2025年1月8日,在北京举行的“中国液气密协会2025年迎春报告会”上,燕山大学孔祥东教授受邀作了题为《守正创新 双创融合,助力液压元件及系统高端化、智能化、绿色化发展》的分享报告。孔祥东教授分析了液气密行业在高端化、智能化与绿色化(三化)转型中的发展优势、发展瓶颈与发展前景。他从“守正创新”与“双创融合”的理论内核出发,强调行业需以“守正”夯实基础理论与工艺传承,以“创新”推动液气密领域高水平科技自立自强,并通过“双创融合”驱动液气密行业高端化、智能化、绿色化发展。报告还结合燕山大学液压专业及其科研团队在“三化”发展道路上的探索与实践,介绍了燕山大学液压专业人才培养、多元融合发展与其科研团队技术创新与转化等一系列实践措施,助力解决液气密行业“三化”发展难题。该文由现场报告整理而成,为液气密行业“三化”发展提供了理论框架与实践启示。

海工栈桥波浪补偿系统可实现海上人员与物资的安全高效转运,是大型海洋运维船舶的关键系统。针对海工栈桥波浪补偿系统“能耗大”的瓶颈问题,提出一种海工栈桥俯仰主被动复合波浪补偿电液系统设计方案。首先,分析了海工栈桥波浪补偿系统的机械结构及其俯仰关节工作原理。设计基于高压气体随动支撑的被动波浪补偿系统,降低海工栈桥俯仰动作过程中因自身重力产生的能耗;设计基于电液阀组的主动波浪补偿液压控制系统,实现海工栈桥俯仰运动的闭环控制。接着,通过理论建模与仿真分析,揭示了所设计系统对栈桥自重的随动补偿机理,解析了被动补偿系统与主动补偿系统的能量分配,探究了不同被动补偿压力下所设计主被动复合波浪补偿电液系统的能耗特性。最后,研制了海工栈桥俯仰主被动复合波浪补偿电液系统,并开展了试验,验证了设计系统的驱动与控制能力。研究结果表明,所设计主被动复合波浪补偿电液系统可实现海工栈桥的低能耗高精度控制,对我国未来海上风电安装及运维等具有重要战略意义。

三锚浮标独特的结构设计能进一步提高观测能力、稳定性和工作可靠性,避免水下设备与锚链缠绕,有助于实现对海洋水体剖面数据的监测,在海洋监测领域占有重要地位。为探究浮标系统在浅海中单根锚链的静力特性及浮标发生偏移时对各锚链张力、系统回复力等参数的影响,应用考虑海底卧链的悬链线方程,根据Newton-Raphson迭代法编写程序对单根锚链静力特性进行求解;通过对三锚浮标系泊系统静力分析,阐明了不同偏移位移及偏移角度对浮标系统各锚链张力、水中悬链长度、系统回复力及其方向角的影响。结果表明:锚链刚度随悬链水平跨度的增大而增大;偏移角度一定时,随着浮标偏移位移的增大,浮标系统回复力随之增大;偏移位移一定时,随着偏移角度的增大,浮标系统回复力先增大再减小。

转子在旋转过程中需要承担巨大的惯性力,使其对装配质量的要求较高,进而影响到转配时测量点位数量的选择,对此,提出堆叠优化下的转子装配预测量点位数量选择研究。基于转子装配的历史数据,利用堆叠优化技术,建立刚性堆叠模型,并设计转子装配物理特性方程,建立转子装配精度预测模型,筛选出装配精度较高的预测量点位数量。基于此,以最小化装配误差、最大化装配精度、最小化测量成本为目标,设定目标函数和约束条件。通过计算不同数量测量点位的敏感性,计算出最优装配效果的测量点位数量。实验结果表明,设计的选择算法在实际应用中偏心距为0.85 mm,选择性能较好。

电液伺服阀是高精度深海液压装备中的核心控制元件,其性能与可靠性是决定深海液压系统控制精度与可靠性的关键因素。深海极端工况下,阀芯与阀套的微小形变影响电液伺服阀的控制性能,建立了双喷嘴挡板阀三维模型,基于变海深环境工况,对滑阀在不同海深下形变规律与内泄漏进行研究分析。研究结果表明:当海深为12 000 m时,阀芯与阀套之间的间隙降至2.752 μm,泄漏量减少到0.020 5 L/min,与陆地环境相比,形变量接近50%,泄漏量减少了98%。该结果可用于预测电液伺服阀在深海环境中的使用,本研究对液压系统的研究具有重要意义。

