摘要： 随着飞机系统向复杂化、智能化、集成化趋势发展，功能和性能日益变得复杂，机上系统与系统之间、系统内部各部件之间的耦合关系也越来越紧密，学科领域之间相互交叉和渗透，这为现代飞机系统的研制带来了新的困难和挑战。因此在航空产品研发中越来越多的单位采用基于模型的系统工程（Model-Based System Engineering, MBSE）方法来进行产品研发，通过数字化手段实现V模型左侧进行虚拟验证使产品能够在方案设计阶段进行全面的验证与优化，从而缩短产品研发周期，降低研制风险。

关键词： 修井机   伺服控制   液压系统   自动控制系统  

摘要： 随着我国油田开采时间的延长,越来越多的油田作业设备出现问题。致使修井作业,尤其是小修作业需求越来越频繁。目前大部分小修作业,普遍采用机械化程度低的人工操作方式,不但效率低下而且工人易出现危险情况。为了提高修井效率,降低修井作业劳动强度,对修井作业的机械化、自动化研究就显得十分必要。因此,研发具有自动控制系统技术的修井机有十分重要的意义。本文在大量翻阅文献和书籍的基础上,提出了修井机自动化系统设计要求。据此要求,在传统手动管钳、杆钳的基础上提出了结构改进方案,使其能满足自动上卸扣的要求。设计了能够同时实现油杆和油管自动夹紧和松开的吊卡。并对修井机上下料装置部分、大臂移料转移机构和井口对中立柱平台等机械部分进行了整体设计,以此来满足修井机自动化系统对机械结构的要求。根据修井机机械结构以及修井机自动化系统的要求,对修井机关键工作部分液压系统进行了设计与研究,运用AMESim液压仿真软件对修井机大臂旋转装置液压回路和动力钳卸扣液压回路系统进行了仿真,并对仿真结果进行了数据分析,为之后现场调试提供了参考。对修井机的硬件与软件部分进行了设计。搭建了控制系统总体硬件设计,对一些关键硬件进行选型。根据修井机系统硬件设计了控制系统的电路。并且基于修井机操作要求,进行了输料端、井口端和液压站端的操作控制面板硬件设计。通过昆仑通泰工控机一体机设计了自动修井机上位机控制软件,利用MCGS组态软件进行了上位机界面设计,主要包括自动界面、手动界面、校准界面、工艺参数界面和报警界面等。此外,还根据现场实际工况,对自动修井机进行了包括自动起油管、自动下油管、自动起油杆、自动下油杆四个流程的设计,以保证修井机自动化系统对修井功能的要求。最后,在自动化控制系统的基础上,进行了修井机设备组装和现场调试,参考液压回路的仿真结果,进行初步压力设定并验证仿真的合理性。针对现场调试出现的问题,进行了分析和解决。经过不断的调试和试验,除了部分流程需要工人手动配合程序外,其他能够在自动化控制系统控制下完成自动起下修井作业。

