关键词： 阻尼元件   全桥半桥液阻   流场仿真   脉动抑制   动态分析  

摘要： 在液压系统里,阻尼元件具有十分关键的作用。它的特性会对系统产生一定的影响。通过改变液压阻力来对系统流量和压力进行控制,达到提高系统稳定性,降低噪音的目的。同时,开展组合式阻尼元件的动、静态特性研究,得出了不同形式阻尼元件对液压系统的影响,这有助于人们能更好的进行阻尼元件的相关研究,也有助于对液压系统的减振降噪研究,降低系统的脉动,提高系统的可靠性,达到对液压系统优化的目的。本文基于流体力学的基本原理,建立了组合式阻尼元件的动、静态数学模型,并进行了相关的仿真分析,主要内容如下:(1)建立了两串联液阻的数学模型,其中两串联液阻分别为薄壁型液阻+薄壁型液阻、细长孔型液阻+细长孔型液阻以及薄壁液阻+细长孔液阻。根据流体力学基本原理,得出了两串联阻尼孔之间的流量-压差关系,并用AMESim和Matlab加以验证。同时对两串联阻尼元件AMESim仿真模型进行了脉动抑制分析,得出非全周阀口+固定薄壁型液阻对压力脉动的抑制效果要优于全周阀口加固定薄壁型液阻。(2)建立了两并联液阻的数学模型,应用AMESim软件搭建了两并联阻尼元件的仿真模型,得出了在不同阻尼孔直径和阀口形状下对压力脉动的抑制情况。建立了全桥和半桥液阻回路的数学模型,并基于AMESim软件,搭建了全桥和半桥的仿真模型,文章分析了三种全桥液阻回路和三种半桥液阻回路,得出了阻尼孔尺寸和组合式阻尼元件对全桥和半桥液阻回路的影响。(3)运用UG软件建立了串联式阻尼元件的三维模型,计算了U型节流槽在四种不同阀口开度大小下的通流面积大小值。基于Fluent软件建立了流场仿真模型,并进行了流场仿真分析,在不同阀口开度下,得出了压力分布云图和流体速度分布云图,对产生的涡旋现象进行了解释,并对不同阀口开度大小下进行了脉动抑制分析。(4)对阻尼元件在工程系统的应用进行研究。基于AMESim软件和Matlab软件对串联式节流调速系统各元件进行动态分析,采用状态方程法建立串联式节流调速回路数学模型。依据龙格-库塔法原理对回路特性进行数值计算分析,并基于AMESim建立了串联式阻尼元件节流调速回路的仿真模型。仿真所得结果与Matlab数值计算结果保持一致。获得进出口阻尼元件的面积比、液压缸外负载等参数对液压缸运动速度、进口及出口压力的影响。在改变外负载的情况下,得出了液压缸具有较好的速度刚度及稳定性。为组合式阻尼调速液压系统的设计、优化提供更为可靠的理论支撑,即如何通过多组节流阀的组合来达到降低液压系统脉动的目的。基于AMESim软件,搭建了并联式阻尼元件的AMESim仿真模型,得出了阻尼孔直径变化对并联式阻尼元件流量和压力脉动的抑制影响。

关键词： 液压系统   微粒群算法   逐维重心反向学习   故障树   可靠性优化  

摘要： 在工程领域中,液压系统作为一种重要的传动系统已应用于生产中的方方面面,尤其在一些复杂大型的设备中都有其身影。因此,其可靠性也显得尤为重要。高可靠性能保证设备稳定正常地运行,尽最大可能地避免设备出现故障,也能实现在高可靠性和低成本之间做到一定的相互平衡。与传统方法相比,群智能优化算法在可靠性研究中有着明显的优势。因此,本文采用了一种逐维重心反向TFPSO算法对液压系统进行优化。首先,参照标准微粒群算法后期难以跳出局部最优解的问题,从作用力规则方面入手分析,采取了两阶段作用力规则。将微粒更新过程分为前期和后期两个阶段,并且在不同的阶段受到的引力和斥力规则也会不断地变化,这种动态的变化规则能够更加准确地模仿生物的本能,更有助于搜索到最优解。在此基础上,运用测试函数对算法的寻优能力、收敛速度、种群多样性三个方面进行测试,以此验证改进的算法的可行性与优越性。然后,为进一步提高算法的寻优性能,本文从学习策略入手,采取了一种逐维重心反向学习策略。并将该策略与改进的微粒群算法结合,提出了一种逐维重心反向TFPSO算法。该算法将逐维、重心、反向三者合理地结合起来,在寻优迭代的过程中,对最优微粒实施逐维重心反向计算,既避免了各个维度之间的相互干扰,又提高了种群多样性,充分地考虑到了微粒间的信息交互方式,更能准确地模拟生物之间的行为。并对该算法的寻优能力和收敛速度进行测试,与两阶段作用力微粒群算法作对比,验证了所提算法的优越性。最后,为验证所提算法在实际生产中的可行性,本文从液压系统可靠性和多态系统可靠性分配优化两个方向研究分析,分别以T-S故障树和通用生成函数为工具,对每个系统进行单独分析并建立数学优化模型,并应用逐维重心反向TFPSO算法对其进行求解。通过与其他算法结果对比,验证所提算法在求解复杂优化问题的能力。

