仿真技术出现之前,产品研发需要在大量实验测试中寻找最优参数。此方法研发成本高、周期长。针对变量泵进行仿真研究,分析川崎K5V变量泵结构原理,推导变量泵调节器数学模型,建立变量泵的“压力-流量”数学模型,并搭建AMESim仿真模型,并以挖掘机挖掘动作为例进行实验研究。对比仿真与实验数据表明:液压泵仿真模型的动态精度达到90%,可以支撑液压系统数字化设计与匹配优化,为高精度的数字化样机奠定基础。

针对大流量超高压比例阀迫切国产化需求,设计一款位移随动结构形式的超高压比例插装阀,并以63通径为例,给出超高压比例插装阀各个结构参数的设计方法。首先,对主阀结构进行设计,给出阀套尺寸、阀芯节流口尺寸、直径及行程等设计方法;然后对先导部分进行受力和运动状态分析,确定先导活塞的结构尺寸及内部导油孔尺寸,并给出先导阀选取原则;最后制造63通径超高压比例插装阀样机,并设计试验台,分别进行耐压、通流能力、响应、主阀跟随等试验研究。试验结果显示,此阀的耐压压力超过110 MPa,通流能力超过1900 L/min,主阀与先导活塞之间间隙稳定,主阀芯响应时间小于80 ms,满足设计要求,方法可以为同类阀的设计提供理论指导和参考。

主动减震系统以泵控缸为核心动力元件,通过ECU控制单元动态调节来实现车身平衡,其需要具有高响应、低脉动及液压泵转速高等性能。摆线泵因体积小、脉动低、易于实现高速等优点,成为主动减震系统中液压泵的首选。但传统摆线泵在高速运行时,空化噪音大,系统振动加剧,严重影响主动减震系统稳定性。针对主动减震系统摆线泵高速空化这一突出问题,将设计单侧吸油和双侧吸油两种结构摆线泵,验证双侧吸油模型抑制空化的有效性,同时分析不同吸油压力对其空化系数的影响。研究结果表明,摆线泵在高转速下的空化更加明显;高转速、恒定出口压力下,提高进口压力能够明显抑制空化现象;双侧吸油结构相比单侧吸油结构可明显抑制泵空化。最后,对双侧吸油通道的开设位置进行了优化,发现外转子上开设双侧吸油通道更优。

为解决油冷电机喷油孔流量分配不均导致的电机内部温升不均、局部温度过高问题,通过三维、一维分析方法,仿真得到某混合动力变速箱双电机油冷系统喷油孔的压力分布和流量分配。通过流量分配台架试验,验证了仿真分析的精度,并通过三维分析校核了初始方案和一维模型各点的压力分布。最后基于AMESim一维优化方法,对喷油孔直径等影响喷油孔喷射质量的关键因素进行多参数优化分析,优化后的油冷系统最大压差减小11.85%,电机的冷却均匀性得到较大改善。

液压泵振动信号具有非平稳性,需要一定的先验知识和专家经验从而实现故障诊断。为了实现对液压泵的智能故障诊断,提出了一种基于经验小波变换(Empirical Wavelet Transform,EWT)和卷积神经网络(Convolutional Neural Network,CNN)的智能故障诊断方法。首先对振动加速度信号进行经验小波变换得到若干不同模态的内禀模态函数(Intrinsic Mode Function,IMF);其次,基于峭度的评价指标,筛选出故障特征丰富的6个IMF分量作为诊断用的数据源;然后利用CNN融合IMF分量,并自动提取相关特征;最后,将特征应用于分类器识别,从而实现液压泵故障的自动故障诊断。试验结果表明:该方法能够准确、有效的对液压泵的工作状态和故障类型进行分类。

针对1700 t架桥机调试中支腿油缸在负载冲击下出现的失稳问题,从含气量对油液有效弹性模量的影响方面进行理论分析,并采用AMESim软件对不同含气量条件下的支腿液压系统进行仿真分析,将仿真结果和实际结果进行对比,验证仿真模型正确性。提出为支腿油缸提前施加预压力的解决方案,并对该解决方案进行了仿真验证。

针对FBD No.8.0型矿用对旋轴流局部通风机,在叶片前缘部分由叶顶到叶根1/3段内开设锯齿结构。利用ANSYS数值分析软件,对比叶片开设锯齿形结构前后的性能曲线和内流特性,探究了前缘锯齿形叶片在不同锯齿结构参数下的影响。结果表明:在设计工况点下,前缘锯齿形叶片能有效提高叶轮的做功能力和碾压破坏叶片附近的涡,进而提高风机整体性能;一级叶轮前缘开设锯齿形结构对风机气动性能的改善要优于二级叶轮;相对齿高为0.56的一、二级叶轮均使用前缘锯齿形结构叶轮改善风机气动特性效果最佳,其全压与效率分别提高了4.52%和2.53%。

为充分利用磁致伸缩材料的高频微位移特性,设计了一种基于主动阀配流的轴向双磁致伸缩泵驱动的电静液作动器(Dual Magnetostrictive Axial Plunger Pumps-based Electro-hydrostatic Actuator,DMAEHA)。磁致伸缩泵为整个作动系统提供驱动能源,由磁致伸缩材料驱动活塞实现吸、排油,具有高频、微流量的特性。设计了一种新型的主动配流阀,将磁致伸缩泵在高频下的吸入和排出的微量油液进行整流,进而获得大的流量输出,通过控制可以实现作动器的双向连续位移输出。实验结果表明:在驱动频率为180 Hz时,空载、300 N载荷条件下,作动器最大输出流量分别为2.7 L·min^-1与1.1 L·min^-1。

考虑间隙内水介质黏度、间隙受压形变在柱塞轴向沿程变化,用AMESim软件对超高压水压泵细长型柱塞副在工作压力从0~120 MPa变化时的间隙、泄漏占理论排量的比值进行了计算预测。结果表明:随着工作压力升高,柱塞间隙内水介质黏度沿程变化引起的泄漏量呈近似线性增长,在120 MPa时间隙泄漏增大25%;间隙高压形变引起的泄漏量快速增长,在120 MPa时间隙泄漏增加3倍;当配合间隙为3,5,7μm时,间隙泄漏占比为3.51%,8.93%和18.51%;超高压工况下,影响柱塞间隙泄漏的主要因素是柱塞副间隙大小、间隙高压变形量、柱塞副接触长度、柱塞偏心量,减小柱塞副配合间隙、间隙高压变形量,增大柱塞副接触长度,可显著减小泄漏,提高容积效率。

针对天然气紧急截断阀开启时出现噪声、振动等问题,设计了一种天然气紧急截断阀控制器,通过控制器控制截断阀平稳开启。控制器包括主阀、二位四通阀和手动复位阀。建立了主阀芯的二阶微分方程以及二位四通阀与截断阀控制气缸的微分方程。分析了控制器主阀参数变化对截断阀控制气缸活塞位移阶跃响应性能的影响。分析表明:主阀芯阻尼增加,阶跃响应的超调量减小,振荡过程减缓;主阀芯质量增加,超调量下降,响应时间变慢;弹簧刚度增加,超调量增大,振荡过程加剧;主阀芯直径对阶跃响应影响不大。建立了控制器参数优化模型,使得截断阀控制气缸活塞的阶跃响应过程更加平稳。优化后的控制气缸位移阶跃响应超调量减小到0.6%,调节时间为0.03 s。最后通过试验验证了控制器的优化效果。