关键词： 注塑机   合模机构   热-结构耦合   拓扑优化   变频调速  

摘要： 在所有的塑料成型设备中,注塑机加工生产的塑料制品占总产量的80%,注塑机的生产总值占塑料制造行业的40%以上,所以说注塑机是生产塑料制品的核心设备。曲肘式合模机构由于其能耗低,效率高等优点被广泛应用于注塑机中,合模机构是双曲肘注塑机的核心机构,占整个注塑机质量的50%左右,影响着注塑产品的质量和工作效率。动模板和定模板是合模机构主要受力结构并且占合模机构质量的是50%,动模板和定模板影响着合模机构的稳定性。并且双曲肘注塑机使用三相异步电机和定量泵为液压系统供油,在需要流量小的工作阶段浪费大量的能源。因此有必要对双曲肘注塑机的合模系统和液压系统进行系统的分析和优化设计,以达到精密、节能、高效的目的,本论文主要的研究内容如下:首先对双曲肘注塑机的合模机构进行系统的热分析、热应力分析和热-结构耦合分析。首先建立合模机构中的动模板—模具—定模板三维模型,接着将模型导入到ANSYS中进行稳态热分析,把模板稳态热分析的结果作为载荷添加到应力场中,然后对动模板和定模板添加约束进行热应力分析。最后改变边界条件和载荷,采用和热应力相同的分析步骤,对动模板和定模板进行热-结构耦合分析。其次对双曲肘注塑机合模机构的动模板和定模板进行了拓扑优化设计。由于拓扑优化是建立在静力学的基础上,所以首先对动模板和定模板进行了静力学分析。依次建立动模板和定模板的三维模型,导入到ANSYS中,添加载荷和约束进行静力学分析。然后对动模板和定模板使用拓扑优化方法进行了轻量化设计,根据密度云图重新建立动模板和定模板的三维模型。最后将优化后的动模板和定模板进行静力学分析和热-结构耦合分析,根据应力云图和变形云图检验优化结果的准确性。最后对双曲肘注塑机的液压系统进行节能改造。首先分析了1600 k N双曲肘注塑机液压系统的工作原理,根据工作原理图在AMESim软件建造了注塑机液压系统仿真模型,然后对模型中的各个元件设置参数,设置双曲肘注塑机液压系统的仿真参数,进行注塑机液压系统能耗分析。最后对注塑机加装变频器进行节能改造,将优化前后的注塑机液压系统能耗进行对比。

关键词： AMESim   飞机液压系统   仿真技术  

摘要： 飞机液压系统具有显著的使用环境变化大、工作状态多及结构复杂等特点，而传统工程设计方法多直接用很多部件构建真实动态系统，这对设计人员的经验和专业知识要求较高且成本较高、耗时耗力。随着电脑仿真技术迅速发展，目前在工程系统设计中飞机液压系统的动作特征已经完全可通过数值进行模拟，将计算机数字模拟技术应用于飞机液压系统设计、改进或开发具有重要现实意义。由此，对飞机起落架液压收放系统中的末端阻尼模块、节流模块、压力维持模块等进行了分析，分别建立动作筒负载模拟、末端阻尼、压力维持系统及系统控制仿真模型，并以某机型为研究对象使用AMESim软件对前起落架收放系统进行了仿真实验，为数字仿真技术和飞机液压系统改进的相关研究提供参考。

关键词： 水仓清挖   负载敏感行走液压系统   泵送液压系统   分配液压系统  

摘要： 为了保证煤矿井下的生产安全,防止煤矿水害的发生,每年需要定期清理水仓内积累的煤泥。而当前的煤矿清仓方式效率低下,需要使用大量的人工,费时费力。因此,针对上述问题,本文提出了一种矿用水仓清挖机,可以实现集煤泥挖取、煤泥脱水、煤泥输送功能为一体的煤泥处理功能,该清挖机采用液压驱动,拥有手动操控和远程控制两种控制方式,实现了煤泥的高效、快速清理,大大减少了清挖成本。本文根据水仓清挖机的水仓路面环境和行走工况,设计了负载敏感行走液压系统;根据水仓清挖机的泵送环境和泵送工况设计了泵送液压系统,并对在液压系统工作的主要元件进行了选型。本文使用AMESim软件搭建了行走液压系统模型,并对行走中的各个工况进行了仿真分析。结果表明,水仓清挖机在直行、转弯、上坡以及双马达和升降油缸同时工作的情况下,均能达到良好的动作效果。本文对采用定量泵节流调速行走回路和负载敏感行走回路的功率消耗情况进行了对比,结果表明,负载敏感泵的能量利用率较高,节能效果显著。本文使用AMESim软件搭建了泵送液压系统模型,分别分析了驱动回路和分配回路的流量压力特性以及二者之间的换向耦合关系。采用电控和液控相结合的信号传递方式依次实现了摆动换向阀、摆动油缸、泵送换向阀、泵送油缸的换向控制,揭示了泵送液压系统运行规律。本文对高低压泵送系统的运行工况进行了仿真分析,通过高低压切换阀的换向可以实现高低压泵送回路的切换,实现了短距离低压大流量、长距离高压小流量的煤泥泵送。本文对煤矿水仓清挖机进行了工业性试验,能够满足清挖机的行走要求和泵送要求,可以进行井下水仓煤泥的清挖工作,验证了前面理论分析和模型仿真的正确性。

