防喷器控制装置是控制防喷器的关键设备,防喷器控制装置上的蓄能器须储备足够的液压油,用于紧急情况下关闭防喷器组,因此蓄能器的液量容积至关重要。根据蓄能器在不同使用过程中的状态,利用氮气在不同压力和温度下的实际绝热指数值,结合理论计算与实际试验,对蓄能器液量计算方式进行优化,以满足井控操作对蓄能器容积的实际需求。同时此优化计算适用于其他工程中蓄能器的容积计算,可以作为其选型计算的参考。

为提高压电泵的输出性能,设计了两种结构的三腔并联压电泵。一种采用“层叠式”结构,另一种采用“一字”排列式结构。比较两种结构的体积,“层叠式”压电泵体积为74880 mm^3,“排式”压电泵体积为98928 mm^3,前者是后者的0.75倍。在80 V正弦交流电驱动下,工作频率在40~400 Hz内,对两种结构的三腔并联压电泵进行输出性能测试。可得,两种结构压电泵最大输出气体流量可达3405 mL/min,输出液体流量可达708 mL/min,输送液体压力最大可达20.6 kPa。结果显示,三腔并联压电泵可大幅提高泵的输出能力,并且采用“层叠式”结构设计可大幅度减小泵体体积。

以十一柱塞航空轴向泵转子系统为研究对象,基于转子动力学理论,构建转子系统的离散模型;然后根据流体连续定理及动量定理建立间隙环流运动的偏微分方程组;采用线性摄动法求解得到间隙环流激振力,并以矩阵的形式施加于干转子动力学方程上,组建湿转子系统动力学方程;在MATLAB软件中编写求解程序,计算干/湿转子的临界转速;最后搭建航空泵转子系统实验平台,完成干/湿转子系统临界转速对比实验研究工作。对比分析结果表明,间隙环流产生的动态流体激振力会影响转子系统的动力学特性,一定程度上会降低系统的临界转速,且随间隙比W的增大,降低趋势更显著。

传统的多指协作软体抓手由于夹持力不足的问题,难以夹取细长物件。提出“Y”字形抓手,该抓手在气压作用下产生螺旋变形,对细长的物体进行缠绕而达到抓取物体的目的。但目前缺乏适合的方法来研究软体抓手的空间螺旋变形。应对这一问题,在分析软体驱动器平面变形原理的基础上,提出投影等效法;其次基于平面抓手与空间抓手在弯曲变形上所存在的几何关系建立了气压与螺旋变形曲线的非线性数学模型;最后开展对空间螺旋抓手的有限元仿真。结果表明,基于投影等效法所建立的数学模型能够较好的预测抓手的螺旋变形曲线,为预测空间软体螺旋抓手变形提供参考。

抗性消声器的声学性能与空气动力学性能互相制约,为了提高抗性消声器的空气动力学性能,采用CFD法对添加了分流管的单腔体及多腔体扩张式消声器进行阻力损失分析。对比不同结构因素对阻力损失和传递损失的影响,结果表明:气体在扩张腔中分流可以起到降低阻力损失的作用;对于分流管单腔体消声器空气动力性有所提升但声学性能有所降低;对于分流管双腔体消声器空气动力性和声学性能均有所提升。此外采用CFD+Virtual.Lab联合仿真方法对各个结构的偶极子气动噪声进行分析,结果表明消声器复杂的内部结构在提升空气动力性的同时会增大气动噪声。

煤矿综采工作面高压自动反冲洗过滤器,能在实现乳化液正向过滤及不拆除滤芯的前提下对滤芯前端的污染物进行反向冲洗。针对矿用乳化液反冲洗过滤器的工作过程,建立了正向过滤及反向冲洗两个阶段的污染控制模型,推导出反冲洗污染平衡方程,并引入污染重复过滤因子、分流系数和反冲洗效率参数对反冲洗时间进行了仿真研究,得出了各参数对反冲洗时间及污染度的影响特性,为反冲洗过滤器的优化设计提供理论依据。

截止阀的流动特性是反映其工作性能的重要指标,目前这方面的仿真研究多集中于三维稳态和二维瞬态分析。建立了截止阀阀芯启闭过程流道动网格模型,采用网格光顺及局部重构的方法对大通径气动截止阀的启闭过程进行三维瞬态数值仿真,分析速度、压力、湍流动能等流场参数的动态变化规律。同时,根据瞬态仿真结果,将阀口的锥面倒圆并设计了一种安装在出口处的导流挡板,仿真结果表明优化后的平均声功率级降低了10 dB左右,有效降低了截止阀内部气流噪声的声功率级。为改善大通径气动截止阀的流体噪声提供了参考。

偏转板射流是产生伺服阀工作压力的关键阶段。将接收腔作为恒压封闭容腔,对作用于接收腔的射流进行动量分析,提出一种基于射流反射假设的接收腔理论模型,解释了接收腔工作压力的形成机理,并给出了压力和压差计算的表达式。实验表明,当偏导板小范围运动时,该模型能够较好地反映2个接收腔压差的变化规律;而当力矩马达偏转角度较大,实际压力增益会有所下降,引起一定的计算误差。该模型简化了接收腔工作压力的计算,为偏导射流阀前置级液压放大器的设计提供了理论依据。

自主研发了轴向位置及驱动力可控制的新型气动柔性轴向驱动器,驱动器采用双气囊结构,中部设置有导向轴,在保证驱动器轴向伸长的同时有效提高了横向刚度。根据经典橡胶理论,研究驱动器轴向伸长变形、驱动力与工作气压的关系,并分别得到了驱动器气压-伸长量、气压-输出力公式。通过搭建静力学实验平台,进行相关静力学实验,对驱动器力学公式进行验证。实验结果表明:驱动器力学公式与实验结果具有良好的一致性;驱动器伸长量随工作气压的增大呈非线性增加;工作气压一定时,输出力与伸长量呈反比;伸长量为0时,驱动器具有的轴向驱动能力最大,且随工作气压的增大呈线性增加;工作气压为0.18 MPa时,最大伸长量为28.1 mm,最大输出力为52.04 N。

针对船舶起重机重载半主动波浪补偿液压系统的位移补偿控制精度、满载补偿幅值/周期与补偿能耗/被动补偿节能效果的相关性进行了试验研究。结果表明,在正弦信号条件下,随着负载、运动幅值的增加及运动周期的降低,位移补偿控制精度逐渐提升;在运动周期不变、运动幅值增加条件下,系统功率明显上升;在运动幅值不变、运动周期增加条件下,系统功率明显下降;系统负载功率由主动补偿系统功率和被动补偿系统功率组成,主动补偿系统的功率约占总功率的25%,为系统实际产生的能耗。分析结果可作为重载半主动波浪补偿液压系统参数匹配的重要依据。