针对我国移动机械静液传动(Hydrostatic Transmission,HST)一体式泵马达产品试验方法与高端综合试验设备发展的不足,首先采用模块化设计思想设计了具备为多种型号被试件进行综合试验的高刚度、高强度机械台架,设计了采用比例溢流阀进行加载、采用模糊PID进行油温控制的液压系统;其次构建了以传感器、PLC和工控机为核心的测控系统硬件环境,并开发了上、下位机测控软件;最后将所设计研制的机械台架、液压系统、电器与测控系统进行集成和调试,获得了一种新型HST一体式泵马达综合试验系统。样件试验表明:所研制的装备能针对多种型号HST一体式泵马达产品,开展包括出厂和型式试验在内的综合性能试验,特别能在高温、高转速条件下开展连续冲击和耐久性能试验。

为了研究入流条件对轴流式核主泵性能的影响,采用SST k-ω湍流模型,分别对直管入流和弯管入流两种条件下的轴流式核主泵进行了多工况全流场三维瞬态数值计算。计算结果表明:弯管入流对核主泵外特性及内流场结构均产生了明显的影响,在各个工况点,相比于直管入流,弯管入流条件下主泵扬程和效率均明显下降,且越接近设计工况降幅越大,而轴功率变化极小。弯管入流时产生的离心力和惯性力使得压力和速度产生了不均匀分布,导致主泵进口产生了对称涡流,二次流严重破坏了主泵叶轮入口流场的均匀性,从而导致主泵水力性能衰减。根据出口压力脉动计算结果,这种弯管在一定程度上改善了主泵出口的压力脉动特性,相较于进口直管的出口流场更加稳定。

针对施工中挖掘机器人出现的力冲击及振动等问题,提出了挖掘机器人柔顺作业与自适应阻抗控制策略。分析了电液伺服系统的组成和基本特性,建立了挖掘机器人铲斗齿尖与环境接触的动态模型;基于力的跟踪误差实时调整挖掘机器人的期望齿尖位置,间接调整阻抗参数,减少了柔顺控制系统对环境位置和刚度参数的依赖,构建了一种新型挖掘机器人自适应阻抗控制策略。仿真结果表明:相比较于传统阻抗控制方法,所提方法实现了恒定力和动态力的精准跟踪,提高了挖掘机器人作业的稳定性和柔顺性。

为探究单排涡流发生器(Vortex Generators,VGs)各安装参数对风力机气动性能的影响,以某1.5 MW大型水平轴风力机为研究对象,通过CFD数值模拟方法对13种包括原模型和加装不同形状、高度、入流角、轴向安装位置的VGs叶片进行模拟计算,分析其在不同来流风速、转速下对大型风力机叶片气动性能的影响。结果表明:并不是所有加装单排VGs的叶片都可以提高风力机输出功率,当在叶片前缘区域安装高度较高、入流角大的单排VGs不仅不会抑制流动分离,反而会因为VGs自身形阻的原因降低输出功率,增大分离面积。其中得出,单排VGs安装参数组合为case1(高度10 mm、20%弦长处、入流角16.4°)的控制效果最好,在高中低3种来流风速下对风力机输出功率分别提高了3.7%、4.0%与4.3%。

水下化学药剂注入技术在水下能源开采、海洋环境保护中有着广泛的应用。以某公司自主研制的国产新型化学药剂注入计量阀(Chemical Injection Metering Valve,CIMV)设备为研究对象,采用试验测量的方法,获取不同黏度介质的流量和压差数据,并对基准介质与标定介质之间的流量系数与黏度关系进行拟合,从而推导出适用于各黏度介质的流量系数计算通式,以及通用的流量计算公式。该计算公式的计算结果与试验误差值均小于3.0%。

受动态失速影响,垂直轴风力机在低叶尖速比下气动性能降低、主轴偏振增加,导致垂直轴风力机运营维护成本增加。为缓解动态失速的不利影响,通过数值模拟方法研究了涡流发生器对垂直轴风力机翼型动态失速特性的影响。基于SST k-ω湍流模型,对涡流发生器不同安装间距(6 mm、8 mm、10 mm)与安装角(12°、15°、18°、21°)对翼型动态失速过程的气动性能进行数值模拟研究。研究结果表明,涡流发生器安装间距对动态失速的影响较小,其中安装间距为8 mm时对翼型动态失速的改善效果更好。涡流发生器安装角对动态失速影响较大,当涡流发生器安装角较小时,翼型处于大迎角时涡流发生器并不能起到抑制流动分离的作用,其中安装角为18°时对翼型动态失速改善效果更好。

