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。

关键词： 恒温控制   油箱   温度场   热交换   液压传动  

摘要： 随着科学技术的发展,不管是工业生产领域还是科学研究领域,有关温度控制的问题都是非常值得关注的。温度这一参数对工程车辆、军事设备、机床行业等各领域的影响是不可藐视的因素之一。针对目前液压油恒温控制方式存在的精度低、响应速度慢、温度场均匀性差等重要问题,本文创新性的提出一种独立循环式的油箱恒温控制方式,此方式避免了由于传统浸入式热交换方式带来的局部温度过高或过低、油箱温度场分布不均匀现象而导致的温度传感器测量不精确,最终影响恒温状态控制精度。为了提升恒温控制精度,文中对PID控制器、模糊控制器的特点进行分析,PID控制器在线性控制系统中效果较好响应速度相对较快,模糊控制在非线性控制系统中具有一定的优势,因此考虑将两种方式结合起来应用在油箱恒温控制系统中。为了分析模糊PID控制性能,将建立仿真模型与PID控制对比,并同时引入干扰对抗干扰能力分析,由仿真实验结果可知,模糊PID控制响应速度快、鲁棒性较强,并且有较强的抗干扰能力。为了验证独立循环式结构油箱恒温控制系统的有效性、可靠性,采用Solid Works建模,使用ANSYS Fluent软件对浸入式、普通循环式、循环式蛇形管热交换三种结构的热交换方式进行仿真,分别在箱体内部设定6个温度监测点观察各点的温度变化情况,并提取一部分有效的温度数据分析不同时刻的温度分布不均匀系数,并对系数变化趋势进行分析,经过仿真对比结果可知使用蛇形管独立循环式结构的温度的不均匀度明显要比其他两种方式低很多。最后对独立循环式油箱恒温系统进行试验验证,并对升温与降温过程、恒温状态的静态误差、温度不均匀度、测量不确定度进行分析,结果表明:温度控制响应速度较快,达到恒温状态下的静态误差较小保持在±1.5℃,温度不均匀度系数在600s时达到0.0151,之后仍保持有下降趋势,并且测量不确定度达到0.149满足测量要求。同时将方案三FLUENT仿真结果与试验结果进行相对误差分析,经计算可知最大相对误差达到4.2%,误差较小,表明了仿真结果具有一定的可靠性。因此,使用模糊PID控制策略的独立循环式油箱恒温控制方法具有可行性,并且控制精度达到了国家GB/T7935-2005标准的B级要求。

关键词： 液压系统   固定结构   固定舱位   协调活门  

摘要： 协调活门是飞机液压系统内一个重要的附件。主要用来保证先收上主起落架，然后再收轮舱盖。协调活门的固定是否合理、牢固，对于起落架的正常收放工作，飞机飞行安全至关重要。本课题就是以某型飞机液压系统协调活门的固定为主要研究对象，对协调活门的固定结构进行设计。通过对协调活门功用与固定舱位要求进行分析，初步得出协调活门可能的固定方案。然后对其固定结构进行优化以及强度校核，最终得到满足协调活门固定要求的一种固定方式。通过此种固定结构将协调活门可以安全、牢靠的固定在给定舱位上。并满足在飞机各种飞行状态下，协调活门可以实现其功能，飞机起落架可以实现正常收放的要求。

关键词： 液压传动   气压传动  

ISBN: (纸本)9787512438668

摘要： 本书共11章，内容包括液压传动概述、液压流体力学基础、液压动力元件、液压执行元件、液压控制阀元件、液压辅助元件、液压基本回路、典型液压系统、气压传动概述、气动元件及气动基本回路。

