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。

针对高性能设计液膜润滑螺旋槽机械密封端面结构问题,结合熵产损失分析方法,开展了螺旋槽机械密封三维湍流流场数值计算与端面结构优化设计;分析了不同密封槽型结构流场压力分布,计算了密封在不同转速与槽深下泄漏率、开启力与熵产损失。研究结果表明:最优螺旋角为20°,槽堰比为0.42,槽坝比为0.63,槽深为13 μm,最优密封端面动压开启能力大,流动熵产损失小;密封泄漏率与开启力随转速与槽深线性增大,熵产损失随转速呈抛物线形增大,随槽深变化小。构建的螺旋槽机械密封结构多目标优化设计方法可为低泄漏、低能耗机械密封结构提供设计指导。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

针对煤化工管路系统中黑水阀的冲蚀磨损问题,以V型调节球阀为研究对象,基于计算流体动力学(CFD)和冲蚀磨损理论,对V型球阀进行冲蚀磨损数值模拟,得到了V型球阀流体域内流速、压力及冲蚀形貌的分布规律,并与实际工程中失效阀门进行了对比分析。研究结果表明:小开度工况时,V型球阀内存在明显的负压,且负压值远低于黑水在170 ℃时的饱和蒸气压,阀门易产生流动空化;典型开度工况下,球体内流道迎流面因V口高速射流形成明显的靶心状高压区,在含固体颗粒介质的高速冲刷下,靶心状高压区域易产生明显的磨损蚀坑。V型球阀磨损严重区域主要分布在阀前座、球体内流道迎流面、阀体以及阀后座,当阀座密封副区域受到颗粒严重的冲刷磨损时,易造成密封失效问题。此外,其阀门壁面最大磨损率与平均磨损率均随着开度增加逐渐降低,当相对开度大于40%时,磨损率显著降低,为了延长阀门使用寿命,应尽量减少V型球阀在小开度下工作。

针对传统内曲线径向柱塞液压马达在工作时内曲面导轨应力分布不均的问题,提出了一种改进设计方案,旨在优化马达滚子副结构,以降低应力集中现象,提高动态特性和延长使用寿命,从而全面提升马达性能。以不同幅角下滚子所受应力的大小作为评价依据,使用有限元分析法对优化方案进行了应力分析,并通过ADAMS软件对改进后的径向柱塞液压马达进行动力学分析,以进一步评估其是否满足设计要求,研究结果表明,优化方案能够有效减轻滚子副的应力集中现象,将应力平均值降低至49.31 MPa,相较传统结构减少了26.53%,且输出扭矩达到6200 N·m,符合实际工况要求。疲劳测试结果表明,马达扭矩大约为6200 N·m,马达的机械效率约为95%,其机械效率及扭矩基本无衰减。为液压马达内曲线优化设计提供了有力的理论支持,有望在更多实际应用中推广,进一步推动液压马达技术的发展与进步。

对减压活门故障造成正常刹车功能失效原因进行分析,根据机理分析、试验验证、理论计算等得出现有架构下有效降低故障发生的优化方案。提出人为操纵力相对电磁力、液压力有限,应增加液压系统中需人为操纵活门的使用频次,避免因长时间不操作使得附着物累积,导致其内部卡滞,从而引起严重后果。

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。

风力机在沙尘天气中运行时叶片表面会出现颗粒冲蚀磨损现象,导致叶片形貌发生变化,使其气动性能下降。基于流-固-侵蚀耦合模型的动态侵蚀预测方法,对NREL S809直翼段进行冲蚀过程模拟,研究颗粒冲蚀S809直翼段造成的表面磨损动态演化过程,分析了不同颗粒粒径工况下对S809直翼段表面形貌变化及其对气动性能的影响。研究表明:随冲蚀时间推进,S809直翼段表面前缘冲蚀磨损的累计效应明显,颗粒对翼段表面造成的磨损程度加剧,冲蚀小坑的深度逐渐增加,造成翼型表面压力系数波动和静压力紊乱程度加剧。随着前缘磨损形貌逐渐变化,翼段吸力面转捩位置逐渐混乱。

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。

针对在一些液压缸只能用非对称结构又需要采用闭式系统的场合,提出了对称泵驱动非对称液压缸的系统方案,即在常规的闭式系统结构之上再设计一套流量平衡系统,并对方案进行了设计计算和仿真测试,得出系统的静态特性和动态特性。针对动态特性中出现的瞬间吸空问题,给出了解决的办法并进行了实机试验验证。

