针对径向柱塞式液压马达故障数据源较少、故障特征与振动信号之间对应关系不明等问题,运用某企业柱塞式液压马达扭矩测试平台收集其故障振动信号,对比径向柱塞式液压马达不同故障类型之间的振动数据特点,分析故障特征与振动信号之间的对应关系,丰富径向柱塞式液压马达故障诊断数据集,并提出基于深度卷积神经网络的径向柱塞式液压马达智能故障诊断方法。径向柱塞式液压马达故障实验结果表明:相比于正常振动信号而言,滚子和定子裂纹及磨损故障振动信号烈度较大,时域统计指标变化较明显,且频谱中有清晰的故障特征及其倍频成分;提出的智能故障诊断方法可以高效识别径向柱塞式液压马达9种健康状态,诊断精度高达99.85%,为径向柱塞式液压马达出厂前测试的智能诊断奠定了数据和理论基础。

在深水大吨位沉船打捞作业工程中,300 m以深的海底环境压力让现有饱和潜水技术无法企及,复杂的海底工艺场景超出了遥控水下机器人作业范围,这限制了我国深水大吨位沉船的整体应急打捞能力。针对传统打捞方法的不足,提出了一种沉船整体抱捞方法,采用多组大型液压抱爪实现海底沉船的抱捞作业。针对我国附近水域海底沉船抱捞作业需求,设计了一组沉船打捞电液抱抓驱动系统,以深水电机驱动液压泵为动力源,由4支协同作业的液压缸实现抱抓作业,单缸最大输出力200 t。开展了液压回路设计,基于AMESim平台建立了电液回路仿真模型,分析了系统在变负载工况下工作性能,验证了设计合理性。在完成回路设计的基础上,开展了液压系统关键液压元器件选型,完成了阀控箱耐压防水适应性设计,压力补偿式泵站设计,以及系统的整体布置与安装设计工作。

微型高速轴向柱塞泵转子系统在充满油液的壳体内高速旋转时,产生较大的力矩损失,影响柱塞泵的效率。首先,建立了轴向柱塞泵转子系统力矩损失仿真模型。其次,分析了其力矩损失组成和柱塞泵转速与斜盘倾角对其力矩损失的影响。最后,通过不同切片位置下柱塞泵转子系统油液速度场和压力场分布特点,分析了其力矩损失。结果表明:转子系统压差力矩损失约为其黏性摩擦力矩损失的11倍,其中,柱塞-滑靴压差力矩损失约占70%;随着转角的变化,压差力矩损失波动较大,黏性摩擦力矩损失几乎保持稳定。油液压力呈梯形分布且51.4°周期性剧烈波动,由旋转中心到壳体内壁压力逐渐增大;同时,靠近出油口和下止点位置处,油液压力较小。

为了解决单传感器振动信息不能全面表达柱塞泵故障特征信息的问题,提出了一种基于多传感器数据融合深度残差收缩网络学习的轴向柱塞泵故障诊断方法。首先,采用多传感器对振动信号进行采集,完善振动信号的故障特征信息。其次,针对振动信号的非平稳、非线性等特征,提出基于多元多尺度散布熵的多通道融合方法,获取一维故障特征向量,从而达到增强故障冲击特征的目的。然后,将故障特征向量输入到深度残差收缩网络模型,通过注意力机制,利用软阈值函数降低样本噪声及无关特征干扰,实现轴向柱塞泵故障特征识别。最后,通过轴向柱塞泵故障诊断试验验证所提方法的有效性。试验结果表明,该方法可有效提取振动信号的故障特征,识别正确率明显高于典型的深度学习方法。

机械通气是利用呼吸机协助病人呼吸,维持病人氧合,为原发病治疗争取时间的一种重要医疗手段,特别是在危重症新冠肺炎患者的救治过程中发挥了不可替代的作用。然而,由于感染人数巨大,呼吸机短缺,大量患者因没有接受呼吸机治疗而导致死亡。在分析了现有呼吸机工作原理的基础上,提出了一种基于气动比例控制的新型分布式模块化机械通气系统,构建了基于比例阀和电磁阀的模块化机械通气单元;在此基础上,构建了整个系统的数学模型,搭建了系统的实验平台,实现了对输出气流和压力的比例控制;此外,采用人工模拟肺在不同通气模式下进行了实验研究,结果表明,该系统不仅能实现现有呼吸机的常用通气模式,而且针对不同患者的通气需求,能够实现各个通气单元的单独控制,互不干扰,有望解决重大疫情灾害下呼吸机短缺问题。