关键词： 煤矿充填开采   膏体充填支架   液压系统   工作特性   仿真分析  

摘要： 液压支架属于机电液一体化设备，支架液压系统通过控制液压缸伸缩实现支架动作，由于支架的机械、液压控制回路是相互关联的，因此，支架液压系统的动态特性影响着整个支架系统的运动特性。为了保证液压支架工作过程中的稳定性和可靠性，需要合理设计各个液压控制回路以及研究液压回路的动态特性。膏体充填液压支架作为综采工作面的重要支护设备，其支护性能与稳定性对安全高效开采有着重要影响。本文根据某煤矿充填开采:亡作面的煤层赋存条件和实际应用需求，以ZC4000/14/24膏体充填液压支架为研究对象，对充填支架液压系统进行设计研究。　　本文首先根据某煤矿11607工作面煤层赋存条件，结合膏体充填液压支架应用特点和基本应用工况，对液压支架工作阻力进行计算，根据所得工作阻力对立柱、推移千斤顶和上隔离板千斤顶进行选型计算，并根据膏体充填液压支架在开采支护过程中所需的功能，将充填控制阀组与回采控制阀组分开，提出膏体充填支架液压系统整体设计方案，为充填支架液压系统的仿真提供依据。其次，运用AMESim液压仿真软件对充填支架液压系统中的主要液压元件进行稳定性分析，通过液控单向阀、安全阀和电液换向阀的结构组成以及受力分析，分别建立其数学模型和液压仿真模型，进行压力、流量和响应特性仿真，为液压系统回路仿真奠定基础。再次，根据充填支架液压系统设计方案建立立柱回路、推移回路和上隔离板千斤顶回路仿真模型，分别研究在空载和负载情况下立柱回路的位移、压力、速度和流量特性，在推溜和拉架过程中推移千斤顶回路的动态特性，在承受不同负载时上隔离板千斤顶回路的稳定性，验证液压系统设计的正确性，并对充填支架整架仿真模型进行了仿真分析，将整架仿真结果与单一回路仿真结果进行对比分析。然后，建立基于ADAMS和AMESim的机液联合仿真模型，将联合仿真结果与单一平台仿真结果进行对比分析，验证联合仿真方法应用于液压系统仿真的可行性。最后，对膏体充填液压支架样机进行了压架试验，通过试验数据与仿真数据的对比，验证仿真数据的可靠性;对膏体充填液压支架现场应用效果进行分析，验证液压系统设计的合理性与稳定性。　　论文通过对ZC4000/14/24膏体充填支架液压系统的设计、液压系统关键元件的仿真分析、主要液压回路的仿真分析、机液联合仿真研究和现场试验，验证了设计的可靠性与稳定性，证明所设计的膏体充填支架液压系统能够满足充填开采工作面的支护要求。论文的研究对解决膏体充填支架液压系统稳定性差、采一充相互影响和隔离防漏性能差等技术问题具有一定的借鉴意义。

关键词： 液压系统   数字孪生   故障诊断   预测性维护   PHM  

摘要： 液压传动技术是现阶段我国工程领域极为重要的一部分,有着广阔的应用前景。作为重大工程设备选择的主流,液压系统具有传动平稳,承载能力强,质量轻体积小等特点,同时因精简的内部机构,使其易于实现无级调速和自动化。但是,液压系统的缺点也很明显,除了元件制造精度要求高,无法严格保证传动比等因素外。由于液压系统的密封性和元器件内部工作情况的不可见性,其发生故障后不易检查和排除,极大的影响了系统的可靠性。目前针对液压系统的故障诊断,主要有两种方法:基于数学模型的信号分析法,以及基于人工智能的机器学习算法。第一种基于数学模型的方法,相关数学模型的建立需要基于对应故障的生成机理,并采集特定的信号,因此只能针对于特定故障进行诊断,不具有普遍适用性;而基于人工智能的故障诊断方案,若单纯基于非交互的虚拟仿真模型生成故障数据集,不考虑液压设备的装配情况、工作条件以及长时间运行中实际状态的变化,无法保证模型相对于实际液压设备的保真性和仿真数据的可靠性,算法故障诊断精度较低;若基于液压系统历史故障数据训练机器学习模型,通过诊断结果融合分析,可以实现95%以上的故障诊断成功率,但该方法须基于所维护液压设备各类型故障完备且标准的实际历史故障数据集,而在工业领域中很难满足该条件,因而实际应用能力较差。针对于人工智能诊断算法目前存在的仿真数据精度不足和历史故障数据缺乏的问题,本文提出了基于数字孪生技术的液压系统故障诊断方案。该方案作为数字孪生五维模型的具体实现形式,采用虚实交互的方法,首先根据液压系统实时采集的特征数据,逐步修正虚拟模型参数,提高仿真模型的保真性;然后调整故障仿真模块参数,获取各类故障条件下大量仿真数据,解决故障历史数据不足问题。同时由孪生模型中故障参数的变化趋势,对未来可能发生的故障实时预警,可实现对实际液压设备的预测性维护。通过搭建故障仿真平台进行实验验证,结果表明,该模式无需依赖于实际液压系统的历史故障数据集,相较于非交互的虚拟仿真模型,可以有效提高其对常见故障的诊断成功率。同时,本文以液压系统的数字孪生模型为基础,编写了基于数字孪生的故障监测与健康管理系统(PHM),除了对系统的故障原因诊断外,还实现了对液压系统的实时数字化展示和故障预警等功能,并随着实际故障数据的补充,诊断精度可进一步提高,具有一定的成长性和较好的适用性。

