钢厂电弧炉设备调试过程中发现推料机构液压控制回路经常出现系统卡滞问题,经反复实验及深入探究,初步发现是由大通径液控单向阀锥形阀芯两端有效面积差较大造成的反向过度锁死问题。利用AMESim平台搭建液压控制系统模型,仿真研究液控单向阀对整个液压回路的影响。仿真结果与实际卡滞时的现象非常接近,表明模型搭建的合理性;同时得出结论:液控单向阀在非独立控制的情况下,正向流通时的出口压力随锥形阀芯有效面积比(出口侧面积与进口侧面积比)的增大而等比减小,随其进口压力的增大而等比增大;最终,为此液控单向阀增加了独立控制回路后,反向过度锁死问题消失,系统再无卡滞。可为后续故障判断,新设备开发提供理论基础和经验指导。

为解决压力信号器在使用过程中出现通断压力值不稳定的问题,对压力信号器中的主要元器件即圆柱弹簧的性能及其对产品输出精度的影响机理开展有限元分析计算,发现弹簧本身的非对称结构使其受压时容易产生径向分力,造成压力信号器输出精度存在偏差。在此分析基础上,提出了两种针对性的改进措施:优化弹簧的有效圈数等设计参数和采用并联弹簧的结构形式。对改进前后的模型分别进行仿真计算,验证了改进措施的有效性。

爬行现象作为液压缸当前存在的主要故障之一,对其出现原因及影响因素进行分析有着重要意义。通过对起重机上的一款伸缩液压缸为研究对象,以爬行机理为出发点,对其进行仿真分析研究多个变量对液压缸爬行现象的影响结果,包括静摩擦力、库伦摩擦力、黏性摩擦系数、死区体积、泄漏系数、液压油绝对黏度等。采用AMESim软件进行仿真,对液压缸的仿真加速度结果作离散小波变换,以细节系数的平均值和最大值作为液压缸爬行强弱的评价标准。结果表明,理论分析结果和仿真结果一致,可为液压缸的爬行现象理论分析提供一定的参考。

针对轴向柱塞泵压力脉动特性问题,介绍了轴向柱塞泵工作原理,对其进行了运动学分析,推导了柱塞泵实际输出流量计算公式,得出了可能对其输出流量产生影响的因素。通过AMESim软件对不同转速、斜盘倾角、容腔体积、系统流量、内泄漏流量下柱塞泵压力脉动进行了仿真,分析各参数对出口压力、压力脉动幅值及频率的影响,并将仿真结果与某型液压泵压力脉动试验数据进行对比,得出仿真结果与试验数据压力脉动特性相似,为建模的正确性提供了支持。研究对于轴向柱塞泵工作参数的选择及柱塞泵压力脉动仿真及试验具有一定参考意义。

气动搬运机械手速度控制难以对搬运过程动态特性进行有效响应,导致速度响应和控制稳定性方面表现不佳。据此,提出了基于PLC技术和双幂次趋近律的气动搬运机械手速度控制方法。采用基于PLC技术,设计气动搬运机械手速度控制结构,利用PLC 梯形图程序中锁存相关控制逻辑避开多方向运动干涉。通过互锁逻辑,降低机械手抓取时出现的位移偏差。引入延时模块,实现动作延时控制。跟随PLC互锁逻辑指令,设计双幂次趋近律,结合李雅普诺夫函数,控制气动搬运机械手状态到达滑膜面,趋近度减小为0,实现光滑过渡,消除机械手速度控制过程的抖振。由实验结果可知,该方法控制的转速响应速度效果最好,没有稳态误差,保持708 r/min转速不变,且位移控制效果与理想一致,能够达到稳定控制目的。

针对民用飞机起落架应急放选择阀在复位位置时,应急放选择阀内漏大,且执行应急放指令后,应急放选择阀无法运动到应急放位置故障的现象,对应急放选择阀工作原理进行分析,确定了出现问题的原因,提出了解决方案并通过了试验验证。研究工作有望对类似问题的解决提供参考,研究工作具有重要的工程意义和实用价值。