由于正流量挖掘机传动系统中的动力源、动力传递元件独立控制,以及液压系统全工况下全局统一的控制技术,导致整车动力传动系统协同作业效果差、燃油经济性得不到充分发挥。为提高整车燃油利用率,以90°装车作业工况为基础,研究了整车作业过程;以机构液压先导压力信号为基础,将作业工况分为4 个阶段;结合发动机及液压泵运行表现,分析了不同作业阶段的负载变化特征、响应性需求;同时根据驾驶员操作,分析了影响挖掘机整车燃油经济性的评价指标,确定了燃油经济性的影响因素,提出了挖掘机90°装车作业工况的整车控制策略。对比原车测试数据,结果表明:采用协同控制策略可使发动机、液压泵趋向于在最佳状态工作;相比优化前各挡位,在效率相当的前提下,燃油效率可提升10.2%~12.1%。

拉伸比是影响往复密封润滑状态的重要因素。传统的轴对称模型忽略了周向拉伸的影响,过于简化问题,处理非线性问题的精度不足。此外,密封表面的微观形貌会影响密封界面流动状态。因此,提出了结合O形圈微观形貌的润滑模型以及三维仿真模型。探究不同拉伸比下宏观接触应力及油膜厚度的分布规律。结果表明:随着拉伸率的增加,出程和回程的最大接触压力逐渐减小,油膜厚度增加。仿真结果与试验结果高度吻合,其中摩擦力的计算结果与试验结果的误差在12.65%左右。

液压系统动态压力信号具有非线性、多源耦合且对工况敏感等特点,导致信号复杂度高而特征辨识度低,传统故障诊断方法难以实现有效的特征提取。针对这一难题,提出一种基于多传感器协同感知的深度学习诊断框架。通过空间拓扑映射将多源异构传感器信号构建为多通道输入张量,既保持了各传感通道的独立特征表达,又实现了多模态信息的联合表征;并采用并行卷积模块架构分别提取各通道的时空特征,引入有效通道注意力机制增强故障敏感信息,实现跨模态特征优化与精准分类。实验结果表明:在UCI标准液压数据集上,对液压泵泄漏故障的诊断准确率超过95%;引入迁移学习理论,在UCI标准液压数据集上训练得到的预训练模型迁移至叉车起重液压系统,仍保持了97.65%的准确率,证明了所提算法的跨场景泛化能力,为复杂液压系统的故障诊断提供了有效的技术途径。

为了降低液压挖掘机的整机能耗,提高液压系统的能量利用率,提出了一种基于液压绞车和蓄能器的挖掘机动臂势能能量回收再利用系统。该系统通过回收动臂下降的重力势能,辅助动臂上升来降低液压挖掘机的工作压力,从而减小挖掘机的燃油量。首先,对该系统的工作原理进行了详细的阐述,建立了节能装置的数学模型。其次,基于AMESim软件对节能装置进行建模与仿真,仿真结果表明,该系统可以有效回收动臂下降的重力势能、辅助动臂上升,节能效率为55.6%左右。最后,通过搭建试验台对节能装置进行试验,验证该装置的可行性与有效性。

目前国内柴油发电机组多采用某型机械液压式调速器进行油门控制,针对该型成熟可靠的调速器开展调速原理与特性分析,对国内正向自主设计具有重要参考价值。利用AMESim搭建其离心飞重等部件模型,并根据柴油机的负载、油门开度和速度特性在Simulink中建立柴油机组动力学模型;基于AMESim/Simulink开展联合仿真研究,详细分析了在闭环调速过程中液压缓冲补偿环节的动态特性及对调速性能的影响。结果表明,柴油发电机组在负载变化时增加液压缓冲补偿环节可有效缩短调节时间、减小转速振荡。该设计不仅可应用在机械液压式调速器中,也可为自主设计数字电子式调速执行器提供重要参考。

