应用粒子图像测速技术(Particle Image Velocimetry, PIV),对雷诺数Re范围为3018～10 565及悬臂梁与钝体间距s=3D条件下的矩形钝体(长宽比为1/2)尾流场特征,以及悬臂梁的振动特性进行了研究,并利用本征正交分解法(Proper Orthogonal Decomposition, POD)对实验结果进行分析。研究结果表明,钝体尾流场前二阶POD模态含能最大并且模态频率相同,反映了大尺度的卡门涡结构,其模态频率即为涡脱频率f,该值与悬臂梁的振动主频f_b一致,表明钝体尾流区悬臂梁的振动激励来自于卡门涡;矩形柱钝体尾流中悬臂梁的均方根振幅y_rms与振动主频f_b基本随Re的增大呈线性增大。利用前二阶POD模态对尾流场进行模态重构,揭示了矩形钝体尾流中悬臂梁对流场结构的反作用以及悬臂梁的振动机理。

密封环端面微织构的加工质量对机械密封的性能起着举足轻重的作用,激光雕刻是目前常用端面织构加工方式之一,为探索激光加工参数对织构槽深、槽底粗糙度的参数影响规律,采用光纤激光标刻机对碳化硅密封环进行激光加工工艺研究。通过控制变量法,依次对激光Q频、激光功率、打标速度、填充间距、打标次数、填充角度、填充类型等参数进行调节,分析不同工艺参数对织构加工质量的影响。结果表明:各参数对微织构的加工均有不同程度的影响,其中关键参数是激光Q频、激光功率、打标次数,其次为打标速度、填充间距、填充角度,而填充类型相较之下影响微弱。

为了提高凿岩台车在矿井下不平整地面施工的可靠性和精度,提出一种凿岩台车自动调平方法。通过研究凿岩台车液压控制系统的传递函数,采用AMESim-Simulink对自动调平控制系统进行联合仿真。基于优化算法,通过比较多种改进策略粒子群算法(Particle Swarm Optimization, PSO)的控制效果,最终选择混沌混合自适应粒子群(CLSSAPSO)优化PID控制策略,实现了凿岩台车车体调平平台的快速架设、精确定位,且具有控制系统稳定、超调量小、调平速度快等优势,对凿岩台车等矿山装备自动调平系统工程的实际应用具有一定的参考价值。

为了有效降低传统挖掘机在作业过程中的能量消耗,创新性地提出了一种以平衡液压缸与蓄能器为基础的动臂能量回收系统设计方案。对挖掘机动臂液压缸进行受力分析可知:能量回收效率会随动臂液压缸与水平面夹角变化而改变。利用AMESim软件建立传统液压系统与能量回收液压系统仿真模型,仿真表明:两系统在相同工况下动臂液压缸活塞杆运动速度与位移重合,这表明所设计的能量回收系统引入对挖掘机操作性能的影响微乎其微,几乎可以忽略不计。在挖掘机动臂工作一个周期内,与传统液压系统相比,增设了能量回收系统后,能量的消耗降低了43.31%,液压泵排量减少了49.23%。

为解决桌面型3D打印机处理速度慢、产品精度低以及执行机构运行不协调等问题,提出一种基于STM32单片机的气动挤料控制系统。对气动挤料控制系统进行硬件电路和软件控制设计,完成模块化整合,包括温度检测、电机控制等模块。采用Fuzzy-PID算法,实现了驱动系统的闭环控制,从而精确地控制气动挤出机温度以及执行机构动作,提升打印头定位的精确性。研究表明,该控制系统能够将打印误差降低在0.3%以内,周期缩短50%以上。

连续运输系统由长距离分布的多套液压驱动设备组成,这些设备采用多组负载敏感比例多路阀,分别控制分散布置的各个液压执行机构(液压缸和液压马达)。多组负载敏感比例多路阀采用串联供油方式,由1台液压泵站供油。设计了一种新的负载敏感比例多路阀的连接块(进油联),使其更加适用于多组长距离分散布置负载敏感比例多路阀的串联连接,不但提高了执行机构的控制响应速度,还简化了液压系统的管路。

