喷嘴挡板伺服阀广泛应用于航空航天、工程机械、深海装备以及机器人等领域的液压伺服系统中。然而,伺服阀内流场的空化特性常常会导致流场压力脉动、高频啸叫以及气蚀损坏等问题,严重影响伺服阀的工作性能。通过采用正方形射流来改变伺服阀前置级流场的流动结构,进而改善伺服阀的空化特性。相比于传统圆形喷嘴情况,当正方形喷嘴边长与阀腔底面平行时,空化现象愈加严重;而当正方形喷嘴边长与阀腔底面成45°夹角时,空化现象得到了明显的改善。

随着液力变矩器向着高功率密度化发展,轻量化成为提升功率密度的重要手段,叶轮作为变矩器总成内部的重要结构件,有着巨大的轻量化设计潜力。为了对叶轮进行轻量化设计,采用CFD方法建立了变矩器叶轮耦合流域全流场计算模型,分析了叶轮载荷分布情况及边界条件,进行了叶轮单向流固耦合理论分析,建立了变矩器叶轮力学特性有限元分析模型,利用多种拓扑优化分析方法,以应力分布特性为优化目标对叶轮结构进行了优化设计。通过对目标样机叶轮进行拓扑优化分析,建立了叶轮拓扑优化设计系统,研究了多工况下液力变矩器叶轮的力学性能,完成了轻量化叶轮样机设计并进行了试验验证,在不降低液力性能的情况下,叶轮减重10.89%,为高功率密度液力变矩器叶轮结构优化提供了一种有效的方法。

风力机上的气动载荷与风力机周围流场有关,气动载荷和弹性力等交变载荷引起柔性风轮、塔架等部件振动变形,风力机部件振动变形影响风机周围流场,对风力机测风技术提出更高要求,而高分辨率风速测量对风力发电机组的控制和载荷计算具有重要意义。采用基于滑移网格的计算流体动力学仿真(CFD)和基于动网格的流固耦合仿真(FSI)研究大型风力机,探究风力机周围流场演化和柔性叶片变形特性,可以降低现场试验和风洞试验成本,为风速预测模型提供验证数据。结果表明,CFD和FSI仿真模拟风力机的来流效应和尾流效应和理论值接近,FSI仿真可模拟风力机风轮最大应力和最大应变的幅度和位置。

齿轮传动效率是衡量机械传动系统性能的重要指标,受油液、结构特性、运行工况等多方面影响。考虑油膜动态承压与表面粗糙度引入承载比例函数,并结合最小势能原理建立圆柱齿轮机械摩擦阻力损失预测模型。定量分析了油液特性、负载工况以及接触面粗糙度对传动效率的动静态特性影响规律,并研究了多因素耦合作用下技术状态劣化对传动效率的影响特性。结果表明,啮入啮出与单双齿啮合交界区的动态传动效率受油液性质影响较大;负载转矩与转速对平均传动效率的不利影响最大,表面粗糙度与油温次之;多因素耦合劣化会加剧动力传输有效性的降低;不同类型的劣化状态对传动效率的影响规律不同,可作为齿轮传动性能劣化分析与识别的基础。

配流机构的节流压力损失和泄漏是影响液压马达动态性能的重要因素。针对液控单向阀配流液压马达的配流过程中阀芯的运动特性及其流场特性开展研究。基于液控单向阀配流液压装置,分析其配流阀阀芯运动特性,利用AMESim搭建液控单向阀模型,探究不同负载压力下、不同阀芯结构下,液控单向阀其阀芯运动特性;利用Fluent软件,研究阀芯开启过程中的节流压降以及流场流速情况。结果表明:在液阻孔以及阀芯小端直径一定时,阀芯小端直径与阀芯大端直径比值越接近1,其阀芯响应时间缩短,在高负载压力下,其阀芯响应也更快。在阀口输入流量为40 L/min时,其阀口前后压差为1.3 MPa,用于为高压低速大扭矩马达配流是可行的。