针对深海液压系统在多执行机构复杂工况下的需求,开展了深海液压源技术方案的系统研究,提出一种电机外置式的深海舷外集成式液压源构型。该构型将补偿油箱、电机和油泵集成为一体,具备流量、压力和功率控制等多种功能,能够适应不同工况下的液压驱动需求。液压源的额定压力为21 MPa,最大流量可达90 L/min,满足深海作业过程中对高压、大流量液压动力的需求。此外,设计并开展了一系列性能验证试验,包括陆上功能试验和压力筒试验。结果表明,深海舷外集成式液压源在高压环境下运行稳定,各项性能指标均达到设计要求,为深海液压系统提供了一种高效、可靠的解决方案。

为实现举升式重载自动导引车的调平,并改善调平时的“虚腿”问题,设计了四点支撑式重载自动引导车液压调平系统,建立了液压系统调平位置补偿数学模型,其中包括最高点追逐式调平数学模型和位置补偿数学模型。最高点追逐式调平数学模型用于实现调平,位置补偿数学模型用于解决调平时的“虚腿”问题。基于所设计的位置补偿数学模型,对常用的PID控制策略进行改进,提出了考虑“虚腿”问题的改进模糊PID控制策略,并搭建了Simulink与AMESim联合仿真平台,对该控制策略进行仿真分析。结果表明,所提出的控制策略相对于模糊PID控制在跟踪最低点液压缸理想位置时的最大误差降低了86.59%,能够改善“虚腿”现象。

针对真空蝶阀压力控制系统强非线性导致的精度不足的问题,提出一种基于自抗扰控制与PID融合的双模切换策略。该控制器采用扩张状态观测器统一估计并补偿气体温度漂移、密封摩擦及气源波动等综合扰动;同时设计压力误差阈值触发机制,仅在动态过程启用自抗扰控制快速抑制超调,稳态过程自动切换至轻量化PID维持精度。相比传统PID控制,显著缩短调节时间并大幅降低超调量;相比单一自抗扰控制,有效减小稳态误差。在流量扰动下,该控制策略的压力恢复时间比PID快67%,稳态误差小于25 Pa。显著提升了系统响应速度、精度与鲁棒性,充分发挥了蝶阀的低成本优势,为半导体、航天等提供了一种高性能、低成本的真空压力控制解决方案。

采用试验和仿真相结合的方法对斜轴式轴向柱塞马达的振动和噪声进行研究。首先根据柱塞马达结构组成和工作原理,对其振动噪声激振源进行了研究分析;然后利用仿真软件对柱塞马达进行模态分析和谐响应分析计算,得到其固有频率和振动相关参数的频率曲线,并结合振动测试试验验证了仿真模型和试验方法的准确性;最后采用声振耦合的方法对柱塞马达进行噪声辐射分析仿真,并借助噪声测试试验验证了仿真结果的合理性。通过研究得出:振动和噪声试验的峰值频率均在700 Hz左右,与激振频率理论值700 Hz 高度吻合,同时也接近柱塞马达壳体的第一阶固有频率704 Hz,证明柱塞马达系统在该频率下处于共振状态,并据此提出了柱塞马达结构的减振降噪优化方向,揭示了柱塞马达的振动噪声的主要机理,为其减振降噪提供了依据。

大直径磁性液体密封在宽温域环境中易形变,导致其最大工作压力下降,即密封耐压能力下降。为解决上述问题,推导了考虑温度影响的磁性液体密封耐压公式,测量了不同温度下磁性液体的饱和磁化强度,对大直径宽温域磁性液体密封进行了温度-结构-磁场耦合仿真分析,分析了密封在-60~+80 ℃的结构形变。分析了密封形变后的磁场分布,计算出了不同温度下磁性液体密封的理论耐压值,从而阐明了磁性液体密封耐压能力变化的原因,为宽温域大直径磁性液体旋转密封提供了一种新的设计方法。经过密封实验验证,使用该方法设计的磁性液体密封满足了密封设计要求。

斜盘轴向柱塞泵滑靴副在高转速、大负载作业工况下,滑靴盘局部温度升高接近材料回火温度,从而因残余奥氏体相变造成材料表面膨胀、静压支撑油膜形成困难、表面硬度和耐久度降低等系列问题。基于此,以提升高转速作业下轴向柱塞泵摩擦副的摩擦磨损性能为前提,通过成分分析、高温处理、摩擦磨损等相关实验将替代选材与成品样件进行对照分析。结果表明,B材料具有良好的综合性能,其室温下平均表面硬度相较于原有成品件材料提高约17.7%;经400 ℃恒温环境存放10 h后B材料表面硬度仍能维持在700 HV以上,表面平均最大形变不超过1 μm,平均磨损量较成品件降低约5.9％,验证了适用于高转速运行工况下斜盘轴向柱塞泵滑靴盘替代选材的可能性,为后续高转速轴向柱塞泵滑靴盘选材研究提供了参考。