当前几乎所有的井下机械臂运动轨迹视觉控制都是采用基于外界反馈的被动视觉矫正控制方法,这种方法严重依赖外界反馈的刺激信号,缺少主动参与和调控视觉过程的作用,由于控制过程中,系统自由度数量要大于控制输入量,导致机械臂的角度和加速度变化与理想值不匹配,形成非线性干扰,进而影响控制结果,为此,设计一种主动视觉纠偏下井下液压机械臂运动轨迹线性化控制方法。利用主动视觉技术提取机械臂外部信息,引入纠偏函数,通过函数细化机械臂运动参数反馈的精度。采用线性系统化分析运动反馈数据,以实际轨迹目标和期望轨迹目标为线性分析的参照基础,求得轨迹运动点与其他角度和速度等变量间的线性关系,排除非线性干扰。根据线性分析结果求得存在关联的动态参数,建立收敛函数和时变序列,计算机械臂不同时间点所应到达的位置,提取位置参数实现收敛轨迹控制。试验数据证明,所提方法控制精准度较高,针对井下不同的运动轨迹都能实现高效控制。

针对液压-机械差速转向系统的转向功能要求,在对液压-机械差速转向系统工作原理进行分析的基础上,设计了一种可实现履带式玉米收获机差速转向的液压系统。结合液压-机械差速转向控制策略,建立了转向液压系统数学模型,基于AMESim对某履带式玉米收获机的转向液压系统进行仿真试验,分析了液压系统的动态响应性能,得到了该液压系统中液压缸压力、压差等曲线,并在水泥地面进行转向性能试验。试验结果表明:仿真试验与性能试验结果趋势基本吻合,液压缸的仿真数值约为试验数值的89%～97%,差速转向工况下,负载质量与转向角度增大会导致系统响应延迟递增、液压缸压差递增及轮速差异扩大,同侧履带轮因负载压力降速,而差速器驱动异侧轮增速,由此完成转向动作。为履带式玉米收获机差速转向液压系统的优化设计和实际应用提供了理论与试验基础。

由于移动液压机械臂与套索的连接处是多关节的,受空间尺寸的限制,无法在套索出口侧安装拉力传感器,造成无法实时反馈末端的摩擦力,液压机械臂在控制中受到拉力与末端摩擦力不对称的影响,形成惯性轨迹增益误差。当前对这种误差采用忽略影响的策略,容易导致实际控制中液压机械臂的轨迹偏离期望,造成控制精度下降,无法满足精确控制的要求,为此,提出一种多关节移动液压机械臂惯性轨迹增益误差控制方法。基于液压机械臂的运动特性,估计多关节移动液压机械臂的正向运动学以及逆向运动学产生的摩擦力。根据液压机械臂动力学方程设置滑模面并对其求导,通过液压机械臂控制理论设计控制方案,补充与摩擦力匹配的拉力补偿项,排除拉力与摩擦力不对称对控制器的干扰。在增添摩擦力与拉力补偿项的基础上,提出轨迹增益优化算法,结合势场函数获得更精准的轨迹增益,利用蒙特卡洛法确定轨迹增益范围,实现液压机械臂轨迹增益误差消除。试验结果表明,增益误差消除后,多关节移动液压机械臂误差控制能力强,轨迹优化效果好。

众多研究揭示,风力发电设施的运行会改变大气边界层的动量和热量分布。结合中尺度天气研究和预报模型(Weather Research and Forecasting Model,WRF模型)与风力发电场的参数化方案(Wind Farm Parameterization,WFP),针对中国某风电场,选定了一套适宜的参数化方案,分析风电场运作对当地大气边界层的潜在影响。研究发现,在风电场运作期间,从水平方向观察:下风区域的地面湍流强度和温度均有所上升,而上风区域则呈现相反趋势;相对湿度在下风区域有所降低,上风区域则相对增加。从竖直方向分析尾流效应:地面湍流强度整体增强,尤其在风轮旋转区域内增幅最为显著;风轮下方及其附近区域的温度显著上升,尤其在风轮顶部附近,而轮毂高度以上的区域则普遍出现降温现象;在轮毂高度以下以及地面,相对湿度有所下降,而在轮毂高度以上则观察到湿度的波动,既有减少也有增加的情况。通过研究,可以更深入地理解风电场对大气边界层的影响,为风电场的规划和环境影响评估提供科学依据。

可再生能源并网和电网发展不平衡对电力监管提出了重大挑战。探索更为高效的储能效率与电网协调运行成为电站目前亟须解决的问题。基于此,提出将液态控制压缩空气储能技术应用于城市抽水蓄能电站,并引入自耦运行方式对活塞式液压变压器运行进行优化的方法。试验结果表明,压缩装置内的压力在140 s内从0.3 MPa稳定上升到1.6 MPa,气体体积从1000 L下降至352 L,液压变压器效率测试中转换效率均在90%左右波动。在运行时间为3 h时,自耦液控技术的储能效率为89%,响应时间为241 ms,优于传统抽水技术和锂电技术,验证了方法的有效性。有助于为城市抽水蓄能电站建设提供一种实际的解决方案,推动国内压缩空气储能行业的发展。

星型压缩机是一种气缸绕曲轴呈放射状分布的往复压缩机,其润滑系统对压缩机运行具有关键影响。研究了星型往复式空压机的润滑过程,基于其结构特点和使用需求,提出了一种新型可靠的星型往复式空压机润滑系统。计算了其润滑油量,分析了不同润滑方式的影响,设计了集油槽并确定了运动间隙的大小。通过试验验证了所提方案的优越性,从而保障了空压机运动件的充分润滑,提高了空压机运行的可靠性,为星型往复式空压机润滑系统的设计提供了参考依据。

