关键词： 锚链提升器   液压系统   状态检测   故障注入   AMESim仿真  

摘要： 多点系泊系统是保障海洋平台安全作业的关键装置。通常多点系泊系统围绕海洋平台布置数组系泊锚链以控制平台稳定于作业区域,而在收放系泊锚链的过程中一般会直接使用平台锚绞机对锚链进行拖拽或者释放。如果多点系泊系统的锚链提升器液压系统设计或状态检测不合理,将会不可避免的造成锚链过度弯折磨损,在复杂海洋环境下里难以控制锚链的收放速度,最终导致整个多点系泊系统出现安全隐患。因此,本文设计开发一种多点系泊系统锚链提升器液压系统,并为其制定准确高效的液压系统状态检测方案。主要研究内容包括以下几个方面:(1)分析国内外锚链提升器相关研究及应用现状,对多点系泊系统锚链提升器整体液压系统进行设计计算,对锚链提升器样机试验台各部分进行计算选型,最终设计出1t负载的锚链提升器样机试验台液压系统,确保收放锚链过程中有效控制锚链速度,避免锚链节弯折磨损。(2)根据所确定的锚链提升器液压系统方案,选取其中的举升液压系统,对其各个主要元件进行常见液压故障机理分析,基于最大故障特征信息熵理论与故障树分析法对液压系统状态进行检测研究,制定详细的液压系统状态检测方案,增强设备液压系统可维护性,延长整体设备使用寿命。(3)为锚链提升器样机试验台的液压系统加装非破坏性故障注入模块,该模块由可调节流阀、球阀、止回阀以及溢流阀组合而成。将故障注入模块设置在液压系统中不同位置,使其能够有效模拟相应的故障,以达到液压系统故障模拟和加速的目的,同时布置压力和流量传感器实现相关故障数据的采集,进而对液压系统状态检测进行研究。(4)运用AMESim构建锚链提升器样机试验台液压系统仿真模型,通过对液压系统正常工作运行数据和故障状态模拟仿真结果的分析,初步验证了锚链提升器液压系统设计的合理性以及液压系统状态检测方案的有效性。搭建锚链提升器样机试验台,依照所设计状态检测方案设置流量和压力传感器获取相关参数,对比仿真数据分析,进一步验证了锚链提升器样机试验台设计方案合理可行。本研究设计开发的锚链提升器液压系统能够控制锚链线性收放,显著减少锚链节之间磨损,同时基于最大故障特征信息熵理论与故障树分析法制定的液压系统状态检测方案可以准确对液压系统状态进行识别判断,便于工作人员对相关设备维护修理,在实际工程应用中具有重要意义。

关键词： 汽车起重机   液压系统   回转机构   支腿机构   AMESim  

摘要： 近年来,我国公路机械行业发展突飞猛进,其中汽车起重机在社会主义现代化建设中应用越来越广泛。因此在施工作业时对汽车起重机的要求也相应提高,汽车起重机施工作业时,首先稳定支撑是基础保障,其次是要求作业的过程能够顺利进行。在汽车起重机液压系统中,本文主要针对回转和支腿机构进行相关的液压系统特性研究,并对其结果进行分析。主要研究内容如下:（1）回转机构是汽车起重机的主要组成机构之一,因为回转机构在作业时产生的转动惯量较大,所以在作业时产生的冲击力也较大,而很大的冲击力又会导致整个系统中液压部件的寿命缩短,很容易造成内部元件损坏等问题,从而引起整个汽车起重机的振动,继而造成在摆动时的微动性差,导致工作效率大打折扣。为了满足汽车起重机回转机构作业时应尽可能的保持稳定,提高工作效能,本文对回转系统的动态特性进行研究,以此来改善汽车起重机在吊重时的回转微动性。（2）根据整个回转机构液压系统的动特性和工作条件,通过分析在回转机构作业时会产生的吊臂摆动现象等对回转机构进行力学分析,并建立控制系统传递函数,研究回转机构液压控制系统的动态特性。（3）支腿机构利用支腿液压缸将汽车起重机底盘顶起,支撑着整个机重和外载荷重量,在起重机工作时,要求绝对安全可靠。若支腿“自缩”,会使起重机发生侧翻的危险。本文诸如支腿伸缩缓慢且压力低,垂直支腿液压系统泄漏导致工作支承过程中发生“软腿”现象,在非工作状态下发生“掉腿”等对常见故障进行分析,找出影响支腿作业稳定性的关键因素。在此基础上,进行支腿机构力学分析与计算,为其液压系统的建模提供依据。（4）针对回转机构和支腿机构液压系统的特性要求和对其典型工况分析的基础上,运用AMESim软件建立回转机构和支腿机构液压系统及缓冲阀,双向液压锁等非标元件的仿真模型,设置仿真参数进行仿真,分析回转系统的微动性和支腿机构的作业稳定性。进行回转系统实验,通过实验结果与仿真结果进行对比,验证仿真模型的可行性。最后,基于以上研究提出回转机构和支腿机构液压系统的优化方案。