多孔石墨材料的渗透率和孔隙特性对多孔质节流器具有重要影响,而节流器是气浮导轨的关键组成部分。为了有效应用多孔质节流器,采用可压缩 Darcy-Forchheimer 方程对实验数据进行拟合,测定了五种不同孔隙率(18%、17%、13%、12%、11%)的多孔石墨的渗透率及惯性系数。在此基础上,建立了包含惯性系数和孔隙率的CFD模型,拟合多孔介质内部的流速与压降,误差在5%以内。进一步在不同供气压力和负载条件下,分析了五种不同石墨材料节流器的承载能力和气膜刚度。结果表明,低渗透率的石墨材料具有更优的刚度性能,在0.45 MPa供气条件下,气浮块的稳定性得到了显著提升。基于此,采用低渗透率节流器搭建了一种可调节气膜厚度的气浮导轨实验平台,并利用基恩士激光传感器对导轨工作面直线度进行检验,结果运动直线度误差优于2.5 μm/600 mm。

为了提供当前核电主蒸汽隔离快关电磁阀的励磁电流仿真模型和一体化测试手段,首先对核电主蒸汽隔离快关电磁阀建立了电磁阀阀芯的质量-弹簧-阻尼系统数学模型,并对其励磁电流特性进行了仿真分析;进一步基于电磁阀的电流特性原理和LabVIEW测控平台,设计了一种一体化测试装置,用其对主蒸汽隔离快关电磁阀励磁电流特性进行了测试。试验结果与运动仿真结果相比,差值不超过运动仿真结果的15%,说明检测装置软硬件设计的合理性。目前该测试方法已经应用于福清核电站5号机组上对“华龙一号”机组主蒸汽隔离阀快关电磁阀的检测中,进行了多次实际测试,结果符合预期,为其运行维护提供数据与理论支撑。

为探究冲击载荷下高压大排量径向柱塞泵滑靴副的摩擦磨损特性,依托ANSYS Mechanical软件,编写ANSYS参数化设计语言程序,建立了径向柱塞泵定子-滑靴接触面瞬态摩擦磨损模型,计算不同工作压力、冲击压力幅值与冲击次数下的定子-滑靴动态摩擦磨损,并开展滑靴副磨损试验。结果发现:在0~0.6 s瞬态过程中,磨损区域分布在滑靴面中心油池与均压槽间,滑靴面存在偏磨现象,滑靴销接孔处应力集中,仿真与试验相对值的平均误差为8.99%。通过对三组单因素正交试验显著性分析及Kriging插值拟合,得出滑靴磨损的正交敏感度依次为冲击次数、冲击压力幅值、工作压力。在60 min内3次冲击摩擦试验下,试件磨损量为824.1379 mm³,可见冲击载荷严重影响滑靴结构,证实了仿真模型对滑靴副磨损的有效预测能力。

针对泵控单元静态精度不高和动态性能受限的问题,为提高泵控单元的压力控制能力,提出了一种基于负载预测前馈补偿的模糊PID稳压控制方法。首先,建立了泵控单元中伺服电机和定量泵的数学模型;其次,设计了基于长短期记忆神经网络的负载预测算法,进行了模型的训练,优化了模型的超参数设置,计算了评价指标,进行了仿真验证;然后,对基于负载预测前馈补偿的模糊PID控制方法进行仿真分析;最后,开展试验研究,验证了该控制方法的效果。结果表明,评价指标印证了负载预测模型具有较高的预测精度;在负载预测结果作为前馈信号输入补偿的前提下,与传统PID控制器相比,模糊PID控制器在两种信号响应下的输出压力和期望压力之间的误差分别减小了72.2%和71.1%,实现了泵控单元的高精度稳压控制。