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。

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%。

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。

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。

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。

鉴于全球对化石燃料依赖性增加导致的环境和资源问题,风能作为一种可持续的能源解决方案受到重视。垂直轴风力机(VAWT)因其独特的优势,被视为未来风能技术发展的关键。采用计算流体动力学(CFD)模拟方法,详细评估了单台及双台(VAWTs)在同向旋转(co-rotation)和反向旋转(counter-rotation)配置下的气动性能。并且还通过控制变量法,对比分析了不同叶尖速比(TSR)下单台机组与双台机组的气动特性。研究结果显示,反向旋转的VAWTs在横向上的尾流发散程度略大于同向旋转,且间隙处的流动加速效应更为明显。随着TSR提升,尾迹迅速恢复,间隙风速加速增强,但加速区域收窄。优化TSR对增强VAWTs功率和改善尾流至关重要。这些发现对于指导VAWTs的设计改进、优化风电场布局以及推动风能技术在城市和近海区域的应用具有重要价值。

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。

双圆弧斜齿齿轮泵轴向力较大,影响容积效率和寿命,为设计平衡装置需准确计算轴向力。建立“圆弧-渐开线-圆弧”齿廓方程并推导理论排量计算公式,通过理论分析与计算建立液压轴向力、啮合轴向力与理论排量的关系,然后给出计算端面油膜轴向力的简化仿真模型,利用动态流场仿真模型验证了理论计算公式和简化仿真模型结果的准确性,结果表明,液压轴向力、啮合轴向力大小相等且与齿轮转角无关,最终得到齿轮所受总轴向力的计算方法,为轴向力平衡装置的设计提供了依据。

飞机液压系统对污染度要求很高,若污染度超出标准要求,会造成液压系统附件卡滞等功能丧失,导致液压系统失效,故此在液压系统中设置油滤。高压油滤布置在液压系统高压线路上,滤除高压管路中的杂质。高压油滤进出口连接导管,管接头有直通拧入式,接头内设置胶圈,保证在高压下密封可靠,但是在飞机进入修理阶段,发现由于高压油滤螺纹的磨损、压力冲击等原因,高压油滤螺纹与管接头螺纹间隙变大,也就导致密封间隙变大,胶圈从间隙处挤出磨成粉末状,造成密封失效,进而导致液压系统失效,对飞行任务的完成和飞行安全造成影响。对常规的密封失效机理、密封结构进行改进和验证,提高了密封可靠性,保证液压系统正常运行及飞机的飞行安全。

为进一步探索复杂流动状态下的干气密封流动特性,研究了湍流流态对干气密封稳态性能的影响。选择应用单向螺旋槽的干气密封作为研究案例,建立表征流体润滑气膜压力控制方程,采用数值模拟获得不同流态下的流场压力分布,以开启力和泄漏率为目标,分析结构参数和工况参数对稳态性能的影响。结果表明:在湍流流态下,膜压在螺旋槽内呈现出显著的波动性,且最高压力点在螺旋槽的槽根部;相较于层流状态有更大的开启力,随着槽深的逐步加深,开启力首先呈现上升趋势,达到某一临界点后,呈现下降趋势;但当膜厚逐步变大时,开启力则表现出连续的下降趋势;高参数下,流体湍流效应增强,从而增加了泄漏率;槽深和膜厚变化易导致局部压力不均匀,加剧泄漏率的变化。研究为高性能旋转机械用干气密封结构优化设计提供了理论参考。

针对大容量水轮机转轮固有频率降低引发的共振风险问题,基于流固耦合方法开展水轮机叶片湿模态特性与水力激振耦合机理研究,发现在额定工况下,叶片第1阶湿模态频率较旋转自振频率存在显著频域差异,共振可能性较小,但随着模态阶次提升,流体附加质量效应导致频率衰减呈现非线性增强趋势,空气与水介质中的降幅差异较大。水力激振频率特性分析表明:导叶数决定的低频扰动与转频谐波构成主激振源,其幅值随阶次升高呈指数衰减;高频涡脱落频段则表现出宽频带能量聚集特征。频谱对比揭示激振力主频带与叶片前6阶湿模态固有频率均保持1.5倍以上安全裕度,固有频率偏移有效规避了共振风险。

比例电磁铁是重要的电-机械能转换元件,广泛应用于流体比例控制及工业现场。对于比例电磁铁,其结构参数对比例电磁铁的出力特性具有关键性作用,依据初始额定参数,通过公式计算得到初步结构参数,再通过有限元仿真软件Ansys Maxwell建立仿真模型,对其结构进行有限元仿真分析与实验验证,确定了关键结构参数的变化规律,为后续的产品设计研究与规模化生产提供参考。