关键词： 大型正铲液压挖掘机   工作装置   动力学分析   有限元分析   液压系统  

摘要： 大型正铲液压挖掘机越来越多地被用来满足大型露天矿和基础建设工程的需求,我国大型液压挖掘机的研究和开发起步较晚,距离世界先进水平还有很大差距。在实际工程中,大型正铲液压挖掘机的工作环境十分恶劣,工作装置是液压挖掘机实际作业中的主要结构,其性能的优劣尤为关键,所以对工作装置的研究很有必要。本文对某350吨大型正铲液压挖掘机进行研究,主要包括如下内容: 首先,介绍了大型正铲液压挖掘机的基本结构,基于D-H法对工作装置运动学正解和反解进行求解,得到工作装置各铰点的坐标,分析其主要作业参数,并利用MATLAB对其运动学模型进行初步验证,利用Solid Works和ADAMS建立正铲液压挖掘机的虚拟样机,对工作装置进行运动学仿真,绘制出挖掘包络图,将得到的主要作业参数仿真值和样本值进行对比,发现误差在允许范围内。 然后,分析正铲挖掘机整机理论挖掘力,对挖掘机在动臂提升和水平推压工况下的主动力进行分析,根据经验公式,分析挖掘阻力,利用拉格朗日方程法,推导出工作装置动力学方程,建立工作装置动力学模型。基于虚拟样机技术,对工作装置三种典型工况进行动力学仿真,得出工作装置在挖掘过程中的动力学性能参数,对各关键铰点的受力进行研究。 接着,建立工作装置有限元模型,将动力学仿真所得到的载荷数据施加在挖掘机工作装置关键零部件的受力铰接点上,对各关键零部件进行静力学分析,得到了相应的应力和变形云图,得出工作装置关键零部件在危险工况下的强度是达标的。分别对动臂和工作装置整体进行模态分析,得到动臂和工作装置的前六阶固有频率和振型特点,得出动臂和工作装置均可以满足实际工况需求,并为工作装置在实际作业过程中有效防止共振提供参考,为工作装置的结构优化提供依据。 最后,考虑到需要满足大型液压挖掘机实际工作中的大流量需求,采用多泵多回路系统,建立正铲液压挖掘机工作装置的液压系统模型,并分别对其动臂、斗杆、铲斗单独动作进行仿真分析,进而在负载情况下对挖掘机的一个完整挖掘周期的复合动作进行仿真分析,为大型正铲液压挖掘机工作装置液压系统的设计提供参考。 该论文有图65幅,表10个,参考文献84篇。

关键词： 泵口压力补偿   先导压力   液压系统能耗  

摘要： 为提高装载机负载敏感液压系统的工作效率，提出一种泵口压力补偿系统，通过引入先导压力对泵口压力进行补偿。建立带泵口压力补偿系统的装载机液压系统仿真模型，并与原系统进行仿真分析对比。研究结果表明：带泵口压力补偿系统的装载机液压系统能够降低转向液压泵泵口压力，在降动臂工况下，转向泵泵口压力降低0.62 MPa，转向液压泵输出功率降低1.4 4 kW。对整机进行测试所得结果与仿真结果一致性较好，表明带泵口压力补偿的液压系统可有效降低装载机液压系统的能耗。

