针对现有故障诊断方法存在接触式采集、精度低等问题,提出了一种结合平滑先验分析和层次反向散布熵的机械设备故障诊断方法。首先,通过SPA将声音信号分解为趋势项和去趋势项。随后,利用HRDE提取趋势项和去趋势项信号的层次熵值,构建故障特征样本;最后,利用蜜獾算法对支持向量机的关键参数进行搜索,建立参数最优的故障识别模型,将故障特征输入到HBA-SVM分类器中进行故障识别,并基于离心泵和滚动轴承两种机械设备的实验评估证实了所提方法的有效性。试验结果表明该方法分别取得了100%和97%的故障识别精度。相较于其他故障诊断方法,该方法能够充分提取声信号中的故障信息,实现更高精度的故障诊断,具有很强的鲁棒性。

为减少摆线转子泵运转过程中出现的齿面磨损,使之适用于更恶劣的工况,提出一种新型复合摆线转子泵的设计方案。该新型转子泵的内转子齿顶齿廓和齿侧齿廓由两段圆弧复合而成,外转子的齿顶齿廓和齿侧齿廓由两段摆线复合而成。齿侧齿廓起到驱动作用,齿顶齿廓仅有密封作用。通过对比新型复合摆线转子泵和普通摆线转子泵的齿面滑动率和压力角发现,新型复合摆线转子泵的齿面滑动率变化更平缓、齿面滑动率绝对值更小、压力角范围更合理,可有效减少齿面磨损。对新型复合摆线转子泵的齿廓进行修形处理,还可进一步减小齿面磨损和运动阻力。

重载车辆行驶路况复杂,在其下长坡过程中,机械制动器因长时间工作而温度上升,容易造成刹车失灵。为此,针对30 t重载车辆提出一种液压再生缓速系统对其进行制动,系统由液压泵/马达为车辆提供制动扭矩,蓄能器回收制动动能并在加速工况辅助电机驱动车辆,散热模块进行系统散热。制定了车辆行驶过程中的加速与制动控制策略并建立了车辆系统仿真模型进行分析。结果表明在不同的坡度下该系统均能够提供足够的制动扭矩,最大制动扭矩可达1150 Nm,具有很好的缓速制动特性,其系统油温也稳定在60℃左右;同时该系统能将回收的制动能量辅助电机驱动行走系统,制动能量回收率为42.4%。

为实现地下隧洞施工高效排污及排渣,开发了一款适用于掘进机设备的真空气力输送泵系统。详细介绍了气力输送系统及组件,通过负压吸送、正压压送方式实现污水、泥渣、固体颗粒等气力输送,实现无旋转叶轮部件的流体输送。采用CFD方法,运用Fluent软件对气体喷射器结构仿真分析得出设计参数,运用EDEM?Fluent流固耦合仿真方法探究渣石与空气或水输送状态,得出使用边界条件,有效指导了设计及应用。同时真空气力输送泵系统提高了地下隧洞掘进效率和隧道文明施工水平。

遮断阀在多吸盘真空吸取系统中对失效的吸盘进行自适应遮断,从而让未失效吸盘内的真空度保持在正常的范围内。以ZP2V遮断阀为核心,建立真空遮断阀吸取系统的动态模型进行理论分析,并在单吸盘真空吸取系统上进行模拟仿真,搭建试验平台对仿真结果进行验证。根据实际工况搭建了多吸盘真空吸取系统,在两种失效形式下进行了遮断阀性能动态特性测试,分析各因素对系统真空度及流量的影响和规律,为采用遮断阀的真空吸取系统的设计和选型提供依据。

通过开发高效液压阀,降低其进油和回油节流损失,是降低挖掘机燃油消耗的主要手段之一。针对节能目标,以挖掘机液压阀能量损失机理为基础,明确了通过设计新的斗杆阀来降低能量损失的思路,进行基于斗杆独立进油的液压阀的设计,包括独立进油阀的设计和斗杆主阀芯的设计,并针对独立进油阀和斗杆主阀芯再生及回油的控制进行算法开发。将设计的液压主阀在一台21 t挖掘机上进行装机,经电控调试后满足操控性要求,并与另一台相同吨位且配套相同发动机和液压主泵的挖掘机进行了相同工况的平地操作对比验证,结果表明所设计的液压阀节油效果更好。

防爆阀是石油勘探等井下液压设备常用的核心控制元件。现有防爆阀常采用的隔爆型电磁铁体积相对较大,难以充分发挥液压元件及系统功重比大的优势。基于防爆阀可靠性的要求,在不增大矿用防爆阀外形尺寸的前提下,分别研究了衔铁高径比、隔磁环位置、上端隔磁角对隔爆型电磁铁力-行程特性的影响。基于L9(34)正交试验,采用极差分析法获得了试验因素影响程度大小以及选择范围内最佳的结构参数组合。结果表明当隔爆型电磁铁结构参数衔铁高径比为2.03,隔磁环位置距参考点位置下移0.5 mm,上端隔磁角30°时电磁力-行程特性曲线最佳,为隔爆型电磁铁的结构参数优化提供了指导,并通过对比试验验证了隔爆型电磁铁结构设计的合理性和可行性。

针对质子交换膜燃料电池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell, PEMFC)氢气引射器优化研究中优化精度低、忽视多结构耦合作用的问题,采用CFD和响应面法结合优化引射器结构参数。通过单因素仿真试验研究各结构对引射比的影响,在此基础上设计正交试验构建响应面分析多结构参数交互作用。研究结果表明喷嘴距和等压混合室直径的响应p值小于0.05,存在耦合作用且对引射性能具有显著影响,通过响应面法优化后引射器最大引射比达到3.62,相比于单因素优化结果提升了25.69%并且预测模型误差仅为4.93%。

为提升二级射流真空发生器的真空度和引射系数,建立以空气为介质的二级射流真空发生器仿真模型,通过仿真模型获取相关性能数据。在此基础上,运用响应面法构建二级射流真空发生器结构参数对其真空性能影响的拟合数学模型,以真空度和引射系数为优化目标,通过求解拟合数学模型,确定了二级射流真空发生器的最优结构参数组合。结果表明优化后二级射流真空发生器的真空度增加了13.9%,引射系数增加了26.3%。

针对数字式变排量双联轴向柱塞泵功率分配及复合控制模式切换的难题,首先,依据其机液伺服变量原理建立了变量机构的数学模型,分析了泵频响的影响因素。其次,建立了双联轴向柱塞泵的改进交叉功率控制、负载敏感控制、压力切断控制的数学模型,并通过仿真分析验证了改进交叉功率的有效性。在此基础上,提出了基于控制信号最小值的功率、流量、压力复合控制策略。最后,基于AMESim仿真平台建立了双泵系统的机液仿真模型,结果表明增加阀流量系数、阀芯端面面积,减小弹簧刚度、变量柱塞面积以及斜盘摆动半径可提高变量泵的频响;改进的交叉功率控制策略使泵的变量工作区扩大了约15%,增加了电动机功率在双泵间的分配范围。