由于高压往复密封系统工况复杂,密封失效频繁,严重制约了大型液压装备性能的发挥。以Y形往复密封结构为对象,基于CAE分析和正交试验方法,对往复密封系统进行可靠性分析和结构优化。首先构建了往复密封结构二维对称有限元模型,仿真分析了密封系统的介质压力、预压量以及密封间隙对高压往复密封性能的影响规律,得到了密封圈根部出现挤压的临界压力为28 MPa;然后通过正交试验方法分析了Y形密封圈各关键结构参数对密封可靠性的影响规律,确定了Y形密封圈的最优结构参数;最后通过CAE方法对优化的结构参数进行了验证。结果表明:该优化的结构参数能够有效控制密封圈根部的挤压,并能降低密封最大接触压力和最大等效应力,可有效提升高压背景下Y形往复密封结构的可靠性。

阐述了Solidworks软件进行二次库开发后,在液压阀块设计方面的强大功能。基于液压阀块的设计需求,开发液压阀块设计特殊库,并根据实际案例进行了验证。结果表明:该方法明显提高了软件在液压阀块设计方面的灵活性、便捷性,达到设计要求的智能化、高效化以及精准快速的出图效果。不仅减轻了设计人员的脑力劳动负担,还简化了繁重复杂的审图工作流程;同时,提高了设计效率和图纸的准确性,为实现产品提质、降本增效起到了有力的软件支撑作用。

针对某型飞机在飞行试验中并联多发气源引气流量不平衡导致的压力干扰问题,基于多源并联管网流量分配原理开展分析,找出根本原因,提出气源系统设计方案,并使用AMESim和CFD进行仿真验证。结果表明:经设计改进后,多发气源系统引气流量差异控制在10%以内。

电磁铁是液压气动控制系统的核心元件。电磁吸力是电磁铁最重要的性能指标,直接决定了电磁铁能否克服负载力实现开启或闭合。针对影响电磁铁电磁吸力的关键特征参数,利用有限元电磁仿真软件Maxwell 3D建立了电磁铁仿真模型,并利用实验结果验证了模型的准确性,随后探究了零件配合间隙和线圈温度对电磁吸力的影响规律。研究发现,零件间隙会使电磁铁内部磁路产生漏磁的现象,从而导致电磁吸力随着配合间隙的增大而降低,表明从提高电磁吸力仿真预测精度的角度来说,不可忽略零件配合间隙的影响;此外,无论是因为线圈自发热还是环境温度的变化,线圈温度的增加都将会导致电磁吸力大幅下降,严重时将会影响电磁铁的正常开启或闭合。

根据液压试验室的测试需求,设计研发了一种通用性液压阀试验台,其安装接口覆盖ISO4401、ISO7789等标准,测试能力满足压力阀、方向阀、流量阀等阀件的常规试验测试。介绍了试验台的工作原理、组成结构、控制系统设计以及应用案例。通过分析各种液压元件的试验内容,确定试验台的相关技术参数,开展试验台各工位的液压系统原理设计,根据液压系统试验过程进行控制系统设计,上位机软件开发。最后通过一款电磁换向阀的测试,验证试验台功能满足测试需要。

系统分析了阀杆粗糙度和填料类型对阀门密封性能的影响,通过对不同粗糙度(Ra0.2,Ra0.4,Ra0.8,Ra1.6,Ra3.2)的阀杆和4种填料类型的密封性能和摩擦力性能进行试验,研究阀杆粗糙度对截止阀和球阀密封性、摩擦力和泄漏率的综合影响。试验结果表明:阀杆的粗糙度显著影响填料的密封性能和摩擦性能,在截止阀中粗糙度为0.4 μm时泄漏率最低,而球阀在粗糙度为1.6 μm时泄漏率最低;此外,不同填料对摩擦力和泄漏率的影响也有所不同,其中填料类型C在各项指标上表现最优。研究发现阀杆粗糙度和填料类型是影响阀门密封性能的关键因素,为阀门设计优化提供了宝贵的数据支持和理论依据,对提升阀门的运行稳定性、延长使用寿命以及改进设备性能具有重要的实践意义。

高压供气系统广泛应用在航天、航空等行业。从设计、控制策略与新技术的应用三方面对高压供气系统进行介绍,分析归纳了一些有关高压供气系统的研究现状。在高压供气系统工程中,高压零部件的选型工作是重中之重。高压供气系统的发展与计算机技术、自动控制技术等先进技术相辅相成,相互促进,使其控制器功能更强大、控制更精准,控制策略从传统的现场控制模式向数字化和智能化的远程控制模式发展。最后讨论了高压供气系统的发展趋势。