关键词： 挖藕机   水力冲刷   能量损失   液压系统   耦合仿真   性能试验  

摘要： 水生蔬菜是我国一类重要的农业经济作物,其中莲藕位居水生蔬菜首位。我国的莲藕机械化采收起步较晚,目前处于发展阶段。根据现存挖藕机水力能量损失大、莲藕采收率低及工人挖藕作业时劳动强度大的问题,设计了一种手扶水力冲刷式挖藕机,该挖藕机通过“一对一”的配置方式即一个水泵配置一个喷头的方式工作保障水流有足够的流量与压力,同时喷头可左右移动增大挖藕机的工作幅宽,提高莲藕浮出率。主要研究内容如下:(1)挖藕机整机结构设计及关键部件选型及设计。根据挖藕机能减少水力能量损失及能提高莲藕采挖效率,确定了挖藕机的整机结构。对挖藕机底盘、喷头、喷头连接装置等部件进行了设计及计算,对污水潜水泵进行了选型,同时搭建了一套各支路互不干扰的液压系统,便于使用者操作。(2)挖藕机水力能量损失理论研究。根据挖藕机的水力冲刷系统组成,构建挖藕机的水力冲刷管路能量损失模型,计算相关水力能量损失,结果表明:此手扶水力冲刷式挖藕机的总水力能量损失为1.2143 m,水力系统设计合理,满足试验需求;对水力冲刷系统喷头出水口处水流冲击能量分析,发现喷头出水口处的冲击压强为0.0433 MPa,冲刷力为27.1816 N,此水力冲击不会造成莲藕损伤。(3)挖藕机关键部件仿真分析。使用EDEM-Recur Dyn软件耦合仿真,分析喷头及其连接装置组合体在泥下运动的力学特性。试验发现当喷头喷射角度为60°、喷头入泥深度为-150 mm、喷头及其连接装置组合体移动速度为0.10 m/s时喷头及其连接装置组合体所受阻力最大,此时组合体所受的最大应力为12865 Pa,最大变形约为0.0035 m,喷头及其连接装置组合体不会发生塑性变形。通过AMESim软件验证液压系统设计是否合理,根据液压原理图分别对推移液压缸支路及液压马达支路进行仿真分析,试验发现阀口信号值为0.05时,液压马达的转速可达到2862 r/min;阀口信号值为0.55时,液压缸进油口处的压力值为3.02 MPa,液压缸活塞杆的移动速度为0.11 m/s;阀口信号值为0.04时,液压缸进油口处的压力值为1.40 MPa,液压缸活塞杆的移动速度为0.065 m/s;阀口信号值为0.01时,液压缸进油口处的压力值为0.34 MPa,液压缸活塞杆的移动速度为0.02 m/s。液压回路可正常运行,液压回路设计符合实际应用。(4)液压调试试验、土槽试验及田间性能试验,验证挖藕机的作业性能。液压调试试验发现推移液压缸进油口处的压力值分别为3.3 MPa、1.5 MPa、0.4 MPa时推移液压缸活塞杆的移动速度分别为0.10 m/s、0.06 m/s、0.02 m/s。液压马达的转速约为2005 r/min,水泵流量约为10.52 m/h。液压调试试验值与仿真试验值基本吻合,仿真试验合理。以喷头喷射角度、喷头入泥深度、推移液压缸活塞杆移动速度为试验因素,挖藕机冲刷深度、莲藕浮出率为试验指标进行单因素试验,并根据单因素试验的最优试验因素水平范围进行三因素三水平Box-Behnken中心组合设计试验。试验发现喷头喷射角度30°、喷头入泥深度-24 mm、推移液压缸活塞杆移动速度0.10m/s为挖藕机最优作业因素水平组合,在此因素水平组合下,土槽试验时挖藕机冲刷深度为302 mm,莲藕浮出率为90%;田间试验时挖藕机冲刷深度为300 mm,莲藕浮出率为62%。挖藕机在不同藕田作业时工作效率具有一定的差异,挖藕机适应性较差,需进一步改进。

