皮碗作为管道机器人常用动力装置,利用管道流体作用于其两端压力形成的压差作为整体装置动力来源,因其适用管道口径范围广、结构简单被广泛的关注与应用。皮碗在管中移动过程中随着管道压差变化发生相应变形,如果变形过大,可能导致皮碗脱离管壁造成驱动失效;如果管内压差及管壁间的摩擦力超出了皮碗的变形范围,则可能使皮碗发生破损。因此,皮碗结构的设计对于其自身结构强度及管道前后的通流特性具有重要意义。以外径100 mm皮碗为研究对象,通过系统仿真分别计算分析不同直径、厚度皮碗在不同压差时的最大接触应力、位移变化及管道前后两端的通流性能,得到皮碗在不同厚度和工作压差时皮碗相关性能的变化规律,为管道机器人皮碗的设计提供理论依据。

水的黏度低,润滑和密封问题突出,水液压控制阀阀芯上所受的非线性力大,采用传统的电机械转换器,性能与油压元件差距大。音圈电机体积小,频响和控制精度高,具有较大输出力和输出位移,利用音圈电机驱动水液压控制阀,能有效地对阀芯位移进行位置控制。设计了具有直线轴承导向和阀芯位移反馈的新型音圈电机直驱水液压节流控制阀,在音圈电机数学模型和位置控制研究的基础上,基于AMESim建立了音圈电机直驱水液压节流控制阀系统仿真模型。仿真与试验结果表明,控制阀具有较高的线性度和较大的流量调节范围,控制精度高,能够满足水液压传动系统高精度控制的应用需求。

水的黏度低,水液压控制阀采用传统的电机械转换器,因润滑和密封问题其性能与油压元件差距大。压电驱动刚度大,响应快,精度高,能有效提高水液压控制阀的性能。采用球式座阀结构,通过设计合理的微调预紧机构、阀体和阀口,研制了直接压电驱动水液压节流控制阀。建立了直接压电驱动节流阀的仿真模型,仿真与静态试验结果表明,压电叠堆输入电压高时,控制阀具有相对较高的线性度;而压电叠堆输入电压低时控制刚度不足,受阀芯不平衡液压力影响,试验与仿真结果偏差大,控制阀性能不佳。采用座阀结构的水液压控制阀提高了阀口密封性,但在阀的设计和加工中应减小不平衡液压力。

外啮合齿轮马达工作时产生的压力流量脉动是马达工作噪声的主要来源,而研究马达降噪的一个方法是利用齿轮马达模型分析优化齿廓曲线与齿轮啮合容积的动态关系。目前研究中的模型一般采用标准的渐开线或摆线进行仿真,而未体现齿廓曲线由于变位和加工误差对齿轮啮合容积的动态特性的影响。提出一种采用激光位移传感器对外啮合齿轮马达齿廓进行非接触测量的方法,搭建了齿形测试装置并采用MATLAB/C语言建立实际齿廓曲线,从而得到轮齿的齿形信息。试验结果对比了实际与理论马达齿轮齿廓,实现了齿廓测量,并提出改进齿轮马达非接触测量精度的方法。

设计了船舶除锈超高压水射除锈系统，给出了系统的基本参数配置，泵组系统的工作原理，论述了泵组系统的基本组成，探讨了真空吸干回收系统基本功能，研制了爬壁机器人的实验样机。采用超高压纯水射除锈系统进行了综合除锈实验，试验结果表明：选用的除锈系统参数配置合理，超高压水射流除锈成套系统搭建方案可行。

以“畅通轮”尾端打捞为例，提出了沉船同步提升液压升沉补偿试验平台的结构，搭建了模拟沉船同步提升升沉补偿试验平台；针对其中的二自由度升沉补偿平台，对其进行了运动学反解，搭建了基于运动学控制的Simulink模型；结合阀控缸伺服控制系统实现了二自由度平台对波浪运动的模拟，并搭建了整个运动控制及升沉补偿控制系统的模型；通过ADAMS与MATLAB的联合仿真，验证了该二自由度平台升沉补偿控制系统的运动控制能力和动态响应能力，并对比补偿前后的升沉平台位移，证明了该系统良好的补偿特性。

水液压柱塞泵是水液压系统的关键元件，由于水介质的理化特性差异导致其泄漏、摩擦磨损、腐蚀、气蚀等现象比油压柱塞泵严重，为解决传统斜盘式水液压柱塞泵流量脉动大的问题，提出了一种新型的直线电机驱动水液压柱塞泵结构。通过研究恒流量直线电机驱动柱塞泵的可行运动规划，选取了直线电机以三角波间隔T／4相位差的运动方案，以实现双直线电机双作用水压柱塞泵实际输出较小的流量脉动。应用AMESim软件，构建了两种不同配流方式的双直线电机双作用柱塞泵系统的仿真模型。仿真发现，柱塞配流电机柱塞泵相比阀配流，其压力和流量脉动很小，其压力脉动幅度小于2％，流量脉动率仅为0．008。

为解决传统电磁换向阀耗能高的缺点，采用压电陶瓷来驱动水压换向阀。在文中提出了压电驱动水压液压换向阀的结构形式，设计了所需大输出位移的柔性铰链结构，对本柔性铰链进行了理论的位移损失分析，最终对不同负载力下柔性铰链输出位移进行了仿真。分析与仿真表明：本柔性铰链放大机构在负载力70N时，输入端位移为0．05mm时，输出位移为0．346mm，此时放大倍数为6．92。

介绍了负载敏感多路阀性能测试系统。根据多路阀功能测试的需要进行液压测试回路设计；采用多通道数据采集设备来完成液压测试系统多项性能的信号采集；以LabVIEW7．1作为开发工具，开发了适应性较强的测试软件进行测试数据保存和曲线输出。根据测试数据和曲线，分析了多路阀的性能。

通过对水辅成型循环工作特征和负载特性分析，设计和搭建了基于蓄能器补流和增压缸压差控制的水液压比例控制系统，建立了系统的控制模型；试验研究了系统压力控制的静、动态特性。仿真和试验结果表明：系统的关键环节在比例溢流阀，元件的非线性大宽度滞回降低了系统开环控制精度，闭环控制可以提高线性度和稳态精度，输出压力斜坡响应易产生严重的振荡，需要通过补偿滞环提高系统的控制性能。