关键词： 打包机   液压系统   可靠性   相关失效贝叶斯网络  

摘要： 贝叶斯网络是系统可靠性建模的有力方法之一，然而传统的贝叶斯网络可靠性分析方法没有考虑元件间存在的相关失效模式，使得以元件失效独立性假设为前提的可靠性建模准确度与实际系统存在一定差距。为此，提出基于Copula函数的相关失效多维动态贝叶斯网络模型，对动态性、相关失效和多维影响因素进行综合考虑，使得可靠性建模更接近于实际系统。　　首先，在连续时间贝叶斯网络模型的基础之上，引入多维的概念，阐述了多维动态贝叶斯网络可靠性分析方法。通过采用Copula函数描述元件间的相关失效关系，经理论推导和计算，给出元件间相关失效逻辑关系表达式，并采用非参数核密度估计的方法进行Copula函数最优选取，构造基于Copula函数的相关失效贝叶斯网络模型。以某液压系统为例，根据Ditlevsen上下窄界理论验证了该模型的正确性，同时以掘进机截割部液压系统为研究对象，运用相关失效贝叶斯网络模型对其进行可靠性分析和重要度及灵敏度分析，为系统故障排除和维修提供了理论指导。　　其次，通过贝叶斯网络的反向推理机制，从考虑相关失效下的后验概率出发，对基于贝叶斯网络的可靠性分配方法进行了研究;同时根据修正思想，用相关失效贝叶斯网络后验概率代替其先验概率，从而实现选择最佳维修方案的目的。　　最后，以卧式废纸打包机液压系统为例，通过对其进行工作原理和故障机理分析，构建相关失效贝叶斯网络模型，求解多维故障概率分布、重要度及灵敏度分布，并对系统元件进行可靠性分配及维修决策，为系统设计及维修提供参考。

关键词： 滚动膜片式补偿器   深海液压系统   宽温域   动态特性   热流固耦合  

摘要： 深海液压系统是深潜器的重要组成部分,具有传动可靠、功率质量比大等特点,需要适应深海环境压力高,下潜过程中温度变化大的工况。为防止外界海水进入液压系统造成故障,需要保证回油路压力略高于外界海水压力,因此需要使用补偿器对深海液压系统进行补偿。补偿器是深海液压系统的核心元件,不仅能将海水压力引入液压系统,使其中的元器件避免采用耐压式结构设计、从而降低设计难度、提高能源利用率,还能补偿因为环境压力、温度等因素变化而引起的液压油体积的变化。补偿器的性能决定了深潜器能够下潜的深度,下潜深度越大,对补偿器补偿性能和抗干扰性能的要求越高。本文对深海液压系统在宽温域工况下的补偿特性展开了研究,并设计了一款应用在2000米深海液压系统中的具有自适应压力补偿特性的滚动膜片式补偿器。具体研究内容如下:第一部分首先对补偿器的补偿体积模型进行了研究。在现有求解模型的基础上,考虑环境温度、环境压力的耦合作用,对求解模型进行优化,并应用AMESim软件仿真验证了优化模型的合理性。优化后的模型既可以计算出更精确的初始补偿体积值,又能够真实模拟补偿体积随海深的变化,从而为补偿器结构的优化、质量的减轻、能源利用率的提高和补偿压力的深入研究提供理论基础。然后从工程应用角度出发,对深海液压系统中使用的10号航空液压油进行测试,建立了基于10号航空液压油的补偿体积求解模型。第二部分对补偿器的补偿压力特性进行了研究。通过对滚动膜片式补偿器的受力分析和流量连续性方程的计算建立了补偿压力的数学模型。应用Matlab软件研究了环境温度、环境压力、非对称执行器工作时的流量单独作用下补偿压力的稳态和动态特性,然后基于实际工况分析了三者共同作用时补偿压力的波动情况。结果表明,减小初始补偿体积、增大滚动膜片等效受力面积、减轻补偿器膜架组件质量等措施可减小补偿压力的波动从而提高补偿器的抗干扰性能。第三部分从工程实际角度出发,对深海液压系统补偿器的作用和性能做进一步的分析研究。首先在AMESim软件中搭建了某2000米级深海液压系统的仿真模型,分析了在环境温度和环境压力的共同作用下补偿后深海液压系统的工作性能。然后设计了一款滚动膜片式补偿器,应用ANSYS Workbench软件对其进行了有限元仿真分析,结果表明该补偿器的结构满足强度要求。最后对设计的补偿器进行了环境试验,验证了设计理论的合理性。