海洋可再生能源有望成为日益频繁的海洋活动的重要能量来源,尤其是对于有长期、持续、原位、无人需求的应用场景,一定程度上可弥补传统缆系岸电和自持电池/燃料供电方式的不足。但海洋可再生能源存在显著的间歇、波动缺陷,储能是克服该缺陷的最有效方式之一。提出了一种应用于海洋可再生能源的存储与释放的水下大型气液混合储能系统概念,融合高压气体在能量密度和水液压在功率密度上的优势。利用AMESim建立了系统仿真模型,分析了系统储能与释能过程中压力、温度等关键参数的变化,研究了系统的运行效率、能量密度及能量传递与转换特性。结果表明,水下气液混合储能系统运行效率可达约58%,但储能能量密度还有待于进一步提升。

松靴故障会引起轴向柱塞泵的振动和噪声增大,甚至演变为脱靴导致泵与系统严重损坏。为检测松靴故障,需提取故障特征,但松靴故障特征尚不明确。为此,分析了松靴故障机理,搭建了柱塞泵机液耦合仿真模型,建立了松靴与壳体轴向振动信号间的映射关系。采用倒频谱分析方法,提取了正常与两种松靴程度下的信号特征。搭建了轴向柱塞泵单松靴故障试验台,通过实际跑合得到了两种松靴量的柱塞滑靴组件,在不同转速和压力工况下采集壳体轴向振动信号。基于倒频谱方法分析松靴的故障特征,并验证仿真结果。结果表明:倒频谱对松靴故障振动信号敏感,其中转轴基倒频率对应频谱中单松靴故障产生的冲击频率,是松靴的故障特征;倒频谱转轴基倒频率一次谐波处的幅值,随着松靴故障程度的增大而增大。

在航空武器装备使用过程中,“跑、冒、滴、漏”成为影响装备使用的一大因素,影响了飞机的完好率,28 MPa液压系统由于系统压力高,同时伴随着压力冲击,“跑、冒、滴、漏”问题尤为突出。液压系统附件的密封基本采用密封圈形式,这种密封形式对成品和附件、管接头、密封圈和装配工艺提出了很高的要求。以28 MPa液压系统螺纹连接Ⅰ型密封结构为例,从管接头质量、拧紧力矩控制的影响开展试验验证,给出额定工作压力下密封控制要求,并从工艺手段和方法上给出具体的措施,从而解决“跑、冒、滴、漏”问题,为其他形式的密封提供借鉴。

水润滑滑动轴承是高压海水泵关键配对副,由于水介质的弱润滑性,轴承副存在严重的摩擦发热,进而引发热卡滞等问题。考虑轴承接触表面沟槽不同构形,建立了轴承的承载与散热模型,研究沟槽数量和形状对润滑支撑和散热的影响。仿真表明:四沟槽轴承的最大温升为39.14℃,八沟槽轴承的最大温升为24.77℃,两者相差36.7%,随着沟槽数量的增加,轴承散热性能得到优化;随着沟槽数量增加,轴承内表面的最大接触应力和变形量也随之增加,相较于四沟槽轴承,八沟槽轴承的最大接触应力增加了5%,最大变形量上升了12%。因此,综合考虑沟槽结构对轴承整体支撑性能和散热作用的影响,设计双向六沟槽螺旋结构,实现海水泵轴承副内循环冷却。

随着液压泵等液压元件的发展趋向高压、高功率、高转速,液压元件测试台的功率也在不断提高,造成更多的能量消耗,因此试验台的功率回收至关重要。分析了电功率、机械补偿和液压补偿的功率回收系统方案,确定出液压泵马达测试台较为理想的功率回收系统形式。对选用的电功率回收系统通过AMESim软件建立了功率回收系统模型,对不同工况下电功率回收系统的回收率进行分析。