在离心泵等旋转机械中口环通常作为一种减小泄漏流量的部件,但随着口环间隙的减小和转子转速的增加,其转子动力学特性对高速泵安全运行的影响不容忽视。基于数值模拟的方法计算研究了高速离心泵口环在工作状态下的刚度阻尼特性。通过整体建模高速离心泵流场域,计算了处于确定进口条件下的口环中转子在不同偏心率和不同偏向角时的刚度阻尼特性。结果表明:口环间隙的刚度阻尼特性与转子偏心率为非线性关联;进口压力分布对转子在不同偏心率和偏向角下的刚度阻尼影响明显,进口压力的周向不对称引起了口环刚度阻尼特性沿周向不对称,其中主刚度受到的影响最为明显。

数字孪生能够在虚拟空间中构建与物理实体所对应的在形态和行为上都相像的数字模型,是实现虚实融合的先进技术。中继阀的性能直接影响动车组的安全运行,研究其在健康和故障工况下的行为状态具有重要意义。基于数字孪生建模技术,以基本数学模型原理为基础构建了中继阀数字孪生模型,通过遗传算法对健康状态下的数字模型进行校正,提高了中继阀数字孪生模型精准度。在中继阀健康模型中注入常见故障,仿真模拟故障工况下中继阀的工作状态,实现了中继阀数字孪生模型对物理实体的精准映射。

为探究动静压结合型机械密封对液膜空化的影响,以瑞利台阶-环槽-静压台阶为研究对象,建立三维液膜模型,对比分析了瑞利台阶-环槽与瑞利台阶-环槽-静压台阶两种模型的空化面积及泄漏量,揭示了瑞利台阶-环槽-静压台阶流体动静压结合型机械密封的密封机理。研究结果表明:瑞利台阶-环槽-静压台阶比瑞利台阶-环槽的空化面积大,且前者泄漏量更小一些。空化区域从反向槽槽根处向槽区延长,空化面积比与气相体积分数随转速的增大而增大,随压力和膜厚的增大而减小。因此,在高压工况下,正反向瑞利台阶-环槽-静压台阶流体动静压结合型机械密封能更好地减小泄漏。

选煤破碎机的液压滚动轴承振动信号受到环境噪声的影响,呈现出周期性的冲击和非线性能量特征,使得故障识别识别结果不准确。为此,提出基于周期冲击的选煤破碎机液压滚动轴承故障振动IMF识别方法。通过经验模态分解(Empirical Mode Decomposition, EMD)技术,将三轴加速度传感器采集到的振动信号分解为本征模态函数(Intrinsic Mode Function, IMF),提取这些IMF中的异常能量矩特征。采用布谷鸟优化算法来改进峰值密度聚类算法的聚类效果,通过计算IMF能量矩特征的局部密度值,实现对选煤破碎机液压滚动轴承故障振动的识别。实验结果显示,所研究的方法在不同故障情况下都能够有效地识别出液压滚动轴承的故障振动情况,并且识别结果与实际情况相符,表明该方法具有较好的识别准确性。

为确保踏步机液压减振器能够在不同工况下均保持良好的稳定性和可靠性,基于WPW-30A综合测试台,对液压减振器的阻尼力动态响应、内部摩擦特性和复位特性进行了测试与分析。根据液压减振器的组成与工作原理,确立激励加载方案。通过参数设定,得出阻尼力随速度、行程和温度的变化规律。在低速条件下对摩擦响应进行测试,避免阻尼力的干扰因素。在不同的激励频率和不同极限行程的条件下,得出残余位移的变化规律。研究结果表明,液压减振器的综合力学性能良好,活塞在往复行程过程中,摩擦力的波动值低于5%,极限条件下的最小复位率超过85%,液压减振器在高频激励下的迟滞问题不显著。该动力学性能测试方法能够为液压减振器的研发提供有效的设计思路和技术方案。