为研究螺旋管式液力惯容器工作的动态特性,建立其数值模型,运用动网格及用户自定义函数技术仿真液力惯容器内部流场的动态变化过程,获得了不同时刻的速度场和压力场分布状态,分析了液力惯容器内部流场的动态特性。通过台架试验,对液力惯容器施加匀速输入、方波输入和正弦输入三种激励条件,探究了激励形式和冲击速度对液力惯容器螺旋管压降、流速和摩阻系数的影响规律。结果表明:液压油在螺旋管接口处集中发散,液压缸内形成明显涡流,随着缓冲进行涡流变强,速度分布不均;方波激励下压降最大,匀速激励次之,正弦激励下压降最小;冲击速度与液力惯容器螺旋管压降成正比,与摩阻系数成反比。研究结论为液力惯容器的优化设计提供了理论依据。

六自由度平台因其高精度、高承载力和高刚性等优越性能被广泛应用于各个领域。为满足质子刀手术病床的空间运动和定位需求,研发一套六自由度运动定位平台。首先,基于工作空间使用需求,对六自由度平台进行合理的结构设计;其次,对控制系统硬件进行选型并对STM32控制器和上位机LabVIEW进行编程设计;然后,制作六自由度平台样机,调试控制算法参数;最后,实验探究BP-PID控制算法和非线性PID算法对不同负载工况的适应能力、主从协同控制策略下从动缸实时跟踪误差和六自由度平台整体结构定位误差。实验结果表明:单支电静液作动器在不同负载工况的位置控制过程中,BP-PID算法比非线性PID算法快速性更好、自适应能力更强,且两种算法几乎无超调。六自由度平台运动过程中从动缸实时协同误差在0.43 mm以内,平台定位精度小于0.05 mm/0.1°。

先导电磁阀通过控制主阀压力,调节减振器内部油液流量,从而影响阻尼力大小。合理设计压力-流量特性可拓宽阻尼调节范围,以适应不同工况需求。对汽车阻尼连续可调减振器用先导电磁阀的压力-流量特性进行优化。首先,基于流体动力学理论建立油液流经各阻尼孔的流体动力模型与稳态受力模型。结合电磁理论的电磁磁路模型确定了电磁力与输入电流之间的关系,进而建立了液压仿真模型。随后,借助电磁阀性能测试试验台,开展试验对比以验证仿真模型的准确性。最后,分析影响先导电磁阀压力-流量特性的关键结构参数,利用实验设计的全因子分析法确定其重要程度,并采用遗传算法优化关键尺寸,优化效果提升了10.14%。

在复杂工况下,偏导射流伺服阀可采集的故障信号有限且易受噪声干扰,导致其特征提取困难。针对该问题,提出了一种基于海星优化变分模态分解、时域卷积网络、引入自注意力机制的双向门控循环单元的故障诊断方法。首先,利用海星优化算法自适应确定变分模态分解参数,提高信号分解的准确性与鲁棒性;随后结合最小包络熵原则选取关键固有模态函数,从中提取主要特征;最后,将提取的特征融入时域卷积网络与自注意力机制增强的双向门控循环单元网络,提高故障特征的表达能力与分类性能。为验证所提方法的有效性,构建了偏导射流伺服阀故障仿真平台和开展了多种典型故障工况试验;结果表明,所提模型的故障识别准确率达到97.33%,具有较强的鲁棒性和诊断精度。

在粮食仓储管理中,粮仓内壁的曲面结构对爬壁机器人的吸附性能有着较高要求,既要有一定的柔性满足自适应曲面能力,又要有一定的刚度保证支撑稳定性。提出一种刚性吸盘方案用于变曲率墙壁。由于吸盘主体的微小形变能力,导致其在吸附过程中海绵呈现“马鞍形”形变,使吸附性能显著下降。针对该问题,对刚性吸盘结构进行优化,设计了一种采用分布式刚性单元的半刚性吸盘。通过在不同模拟基板上对刚性吸盘、半刚性吸盘进行吸附力试验发现:刚性吸盘在曲率半径为100、200、400 mm曲面模拟基板上的吸附力分别为205.49、307.56、360.25 N;而半刚性吸盘在不同曲面上的吸附力会略有浮动,但整体数值稳定在420 N左右。此方案实现了吸附性能在复杂曲面环境中的显著提升,有效降低了装置作业时的脱落风险,为爬壁机器人在筒仓等领域的应用扩展奠定了可靠基础。