关键词： 工程机械   液压系统   转盘式集中润滑   模糊自适应   机电液一体化  

摘要： 大型工程机械底盘行走和工作装置涉及到多种滑动和旋转机构,以挖掘机为例,动臂斗杆和铲斗以及左右行走和回转等摩擦副都需要良好润滑。若滑动副和旋转副支撑轴承润滑不良,容易引起机械效率降低甚至是事故。高性能轴承润滑系统一直是我国重大工程与高端装备的“卡脖子”基础零部件攻关技术之一。机电液一体化集中润滑技术是保证滑动和旋转摩擦副工作性能、提高机器效率和延长设备服役寿命的最有效手段,可为中国制造2025高性能工程机械开发奠定零部件基础。依据工程机械挖掘机底盘行走和工作装置润滑需求,提出多路自适应分油转盘式集中润滑系统。通过分析转盘式集中润滑系统的结构和功能,完成多路润滑油加注转盘式分油器的机械结构设计,包括驱动轴、内转盘、外转盘、端盖的结构设计。通过定性分析法和定量分析法进行分油器转盘驱动电机功率设计,确定电机驱动方式,并针对转盘式分油器的定位要求,提出驱动电机角度定位和转盘零点定位相结合的转盘油路精准定位方式。之后对转盘驱动电机与转盘的速度匹配进行计算,完成转盘驱动电机、传动用锥齿轮的设计与选型。针对挖掘机动臂斗杆和铲斗具有单独动作和复合动作工况复杂,负载具有非线性和快时变的特点,提出机电液一体润滑系统模糊自适应控制方法。分别设计动臂、斗杆以及铲斗单独动作和复合动作的模糊控制规则表。在完成模糊自适应控制策略设计后,进行软件程序开发,主要包括转盘驱动电机控制流程和基于模糊自适应的定时定量控制流程。利用Simulink建立模糊自适应控制策略,导入GT-SUITE仿真软件,建立挖掘机转盘式集中润滑系统仿真模型,进行不同工况下性能仿真研究。最后搭建工程机械转盘式集中润滑实验平台,实现16路润滑油道独立分油,管路油压最大压力为5MPa,最远润滑距离为15m。机电液一体化集中润滑系统大大减小传统自动润滑系统结构尺寸。转盘式集中润滑系统设计与智能控制技术研究,能有效提高工程机械结构件支撑轴承运行效率,为工程机械高效率长寿命运行奠定了零部件基础。

关键词： 阵列波浪能发电装置   布局优化   遗传模拟退火算法   水动力性能   液压PTO   输出特性  

摘要： 世界范围内能源和环境问题日益严重,大力发展可再生能源已经成为世界各国的共识,也是人类社会实现可持续发展的必要条件。海洋约占地球表面的71%,蕴藏着储量巨大的可再生能源。波浪能因其能量密度大、分布集中、理论能量俘获效率高等特点,成为可再生能源利用的研究热点。波浪能利用技术经过数十年的发展,已经相对成熟,但其存在能量转换效率低、可靠性差、成本高等问题,这制约着波浪能发电技术的应用与发展。类比太阳能、风能等可再生能源技术,建立波浪能发电场、利用阵列式波浪能发电装置汇集分散的波浪能量,对降低波浪能发电成本、提高波浪能发电效率和稳定性具有重要作用。本文以阵列振荡浮子式波浪能发电装置为研究对象,建立了其数学模型,提出了采用遗传模拟退火优化算法优化其阵列布局,并分析了其水动力性能和液压系统输出特性。本文首先阐述了课题的研究背景与意义,简述了波浪能发电装置的分类和典型装置,重点介绍了阵列波浪能发电装置布局优化及其液压系统的研究进展,并结合研究进展提出了本课题的研究内容。然后,基于线性波理论推导了阵列波浪能发电装置的数学模型,并在MATLAB中建立了数学模型,通过与AQWA仿真软件的计算结果进行对比,验证了建立的数学模型的准确性。其次,基于建立的数学模型,分析了浮子半径、浮子吃水、阻尼系数对单个波浪能发电装置水动力性能以及阻尼控制和复共轭控制、浮子间距、波浪入射方向、浮子个数及阵列布局形式对阵列波浪能发电装置水动力性能的影响规律。再次,提出采用遗传模拟退火算法优化阵列布局,并探究了阻尼控制和复共轭控制、浮子个数、浮子半径和浮子吃水对阵列波浪能发电装置布局优化的影响规律,同时与遗传算法优化效果进行了对比,结果表明,遗传模拟退火算法的优化效果优于遗传算法。另外,基于阵列波浪能发电装置的应用要求,设计了多浮子共用一套液压能量转换(Power Take-off,PTO)系统和每个浮子单独使用一套液压PTO系统两种液压系统形式,并在Simulink中搭建了仿真模型,对比了两种系统的输出特性,同时探究了阵列布局、浮子间距、波浪入射方向及有义波高和谱峰周期对系统输出特性的影响规律。最后,总结了本文的结论,提出了未来研究的展望。

