碟簧液压机构作为高压断路器的关键部件,油液中的异物是影响工作可靠性的关键因素之一。通过溯源分析油液中的异物来评估其性能劣化原因是最为直接的方法,因此以碟簧液压机构为对象,对关键部件储能缸、工作缸和控制阀的磨损机理进行分析,分析检测储能缸、工作缸和控制阀摩擦副零件的成分。设计搭建试验台,对整周期试验油液中的固体颗粒进行抽样检测,通过成分比对和相关性分析实现油液中的异物溯源,以此作为机构性能劣化原因分析的依据,也为碟簧液压机构优化指明方向。

安全阀是压力系统中的关键超压保护装置,其技术发展直接关系到能源、化工与核电等工业领域的安全运行。近年来,多学科方法的融合推动该技术在多个方面取得系列进展。结构设计中,流固耦合分析与多目标优化方法的应用显著改善了阀门的动态稳定性与回座可靠性;数值模拟实现了从部件级静态校验到系统级多物理场动态耦合预测的跨越;面向极端工况的软密封与磁流体复合密封结构逐步替代传统金属密封,提升了密封界面在低温、高压等条件下的适应性;基于声发射与人工智能融合的检测方法实现了泄漏的在线识别与精确定位;噪声控制方面,结合声源机理与传播路径分析的集成策略为低噪声安全阀设计提供了有效指导。该综述旨在为下一代安全阀的工程设计及智能运维提供理论参考与技术路径。

液压伺服作动器是飞机的重要组成部件,其密封失效会严重影响飞机的安全飞行。选取了某型液压作动器用VL密封圈作为研究对象,运用ABAQUS软件建立VL密封圈混合润滑模型,进行摩擦磨损仿真,预测VL密封圈唇口轮廓的磨损情况,以摩擦力和泄漏率为评判依据,研究不同磨损时间对VL圈密封性能的影响。结果表明:随着摩擦时间的增长,最大接触压力逐渐变小,唇口接触压力趋于平缓;磨损过程中油膜压力变化较小,磨损主要由粗糙蜂造成,并对粗糙蜂接触压力影响较大;随着磨损时间的增长,空气侧唇口出现较为明显的尖角,局部形成较大的压力峰,导致内行程流量减小,泄漏率增大。

在综采过程中支架液压系统的压力与流量稳定性直接影响着跟机动作的精准性,针对综采工作面液压系统压力波动大的问题,围绕支架内部管路布置形式、动作特性及多架次同时动作等因素影响,建立了工作面液压支架群仿真模型,研究了不同影响因素下群架液压系统的动态特性。研究表明,支架内部管路液阻大会导致液压缸进液压力降低,回液压力升高,动作速度减慢;此外,多台支架成组交叠动作时,由于负载差异导致系统压力和流量剧烈波动;在管路布置方面,与单进单回相比,双进双回、三进三回和梯形供液的供液方式具有显著优势,能有效抑制系统压力波动,而多架次同时动作则会导致系统压力大幅下降,影响设备正常运行。因此,优化管路布局是提升系统稳定性、抑制压力波动的关键措施,同时需避免多架次高强度协同动作。该研究为优化工作面液压系统设计提供了重要依据。

长距离输水管道水锤现象会导致管道内部产生巨大的压力波,急剧的压力波动会对供水系统内的设施产生猛烈冲击,长期积累会致使管道出现破损,造成供水系统漏水甚至停水。传统方法通常仅关注水流本身的特性来完成水锤防护,忽略了流体与管道结构之间的相互作用,导致无法有效降低水锤压力。为此,研究了瞬时压力波动流固耦合下,长距离输水管道水锤防护方法。分别构建瞬时压力波动下的流固耦合模型及管道水锤模型,充分考虑流体与管道结构之间的相互作用,采用特征线法求解水锤数值模型,给出长距离输水管道管道不同工况的边界条件,利用OpenFlows软件进行模拟计算。研究结果显示:相较于疏水阀流量快开特性,线性和等百分比流量特性下的水锤压力及管道轴向应力的最大值显著降低,设计多层套筒的疏水阀门能够有效降低水锤压力,关阀时间为50~120 s时,管道所承受的水锤压力最小,有效降低了水锤现象产生的峰值压力。