为解决结晶器脱模系统在非线性和时变负载等复杂条件下运行时所面临的控制挑战,提出了一种结合跟踪微分器和模糊PID的创新控制策略,称为跟踪微分模糊PID复合控制。该控制拥有两个关键特征:误差信号的快速跟踪和PID参数的动态自整定。使用AMESim和Simulink进行联合仿真,结果证明:跟踪微分模糊PID复合控制在多个方面优于传统PID和模糊PID控制。首先,该控制提高了系统的响应速度,同时减少了响应滞后和稳态误差。其次,在存在高频噪声和未知大负载干扰的情况下,该控制表现出卓越的轨迹跟踪性能和更强的抗干扰能力,为结晶器脱模系统的高精度液压伺服控制提供了新的理论支持。

针对高转速轴向柱塞泵柱塞-滑靴球铰副失效问题,开展柱塞-滑靴组件的动力特性分析。首先建立柱塞-滑靴的动力学模型,采用流场仿真方法分析柱塞腔的压力变化,然后利用多体动力学仿真软件求解柱塞-滑靴之间的作用力,最后应用增广拉格朗日法和有限元软件的稳态结构分析柱塞和滑靴变形和应力。结果显示,随着负载压力、斜盘倾角、转速的增大,柱塞腔负压和排油压力增大、柱塞-滑靴组件作用力也增大;柱塞最大应力和变形分别为80.4 MPa、0.0213 mm;滑靴最大应力和变形位于滑靴的收口部位,数值分别为168.4 MPa、0.0057 mm,为高转速轴向柱塞泵柱塞-滑靴球铰副设计提供一定参考。

为提高电磁式高速开关阀的线性调控能力,达到精准控制制动液流量的效果,引入了一种表征径向力对阀芯轴向受力的影响因子。通过增压阀内部流场数值模拟分析,发现阀座和阀芯现有结构在康达效应下显著影响制动液射流以及阀内流场非对称出口等因素,增加了阀芯端部节流区域流场涡流生成概率及流动失稳,导致阀芯在开闭行程中受到较大径向力。通过减小阀芯球面节流无效区、在阀座增加变锥角锥面、增加中心对称出油口等措施,对结构进行优化。结果表明,新结构节流区域流场更加稳定,阀芯所受径向力在0.1 N以下,与偏置方向相反且利于阀芯自对准,有效削弱了径向力对电磁阀线性调控性、可靠性及寿命的影响。

为了降低工程机械中的功率损失,提出一种新的变排量对置柱塞泵。该泵在传统单柱塞泵的基础上增加了一个柱塞,两柱塞对称布置,既减弱了压力波动、消除了单柱塞泵的不平衡力,又可通过调节柱塞相位差实现变排量。采用等效建模法建立并验证了变排量对置柱塞泵的AMESim模型。将该泵与传统柱塞泵的配流阀滞后时间进行了比较,发现存在滞后现象但滞后时间相对较短,导致泵性能下降,故对比分析了进油阀不同参数对配流阀滞后的影响规律,并采用正交法优化了参数。结果表明:进油阀参数均对进油阀关闭滞后时间有较大影响,进油阀关闭滞后时间随弹簧刚度、弹簧预紧力、阀芯直径的增加分别缩短了10.9、10.72、1.73 ms,而随阀芯质量的增加延长了5.7 ms;参数归一化后得到进油阀关闭滞后时间随弹簧刚度、弹簧预紧力、阀芯直径的增加分别缩短了61.6%、84.1%、8.9%,随阀芯质量的增加而延长了37.1%;正交优化后仿真模型的进油阀关闭滞后时间缩短了81.43%,有效降低了回流损失,提高了泵的性能。