为了探明轴向预紧力对柱塞泵填料密封特性的影响规律,设计3种分别为1300.4,780.3,260.1 N不同轴向预紧力方案开展理论研究,采用有限元计算方法对密封副接触应力和等效应力沿轴向分布特征进行模拟分析,并进行相应试验验证研究。结果表明:轴向预紧力对密封副接触应力和填料密封等效应力呈较强的正相关性,预紧力增大可使得在密封终端前密封副接触应力大于密封压力,密封副得不到有效润滑与冷却,不利于填料长时有效运行。存在使得在密封终端密封副接触应力等于密封压力的最优预紧力方案,使密封效果和密封使用寿命同时较佳。通过不同轴向位置处密封副接触应力的测试比对和宏观泄漏试验验证,证明设计方法准确性,研究结果对往复密封设计与使用具有较强的指导意义。

针对某型轴向柱塞变量马达所用定值减压阀,介绍了其结构与工作原理,并对其结构参数进行了理论计算。分析了定值减压阀的静态和动态特性,采用AMESim软件搭建定值减压阀的仿真模型,具体讨论了定值减压阀阻尼等效直径对Br腔建压过程、延迟时间、启停过程的影响,并进行了试验验证,为定值减压阀的后续设计、改进和批量生产提供理论指导。

研究了矿物油含量对磷酸酯类抗燃油泡沫特性的影响,发现极少量的碳氢矿物油(质量分数<0.1%)就会导致抗燃油的泡沫特性显著增大。并通过DL/T 1979—2019方法测定了中广核两个电厂所使用的两类磷酸酯类抗燃油新油和旧油的矿物油含量,并通过气相质谱仪检测了所得矿物油的成分。结果表明,新油测试后所得的油溶性物质(矿物油)为未水解完全的磷酸酯抗燃油和部分水解产物以及硅油等添加剂;而旧油测试后所得的油溶性物质(矿物油)包括未水解完全的磷酸酯抗燃油和部分水解产物,以及部分高沸点物质,可能为碳氢矿物油或水解产物与旧油中的金属离子生成的皂化物。因此,电厂在检测抗燃油中矿物油含量时应优化皂化和萃取方法,确保测试过程中抗燃油完全水解,并避免水解产物对测试结果的影响。

通过有限元分析软件ABAQUS建立了金属C形密封圈的有限元模型,得出了C形密封圈压缩回弹性能的主要影响因素和变化规律并与试验结果进行了对比验证。研究了金属C形密封圈合金层厚度、开口尺寸、材料、温度等参数等对其力学性能的影响,获得了适宜的变形范围以及接触宽度、接触应力值变化规律。研究了自紧及非自紧安装模式下金属C形密封圈性能的受力情况,表明自紧安装具有较好的力学性能,而非自紧安装对力学性能影响较小。

飞机抛放伞机构是飞机在紧急情况下用阻力伞实现安全着陆的重要设备。针对某型飞机抛放伞机构的一例典型故障,根据其工作原理图,采用故障树分析法(FTA)对故障进行分析、诊断,建立了以故障现象为顶事件的故障树及故障结构函数,得到了故障现象对应的所有基本事件。再结合某单位统计的此类故障基本事件的先验概率,通过重要度计算,得到了该故障现象的失效概率。制定了该故障的诊断主流程和故障隔离方法,为该型飞机此类故障的诊断、日常维护提供了依据与参考。

液压缸是液压系统最重要的执行器。提出了一种基于碟簧预紧力的机械自锁液压缸,这种液压缸能够长时间将活塞杆精确地锁定在任意位置,满足某些定位精度要求很高的使用场景。首先建立了活塞杆锁紧理论的计算模型,设计了锁紧机构的三维模型;并利用三维模型进行了ANSYS瞬态结构仿真;最后根据理论计算结果和三维模型制作了机械自锁液压缸样机。仿真和试验结果表明,该模型可以实现液压缸活塞杆在任意位置的长时间精确锁定。

针对液控单向阀自动补油保压回路工作过程中产生的冲击和噪声,对原方案进行改进,建立了具有泄压功能的自动补油保压回路AMESim仿真模型。通过与原方案仿真对比分析,发现在活塞杆上行回程的油路上设置单向节流阀的泄压方式能达到更加平稳的泄压,从而避免产生较大的液压冲击和噪声。