电液伺服泵控系统具有高效节能、高功重比和环境友好等技术优点,但受诸多非线性因素的影响,系统传动特性表现出极强的非线性。通过深入研究电液伺服泵控系统的传动特性,提出柔性传动比理论,建立电液伺服泵控系统的数学模型,得到伺服电机-定量泵-液压缸之间的柔性传动比规律。对柔性传动比应用进行研究,提出基于广义排量的压力控制策略。搭建系统柔性传动比仿真与试验平台,对柔性传动比理论应用进行仿真和试验研究。研究结果表明,柔性传动比理论的应用对压力控制具有良好的控制效果,将为电液伺服泵控系统的工程推广与应用奠定良好的基础。

皮碗作为管道机器人常用动力装置,利用管道流体作用于其两端压力形成的压差作为整体装置动力来源,因其适用管道口径范围广、结构简单被广泛的关注与应用。皮碗在管中移动过程中随着管道压差变化发生相应变形,如果变形过大,可能导致皮碗脱离管壁造成驱动失效;如果管内压差及管壁间的摩擦力超出了皮碗的变形范围,则可能使皮碗发生破损。因此,皮碗结构的设计对于其自身结构强度及管道前后的通流特性具有重要意义。以外径100 mm皮碗为研究对象,通过系统仿真分别计算分析不同直径、厚度皮碗在不同压差时的最大接触应力、位移变化及管道前后两端的通流性能,得到皮碗在不同厚度和工作压差时皮碗相关性能的变化规律,为管道机器人皮碗的设计提供理论依据。

针对阀控非对称液压缸系统在采用PID控制器进行位置闭环控制时,存在液压缸活塞位置超调和由伺服阀阀芯切换导致控制效果差的问题,设计了基于高斯过程的非线性模型预测控制器。采用高斯过程回归训练得到阀控非对称缸系统的离散数学模型,通过求解二次规划问题,控制器输出最优序列。仿真结果表明,该机器学习方法有效估计了位置增量中噪声的标准差,预测输出更接近真实值;在多约束条件下能有效提高系统响应时间,保证活塞位置无超调,位置控制精度满足0.1 mm。

考虑叶片-定子副之间的动压效应,研究了叶片结构参数对叶片泵工作性能的影响,针对不同参数的叶片,采用ADAMS和Fluent软件对高压叶片泵叶片-定子副进行了动力学、流体动压仿真分析和模态分析。以S25VQH子母叶片泵为研究对象,详细分析了叶片结构参数对叶片-定子副之间相互作用力、叶片-定子副之间动压和振动噪声的影响规律。结果表明,优化后的叶片结构使得叶片-定子副之间相互作用力减小,叶片-定子副之间动压和固有频率显著增加;减小了叶片-定子副之间的摩擦磨损和振动噪声,一定程度上延长叶片泵使用寿命。最后,进行了综合台架实验,实验结果与仿真分析结果具有较好的一致性,验证了仿真结果的正确性。

液压行驶驱动系统是565 kW全液压推土机的核心,其性能的好坏影响着推土机的整机性能和工作效率。首先提出了四泵四马达液压行驶驱动系统的动力传递路线,确定了液压行驶驱动系统单边回路图;利用AMESim软件建立了液压行驶驱动系统单边回路的仿真模型;最后模拟推土机在铲掘过程中遇到的特殊工况和行驶工况,对系统流量、压力和车速进行了动态响应仿真分析。仿真结果表明:当加载100,250 kN的阶跃载荷时,系统压力分别稳定在21.44,45 MPa,负载越大,系统压力越高,但不会超过系统设定的最高匹配压力45 MPa;在推土机起步过程中,车速在2 s内稳定在2.6 km/h,起步平稳,制动过程与起步相反。因此,565 kW全液压推土机液压行驶驱动系统的设计方案在理论上是可行的。

通过经典气体状态方程和经验公式法推导计算了航天高压氦气节流过程的焦耳-汤姆逊系数,并将计算与实验结果进行了对比。计算结果表明航天领域高压氦气在节流过程中产生热效应,经典VDW和R-K气体状态方程计算氦气焦耳-汤姆逊系数误差较大,经验公式法计算氦气焦耳-汤姆逊系数精度较高;根据氦气焦耳-汤姆逊系数经验公式,积分求解了氦气节流温升,获得了较高计算精度。

激振器的偏置控制是控制激振器围绕偏离液压执行元件（液压缸或液压马达）平衡位置特定距离振动。该文提出了一种高频激振的2D阀控缸电液激振器的偏置控制方法,该方法是通过一个与2D激振阀并联的四通阀实现流量偏置控制的。应用流体动力学和系统动力学理论建立激振器数学模型,非线性仿真分析偏置对活塞位移波形的影响及偏置量与偏置阀开口间的关系;最后,搭建实验平台,分析实际位移波形和实际偏置量变化情况,验证理论分析的准确性。研究结果表明：理论分析与实验结果一致,即提出的偏置控制方案可行,可实现偏置量的独立、精确控制。

针对目前挖掘机普遍采用的负流量液压系统,该文介绍了挖掘机负流量液压系统的体系结构和性能特点,从液压系统的功率形式推导了其功率控制方式,分析了负流量挖掘机液压系统的性能优势和控制缺陷,并评价了负流量液压系统的控制性能,指出了负流量液压系统的应用前景。

液压元件在使用过程中其关键零部件易磨损,导致其密封性能降低而产生泄漏,影响液压系统的工作可靠性。结合陶瓷材料的特点,提出采用陶瓷化的方法对液压元件的关键部件进行改性,并对陶瓷化后的液压元件进行磨损和失效机理分析。

当油箱随负载机构一起旋转时,油箱内的液压油面会出现一边高,而另一边低的现象。该文对油面形状进行理论计算并对其进行MATLAB仿真,设计一种组合限位油箱来降低由于油液高度差而产生的重力矩和转动惯量,从而降低负载机构启动时造成的不平衡。同时设计的组合限位型油箱能起到过滤杂质的作用,通过液压差能判断过滤网堵塞程度,滤油网有容易取出清洗、寿命长等优点。