为了研究密封元件动密封对电磁阀动态特性的影响,在高压电磁阀应用案例的基础上,建立了先导式电磁阀的AMESim仿真模型,选取三种典型密封元件,挡圈、O形圈、泛塞圈,分别计算了其对电磁阀动态特性的影响。计算结果表明:挡圈密封效果较差,导致电磁阀主活门启闭动作易受环境温度影响,且启闭动作产生的冲击较大;O形圈密封效果较好,但与电磁阀主活门的动作特性不匹配,因此提出了上密封面开卸压槽的解决方案;泛塞圈适用于常温、超低温工况,但两种工况下密封效果差别较大,因此同时提出了系统的设计上应考虑的措施,避免对阀门的动态特性造成影响。

超高压大通径快开阀作为某超高压气体释放装置的核心部件,其流量特性及气动力对系统性能具有决定性作用。建立快开阀质量流量模型并基于CFD技术进行数值仿真。计算得到不同阀口开度及开启压力下的流量系数,分析流量系数随阀口开度增大而减小的原因是非雍塞流的形成和涡流引起的能量损失。对快开阀所受气动力进行数值仿真,定量计算了快开阀阀芯锥面和端面所受稳态气动力,并分析了其数值充分满足快开要求。以数值拟合的方式得到阀芯所受气动力的数学模型。研究结果为快开阀优化设计及试验验证提供理论支撑。

滑靴磨损是柱塞泵高发故障。针对某型航空发动机燃油柱塞泵滑靴磨损引发的泵流量下降、振动超限故障,给出了一种基于动力学、摩擦学、流体润滑及结构强度多学科框架的故障综合诊断方法,对该型燃油柱塞泵在多个运行工况滑靴的油膜厚度、结构强度及pv值开展计算仿真,分析了各工况与磨损故障的关联机理。研究结果表明:燃油柱塞泵的滑靴结构强度在全工况范围内均满足要求,且在低于4500 r/min转速范围内燃油柱塞泵滑靴副油膜特征良好;但在燃油柱塞泵转速逐渐上升时,滑靴副受到的轴向惯性力和离心力对压紧力贡献占比逐步增加,当转速增加至5000 r/min,支撑力无法有效抵偿外部压紧力,导致滑靴副静压油膜破裂,滑靴与斜盘从流体润滑状态转为边界润滑或直接接触状态;而高转速工况下滑靴副的材料pv值处于超限状态,最终导致磨损失效。

碟簧液压机构作为电力系统中的关键设备,其性能直接影响系统的可靠性。分析碟簧液压机构关键部件的动态特性旨在提升该设备稳定性。首先分析了碟簧液压机构的结构组成及工作原理,然后通过Fluent对碟簧液压机构工作缸活塞的无杆腔与有杆腔压力变化特性进行仿真分析,揭示了活塞运动速度与压力波动之间的关系。针对灭弧室在分闸过程中的气体压力变化展开仿真研究,深入探讨了压气室内气体的动态特征,并通过压力云图分析了碟簧液压机构及灭弧室内的压力分布规律。最后,通过试验验证了动态特性分析的准确性,为优化机构设计、提高运行稳定性奠定了理论基础。

剪切增稠流体是一种智能材料,将剪切增稠流体应用到阻尼器中得到剪切增稠阻尼器。剪切增稠阻尼器在流体流过细小的孔隙或者间隙时,由于速度梯度的存在会受到巨大的阻力,因此,剪切增稠阻尼器在吸能减震方面可发挥巨大作用。通过Fluent仿真,以20%质量分数的纳米二氧化硅-聚乙二醇溶液制成的剪切增稠流体作为剪切增稠阻尼器的工作介质,以剪切增稠流体在阻尼孔中的流动模拟阻尼器的工作过程,制作不同频率下的力-位移滞回曲线,并根据滞回曲线的结果计算剪切增稠阻尼器工作过程中阻力所做的功,分析其吸能效果。由结果得知:在低频工作环境下(f≤2 Hz),力-位移曲线图中显示出较好的对称性,阻尼器缩回过程与伸出过程中所消耗的能量几乎相等;但是,随着频率的上升(f＞2 Hz),力-位移曲线对称性变差,阻尼器缩回过程与伸出过程中所消耗的能量出现较大的差异。