对飞机起落架开关内部弹簧断裂问题进行分析,通过失效分析得出弹簧为疲劳断裂的结论。理论分析弹簧在腔体内3种状态下疲劳强度和寿命均满足设计要求,弹簧断裂原因为支撑垫圈尺寸设计不合理,造成弹簧底圈与垫圈过油孔槽口钩挂和垫圈啃伤,使弹簧受力异常、应力集中,产生疲劳断裂。根据故障原因对支撑垫圈尺寸进行设计改进,对流阻进行理论计算,垫圈静强度及疲劳强度进行仿真分析,加工试验件进行试验验证,改进效果达到预期。改进设计有较广泛的应用,对工程中出现的该类断裂故障诊断有一定参考价值。

针对现有液压挖掘机采用的闭式回转系统启动和制动阶段加速度慢,控制方式调试中产生的控制压力高、冲击大等问题,以100 t级液压挖掘机为研究对象,闭式回转系统为基础,设计了采用马达端压力的恒扭矩控制系统。通过仿真和试验验证,新系统能够降低系统最高工作压力,降低启动和制动过程速度波动,并保持回转最大速度,提供了更佳的操控性和节能性。

以A4V系列柱塞泵为例,旨在研究解决液压传动系统中柱塞泵的泄漏回油问题。泄漏回油问题的根源包括内部密封失效、油液温度过高和结构设计不合理等因素,不仅影响泵的工作效率,还可能导致油温过高、密封损坏等连锁反应。基于柱塞泵的工作原理和泄漏回油机制,结合强制冷却与强制润滑原理,提出了一种改进方案,对斜盘泵和斜轴泵的内部液流进行重新设计,以减少泄漏流量,提高泵的效率。通过对A4V泵进行实际改进,对比分析改进前后性能,结果显示:改进后的泵在噪声、泵壳温度和强制冷却流量方面均有显著改善,且无需泄漏回油管路。研究内容和结果对柱塞泵的改进设计具有重要指导意义。

随着国内非公路机械设备技术不断升级,液力传动油也随之升级。在液力传动油中摩擦性能与换挡性能会随着液力传动油换油周期的延长也在不断提高,然而摩擦耐久性能在液力传动油配方体系中却是最难平衡和最难达到的。所以在整个换油周期内保持摩擦耐久性能就显得尤为重要。针对国内非公路机械变速箱离合器普遍使用铜基摩擦片特点,模拟湿式离合器铜基片摩擦特性及耐久性评价方法,有助于研究适用国内非公路机械变速箱离合器的摩擦特性以及耐久性能。

对国内某大型化工企业一装置螺杆膨胀动力机的原机械密封存在的问题进行分析,提出将机械密封改造成干气密封。基于干气密封布置形式的性能特点,该螺杆膨胀动力机选用国内生产的双端面干气密封,主要对干气密封的设计过程及参数进行了描述,并对其工作机制进行分析,对密封性能进行计算,绘制相关曲线,最终得到压力、温度、转速、膜厚等影响干气密封性能的各种参数。除此之外,对干气密封辅助控制系统的设计方法与控制思路进行了阐述。螺杆膨胀机用干气密封制造完成套后,需要对密封进行模拟实验,用来验证干气密封设计的稳定性和可靠性。试验结束后将干气密封安装在生产现场,对其进行长周期服役状态下的应用考核。现场监测实时数据显示干气密封本体运转稳定、端面气膜形成快速、干气密封辅助控制系统可靠稳定,整体设计达到了预期目标。对这一型号螺杆膨胀动力机配套干气密封的成功改造,保证了机组的稳定运行,消除了介质泄漏所造成的隐患,对干气密封技术拓展有着较好的应用前景。

针对传统轴承箱密封存在使用寿命短、泄漏量大等问题,设计了一种依靠磁力来提供闭合力的磁力机械密封结构。通过对磁力机械密封结构设计、材料选用、受力分析、端面比压计算等,确定各零部件及其尺寸。试验表明,该磁力机械密封功能元件少、结构简洁、安装使用方便,泄漏率小于1 mL/h,动环磨损率小于0.35 μm/h,可以替代油封应用于传统轴承箱密封,具有较好的实际应用价值。