基于内外啮合型齿轮马达提出了双内外啮合型齿轮同步多马达,对其结构进行介绍,搭建了基于该齿轮马达控制的液压同步回路.所设计的齿轮同步多马达可以减小传统同步马达的尺寸,驱动成一定比例或者相同几何尺寸的执行机构同步运动,并能够切换油路以适应不同工况的需求.通过理论计算,将所搭建的包含齿轮同步多马达的液压同步控制回路在AMESIM软件中进行建模仿真,对实验结果的分析表明:该齿轮同步多马达可以代替多联齿轮马达控制油液比例,进而对执行机构进行同步控制.

基于一种直动式海水液压溢流阀的结构以及数学模型展开了相关的数值分析.首先,采用现代控制方法获得该阀的状态方程,并结合经典工程控制理论获得溢流阀的传递函数模型;其次,采用Routh稳定性判据对阀的稳定性做出了判定,并做了相对稳定性分析;最后,通过仿真分析获得了该阀的动态特性曲线以及上升时间等动态特性参数,同时对阀在脉动流量输入条件下的动态性能进行了仿真.仿真分析结果表明,该海水溢流阀稳定性能满足要求,且有比较强的环境适应性.

针对海水液压介质的特点,对直动式海水液压溢流阀的关键技术问题进行了分析,设计了一种直动式水压溢流阀.该阀的额定压力为14 MPa,额定流量为25 L/min.通过采用平板式阀口、增设阻尼器、阻尼杆与阀芯接触处设置球面结构,在阀芯柱面上开直槽以及合适的选材等方面提出了解决气蚀、振动和调压精度等问题的措施,建立了该阀的数学模型,在仿真分析的基础上,得到阀的主要结构参数即介质、运动质量、阻尼以及管路容积对阀动态响应特性的影响.仿真结果表明该阀具有较好的动静态性能.

针对硬岩掘进机在掘进过程中切割硬岩地质会产生强冲击振动的工况,分析了液压系统中的先导式溢流阀的数学模型,建立了该阀在强振动环境下的动力学仿真模型.获得不同工作条件下,先导式溢流阀先导阀芯的动力学行为规律.仿真结果表明当系统稳定时,先导阀芯受干扰小,系统会衰减振动至稳定;但当干扰幅值超过临界值时,系统会进入极限环的吸引域,产生周期性振动;通过增加先导阀阀口直径、弹簧刚度和减小先导阀半锥角,可增强溢流阀的抗干扰能力.

结合水的理化性质,研发了一种插装式直动水液压溢流阀.该阀的阀芯采用箭头状补偿结构,阀口采用二级阀口.基于CFD(计算流体力学)方法,研究了阀口结构参数对其水力学特性的影响.建立了该阀的数学模型,研制出试验装置,对其静动态特性进行了仿真与试验研究.研究结果表明箭头状补偿结构、合适的阀芯锥角及二级阀口能有效地提高溢流阀的性能,所研制的水液压溢流阀静动态性能良好.

针对液压激振系统中存在交变压力的情况,为研究交变压力下先导式溢流阀的响应特性,对先导式溢流阀进行理论分析和AMEsim仿真分析,并进行试验对比研究.结果表明：交变压力下先导式溢流阀主阀口存在异常开启现象,增加系统能量损失;主阀口异常开启量随交变压力幅值增大而增大.通过减小主阀芯上腔容积、降低油液黏度和增大阻尼孔直径,可减小主阀口异常开启量.试验结果与仿真分析基本一致,验证了仿真分析的正确性与可靠性.

针对轴向柱塞泵中滑靴副的倾覆和偏磨问题,建立了一种滑靴副润滑数值模型和耦合求解器.在此基础上探究了滑靴产生倾覆的原因,并提出了一种微台阶来改进滑靴结构.通过仿真计算,进一步对比了不同微台阶结构参数对滑靴副姿态和油膜润滑的影响.结果表明:微台阶有助于滑靴副油膜的形成,改善油膜润滑性能;微台阶深度对滑靴微运动姿态、油膜压力和油膜厚度的影响比宽度大;所提出的数值模型和微台阶结构有助于轴向柱塞泵的优化设计,并能有效防止滑靴产生偏磨来提高柱塞泵的可靠性和寿命.

为提高柱塞泵配流阀的响应特性,满足高速工况需求,提出一种应用于高响应轴向柱塞泵的凸轮组合方程曲线设计方法.以阀配流轴向柱塞泵为对象,分别搭建基于余弦方程、高次多项式与组合方程曲线的柱塞泵液压仿真模型,分析不同凸轮曲线对配流阀阀芯滞后特性的影响.计算不同凸轮曲线下泵的理论排量和瞬时排量,探究曲线对柱塞泵流量脉动的影响.结果表明:与余弦曲线相比,基于组合方程曲线的配流阀阀芯响应性至少提高了30%,但在该方程曲线下,柱塞泵仍存在一定的流量脉动,研究成果为轴向曲线式柱塞泵曲线的选型与优化提供理论依据.

为研究新型全流量自冷却柱塞泵的自冷却特点并分析其自冷却性能,基于双端面配流原理提出了全流量自冷却柱塞泵,简述其结构及工作原理,对全流量自冷却柱塞泵和传统CY泵的温升特点进行对比分析,从宏观角度分析温升原因和能量转换关系,得到两种泵在相同工况下的温升差距,利用AMESim软件搭建柱塞泵的热学模型,仿真得到两种泵的温升曲线,搭建温升对比实验平台,对不同压力下的全流量自冷却柱塞泵和CY泵进行温升测试,并对额定工况下的两种柱塞泵温升作对比.实验结果表明:相比于传统CY泵,全流量自冷却柱塞泵的温升较小,具有更好的冷却效果;同时油液温度的降低使油液的润滑性能更好,减小了运动副间的磨损,有利于提高柱塞泵的使用寿命.

针对液压分流同步精度低的难题,围绕负载偏差和流量变化两大影响因素,从分流元件和同步系统两方面研究了负载敏感变速分流同步的驱动原理.构建了负载敏感变速分流同步驱动系统,改变了分流阀的结构,提出基于"变速分流-偏载补偿-负载敏感"的新型分流原理,建立了新型分流阀和同步系统的仿真模型.仿真结果表明:在变速和时变偏载工况下,新型同步系统的分流精度为-0.23%-0.14%,位置精度为0.14%-1.54%,均远高于传统的同步系统.从原理性误差补偿的角度提高了分流阀及其同步系统抵抗动静偏载和流量变化的能力,实现了高精度、高效率和高可靠性的变速同步驱动,为恶劣工况下的高性能液压同步驱动提供了解决方案.