关键词： 检测装置   液压系统   热管理   同步控制   液压仿真  

摘要： 预焙阳极以煅烧石油焦为骨料,煤沥青为粘结剂,可作为电解铝的一种重要阳极材料。预焙阳极需要先经过振动模压成型成为生坯,然后烘烤焙烧成成品炭块。具有内部裂纹的成品炭块进入到电解铝槽中时,容易出现掉块甚至“掉极”,严重影响铝电解槽的正常工作,影响了产品质量,还有可能对设备造成损害。因此,对炭块内部质量检测有了很高要求;同时,为提升产品品质,也需要对炭块外部质量进行检测,检测掉棱、掉角、氧化、炭碗损坏等缺陷,绝不让不合格炭块流入市场。目前成品炭块内部裂纹检测的方法是靠人工锤击法,通过人工敲击成品炭块,人耳听取声音,判断其内部裂纹。目前该方法,占用人工较多。因此有必要开发一种检测炭块内外质量的自动检测装置,该装置能够高效自动完成对炭块内外质量做出判定,实现废品的检出。为支撑预焙阳极炭块检测系统的正常运行,设计了一套液压系统。本液压系统由于长时间对高温的阳极炭块进行检测,并且整个系统运行过程会造成压力损失,会产生油温温度过高的情况。同时液压系统中对多缸同步运动精度有较高要求。因此对液压系统的热管理问题以及同步问题等关键技术的研究十分必要。本文以预焙阳极检测装置液压系统为研究对象,充分的研究了国内外的研究现状,并且采用理论分析、数学建模与软件仿真模拟相结合的的方式进行研究,并最终通过试验证明可行性。首先,通过分析明确在液压系统中液压泵产生的能量损失以及各液压阀和管路产生的压力损失是整个系统主要产热因素,并且通过计算得到主要部分的功率损失。其次,根据传热学的基本原理,计算液压系统中各重要部件的散热量。之后用功率损失法来初步计算油箱里液压油的温度。另外,为进一步确定液压系统主要元件对系统热平衡产生的影响,借助相关软件FLUENT和AMESim构建了预焙阳极检测装置液压系统的热仿真模型,并连续运行进行仿真,并对仿真结果进行了分析,并且提出不同的散热方案,仿真研究采用不同方案后的油液温度,为最终选择提供了理论依据与参考。在针对液压缸多缸同步的问题中,利用数学建模对多缸同步问题进行建模分析,并利用专业软件AMESim对其进行建模分析,针对系统中偏载不同步的现象提出不同的解决方案,同样利用软件进行了相应的仿真分析,最终通过比较以及对实际工况的考虑,选择了合适的同步方案,可以有效地将同步精度控制在5mm以内,为液压系统同步工作做出了重要理论指导。