液压伺服电液执行器将控制模块和液压动力模块集成一体,模块发出指令到控制伺服阀,控制液压动力模块以直线位移(或角位移)输出力(或力矩),驱动被控对象并通过位移反馈、压力反馈完成调节过程,实现各种功能闭环控制。内置物联网通讯模块可远程进行阀、液压缸运行状态监测及故障诊断。采用高性能微处理控制器,可实现与多种现场总线传感器进行通讯,如SSI、 5V差压正交TTL编码器、Profuse-DP总线等多种数字传感器接口,同时可实现与多种现场总线控制。可实现位置控制、实时位置速度控制、压力(力)控制、位置-压力(力)复合控制、速度-压力(力)复合控制、多轴同步控制和协调控制、多轴控制器组合作为从轴和主控制器通讯,多达64轴同步控制或32轴的协调控制。

针对传统真空液压制动系统严重依赖真空环境,难以支持智能驾驶的电子控制等问题,提出采用基于永磁同步电机控制的电子液压制动系统来实现对新能源智能汽车的制动控制,并在此基础上引入转子磁场定向控制算法,进一步提升模型控制的精度与稳定性。首先进行了正弦液压跟随试验,结果显示,在0.5 Hz频率下,模型的液压力与目标液压力的均方根误差为0.352 MPa,在1 Hz频率下,均方根误差为0.361 MPa。其次,在平地制动中,模型在制动器作用阶段的响应时间为0.8 s,在持续制动阶段的响应时间为1 s;在坡地制动中,其制动器作用阶段的响应时间为1 s,持续制动阶段的响应时间为1.2 s;在急速制动下,模型的左前轮制动压力为6.1 MPa,右前轮为5.7 MPa,左后轮为6.2 MPa,右后轮为5.8 MPa。综合表明,该模型能实现对电子液压制动系统的精确调节,能使智能汽车具有较好的制动效果。

某中型液压挖掘机在使用过程中出现动臂不下落现象,导致整车不能正常使用。排查动臂下降先导控制压力、动臂联阀杆、动臂负载保持阀以及整机液压系统清洁度,将动臂负载保持阀进行试验台测试,发现负载保持阀导级在高压情况下出现开启点后移及卡滞现象。将负载保持阀导级阀套和阀芯进行不同压力下的变形仿真,发现负载保持阀阀套在高压下变形量较大,阀套与阀芯配合间隙变小。动臂无法下落的主要原因是动臂负载保持阀导级配合间隙过小,次要原因是油液清洁度超出主阀使用要求,在液压系统高压力工况下存在阀芯卡滞风险。通过增大负载保持阀导级配合间隙和控制液压系统油液清洁度的方式进行改进,改进后重新验证,动臂不下落现象消失。

液压缸作为机械设备中实现多功能化和智能化的关键执行部件之一,在生产和使用中受介质液压油的压缩、热膨胀等特性影响,其最突出的质量难题是内泄漏在液压系统外部难以被直接检测和监测,影响了出厂效率和检测精确度。通过将传统内泄漏检测方法应用于液压缸和整机设备出厂检验,并优化检测试验要求及操作过程,如:液压油与载体自身温度范围、初始冲液速度、试验计时开始时间、试验开始和结束温度、试验中封闭液压油体积等,提高了出厂检验的精确度和效率,对实际使用操作具有一定的指导作用。

对旋挖钻加压液压缸实际工作工况以及施工现场实际出现的故障进行了分析和描述。通过改善加工工艺、密封形式以及结构优化,经过主机实际应用,液压缸的故障率得到明显改善。将所有旋挖钻加压液压缸按此结构修改,并已投入批量使用;同时也为矿山机械类液压缸提供有效参考。

针对某型煤矿用锚杆钻车液压系统流量大、整机空间分散的特点,研发一种主副开式液压油箱。分析了主副开式液压油箱的组成、结构和特点,泵站与油箱的连通管路应短而直,密封可靠,各部分连通管径最大吸油流速小于1 m/s。设备使用结果表明:主副开式液压油箱满足整机布置要求,液压泵吸油充分,最小吸油压力为-0.009 MPa,系统可靠,为主副开式液压油箱设计提供借鉴。

液压系统在其运作过程中对清洁度的要求较高,液压缸作为液压系统中重要的执行元件,其清洁度高低将直接影响整个液压系统性能和使用寿命。大型液压缸由于尺寸规格大,因此零部件清洗难度大,清洁度难以保证。重点探讨一种针对大型液压缸缸筒、活塞杆及小件的清洗方法,并提供了有效的清洗技术,保证大型液压缸清洁度水平稳定控制在NAS 8级以下,保证大型液压缸清洁度,达到高效率、低成本,提升液压系统的可靠性和使用寿命。