橡胶O形圈寿命关系着设备的安全性。基于AtiveX Automation技术来实现LabVIEW对Origin AtiveX Objects的访问,再利用LabTalk脚本语言完成LabVIEW对Origin曲线拟合、数据计算等功能调用,进而开发出橡胶O形圈寿命预测数据计算系统。将化工行业标准《静密封橡胶零件贮存期快速测定方法》中试验数据导入到预测系统进行计算,结果表明寿命误差小于5%,大大降低数据计算难度与复杂程度并提高计算效率。利用预测系统计算了橡胶O形圈在不同工况下的寿命,拟合了O形圈在温度和压力双应力作用下的寿命预测模型,建立了橡胶O形圈贮存和使用寿命评判依据。

配流盘的阻尼槽结构承担着缓冲压力冲击的任务,实现轴向柱塞泵在预升压、预泄压阶段压力的平稳过渡,针对球面分段式阻尼槽结构展开研究。首先,参数化定义阻尼槽的结构特征,并设置了4组不同参数;然后,利用基于CFD的模型解析方法,反推求解得到了不同阻尼槽的过流面积,分析了各个参数对过流面积变化特性的影响;接着,对所有整泵模型进行流场仿真,提取得到了泵的出口流量信息;最后,对泵出口流量进行量化对比分析,得出了各个结构参数组内的最优值。结果表明:宽度角α对阻尼槽全局过流面积的影响较小,而深度角β₁、深度角β₂以及长度L的影响相对较大;当宽度角α取60°、深度角β₁取4.8°、深度角β₂取4.8°以及长度L取17 mm时,泵的出口流量脉动性能均优于各自组内的其他值。研究可为球面分段式阻尼槽的结构优化提供一定的参考依据。

高速行驶汽车A柱附近受高速气流影响,引起复杂的涡流现象和噪声。在汽车设计中,减少气动阻力与风噪对减少碳排放和提升乘客舒适性至关重要,为了优化车辆风噪性能,采用仿真方法对某车型不同结构的A柱进行风噪的数值计算。首先,使用PowerFlow软件建立了整车数值模型;其次,分析了前挡风玻璃饰条、A柱过渡圆角及A柱宽度对风噪的影响,研究了不同结构参数下的声压曲线、涡流图以及侧窗声压云图;通过试验验证了该数值方法在A柱结构优化和降低风噪方面的适用性和准确性。结果表明,前挡风玻璃饰条显著减弱了A柱涡流强度,增大A柱圆角则降低了周围涡流强度,并改善了侧窗噪声,而A柱Y向宽度的增加对侧窗噪声的影响不明显,为提高车辆风噪性能提供了参考。

高压储氢气瓶的密封性能直接影响氢能的使用安全。基于ANSYS有限元软件,建立了70 MPa储氢气瓶瓶口密封模型,研究了介质压力、预压缩率、装配间隙等常规影响参数对密封性能的影响,更深入地延伸到充装温升及材料吸氢膨胀对密封性能的影响。结果表明:密封结构的最大Mises应力和最大剪切应力与介质压力、预压缩率及装配间隙呈正相关;最大接触应力始终大于介质压力,且随着预压缩率及装配间隙的增加,增加幅度越大;吸氢膨胀会增加最大Mises应力和最大剪切应力, 对最大接触应力影响不大;充装温升对密封结构应力水平影响不大。

矿用管路安装车是一种用于煤矿井下的管道辅助安装设备。为研究管路安装车工作臂在抓举管路过程中液压系统的动态特性,在分析工作臂的工作原理和工作要求的基础上,基于AMESim和ADAMS软件建立工作臂的机液联合仿真分析模型,设定工作臂的仿真工况,采用PID位移反馈控制,分析负载敏感控制系统的优势。仿真结果表明:工作臂各液压缸位移响应很好地跟踪PID控制信号,液压系统动态特性变化稳定连续,满足管路安装车工作要求。

在多液压缸同步控制系统中,负载动态变化导致的参数时变性和非线性耦合效应,增大了液压缸同步控制的难度,因此,研究重载吊装设备多液压缸自适应PID同步控制方法。以4个液压缸设备为对象,构建动力学状态空间模型,明确液压缸动态行为及变量关系。在此基础上搭建控制框架,采用均值耦合控制策略,结合模糊自适应PID同步控制器,通过初始化设定PID参数、模糊推理调整参数等方式,实现重载吊装设备多液压缸精确同步控制。试验结果表明,该方法在重载吊装设备多液压缸同步控制中超调量仅为2.5%,在脉冲信号干扰下超调量为3.4%,正弦信号干扰下超调量为4.1%,当液压缸2的负载压力在280~320 kN动态变化时,系统能在10 s内消除同步误差,具备优异的同步控制性能。

