液压机的特点是滑块质量大,工进负载力大,其滑块空程下放造成了重力势能、动能等能量的浪费。为了回收利用这部分能量并且降低电机转矩,基于“伺服电机+定量泵”的闭式泵控方案,提出了带超级电容储能系统的双排量泵/马达闭式驱动液压机方案,并制定能量管理策略对能量进行回收与再利用。搭建了液压机试验台,试验结果表明,储能系统的能量回收效率为79.3%;进一步开展仿真研究,基于SimulationX多学科仿真软件,构建了液压机的多学科仿真模型,仿真结果表明,双排量泵能大幅度降低电机转矩,储能系统能够减少液压机整机6.9%的能耗。

针对以气动人工肌肉作为关节驱动器的外骨骼机器人关节位置跟踪控制问题进行了研究。首先,在动力学模型的基础上,设计了上层控制器,并结合自适应控制和滑模控制方法降低了动力学参数不准确和扰动项未知对外骨骼机器人的影响;其次,基于无模型方法设计了底层关节力矩控制器,调整外骨骼机器人的关节力矩;最后,针对上述控制方案设计仿真实验与外骨骼机器人的穿戴实验。结果表明,该控制方法对气动人工肌肉外骨骼机器人的关节位置跟踪控制是有效的。

联合收获机的作业参数与作业性能密切相关,为了满足联合收获机作业性能的实时监测需求,设计了谷物状态监测装置采样盒及其减振器。采用动力学原理分析了联合收获机作业过程中阻流阀往复运动的“采样-卸样”动作特性;运用能量守恒原理建立了有约束条件的减振器保守系统动力学模型;利用多体动力学分析软件ADAMS建立了减振器动力学模型的虚拟样机并进行了求解,通过田间试验验证了该装置的可行性。对比无减振器作业情况,有减振器时谷物状态监测装置获取的图像中籽粒和杂质边缘清晰,图像质量更高;在同样的图像处理算法下,有减振器时破碎率监测结果精度提升了13.7%,监测精度达到了81.3%,含杂率监测结果精度提升了33.6%,精度达到了86.0%。

随着风洞高压供气试验对流量调节的指标不断提高,模拟调节阀已无法完全满足试验需求,同时针对目前数字阀存在的不足,设计了一种基于PCM数字阀和针形阀相结合的流量调节装置。该装置先通过PCM数字阀提供基准流量,针形阀再进行微调,从而实现流量调节。介绍了PCM数字阀喷嘴结构的设计、喉道面积的分配和电磁阀的参数计算,以及针形阀流量特性的分析、阀体结构和电动作动筒的设计,提出了流量控制流程和基于非线性自整定的PID调节控制策略。结果表明:该装置的流量调节范围达到了0.1~8.1 kg/s,绝对控制精度优于±3 g/s,相对控制精度优于±0.04%FS,同时具有调节时间短、超调量小、鲁棒性好等特点,可为风洞高压供气试验提供有力支撑。

针对橡塑组合密封圈的磨损和密封性能仿真方法开展研究,基于有限单元法开展接触压力的求解和磨损过程的仿真分析,采用有限差分法开展流-固耦合仿真分析获得密封间隙的压力和膜厚分布,提出了一种可用于组合密封圈磨损过程仿真和密封性能预测的方法。仿真过程中考虑了摩擦热对接触压力和磨损的影响,解决了塑料材质密封圈大体积磨损仿真时网格重构的难题,实现了磨损仿真过程中强度分析和流体力学分析的迭代求解,并实现了程序化。基于材料的摩擦磨损试验对模型参数进行了修正,通过旋转密封台架试验对仿真模型进行了验证。

相贯线处高速流体冲击会加速泵腔局部腐蚀和裂纹萌生,缩短泵头体服役寿命。为得到相贯线处流速变化规律,联合泵阀及柱塞的运动方程和动网格技术,模拟了不同排出压力、柱塞冲次、柱塞直径及压裂液黏度条件下泵头体排液过程,拟合了相贯线处的流速预测公式。结果表明:左右两侧相贯线处的流速高于邻近区域,曲柄转角位于262°~328°时,右侧相贯线处的流速相对稳定;相贯线处流速对排出压力不敏感;增大柱塞冲次,相贯线处的流速线性增大;柱塞直径增大,相贯线处流速呈比例增大;而黏度对流速的影响取决于柱塞冲次;拟合得到的流速预测公式的误差低于2.35%。模拟结果可为泵头体流动加速腐蚀试验研究提供理论依据。

为研究离心驱动下液滴在螺旋微流道中的流动特性,建立了液滴流动物理模型;提出表面耗散的表达式并结合离心实验对其进行修正;利用仿真软件COMSOL计算黏性耗散公式中的系数;根据驱动功与耗散能守恒进而得到流速的理论公式;展开多因素多水平实验测量液滴的实际流速。结果表明:实际流速略小于理论预测值,但各因素对实际流速的影响与预测公式相符;液滴流动的特征表现为,毛细数和离心-邦德数呈正相关的线性关系,且较高的离心-邦德数对应的线性度更强。为其他方式驱动的液滴研究和相关应用的开发提供了理论借鉴和依据。

在无载液压缸动态特性良好的基础上,将其与伺服电机控制的计量泵并联连接,设计一种复合型动态流量计,可实现对连续偏置的动态流量精确测量。计量泵调节无载液压缸的活塞位置的同时测量偏置稳态流量,无载液压缸测量高频的动态流量,解决了无载液压缸的行程受限问题。结合复合型动态流量计的结构特性,提出了一种新的泵控缸动平衡控制方案来调节液压缸的活塞位置,提高了活塞的控制和响应速度;同时针对流量测量中的流体泄漏建立流量泄漏补偿模型,使动态流量的测量更精确。搭建实验系统,利用LabVIEW编写实验程序,结合涡轮流量计进行稳态流量测量校准。实验结果表明:复合型流量计方案可行,在稳态流量的测量中可以实现高精度的测量,在动态流量测量中,动态性能良好。

在分析车辆制动能量回收的基础上,对城市用车辆制动能量回收的液压系统进行了探讨.采用高低压蓄能器、二通插装阀、双向变量泵-马达等部件,使系统既结构简单、运行可靠,又达到城市车辆节能与减低排放的目的.

针对深海工作环境的要求,设计了深海贯入装置,介绍了该装置的特点及其工作原理;设计了贯入装置液压单元,介绍了贯入装置液压参数的确定及其工作原理;同时,对封闭式液压油箱的整体结构进行设计,并针对深海海底温度低、压力高的特点,介绍相应的补偿计算,对深海海底沉积物物理特性的探测具有重要的应用价值。保持原位环境,直接在海底测试沉积物的特性参数,测试结果更加准确可靠。利用液压传动系统将探杆贯入到沉积物中,对沉积物扰动小,探杆贯入深度可控,应用前景广阔。