以某重载车辆悬挂系统为研究对象,基于功率键合图-方块图方法建立了悬挂油缸、管路及蓄能器的数学模型,并借助于Matlab/Simulink建立了仿真模型.重点就不同液压管路管径、不同工作频率对悬挂系统性能的影响进行了仿真分析并进行了样车试验对比验证.结果表明液压管路中液体特有的惯性效应、流动阻力损失等因素对悬挂系统性能影响很大.对于外置蓄能器油气悬挂系统,管径由原有的16 mm增至30 mm后,整车垂向加速度均方根值降低50%,不同液压管路管径的选取直接影响整车行驶平顺性;工作频率越高,液压管路管径对系统动态性能的影响越大.

分析了汽车起重机变幅机构液压系统的结构及工作原理,运用功率键合图理论建立了汽车起重机变幅机构液压系统的功率键合图模型,并转化为控制工程领域的方块图,建立了动态模型,从而得到了系统的动态特性。运用MATLAB/Simulink工具箱对系统进行仿真,研究响应对整个系统的影响。

基于功率键合图理论建立了工程车辆全液压转向系统的数学模型。运用20sim键图软件重点研究了全液压转向系统管路的动态特性以及液压管路参数对转向系统动态特性的影响。研究结果表明对于小管径及长管路转向系统,管路内液阻、液感较大,有利于抑制系统的高频振荡和冲击以增强转向系统的稳定性,但延长了系统的动态响应时间;对于大管径及短管路转向系统,管路液阻、液感较小,系统动态响应较快,但转向系统振荡剧烈,振荡幅度增大,振荡次数增多,不利于车辆的操作稳定性。提高油液的体积弹性模量利于改善系统的动态响应速度和稳定性。研究结果为全液压转向系统的设计及管网动态特性分析提供理论依据。

以车辆轮桥二次调节加载系统为研究对象,建立了考虑管路动态的系统键合图模型。分析研究了管路动态对轮桥二次调节加载系统性能的影响,通过仿真分析找出了管路液溶、液感、液阻对轮桥加载系统性能的影响规律,为进一步完善和提高车辆轮桥二次调节加载系统性能提供了可靠依据。

针对动力稳定装置中液压油缸的工作压强及液阻系数对作业效果的影响等问题,对动力稳定装置的轮轨接触特性、液压油缸工作原理以及钢轨的受力特征等进行研究。在刚性钢轨动力稳定装置-轨道横向耦合系统键合图模型的基础上,提出一种基于Euler梁理论的柔性钢轨动力稳定装置-轨道横向耦合系统键合图模型。基于此模型进行轨枕振动特性分析,并将分析结果与实验结果对比分析,验证了模型的准确性。分析了夹钳油缸工作压强、液压油缸进出油口的液阻参数和轮轨接触角对轮轨间能量传递效率与作业效果的影响。通过分析得到:当轮轨间能量传递效率保持在95%以上,轮轨角度应保持在0~40°;在轮轨间隙消除时(即夹钳油缸工作压强为7 MPa时),轮轨间能量传递效率会从之前的30%激增到99%左右,提升了69%。

论文结合功率键合图法的特点及排气回收速度控制系统的工作原理，建立了排气回收系统的键图模型，进而推导出了系统状态微分方程，并通过实验获得了气缸压力和速度特性曲线，通过用键合图法建立的模型仿真曲线和实验曲线比较可知，两者是比较吻合的，这证明了双通道伪键合图法在排气回收系统建模中的应用是可行的，是对气动系统进行分析、研究的一种有效手段。

为从理论上研究双喷嘴挡板伺服阀的工作性能,需对其建立较为精确的数学模型。针对电液伺服阀工作过程固有的机电液耦合特性,选择可统一处理多能域复杂系统的键合图法作为建模工具。根据衔铁、挡板组件和阀芯的运动规律,考虑喷嘴射流液动力等非线性因素,采用集中参数构建了系统的键合图模型,并推导出描述伺服阀工作过程内部能量供给、传递、转化和消耗的状态方程。结合某型伺服阀的相关参数,采用四阶Runge-Kutta法进行数值求解。数值模拟结果表明：伺服阀输入阶跃电流后,预测的负载流量阶跃响应的变化趋势能与试验结果较好吻合,并且模型能预测伺服阀系统内部状态变量的动态特性,为伺服阀结构参数优化研究和动态性能分析提供了理论依据。

通过分析伺服阀的工作原理及力矩马达工作间隙中磁流体的作用机理,运用键合图理论以规范的方式统一描述系统中的机液能量耦合、流体磁化以及电磁转换等多种能量作用;考虑磁流体作用力等非线性因素,采用集中参数建立电液伺服阀的通用仿真数学模型,模拟添加磁流体前后及力矩马达工作气隙参数变化对伺服阀工作性能的影响规律,通过试验证明该模型的有效性。研究结果表明：添加磁流体可增加伺服阀力矩马达的阻尼比,提高系统的稳定性和抗干扰能力;增大工作气隙高度或减小导磁体有效工作面积均有利于提高系统的稳定性,但降低了系统的流量增益。

为提高起重机变幅系统过载制动的平稳性和快速性,保护起重机臂架安全,提出了一种应用电液比例方向阀平缓切断变幅系统油路的过载自动控制新方法。分析了液压起重机过载控制方式,基于键合图理论建立了变幅系统下降工况的机液耦合模型。应用数学分析软件Matlab对模型进行了数值解析,计算了在30°、45°、60°吊臂仰角、电液比例阀不同关闭时间下,变幅油缸活塞杆的速度响应。得出了变幅系统制动时兼顾平稳性和灵敏性要求,比例方向阀最优关闭时间为0.2s的结论。试验结果验证了仿真模型和优化参数的正确性,为液压起重机过载自动控制系统性能的提高提供了理论依据。

为了实现全液压转向器的稳健设计,该文基于键合图方法建立了全液压转向器的动力学模型,并推导得出了转向器的状态方程,以转向器阀芯直径、等效转动惯量及转向器内部总压缩容积作为设计变量,以转向器流量动态响应超调量最小为设计目标,首先对转向器进行了传统优化设计,然后以传统优化设计结果作为设计初值,对全液压转向器进行了稳健优化设计。通过分别基于传统优化设计和稳健优化设计所得动态响应结果比较、分析得知,稳健优化后的转向器结构参数更加合理,动态响应峰值超调量降低了12.5%,稳健性有所提高。以传统优化设计结果为初值对转向器进行稳健设计是切实有效的。