为满足叉车动力助力制动阀产品性能和新品研发的测试需求,设计了5 t以下叉车制动阀性能测试系统,包括液压系统、电控系统和测试系统。在此基础上,研制了一套叉车制动阀综合试验台并开展相关应用测试。测试结果表明,该试验台可实现制动阀的7个主要性能测试项目,测量结果具有良好的一致性、准确性和可重复性,验证了所研制试验台的有效性和可靠性。

挖掘机被称为工程机械“晴雨表”,国外主要挖掘机生产商均推出与自身产品配套的专用液压油。与常规液压油相比,专用油具有更优的抗氧化性及综合性能,在液压系统中发挥着多种关键作用,更能适应苛刻工况的性能需求。根据CAT 1E4320规格和卡特专用液压油典型值,在含锌液压油技术平台基础上,通过复配酚、胺抗氧剂解决了抗氧化性能等关键问题,开发的长寿命挖掘机液压油通过了2100 h A2F柱塞泵台架试验,通过了Vickers 35VQ25高压叶片泵液压油台架试验,提升抗氧化性能的同时可以对挖掘机液压系统提供抗磨保护,油品综合性能满足CAT 1E4320规格,可以应用于大型挖掘机设备的润滑系统。

液压换向电磁阀的寿命预测等同于电磁阀橡胶密封部件的寿命预测。采用热老化加速试验,因橡胶材料属性不同,老化试验温度选择有所差异,老化温度选取3个,相邻温度间隔不少于5个点,寿命评价参数为压缩永久变形。试验结果表明:试验采用的电磁阀密封件主要分为硅橡胶、三元乙丙橡胶、丁腈橡胶以及氟橡胶,热老化试验中密封件的压缩永久变形随着老化时间增加而变大,老化终止时间随工作温度的升高而减小;相同工作温度下,氟橡胶材质的内部密封件的使用寿命远大于其他3种材质橡胶的使用寿命。

液压阀块因其高度集成、易于维护的特点在液压系统中发挥着重要作用,但是其有质量较大,压力损失较大的缺点。增材制造实现了制造方式的重大转变,是制造业领域的代表性技术,采用增材制造的方法设计制造液压阀块可以有效抑制这些缺点。阐述了增材制造阀块的设计方法并给出了设计案例,案例阀块优化后质量降低了77.3%,长方体包络体积减小了9.69%,压力损失降低了7.9%。对案例阀块进行了流固耦合仿真、耐压试验和功能试验,分析表明:增材制造液压阀块满足了设计指标和性能要求,使用增材制造技术设计制造液压阀块具有一定的潜力和实际应用价值。

轴承是现代机械设备的核心部件之一,在润滑不充分的情况下,轴承接触面易出现磨损退化,为设备运行带来极大安全隐患。为定量评估螺杆空压机轴承磨损状态,提出一种分解方法和时间序列模型结合的螺杆空压机轴承磨损预测模型。首先,基于VMD(Variational Mode Decomposition)方法对螺杆空压机轴承摩擦系数试验数据进行分解,然后通过时间序列分析方法构建VMD-ARIMA(Auto Regressive Integrated Moving Average)模型预测摩擦系数。结果表明:基于VMD-ARIMA模型的预测结果与3组试验数据的平均绝对百分比误差小于0.89%,比传统时间序列模型预测结果的平均绝对百分比误差减少了1.30%,因此,VMD-ARIMA模型在螺杆空压机轴承磨损预测方面具有较好的准确性。

巷道冲击地压是当前矿井所面对的急需解决的难题,冲击地压会造成液压支架立柱多种形式的失效破坏。基于轨道交通常用压溃管的缓冲吸能原理,在传统液压支架立柱的基础上研制了既能够吸收冲击地压能量,又能起到支撑作用的液压立柱,并对耐冲击液压支架立柱进行仿真分析计算。通过冲击试验研究耐冲击液压支架的动态吸能特性,验证了仿真计算结果的准确性。研制出一种新型耐冲击地压的液压支架立柱,并为后续液压支架的结构设计提供理论和试验依据。

以某型航空发动机电子控制系统中的高频电磁阀为研究对象,在明确高频电磁阀结构及工作原理的基础上,运用计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics, CFD)技术,对高频电磁阀关键流场特性参数,包括输出流量和流体力进行研究。建立了完整的高频电磁阀流场模型,根据实际工况合理设置边界条件,分别研究了阀口开度、活门座倒角和活门座出油口结构对高频电磁阀输出流量和流体力的影响。仿真结果发现,阀口开度增大至1.0 mm时,流量达到最大值;活门座开设倒角有助于增加流量,开0.1 mm倒角相较于无倒角,流量增大0.424 L/min;增加出油口数量,一定程度上会减小流量。为今后高频电磁阀设计、装配和调试提供参考。