压力脉动主动抑制是提升数字液压阀控系统控制精度和可靠性的关键技术。然而,目前主动抑制方法在对压力脉动进行抑制时缺乏对其特性的深入理解,导致抑制效果不理想。因此,设计了压力脉动测试试验台,分析了系统中不同位置压力脉动的变化情况,探索了液压泵、高速开关阀对不同位置压力脉动的影响。结果表明数字液压阀控系统中压力脉动的主要来自于高速开关阀持续开/关引起的水击现象,并且压力脉动的频率始终与阀的开/关频率保持一致。为设计前馈的压力脉动主动抑制系统提供了新思路,同时也为研发更高效的压力脉动衰减器提供了参考。

热泵空调系统是电动汽车新型加热取暖方式之一,具有制热制冷效率高、控制方便等优势,其在电动工程机械领域也有良好的应用前景。但热泵空调系统最大的应用难题是其利用的冷媒R134a在低温环境温度下,由于制冷剂本身性质的限制及室外侧换热器结霜现象,导致系统的制热性能严重下降,进而影响热泵空调系统的综合性能。据此,提出了基于双热源热泵空调的纯电工程机械整车热管理系统的解决办法,引入工程机械的电驱系统余热作为电驱源,与传统热泵空调的空气源组成双热源热泵空调系统,通过系统中余热的合理运用,提高能量利用率。AMESim仿真和热管理试验平台不同模式下的试验结果表明,电驱源热泵系统的制热性能明显优于传统空气热源热泵,有效提高制热能效系数。

针对高压气动减压阀内部结露结冰的现象,建立高压湿空气凝结流动数学模型,开展高压气动减压阀内部结露机理研究。以湿空气和液滴为流动介质,采用湿蒸汽凝结理论和多组分运输模型,通过C语言和Fluent-UDF编程开发了高压超音速湿空气凝结流动数值模型,搭建实验平台进行数值模型验证。利用该数值模型对高压气动减压阀内部湿空气凝结流动特性进行仿真,并分析了高压超音速流动过程中湿空气的流动凝结行为。结果表明高压压缩气体流经节流阀口为绝热等熵过程,产生焦耳-汤姆逊正效应,气体体积迅速膨胀,压力和温度急剧下降,流速达到超音速流动;阀口附近下游区域大量成核,液滴快速增长,形成主要凝结区。高压湿空气凝结流动模型可为高压减压阀结构优化及进一步结冰机理研究提供参考。

针对多余力影响电液负载模拟装置精度和动态特性的问题,搭建电液负载模拟液压系统,并基于电液伺服阀和液压缸的数学模型,构建电液负载模拟装置的阀控液压缸位置伺服系统及力伺服系统的数学模型。采用AMESim软件对电液负载模拟液压系统加载缸的位移及加载力进行建模分析,分析结果表明力超调量过大,由此,提出采用加装先导式比例减压阀来减小外部负载冲击引起的多余力。通过仿真和试验表明,加装先导式比例减压阀可抑制系统压力冲击,有效降低系统多余力。可为电液负载模拟装置多余力的抑制提供理论指导。

针对流体环境下磁悬浮结构微型机器人操作控制难、工作效能低等问题,提出了一种加强微型机器人在流体环境中工作稳定性的组合式磁体配置模式。该配置模式是在流体环境上下两侧分别配置一大一小两块环形钕铁硼永磁体组合,通过增强机器人所受纵向力,实现增强工作稳定性的目的。首先对另外三种配置模式与该配置进行对比,表明后者使机器人周围磁场线更加线性,并围绕得更加集中。随后,对四种配置分别进行了仿真模拟与实验测试对比,验证了组合式磁体配置模式对流体环境中的机器人具有更优秀的控制能力,显著增强了流体腔内微型机器人的工作稳定性。