多自由度液压机械臂存在关节耦合特性强、动力学模型误差大等突出问题,导致控制性能易降级。为实现高精度位姿控制,提出了一种双积分鲁棒预设性能控制器,基于预设性能函数得到转换误差信号,同时限制误差收敛的速率与范围,结合反步法设计双积分鲁棒控制器,使匹配与不匹配不确定性得到抑制,提升系统鲁棒性。结合Lyapunov稳定性理论证明系统是半全局稳定的,且所有信号均有界。结果表明,该控制策略显著提升了多自由度液压机械臂关节跟踪精度与误差收敛速率,充分验证了该控制策略的有效性。

煤矿防冲钻孔机器人在钻进不同煤岩时会出现因卡钻导致的钻进失效问题,严重影响钻孔卸压作业安全及防冲卸压成孔质量与效率。为此,提出一种适用于煤岩钻进系统的防卡钻电液控制策略,据钻进过程中随钻参数的变化分析卡钻机理,结合支持向量机对钻进状态进行判定。建立AMESim与MATLAB/Simulink联合仿真模型,对钻进系统防卡钻电液控制特性进行分析,基于搭建的防卡钻电液控制实验平台进行验证。结果表明:提出的防卡钻电液控制策略可以有效识别钻进状态并降低卡钻风险,提高了不同煤岩条件下的钻进效率和安全性。

气动软体机械臂因其非线性强、多变量耦合复杂以及状态实时观测困难,给动态控制带来显著挑战。针对上述问题,提出一种融合视觉定位与神经网络建模的软体机械臂实时运动控制方法。该方法利用YOLOv8目标检测和半全局立体匹配算法构建视觉系统,并生成时序数据集;进一步通过长短期记忆网络模型捕捉软体机械臂动态响应规律,实现气腔压强与末端位置之间的映射建模。结果表明,与基于离散数据训练的神经网络模型相比,长短期记忆网络模型在三路气压预测中的平均绝对误差从约1.65 kPa显著降至0.44 kPa。进一步的实验结果显示,对于所提出的控制方法,软体机械臂末端在三个轴方向上平均绝对误差分别为1.503、1.506、2.825 mm,有效验证了基于视觉定位的时序神经网络控制方法在软体机械臂中的动态追踪能力。

柱塞泵配流副支撑与摩擦特性直接关乎泵的可靠性与寿命。构建多种形状微织构模型,通过Fluent软件对整泵全流域进行仿真研究,比较各类微织构油膜动压特性与支撑力,进一步研究斜方体微织构倾角和转速对油膜性能的影响。研究表明:各类微织构均表现出一定动压特性和支撑力的提升,其中斜方体织构优于其他织构;配流副动压效应与泵转速正相关,但随着斜方体织构倾角增大而先增大后减小,产生最大动压值0.1455 MPa;当斜方体织构倾角75°时油膜支撑力最小,15°时摩擦力最大;不同转速下,油膜最大摩擦系数对应的斜方体织构倾角不同;且转速大于2000 r/min时,倾角越大对摩擦系数的影响越大,相反,转速低于2000 r/min,倾角越小对摩擦系数影响越大。

针对现有比例控制阀驱动器存在控制精度不稳定、各型设备匹配不完善,不能满足现代电液控制系统提出的灵活性、快速性和国产化要求的问题,设计了一种基于GD32F450ZKT6控制芯片的数模混合式比例控制阀驱动器。通过主控制模块电路、功率放大电路、ADC采样电路以及CAN和USB通信电路实现了数模混合式比例控制阀驱动器的多种类指令信号输入、上位机配置参数以及输出精度控制功能;进一步设计了试验平台对数模混合式比例控制阀驱动器进行性能试验。试验表明,数模混合式比例控制阀驱动器在输入不同类型的信号指令时输出精度小于2%,具备多控制参数的配置功能,满足多场景的电液控制要求。

为提高气动滑台的运动控制精度,选取合理的控制参数至关重要。然而,传统经验试凑法存在整定效率低、依赖调参人员经验等问题。为此提出了一种新型改进粒子群优化算法,采用改进高斯正弦混沌映射技术生成初始粒子以丰富种群的多样性,引入正弦扰动与莱维飞行策略以增强粒子跳出局部最优的能力,融合正余弦算法与改进的黏菌算法提高搜索精度。通过气动滑台线性自抗扰运动控制试验验证,结果表明,该新型改进粒子群优化算法可以有效提高气动滑台运动控制精度;与经验试凑法相比,其在跟踪幅值为150 mm、频率分别为0.25 Hz和0.5 Hz的正弦轨迹时,最大稳态误差分别降低了15.9%和23.4%;其在跟踪多频曲线时,最大稳态误差降低了13.5%。