空间凸轮机构作为二维柱塞泵实现二维运动的关键机构,其从动件运动特性决定了二维柱塞泵的工作特性。以5次B样条曲线作为无停歇运动规律的过渡曲线,建立其数学模型,使用多目标遗传算法以最大无因次速度和加速度作为优化目标对运动规律进行多目标优化,获得Pareto解集。优化实例结果表明,5次B样条曲线作为无停歇运动规律的过渡段,可以构造出高阶连续且可调的无停歇运动规律,多目标遗传算法可实现对B样条过渡段的多目标优化,获得凸轮综合性能良好的运动规律。

基于PM流量控制器的双锥轴承结构可在较小尺寸下同时承受轴向力和径向力,承载性能更大,且外置节流器的方式结构简单,易于调节性能,降低回转误差。设计了基于PM控制器的双锥轴承,建立轴承平均分布五油腔的静动态特性模型,分析了轴承设计与节流器主要参数对承载能力的影响规律。研究表明,轴承总刚度、承载力与锥半角呈递增关系,轴向刚度、承载力递增更显著,但径向变化不大;增大供油压力、减小初始液阻比,可提高油膜刚度与承载力;增加节流器的比流量与初始流量,减小供油压力,可缩短过渡时间,提高动态性能。根据设计指标匹配轴承和节流器的关键参数,可在同等条件下实现轴承性能优化。

现有的重载液压机械臂自由度多,执行的任务繁复多样,利用外骨骼来对其进行遥操作能够提高机械臂控制的精准性和直观性,有着不可替代的优势。根据人上肢穿戴性需要进行设计会导致外骨骼与机械臂之间的结构异构,从而出现主从运动学不匹配的情况。基于四自由度外骨骼和七自由度冗余液压机械臂之间的主从控制,提出了一种适用于主从异构遥操作的笛卡尔-关节空间相似性映射方法,解决了二者自由度数量、自由度配置、可达工作空间等差异对主从控制一致性带来的问题。考虑控制需求和液压驱动特性,定义了主从异构遥操作下的相似性映射条件和关节运动约束条件,提出使用加权增广变系数雅克比矩阵的方法来满足操作者与从端机械臂之间额外映射关系,并给出了其中关节速度限制系数的选取条件。搭建了系统的机-液耦合仿真模型进行了验证。结...

对于多轴车辆而言,常见的单轴、两轴互连油气悬架系统大多无法有效控制车身的振动。针对这一问题,结合同侧互连与X型互连两种形式,设计四轴车辆的悬架互连形式。对比分析了侧倾和俯仰工况下四轴互连悬架与单轴连通式悬架的力矩以及刚度特性,并且分析了关键参数对于悬架刚度的影响。通过联合仿真对比单轴互连悬架以及四轴互连悬架的操纵稳定性。结果表明,四轴互连悬架大幅提高了悬架的侧倾刚度以及俯仰刚度。通过联合仿真对比可知,四轴互连悬架的侧倾角,俯仰角以及横向载荷转移率均小于单轴互连悬架,车身稳定性更好。

煤液化技术是保障我国能源安全和稳定供应的有效途径,而热高分调节阀是该技术的核心设备。提出了一种基于非负矩阵因子分解NMF和过程层析成像PT的调节阀流场重构方法,用于快速准确地重构高压工况下的调节阀流场。首先,计算高压工况下调节阀流场分布特征,建立高压工况下的调节阀CFD样本数据库。其次,利用NMF非负矩阵因子对样本数据进行分解,提取表征流场特性的基向量。然后,通过线性组合基向量和过程层析成像技术PT,实现了调节阀流场的快速重构。最后,分析重构流场与仿真流场的误差,验证了该方法的准确性和可行性。实验结果表明,本研究提出的流场重构方法能够准确地、快速地重构流场,大大缩短流场重构所需时间。