迷宫流道流阻特性的设计是迷宫式调节阀实现节流减压的关键。然而,迷宫流道结构较为复杂,流动介质中的沉积物易导致迷宫流道堵塞,影响节流减压性能。对迷宫流道的流阻性能和抗堵塞性能进行研究,分析不同结构迷宫流道的流场与颗粒运移规律,并优选特斯拉形作为基础迷宫流道结构。通过正交试验设计,阐明了特斯拉形流道结构参数与流阻系数、颗粒通过时间之间的影响关系,并建立多元非线性回归模型。采用基于NSGA-II的多目标优化算法,以流阻系数最大、颗粒通过时间最小为优化目标进行高流阻低堵塞迷宫流道优化设计。结果表明特斯拉形迷宫流道宽度和深度的减小可以增大流阻系数,出口段长度的减小可以降低颗粒通过时间;优化后特斯拉形迷宫流道流阻系数提高了55.3%,颗粒通过时间降低了1.58%,有效的提升了流阻特性和抗堵塞性能。

液压柱塞马达在工作状态下振动噪声剧烈,针对削弱内部声振源和外部壳体结构优化的传统减振降噪方案设计难度大、优化成本高的问题,提出了在液压柱塞马达壳体敷设约束阻尼层的减振降噪方法。进行液压柱塞马达的动力学模型和液压模型耦合仿真,得到液压柱塞马达内部对壳体的振动激励。以振动激励作为载荷,结合强迫响应分析和基于模态声传递向量法的声压仿真,得到马达壳体的模态参与因子和声学板块贡献量,从而精确阻尼层敷设区域。通过对约束阻尼层进行有限元建模分析,研究阻尼层材料参数对振动抑制的影响,选择合适的阻尼层材料。在半消声室内对敷设约束阻尼层前后的液压柱塞马达进行多工况下平均声压级测试。结果表明在峰值噪声频率下,约束阻尼层能将液压柱塞马达的噪声至少降低2 dB。

气密封技术是维持浸没流场稳定性的主要机制。气体射流冲击晶圆表面,防止浸没液体泄漏造成套刻误差和曝光缺陷。因此,浸没流场和密封气体的相互作用、气-液界面的行为特性亟需研究。采用背景纹影技术观测气体射流,介绍了该可视化技术的测量原理和硬件搭建。通过光路设计实现气-液、内-外流场同步观测,以及界面行为特性研究。对背景纹影技术等非接触式测量技术在超洁净流控中的应用提供指导。

电液伺服阀容易受到油液污染的影响,当污染颗粒通过节流口时会对阀口壁面产生冲蚀磨损,使得电液伺服阀阀口过流断面变大,内泄漏量增加。针对现有仿真手段难以准确衡量电液伺服阀的性能退化,而试验样本有限等问题,提出一种基于时间序列生成对抗网络算法的评估模型用于评估电液伺服阀性能。首先分析了电液伺服阀的失效机理,然后建立了时间序列生成对抗网络算法的框架,利用维纳过程分析并得到了电液伺服阀的性能评估模型,最后设计并完成了污染磨损试验,利用时间序列生成对抗网络算法对试验数据扩充,通过参数估计的结果对比发现,利用时间序列生成对抗网络算法对试验数据扩充可以有效提升电液伺服阀性能评估模型的准确度。

为了研究一种新型低速大扭矩内曲线柱塞泵的内流域空化特性,建立了内曲线柱塞泵的配流体内流域模型,通过CFD流体仿真对配流体流域的空化分布和产生进行研究。分析了不同工况参数对配流体流域空化特性的影响。研究表明空化主要发生在排油单向阀阀口和高速开关阀阀口,气相体积分数直接反应空化的剧烈程度,泵轴转速和负载压力对于空化的影响明显,但过低的吸油压力会导致柱塞发生吸空。通过增大流道局部内径和缩小流道长度两种不同方式对配流体内流域结构进行优化,以此减小油液流速,进而削弱空化现象,优化方式较好。