现有开关式高压大流量电磁卸荷阀存在压力难以调控、供液不连续等问题,难以满足泵站供液系统的快速响应且能按需调节高压泵输出压力的需求。为此研制了比例先导阀控制主阀阀芯位移的卸荷阀,实现用液量按需快速供给、压力多区间调控。通过AMESim仿真软件搭建卸荷阀仿真模型,研究了主阀弹簧腔、主阀弹簧刚度、主阀弹簧预紧力和阻尼孔直径大小对主阀动态特性的影响规律,并进行试验验证。结果表明:弹簧腔容积减小,缩短了卸荷阀升压和卸压时间;弹簧刚度和预紧力主要影响残余压力和卸压时间;阻尼孔直径主要影响残余压力和升压时间。确定结构参数,通过样机进行试验验证,样机升压时间为388 ms;卸压时间为436 ms;残余压力为1.88 MPa。

针对高压液压泵国产化替代难的技术难题,提出一种油口串联式双输出动力源的设计形式并开展研究。该方案通过在第一级泵的出油口处串联第二级泵,实现逐级加压,无需改造低性能泵即可实现高压需求。串联结构显著降低了单泵压差,延长使用寿命,并通过蓄能器隔离负载冲击。通过SimulationX仿真,分析了油口串联式双输出动力源流量脉动性能和驱动高低压负载的能效性能,结果表明:在20 MPa、1500 r/min工况下,与单级齿轮泵相比,其流量脉动率降低37%;单级变量轴向柱塞泵驱动高低压负载液压缸的系统能效为36%,将动力源换为油口串联式双输出动力源后,系统能效提升到61%。研究结果为复杂高压液压系统的动力源设计提供了新思路。

针对重型特种车辆悬置系统低频动态特性不可调问题,提出可控多惯性通道组合挤压模式磁流变液悬置,设计多流道磁流变液阻尼器,以试验方法验证可控流道的切换效果。搭建可控多惯性通道组合挤压模式磁流变液悬置的集总参数模型、1/4重型特种车辆的磁流变液悬置系统模型。最后,根据模型进行动态特性和隔振性能研究。结果表明,对不同惯性通道施加较大的电流,磁流变液悬置的动刚度和滞后角的峰值和峰值频率在0~50 Hz可调;同时,挤压模式作用下悬置在低频具有大刚度和大阻尼特性。

通过设计不同的减摩润滑结构并比较油膜特性,研究不同的减摩润滑结构对伺服液压缸克服径向载荷、减小摩擦的影响,得出减摩润滑结构的最佳形状结构,并进行试验验证。在减摩润滑矩形结构的基础上,提出了工字形结构和梯形结构,并对其进行理论分析和流场模拟,得到了不同减摩润滑结构的压力分布和承载能力特性曲线。梯形的减摩润滑结构可以提供更大的承载能力,油膜温升更小,该减摩润滑结构能有效克服活塞杆上的径向载荷,降低伺服液压缸的摩擦。研究结果表明,不同减摩润滑结构的油膜特性不同,克服偏载能力不同,均能不同程度降低伺服液压缸的摩擦,提高伺服液压缸的控制精度和使用寿命。

由于液压变压器自身结构原因,其柱塞副运行过程更加复杂。为防止液压变压器运行过程中出现卡死或容积效率不高等问题,针对液压变压器柱塞副润滑特性开展了研究。推导了液压变压器变压比和柱塞副油膜雷诺方程,并使用ANSYS求解。结果表明:受到液压变压器结构的影响,柱塞副油膜压力、泄漏量和轴向黏性摩擦力变化复杂,与柱塞运动速度、柱塞腔压力和转速等因素有关。通过正交试验发现,影响柱塞副润滑特性的主要因素是配合间隙和A口压力。