疲劳试验机是疲劳测试中最常用的设备。根据材料疲劳试验机的工作原理,建立电液力伺服系统的数学模型。利用MATLAB软件中的SMULINK构建了仿真模型,获得了反映系统性能的仿真曲线。为材料疲劳试验机控制系统的改进提供了理论依据。

出口节流调速系统是液压节流调速系统的一部分,通常是采用传递函数法建立系统数学模型对其进行动态特性分析,这种方法不但复杂,而且效果不佳。文中提出的采用功率键合图法建立系统数学模型,利用MATLAB软件进行快速而准确的数字仿真,并分析系统参数对其性能的影响,对研究系统的性能和设计改进具有积极的意义。

为了更有效地研究调速阀的动态特性,把它接到一个易于显示阀的动态特性的系统中,然后利用功率键合图法建立系统的键图模型和数学模型,最后用MATLAB软件进行仿真,从而能快速且准确地得出系统压力和阀芯的位移随时间的变化曲线。因此利用这种方法进行仿真,对研究调速阀的性能和对其进行设计改进都有积极的作用。

针对传统压力机液压系统能耗较高等不足,采用二伺服泵及开关型电动阀通过PID控制器进行控制的复合伺服液压系统,设计了新型压力机(press servo hybrid,PSH);进行了液压系统主要部件设计计算和选型;利用AMESim软件对新系统与传统液压系统进行建模和仿真比较,结果表明新系统同样能满足按VOITH公司技术要求,能耗有非常显著的降低。

电液比例多路阀的优点在实际应用中十分明显,但其响应慢、精度低、控制不便等缺点也日益突出。新型数字式控制的比例多路阀弥补了这些缺陷,它以高速开关数字阀代替电液比例减压阀作为多路阀的先导控制元件。文章介绍了多路阀比例控制的原理和以数字阀为先导阀实现比例控制的优点,并用实例说明了数字式控制的原理及其控制性能。

柱塞泵的流量脉动是噪声流体传播的原因。为设计良好的配流盘以减少流量脉动和斜盘上的倾覆力,笔者建立了柱塞泵工作过程的数学模型。以流量脉动为目标,压力脉动作为结果进行分析;采用Amesim液压仿真软件分析柱塞腔内的增压、减压速率与流量波动的关系;在此基础上分析减压槽和配流盘上分度角等结构设计参数的影响,通过遗传算法优化得到一组参数帕累托解集,以此设计配流盘。排油流量和吸油流量变化仿真结果表明:采用该优化方法设计的配流盘,能有效降低柱塞泵流量脉动。该研究为正向设计配流盘结构、降低流量脉动提供了一种有效方法。

磁流变液(Magnetorheological Fluid,MRF)的沉降稳定性是磁流变领域的一个重要研究方面,同时也是反映磁流变液品质的一个重要指标,优良的稳定性对于磁流变液的保存和应用具有重要意义。笔者基于重力沉降理论导出了磁性颗粒的匀速沉降速度,结合基于斯托克斯公式的颗粒沉降速度公式,分析讨论了沉降稳定性的影响因素,包括颗粒直径和颗粒与基础液密度差等,并阐述了前人为提高其稳定性在颗粒、基础液及添加剂等方面所做的的工作;对目前磁流变液沉降稳定性常用的表征方法进行了系统论述。最后,笔者提出:探索更具代表性的表征方法并弄清楚其作用机理,以及探究更为有效的改善稳定性并以不牺牲其他性能为代价的方法将会成为日后研究工作的重点。

为了提升磁流变液剪切屈服应力计算的准确性,课题组以麦克斯韦应力张量理论为基础,从微观角度考虑非线性磁化过程从而建立磁流变液链状模型。以MRF-122EG和MRF-132LD磁流变液2种液体样本为研究对象,通过ANSOFT软件进行磁场仿真并得出2种样品的屈服应力。结果显示:MRF-122EG、MRF-132DG样品的屈服应力与Lord公司提供的对应技术参数的最大相对误差分别约为6%和9%,属于实验允许的范围,说明该理论模型具有合理性。该研究也为磁流变液剪切屈服应力计算提供一种实用的方法。

为了探究润滑剂的使用对磁流变液的终端行为即屈服应力的影响,课题组采用球磨、基液置换的方式分别配制了含有石墨、二硫化钼、氮化硼、氢化蓖麻油和聚四氟乙烯等5种润滑剂的磁流变液样品;并利用自制的磁流变液屈服应力测试装置,在不同的磁感应强度下和整个沉降周期内,分别测量了它们单独添加及混合使用时的磁流变液剪切屈服应力。试验结果表明:聚四氟乙烯对于提高剪切屈服应力的影响最为明显;二硫化钼及石墨混合使用效果优于二者的单独使用。该研究表明润滑剂可以改善磁流变液的屈服应力但作用不尽相同,同时润滑剂的混合添加较单独使用效果更佳。

在磁流变液工作过程中不可避免会产生热量,使工作温度升高并影响磁流变液相关性能。笔者从电磁、摩擦和磁热效应等方面综述了磁流变液工作过程中热量产生机理,并且阐述了工作环境温度升高后对磁流变液各组成成分、黏度和剪切应力等主要特性的影响。温度的升高不仅会使磁流变液各成分发生相应变化,也会使黏度和剪切应力减小,导致磁流变液性能降低甚至发生不可逆变性。因此笔者认为:为了有效延长磁流变液使用寿命,一方面可以优化磁流变液配方,配制出具有良好温度适应能力的磁流变液,另一方面可以通过建立包含温度参数的剪切屈服应力模型来预测磁流变液性能随温度变化情况,从而更加精确控制磁流变液工作温度;当温度大幅上升不可避免时,应及时采取冷却措施。