面向半导体、生物医药、电子级化工等领域的超洁净流控需求,提出了一种新的永磁体内嵌式超洁净阀结构。将永磁体嵌入超洁净材料(如超纯全氟树脂)所制的阀芯内,通过阀腔外部的永磁体驱动阀芯启闭,从而实现液体介质的超洁净控制。阐述了该超洁净阀的工作原理及优势,对其流量-压损特性进行了仿真计算,并通过不同开口下流体介质对阀芯作用力与阀腔内外永磁体间磁场作用力的计算,对阀芯受力特性进行了分析,验证了永磁体内嵌式超洁净阀方案的可行性。进而,为改善阀芯启闭与控制特性,对驱动磁场进行了优化设计,并通过仿真验证了其有效性。

以自主设计的新型多孔式液压缓冲器为研究对象,将系统的最大缓冲效率和最小峰值压力作为优化目标,建立了多孔式液压缓冲器节流孔优化模型,分别运用模拟退火算法、粒子群优化算法以及遗传算法对阻尼孔的数量、孔直径和孔间距进行组合优化。研究结果表明:相较于经验设计的等孔径等间距方案,经3种算法优化后的缓冲器效率均显著提高,峰值压力均显著下降;上述3种算法中粒子群优化算法在阻尼孔的组合优化中收敛速度更快,优化效果也更为理想。

航天服为航天员在太空环境提供基本生命保障,同时还需具有较好的活动性能以便开展作业。航天服工作时需充气压构成真空防护,而气压会导致较大关节阻力矩,对着服者活动产生很大影响。为研究航天服充气压状态下的关节阻力矩特性,研制了一种能够消除重力、牵引轨迹误差等因素干扰的测试平台,并对航天服肘关节、膝关节、髋关节活动阻力矩进行测试,分析了关节阻力矩与航天服余压及关节活动速度的关系。在测试数据的基础上,采用改进型数值实现方法及线性插值方法建立了基于Preisach迟滞模型的航天服关节角度与关节阻力矩数学模型,并在MATLAB/Simulink中进行模型预测仿真计算,验证了所提出的改进型迟滞模型能实现对航天服关节阻力矩的精确预测,为航天服关节活动性能的改善提供了理论参考。

重载AGV在满载工况转向时,转向阻力明显增大,给转向控制系统敏捷、精确控制造成困难。为此,提出一种基于模糊PID的控制方法,以实时、动态的修正转向系统控制参数。根据AGV转向系统结构建立了控制模型,搭建了模糊PID控制器,制定了隶属度函数及模糊规则,并根据转角偏差及偏差变化率更新控制器的参数,使液压调整量根据需要进行动态修正,保证车轮在高转向阻力时快速、准确的偏转。仿真及试验结果表明,模糊自适应PID算法可有效降低系统超调量、振荡幅度,加快系统响应速度,提高了重载AGV液压转向系统的控制精度和反应速度。

为满足水下恶劣工况,水下装备液压驱动以高可靠、控制性能优异的定量泵比例控制为主,但阀控液压系统能耗过大,使水下能量受限问题日益突出,制约了水下装备的发展。通过仿真开展了基于定量泵的水下节能液压系统研究。首先建立AMESim水下比例阀控及变频恒压泵控液压系统仿真模型,并设计了系统控制器;随后对液压系统能耗特性进行仿真分析。结果表明,泵控液压系统能耗比阀控液压系统低70%以上,且随着工作水深增加,节能效果增大。相对于目前水下阀控液压系统,变频恒压泵控系统在不增加系统复杂性同时节能效果明显,可有效降低系统能量消耗,提高水下装备的可靠性及稳定性。

常用的行程程序控制回路设计方法繁琐易出错,为了解决这一问题提出了步进模块设计方法。分析了步进模块的结构与工作原理,并详细总结了步进模块设计方法的一般步骤。利用这种方法分别设计出多缸单往复、多缸多往复及有并列动作的行程程序的全气动回路原理图;利用Fluid-SIM软件对所设计的几种气动回路分别进行仿真。结果表明,执行元件能够按照预定的顺序依次完成相应的动作,验证了这一设计方法的正确性。

静压气浮导轨是精密气浮工作台的重要组成部件,其承载能力和刚度直接影响了工作台的平稳性以及所加工零件的精度。针对所设计的精密高刚度二维气浮工作台,提出采用有限差分的数值计算方法,在双边间隙总和与供气压力相同的条件下,对整体闭式及开式气浮导轨的气浮面进行整体求解计算,对比分析其压力分布、承载能力、刚度等静态性能参数。结果表明:由于闭式气浮导轨的下气浮块在垂直方向上起到了辅助支撑的作用,形成了四周封闭的气膜面,因此增强了闭式气浮导轨的紧密性和可靠性,使得整体闭式气浮导轨的刚度和稳定性均优于开式气浮导轨;实验结果与理论分析较吻合,为此类精密定位平台的设计优化提供了理论依据。

坝面的裂纹、凹坑可能被大坝表面附着的泥沙覆盖,影响水下作业人员对大坝实际安全情况的判断。为大坝安全,水下检测时必须清除坝面泥沙,并保证坝面附近水域清澈。根据实际需求,设计出一种大深度潜器冲吸复合清淤工具,由水下电机、离心泵、射流泵、控制阀组、冲洗与抽吸复合喷头组成。对作业工具不同的工作模式进行了CFD模拟仿真,并开展了作业工具陆地环境的模拟试验。结果表明,所设计的装置可以有效实现不同工作模式的转换,已装备于我国首艘大坝检测载人潜水器。

射流管伺服阀在高温环境中易发生共振、卡滞、零漂等故障,提出在阀体中增设通油冷却以实现冷却隔热的目的,保证其在高温下正常运行。以某型射流管阀为载体,建立了包含冷却油路、射流管油路及主阀油路的三维流-固-热仿真分析模型。分析了正常工况下冷却油路的压降特性和热防护特性,讨论了4种油路故障状态下的伺服阀热场分布特征。结果表明,在射流管及主阀正常通油的条件下,力矩马达发热量可以被有效带走,而通油冷却结构则可进一步隔绝外界高温的影响,从而可以保证马达不超温;当发生射流管堵塞或主阀卡滞时,此时力矩马达发热量可以经由通油冷却油路带走,同时隔绝外界高温影响,也可保护力矩马达不超温。研究还发现,冷却油流经减压器时产生大量节流热,对通油冷却的冷却效果产生不利影响。

许多供液设备,都有三通汇流均匀性要求。通过对90°折角T形三通管供液系统理论分析,得出提高三通管入口总压差特性曲线斜率,有助于改善汇流均匀性。据此优化得出一种入口带缩口的45°Y形三通管。对上述T形三通管和Y形三通管进行数值模拟,发现T形三通管在汇流处高流量一侧突然90°转向,该区域的流体发生扰动从而阻碍了低流量一侧流体流入,导致汇流不均匀;而Y形三通管在汇流处,由于缩口限流作用,抑制高流量一侧流体流入,同时在汇流处形成了低压区,抽吸低流量一侧流体,有助于改善汇流均匀性。