关键词： 宽幅喷杆喷雾机   液压系统设计   动压反馈   负载敏感  

摘要： 随着现代农业及规模化种植的快速发展,宽幅喷杆喷雾机由于作业效率高,广泛应用于国内外大型农场。由于农田作业环境复杂多变且具有时空变异性,宽幅喷杆易受农田地面影响,即使喷杆产生小角度的倾斜也会导致喷杆末端位移发生大的变化,导致发生刮伤作物,甚至喷杆触地、损坏等现象。为避免这种现象的发生,国外宽幅喷杆喷雾机均配备有主动平衡和地面仿形系统以提高喷杆对地面变化的响应能力,使喷杆与作物冠层间保持稳定高度,提高作业过程中雾滴沉积均匀性和减少雾滴飘移。对标国外,国内宽幅喷杆喷雾机少有配备主动平衡和地面仿形系统。液压系统作为主动平衡与地面仿形系统的关键执行部件,其性能直接决定了主动平衡与地面仿形的响应性和稳定性。由于宽幅喷杆具有惯性大、载荷突变等特点,对液压系统的抗冲击、快响应和稳定性提出了要求。国外的液压系统成本高,与国产喷杆喷雾机不匹配,难以直接应用到国产机型上。因此,针对国产机型设计一套兼具主动平衡和地面仿形的喷杆液压系统具有重要意义。主要研究内容如下:(1)液压系统设计与改造。为了解决课题组现有宽幅喷杆喷雾机存在的不能多液压缸协同动作、流量不可调节,且不具备地面仿形与主动平衡功能等问题。根据负载敏感原理,设计一套采用阀前补偿方式的定量泵负载敏感液压系统。通过Solidworks/motion仿真,确定液压缸最大负载,根据实际安装空间,计算改造用液压缸尺寸。以最大工作压力、工作流量及最小稳定流量为选择依据选取液压阀,完成液压系统改造。(2)液压系统建模与仿真。为研究喷杆地面仿形系统的稳定性、快速性和准确性,建立比例阀控的非对称液压缸数学模型。运用PID控制优化系统性能,使地面仿形系统在稳定性、快速性和准确性上满足系统要求。(3)动压反馈装置建模与仿真。为降低喷杆调节时的液压系统压力冲击峰值,进而衰减喷杆调节振动。对地面仿形系统调节时产生的压力冲击现象进行了理论分析,设计动压反馈装置。探讨了初始充气体积、初始充气压力及节流阀开口直径等参数对动压反馈装置吸收压力冲击性能的影响机理。在MATLAB/Simulink中建立仿真模型对三个主要参数进行优化设计,在现有喷杆空间安装位置上设计性能较优的动压反馈装置。(4)液压系统性能分析。为验证设计的液压系统性能,运用Amesim软件搭建宽幅喷杆喷雾机喷杆液压系统仿真模型。进行了不同负载、不同流量、急停工况下的多液压缸协同动作仿真实验。结果表明设计的液压系统具有多液压缸同时动作互不影响,且具有较强的抗载荷变化能力、较强的抗流量饱和能力、较强的自锁性能。(5)试验研究。为了验证设计的液压系统及动压反馈装置性能,分别进行了比例阀阀口两端压差试验、多液压缸协同动作试验、动压反馈装置吸收压力冲击试验、阶跃响应试验。试验结果表明,系统工作中压力补偿器和定差溢流阀工作稳定,补偿压力值为0.9 MPa。负载变化情况下液压缸流量误差为3.2%。通过阶跃试验表明液压系统的响应迅速,2 s内即可以达到设定阈值区间,但过小的阈值则会影响系统稳定性。压力冲击试验表明优化的动压反馈装置吸收冲击压力的插入损失达6.86 d B。

关键词： 插销式   升降平台   液压系统   同步控制   联合仿真  

摘要： 插销式液压升降平台作为一种高空作业平台,采用液压驱动方式,升降范围大,可频繁升降,能够将重物或人员运送到预定的高度,适用于多种作业场合,可以大幅度提高工业生产与施工的效率。首先,依照应用场合和功能定位,初步确定了插销式液压升降平台的主要结构技术参数,拟定了平台的总体设计方案,绘制了整机和各个零部件的三维图。采用稳定系数法验证了平台整体的抗倾覆性能;在ANSYS Workbench软件中,对升降机构进行了模态分析,避免了结构共振;采用特征值屈曲分析和非线性屈曲分析对结构稳定性进行了仿真,验证了结构的可靠性。然后,确定了液压系统的设计要求,分析工况得到了各个子系统液压缸的外负载力,计算出了各执行缸的参数。设计了各子系统的液压回路方案,制定了整体液压系统原理图,确定了系统中各元件的规格参数。接着,对升降机构四缸同步升降系统进行了动力学建模,确定了偏载出现的原因。建立了升降液压动力机构和系统中各元件的数学模型,求出了单个通道的升降机构同步升降控制系统的传递函数,控制系统具有较好的稳定性。随后,制定了升降机构四缸同步控制系统的控制策略,包括多缸控制方式和控制算法两部分,设计了模糊PID控制器,建立了控制系统的Simulink仿真模型。仿真结果表明,模糊PID控制器在快速性和准确性上有着更好的表现。最后,搭建了各个液压子系统以及动力源液压系统的Amesim仿真模型,得到了各个子系统执行缸的速度、位移曲线。对升降机构四缸同步控制系统进行了Amesim/Simulink的电液联合仿真,在并行模糊PID控制策略下,四缸同步控制系统有较高的同步精度和较小的位移跟踪误差,能满足设计要求。综上所述,本课题主要研究了平台整体结构的工作可靠性和升降机构的四缸同步控制。在并行模糊PID的同步控制策略作用下,平台升降机构的同步性能达到了设计指标。进一步提高了升降平台的性能,为实际工程应用提供了理论依据,也可以为其他升降平台的设计提供参考。

