流场内流激振动是诱发调节阀流激共振和流致噪声的主要原因。以DN250多级降压调节阀为研究对象,采用Fluent软件对其流场流动特性进行数值模拟,得到典型开度下体积流量、流速、压力的分布规律。设计了循环式并联流量测试装置,对阀进行流量实验,验证了流量数值模拟的可靠性。采用监测流场漩涡脱落过程中横流会形成平均升力和监测流场湍流压力脉动的不同方法,得到流场流激振动的频谱信息。对两种监测方法机理研究,结果表明:监测升力系数是对整个流场涡脱过程产生的流激振动进行检测,适合监测小开度流场;监测压力脉动是对有限监测点的多种流激振动因素综合效果的监测,受监测点位置和数量的限制,适合中、高开度流场。

液压泵作为液压系统中的主要动力提供者,其内部若发生故障,将对液压系统运行稳定性和可靠性产生威胁。针对其在多故障模式下的故障程度诊断问题,提出一种将深度神经网络(Deep Neural Network,DNN)与胶囊网络(Capsule Network,CapsNet)相结合的液压泵故障程度诊断方法。首先,采用DNN网络替换胶囊网络中的特征提取层来充分挖掘液压泵故障数据中的关键特征;其次,利用胶囊网络数字胶囊层中的动态路由算法更新模型参数;最后,计算输出层输出向量模长实现对液压泵多故障模式下故障程度的准确识别。通过搭建液压泵数字孪生体采集压力故障数据来进行实验。结果表明:相比于传统深度神经网络、胶囊网络,该方法对于液压泵故障程度诊断的准确率达到99.67%。

为研究某型比例阀在换向过程中,最大开口处驱动电流过大的问题,利用CFD对U形槽非全周开口滑阀的流场进行数值模拟,研究了不同阀开口处的液动力及流量,同时对原阀芯结构进行优化,在出口侧台阶上加两个对称分布的节流槽,并对不同节流槽半径和阀口开度时的液动力进行了比较。结果表明:原结构瞬态液动力在2.94 mm处到达峰值,随后迅速减小。节流槽半径为2.5 mm时,液动力补偿效果较好,相较于原结构最大液动力降低了21%,且大开口处液动力变化较为平缓。该研究为滑阀结构的优化设计提供指导。

串联式轴向柱塞泵作为工程机械液压作动系统的核心动力源,其输出性能的好坏直接决定整机的操控性能。提出了通过转位角错配的方法来抑制双泵在合流时产生的流量脉动与压力冲击。首先,通过对双泵柱塞孔的几何分布构型分析,划分了7组大小不同的转位角;然后,利用CFD技术,对不同转位角构型的双泵模型进行流场仿真,对比流量-压力特性,得出当串联泵两套转子系统的结构、类型均一致,且柱塞数目为9个时的最佳转位角为20°;最后,对比了带有最佳转位角构型与原始的零错配构型在不同工况下的输出特性,验证优化效果。研究结果表明:串联式柱塞泵在设置最佳转位角构型后,通过运用双泵输出流量之间存在的固定相位差,实现了合流流量的“错峰”叠加效应,并能够满足任何工况条件下的合流脉动性能均优于无转位角构型,抑制脉动冲击效果显著。

为解决常温推进剂加注系统管路填充时的气体排出问题,设计了适用于腐蚀性常温推进剂的自动排气阀。其腔体内的浮球、阀芯不能被气流吹关闭,利用仿真计算方法对其腔体内气体的流动情况、浮球/阀芯的受力情况进行了研究。数值计算结果表明,常温推进剂自动排气阀排气量随入口压力增大而增大;浮球所受气流作用力向下,不会被气流吹起;阀芯组件所受气流作用力向上,当此作用力将大于阀芯组件重力与弹簧力之和时,阀芯组件将被吹关闭。目前常温推进剂自动排气阀已成功应用于加注系统。

