提出一种用于液压起竖系统的直线电机驱动型液压泵源装置。该装置通过直线电机将电磁力转化为直线推力,并通过驱动单级液压缸输出油液,该装置具有小体积、大流量、高响应、易控制等优势。设计泵源装置及性能测试装置结构,建立数学模型进行直线电机的设计及优化;通过Simulink建立直线电机模型与AMESim建立的液压回路模型联合仿真,测试该泵源装置的性能特性。测试结果表明所设计的泵源装置能够以1400 L/min流量、3.7 MPa压力稳定输出油液驱动300 kN负载在10 s内运行2.3 m。

液压机械臂相比于电动机械臂在重载搬运领域具有不可替代的优势,而多自由度液压机械臂强耦合、本质非线性和模型不确定的特点,给高精度轨迹跟踪控制带来挑战。以多自由度电动静液驱动机械臂为对象,提出一种轨迹跟踪控制策略。首先,建立含电动静液作动器动态的多自由度机械臂动力学模型;其次,基于反步思想设计控制器,并且通过Lyapunov分析证明了系统稳态性;最后,以三自由度电动静液驱动机械臂为例,搭建AMESim-Simulink联合仿真模型,选取3种控制器对比机械臂各关节轨迹的跟踪精度。2种跟踪指令验证结果表明相较C3控制器和C2控制器,所设计的C1控制器可以较好地补偿机械臂动态,使机械臂各关节更好地跟踪期望轨迹,本研究可为多自由度电动静液驱动机械臂的控制策略设计提供参考。

运载火箭自动对接连接器主要应用于其发射前的燃料加注过程。以自动对接连接器的液压系统为研究对象,在AMESim环境中建立相应的液压系统模型,对相关参数进行了初始化设置。针对液压缸活塞杆运动过程,对液压系统模型进行了仿真研究,得到了液压缸进出油口的流量、压力指标,明确液压系统的工作状态。仿真结果表明经过优化后系统响应速度较快,运动过程比较平稳,在实际工程应用领域能够满足性能要求,为整个液压系统后续优化设计打下基础。

采用双椭球体的经典模型为研究对象,在8. 04Ma和10. 02Ma的工况下进行了气动热数值模拟,计算采用结构网格和非结构网格模式,分别获得了相应工况下双椭球体中心子午线上的热流密度,得到了网格模式相关性规律。计算结果表明:两种网格均与试验值热流分布趋势较为一致;非结构网格的Y+优于结构网格时,在表面大范围区域内可以获得比结构网格更优的计算结果;非结构网格在驻点处热流计算误差超过100%。该计算对高超声速飞行器的热流计算起到了重要的参考作用。

采用不同数值模拟方法,对双椭球外形高超声速绕流的气动热环境进行了模拟预测,对比分析了计算网格、数值格式、湍流模型等对计算结果的影响。数值模拟表明,双椭球超声速绕流在相贯线附近会发生激波与边界层干扰,引起分离旋涡并诱发流动转捩,从而改变边界层流动状态,并直接影响热流分布。层流和全湍流计算得到的热流分布与实验数据存在偏差,而转捩模式能够更为准确地预测热流分布;大涡模拟捕捉到了分离诱导转捩的时空发展过程,发现流场涡系结构的发展演化与热流分布具有直接相关性。

采用计算流体力学和实验方法研究了不同网板结构对弧形滤毒罐气动特性影响。采用三维纳维-斯托克斯方程和低雷诺数修正k-ε湍流模型求解,主要分析了同一气流流量下7种弧形滤毒罐模型的通气阻力、吸附层流场结构,并进行了5种滤毒罐通气阻力和防护性能实测。研究结果表明,滤毒罐通气阻力的实验值跟模拟计算值误差较小,均在5%以内;上下网板为方形孔时,可以减小滤毒罐的通气阻力;上网板和下网板中心处孔封闭的越多,气流阻挡作用越强,相应中心区域活性炭利用低,滤毒罐防护时间缩短。

在对空心弹结构进行设计时,基于有限体积法和重叠网格技术,对不同马赫数条件下空心弹弹体和弹托的分离过程进行了仿真。仿真结果表明:弹托完全分离后,空心弹的马赫数Ma=2.0时,出现阻塞状态,而Ma≥2.5时,空心弹稳定飞行时为非阻塞状态;在Ma=2.5时,由于接近阻塞临界马赫数,脱壳时流场变化较为复杂,弹体空腔内气体经历时间较长的压缩过程,弹体阻力呈先减后增再减的变化趋势;在其他不同马赫数时的空心弹弹托分离过程中,弹体阻力整体上呈先减后增,最终达到稳定。随着马赫数的增大,流场能更快的达到稳定状态,弹体受到的扰动更少。

为提高液压系统的故障诊断准确率,分析了液压系统的数据特征,明确了液压系统的数据处理方式及故障类型;以反向传播神经网络(BPNN)算法为基础,采用一次指数平滑法(SES)改进了BPNN算法的梯度优化过程;基于粒子群算法(PSO)对BPNN算法的主要超参数和SES的平滑系数进行了优化,获取了最优超参数模型;以UCI的公共数据对基于PSO-SES-BPNN算法的液压系统故障诊断模型进行了实验验证。实验结果表明,该模型对有144种故障状态的液压冷却过滤系统的故障诊断准确率为98.06%,诊断性能远高于同类文献研究结果,有助于提高液压系统运行过程的故障诊断效率。

为解决停车难问题,提出了一种小型无避让立体停车装置设计方法,采用PLC控制液压驱动对停车装置进行控制。对停车装置总体方案、主要运动部件进行设计,利用Solidworks软件构建停车装置三维模型,并进行运动仿真。设计了液压原理图和控制流程图,确定了输入输出节点及PLC型号。仿真结果表明该停车装置能够实现两车位车辆的无避让自动存取,提高了车辆存取效率,降低了停车难度。

为了使统结构的液压支架安全阀在应对煤层顶板冲击时确保液压支架立柱不易受到冲击破坏,设计一种直动与差动相结合的双级联动式液压支架安全阀。根据液压支架受顶板冲击载荷,构建双级安全阀启溢闭过程立柱回路的动态特性模型,进行冲击作用下的动态仿真,获得不同冲击速度和不同冲击持续时间下双级安全阀动态特性曲线。自制快速冲击加载实验台,对公称流量为1000 L/min的双级安全阀样件进行冲击加载实验。结果表明:双级安全阀的稳态压力为45 MPa,稳态流量为950 L/min,压力上升时间为20 ms,压力超调量为22.3%,双级安全阀灵敏度较高,动态特性较好,对顶板不同的冲击形式,可快速对立柱回路进行卸荷降压。