关键词： 数字孪生   知识图谱   神经网络   知识模型   液压系统  

摘要： 随着时代的发展,农机已经逐渐成为人类生产中不可或缺的部分。液压系统作为农机的重要组成部分,相对机械传动、电气传动等系统具有重量轻、运动惯性小、反应速度快以及可自动实现过载保护等优点。在液压系统设计的过程中,由于液压知识分散、液压系统设计逻辑性较强以及液压元件种类较多且属性参数具有重叠性,导致设计过程中出现大量反复计算问题,使液压系统研发周期延长且不便于实物模拟实验,降低液压产品市场竞争力。为整合液压知识,减少液压系统设计计算量和提高系统设计可靠性,本文结合数字孪生、知识图谱和神经网络技术,构建出液压系统的知识模型,从而构建出液压知识库系统。首先,从物理层的液压系统出发,映射出虚拟层的液压系统数字孪生体,形成液压知识的映射,并构建其知识图谱,清晰展示液压系统知识结构。其次,以液压系统数字孪生体知识图谱为基础,构建出由动态移植结合机器学习组成的混合知识获取方法、基于本体的知识表示以及线性递减策略PSO-BP神经网络对液压元件应用知识的推理与产生式规则结合欧几里得度量对液压系统设计的知识推理组成液压系统的知识模型。该模型能够清晰地表达出液压知识,并能够实现对现有知识的继承与更新。然后,以液压系统的知识模型为基础,在Win10操作系统下,运用Python编程语言、以Pycharm为编译环境,以My SQL和Neo4j为后台数据库,构建出由知识浏览、知识检索、知识推理以及权限管理等功能组成的液压知识库系统,并以简易液压系统设计为例,通过系统推理结果与理论设计一致,验证了本文构建的液压知识库系统的有效性。避免人为因素的干扰,提高了液压设计效率,实现了液压知识的可视化与重用。最后,对本文研究的内容进行全文总结与研究展望。

关键词： 水下控制模块   液压系统   小波变换   动态贝叶斯网络   故障诊断  

摘要： 液压系统是水下控制模块(SCM)中不可或缺的一环,主要用于控制液压输出与回流通路的开闭,以达到控制采油树、管汇等设备的开闭。一旦出现故障将会造成SCM系统瘫痪、停产等难以估计的后果,开展SCM液压系统故障诊断方法的研究对于保障其在长期服役过程中的健康管理具有重要工程意义。本文针对渤海某气田首套国产化复合电液控制系统,结合液压控制系统的故障特征以及失效机理影响分析,构建了液压系统各阀门常见故障失效表;基于小波变换法对实地采集的测试传感器信号进行降噪等数据预处理过程,采用Matlab对此过程进行了仿真分析,并利用处理后的数据建立了SCM液压系统的贝叶斯网络(BN)故障诊断模型;通过极大似然算法确定了BN各个节点的概率参数,根据专家经验确定时间片之间的转移概率分布,把静态BN在时序建模方向上进行动态延展,建立了具有多时间片SCM液压系统的动态贝叶斯网络(DBN)故障诊断模型;最后通过DBN模型对SCM液压系统故障节点的后验概率进行计算,得出模型对故障实例的诊断结果,同时对液压系统高压油路及低压油路不同节点进行了参数敏感性分析,得到了不同故障案例中故障节点参数敏感度的排列顺序。能够为长期服役过程中水下控制模块的故障诊断研究提供一定的理论支持和工程参考。

关键词： TBM   试验机   液压系统   AMESim   仿真  

摘要： 随着“一带一路”战略的实施和基础设施建设的迅速发展，全断面隧道掘进机（TBM）用于开挖隧道越来越普遍，但相应用于科学研究的TBM试验机却很少。微型TBM能够掘进直径φ200mm的岩石隧道，试验台能模拟深部巷道/隧道在岩爆条件下TBM开挖过程，合理反应出实际TBM施工过程中与岩石的相互作用。利用AMESim工具对试验台的液压系统进行了仿真，分析了各工作油缸随负载的变化情况，结果验证了试验机液压控制系统设计的合理性，从而为其它TBM试验台系统的设计与优化提供参考。