外啮合齿轮泵实际运行时,流道内易出现旋涡与脉动较大等现象,严重影响齿轮泵的正常运转。为了精确揭示不稳定流动对外啮合齿轮泵性能的影响,在不同转速工况下对外啮合齿轮泵进行三维非定常数值模拟分析。研究结果表明:转速的增加明显恶化了齿轮泵流道内的流态,排油区至出口段的高速区由平滑的光顺三角形条形区逐步演变为波浪形的不规则状。齿轮泵内的流量脉动系数远大于压力脉动系数,但转速对齿轮泵压力脉动的影响程度更剧烈,增加转速有利于减缓齿轮泵出口处的流量脉动程度。转速对齿轮泵内从动轮y轴方向上的影响最大,转速增大使得泵内齿轮所受径向力更分散,加剧了齿轮间隙处的泄漏流产生。研究结果可为外啮合齿轮泵的优化设计与稳定运行提供参考。

针对现有液压精冲机能耗高、能量利用率低的问题,提出基于负载敏感与势能回收的新型液压精冲机节能系统,通过负载敏感泵匹配精冲负载需求压力降低节流损失以及利用液压蓄能器进行滑块势能回收再利用,最终实现系统节能增效。首先建立精冲机液压系统能耗数学模型,后基于AMESim平台搭建了负载敏感与势能回收液压精冲机机电液能耗仿真模型,最后分析对比了新系统与旧系统的滑块工作性能和能量损耗分布。结果表明,与旧系统相比,在负载为2500 kN时新系统单个工作周期总能量损耗下降46.35 kJ,降幅达39.76%,能量利用率25.69%,提高10.23%。在不同负载条件下,新系统相较于旧系统总能量损耗平均降低47.42 kJ,能量利用效率平均提高9.62%。

柔性机械臂相较于刚性机械臂具有更强的环境交互性和适应性,运动学和动力学建模对于其特性研究非常重要,以此特点介绍一种气动并联柔性机械臂,以橡胶波纹管作为执行单元的气腔主体设计制造柔性机械臂模型。根据气动柔性臂空间动作特点,利用几何法建立运动学模型,得到柔性臂的等效几何参数、柔性臂末端中心坐标及各驱动气腔压力之间的映射关系,利用拉格朗日法建立动力学模型,得到柔性臂各执行器单元长度与输入气压之间的关系,实验测试柔性臂的空间运动性能,验证运动学及动力学模型的有效性,可应用于空间范围内物体的定位抓取。

高温环境下射流管伺服阀呈现出诸多如温漂、小信号曲线局部增益激增、小信号流量曲线锯齿状波动、全信号曲线不平滑等影响其工作性能的问题,且这些现象具有不规则性、不可重复性。基于系统级参数化仿真和元件级有限元数值模拟方法,针对射流管伺服阀存在应力不对称的情况下温度变化导致的零漂问题,推导了气隙长度、磁性材料物性和油液黏度关于温度的参数化模型,运用AMESim仿真分析并揭示等效应力不对称对伺服阀零位的影响规律;同时为解决高温下射流管伺服阀热变形改变整阀形位尺寸变化导致的零漂问题,综合考虑介质密度、黏度、比热容、导热系数等参数随温度、压力变化,运用热-流-固耦合仿真方法探究分析前置级热变形对零位的影响。对比两种结果表明:射流管伺服阀零位受应力不对称影响较小,造成过大零漂和零位特性不确定的原因...

在役天然气管网中加入氢气会使相关临氢部件出现氢脆隐患。对临氢零部件内部流动特性及氢浓度分布分析是十分必要的。以掺入氢气的甲烷为主要工质,对A型、B型、C型、D型4种掺氢入口位置的高压调压阀内部流场进行模拟仿真研究,分析流场内压力、速度、温度、氢气摩尔分数等物理参数的分布状态。结果表明,压力损失主要出现在阀门处,降压比在2.5以上;由于有效流动横截面积的变化和高压差的存在,气体在出阀门和节流孔后形成喷射流,速度达到峰值,同时温度急剧下降;通过对比分析,D型为最佳掺氢位置模型。该模型在出口处氢气摩尔分数达到8%,在掺氢天然气管道的安全范围内。研究结果可对掺氢天然气在高压调压阀内部的流动特性和掺氢入口位置选取提供参考。