关键词： 计算机辅助测试技术   液压系统   伺服加载控制   控制算法  

摘要： 飞行控制液压作动器在飞行控制中承担着改变飞机飞行状态的功能,但其维修检测技术存在发展滞后的问题。为验证飞控作动器在模拟气动力影响下能正常运行达到装机要求,且便于检测作动器性能参数,提出液压作动器测控系统设计。研制的液压作动器测控系统将计算机辅助测试技术、虚拟仪器技术以及滑模变结构控制算法相结合,用于检测作动器性能参数。搭建液压作动器测控系统的试验平台,分别设计系统硬件和系统软件。硬件设计包括液压回路设计、硬件选型以及信号给定设计。软件设计包括软件总体设计、数据采集与显示模块设计和人机界面设计。对液压作动器测控系统中伺服加载系统的控制算法选择进行研究,保证加载系统稳定运行。推导伺服加载系统的非线性数学模型,结合AMESim软件实现模型辨识,构建新的非线性伺服加载系统模型用以验证加载系统有效性,解决以往研究中存在的仿真系统与实际系统相差过大的问题。利用MATLAB/Simulink与AMESim软件对系统响应特性进行联合仿真分析,设计模糊自适应PID算法的模糊规则,完成滑模控制算法的滑模面以及控制器设计,并通过调节趋近率降低系统震动。为保证系统的稳定加载尽量减少震荡波动对试验的影响,选取滑模变结构控制实现加载力给定。通过负载试验验证液压作动器测控系统能够稳定运行,能提供40KN加载力,并控制作动误差在5%范围以内,满足设计要求。

关键词： 多功能洗井车   清洗槽搬运装置   运动力学分析   液压系统   AMESim仿真  

摘要： 在油气开采过程中,后期需要对抽油杆、油管内外壁上积存的结蜡和污垢进行及时清除,以保证井筒的顺畅,提高采油效率。以往抽油杆及油管的清洗方法会造成地面严重污染。多功能洗井车自身带有清洗槽,将油管放入清洗槽中,利用高压喷射水流冲洗,既避免了地面污染,又增加了油管清洗的灵活性,提高油管清洗的效率。由于清洗槽重量大,人工搬运效率低,需要设计清洗槽搬运装置。本文设计了一种清洗槽搬运装置,可实现清洗槽在车厢与地面之间的搬运,其整体采用机械液压结构,通过设计相应的液压控制系统,使其能够稳定、可靠的运行,并使清洗工作更具安全性。本文主要完成以下几个方面的工作:(1)查阅相关文献资料与现场查看,根据多功能洗井车的空间特点,对清洗槽搬运装置进行结构设计,主要包括底座、立柱、伸缩臂、加强筋、支架、液压马达、卷筒以及滑轮组部分;(2)对清洗槽搬运装置的运动学及力学进行理论分析。在水平移动过程中,伸缩液压缸运动时活塞杆的位移为800mm。对清洗槽搬运装置伸缩臂利用ANSYS进行有限元分析,分析结果最大应力为66.01MPa,最大变形发生在伸缩臂前端,最大变形量为3.456 mm;(3)根据清洗槽搬运装置的运动要求,对其液压控制系统的回路进行设计,回路主要包括垂直起降液压控制系统和水平移动液压控制系统两部分。对关键液压元件进行参数计算选取,完成液压系统的设计;(4)参考液压控制系统原理图,在AMESim中构建液压仿真模型,对清洗槽搬运装置液压系统进行仿真分析。在10～30 s,伸缩液压缸与液压马达联合运动,液压马达转速稳定在9.5 r/min,压力稳定在9.0 MPa;伸缩液压缸移动800 mm,计算速度为0.04 m/s,流量为12.012 L/min,可以实现联合运动。当节流阀孔径为3.5 mm时,伸缩液压缸的进口压力、流量和速度曲线的振荡较小,其产生液压冲击较小,噪声也较小。综合以上分析结果:清洗槽液压系统能够稳定可靠地工作。