为了研究液压缸起动和到位过程中的速度控制问题,设计了高速开关阀与液压缸并联连接的油路,即将高速开关阀连接于液压缸有杆腔与无杆腔之间。分别针对液压缸起动和到位两个过程的速度控制问题,开展了仿真与实验研究。研究结果表明,高速开关阀能有效降低液压缸起动时的活塞最大加速度和到位时的活塞末速度,实现起动过程和到位过程中的速度控制。

分析了高速开关阀在脉宽调制控制(PWM)下的流量特性,建立流量-压力方程、力平衡方程,在MATLAB/Simulink环境建立模型。充分利用了前馈控制的及时性和反馈控制的抗干扰性,解决纯反馈控制滞后性的问题,结合建立的位置控制模型,进行位置控制仿真,并对控制参数对位置控制特性的影响进行分析验证;针对位置控制参数人为整定的原因,利用遗传算法(GA)对速度前馈系数、位置反馈比例、积分系数和总控制输出系数进行寻优,得出了液压缸位移、速度、位置控制误差及高速开关阀PWM信号的占空比曲线。结果表明:1)高速开关阀在PWM控制方式下可实现对液压缸的流量控制;2)速度前馈-位移PI反馈位置控制算法可有效降低液压缸伸出过程中的位置误差;3)经遗传算法优化参数后的速度前馈-位移PI反馈的算法可实现液压缸精确位置控制,误差控制在-0.6 mm~0.6 mm内。

为研究轴向柱塞泵的动态特性，理论分析了其运动特性和流量脉动特性，并基于ADAMS与AMESim软件建立了某型柱塞泵的虚拟样机模型。通过联合仿真得到了不同转速下的柱塞位移、速度、加速度曲线，不同转速、斜盘倾角下的流量脉动曲线，以及不同负载下的传动轴转矩、泵出口压力曲线。研究结果表明：为减小柱塞泵的振动与噪声，其转速应限制在一定范围内；适当提高转速、减小斜盘倾角可减小流量脉动。研究结果可为柱塞泵结构优化提供参考依据。

针对同侧耦连油气悬架对多轴车辆行驶平顺性的影响建立同侧耦连油气悬架液压系统模型和整车与油气悬架耦合动力学模型。开展油气悬架台架试验验证了油气悬架模型的正确性。安装同侧耦连油气悬架和独立悬架车辆在随机路面输入下进行了行驶平顺性仿真分析并对同侧耦连油气悬架车辆平顺性进行参数化分析。结果表明随机路面输入下同侧耦连油气悬架各油缸刚度特性一致因此车身俯仰角较独立悬架较小且能够平衡各轴轮胎动载荷;随着车速的增加车身质心加权加速度和轮胎动载荷均呈增加趋势但车身质心加权加速度在车速为50~60km/h过程中稍有下降在车速为60~80km/h过程中基本保持不变;蓄能器静平衡初始体积减小刚度增大车身质心加权加速度随蓄能器静平衡初始体积减小呈增大趋势但在车速为60~80km/h过程中不同初始体积对加速度影响不同

以重型多轴车辆互连悬架系统为研究对象建立了四轴互连油气悬架液压系统数学模型。模型中考虑了管路沿程压力损失、局部压力损失和油缸活塞杆运动摩擦力的影响并进行仿真分析通过台架试验验证了模型的正确性。基于互连油气悬架液压系统数学模型对比分析了垂向和侧倾工况下互连悬架和独立悬架的刚度和阻尼特性以及对互连悬架阻尼特性进行参数化分析。结果表明:在垂向工况下互连悬架蓄能器内气体体积变化量相当于各活塞杆进出油缸的体积与独立悬架蓄能器内气体体积变化量相等因此互连悬架与独立悬架刚度特性相同但其阻尼力大于独立悬架;侧倾工况下互连悬架在增加侧倾刚度的同时也明显增大了阻尼力。两种工况下独立悬架阻尼特性不变互连悬架阻尼力随单向阀直径增大、阻尼阀直径增大、油管直径增大、油缸内径减小和活

以液压驱动的大型机械装置起竖过程仿真为应用背景运用多体系统动力学理论研究了起竖系统动力学建模问题.基于R-W公式和刚体切割方法建立了起竖系统的多刚体动力学方程和约束方程以集中参数法建立了液压系统的动态特性方程通过只压缩弹簧力和阻尼力构成的碰撞力计算公式对多级缸活塞杆伸出中的碰撞过程进行了描述.最后给出了部分仿真计算结果表明了所建立模型的有效性.

针对复杂液压系统动态特性仿真中出现的刚性问题,从基本液压元件的建模入手研究了降低系统模型刚性问题的方法.基于里兹近似法,从分布参数模型出发得到了液压管路的精确近似的集中参数模型;引入了分段的阀口流量计算公式,解决了传统紊流流量方程存在奇点的问题;采用迭代计算、模型降阶和线性化处理的方法,避免了小液压容腔和小阀芯质量引入系统模型时带来的刚性问题.

讨论了含多级油缸起竖液压系统的特点运用多体系统动力学理论分析了起竖系统的多刚体模型采用'分离-碰撞'两状态模型和非线性弹簧-阻尼力函数对活塞杆间的碰撞过程进行等效建立了考虑碰撞的起竖多刚体系统动力学模型对多级油缸的运动过程进行了仿真.仿真结果表明多级缸活塞杆运动过程中的碰撞是影响大型装置起竖过程平稳性的主要因素模型和仿真结果可用于快速起竖系统的设计.

讨论了液压系统仿真中的刚性问题指出传统阀口流量方程在压差接近零时存在无穷导数值并导致液压回路仿真计算的困难。从提高仿真计算效率出发引入临界压力点的概念给出了一个经验公式来取代零压差附近的传统紊流流量公式该公式参数易于获取且为线性并与紊流区域的流量方程能够平滑过渡从而建立了分段描述的阀口流量模型。实例计算表明改进后的流量方程能够有效地保证了计算精度和解决数值计算上的困难可应用于复杂液压系统实时仿真与控

以多刚体系统动力学理论为基础以驱动旋转负载为例讨论了多级液压缸系统的动态模型的建立问题.在ADAMS下采用定义设计变量、状态变量和状态方程的方法建立了多级液压缸系统的仿真模型并与负载模型相耦合给出了仿真结果.