关键词： 履带式起重机   自由落钩   液压系统   仿真模型   动态刹车   控制策略  

摘要： 随着科学技术的发展,工程机械行业对系统控制要求也越来越高。多功能履带式起重机作为应用范围最广的工程机械,其自由落钩的功能开发与性能优化一直是行业内研究热点,具有重要的理论与工程应用意义。本文基于国内外仿真技术与控制方法研究现状,以某公司多功能履带式起重机自由落钩系统为研究对象,以补偿系统非线性环节,实现自由落钩柔性刹车为目的。分析了多功能履带式起重机自由落钩系统原理、减速机离合器原理,建立了系统的仿真模型。对系统非线性环节进行了试验研究,并进行了相应的控制补偿;通过踏板电流重新分布,提高了刹车踏板控制制动扭矩的分辨率;通过控制踏板输出电流斜率,实现自由落钩柔性刹车。本文论文主要研究内容如下。首先,通过总结国内外履带式起重机自由落钩系统研究基础,结合现有技术现状、设备条件、成本限制等因素,提出一套合理解决方案。其次,分析自由落钩液压系统、卷扬系统、机械传动系统、控制系统等进行系统分析,建立仿真模型。通过仿真与试验明确两种不同原理与比例阀对离合器控制精度的影响。最后综合应用比例阀滞环补偿、踏板档位重分配、踏板电流重分布、输出电流预调控等手段,优化自由落钩动态刹车效果,提高系统操控性,降低刹车冲击。通过控制器输出信号的检测与重新调整,降低比例阀滞环至少60%,大大提高了自由落钩刹车力矩的控制精度。通过大量试验数据,明确不同负载下有效刹车区间,进而通过踏板输出电流的精准分布,将踏板有效控制角度由4.8°提升至6.2°,有效控制区间扩大了29%。通过对动力优先电磁阀的重新选配,缩减动力优先时间47.5%。通过不同吊重下的整机试验,验证仿真模型与优化方案的有效性,取得了企业领导与操作手的一致认可。

关键词： 逼喘试验器   位置控制系统   AMESim仿真   复合前馈控制  

摘要： 飞机发动机逼喘试验器是发动机整机逼喘试验中的重要组成部分,试验器燃油注射的快慢及精度对逼喘试验的成功与否起着决定性作用。根据试验要求,试验器需在极短时间内向发动机燃油总管注射高精度定量燃油。经对比分析研究,试验器最终采用伺服油缸驱动燃油注射器的形式完成注油过程,因此伺服油缸的位置控制精度对燃油注射精度起着决定性作用。所以,在保证试验器安全工作及快速性的前提下,如何提高伺服油缸位置控制精度为本论文研究重点。试验器采用伺服比例阀控制伺服油缸运动,由位移传感器实时监测伺服油缸位移并提供反馈信号,上述器件与液压轴控制器共同构成实时位置控制系统。根据试验器的技术指标及要求,确定了试验器的基本结构组成,设计了液压原理图并对液压系统主要元件进行参数计算,完成了主要元件的型号选型工作。对试验器的液压位置控制系统进行了数学建模,并推导出了各个环节的传递函数,根据推导的传递函数绘制开环传递函数Bode图,对该控制系统的稳定性进行了分析。根据伺服比例阀工作原理,利用AMESim软件搭建了更为真实的伺服比例阀模型,与目前可查阅到的伺服比例阀建模相比,模型在静态特性曲线与样本相近的基础上,其不同阀芯位移的阶跃响应曲线更加接近样本曲线。在此基础上建立了逼喘试验器液压位置控制系统动态仿真模型,对其进行分析。在未采用校正措施的前提下,对系统的动态特性及稳态误差进行分析,结果表明试验器性能无法满足技术指标要求。分别采用PID校正及PID加前馈校正两种方式对系统进行校正,并比较其控制效果。在确定上述控制策略的基础上,分析了常规PLC与液压轴控制器对系统控制性能的影响,结果表明该闭环系统应该使用控制器进行控制,在控制器中采用PID加前馈校正的控制策略可以满足飞机发动机逼喘试验器的性能要求。在上述研究的基础上进一步对系统能耗进行了分析,确定了最佳系统参数。根据研究、设计结果,设计并制造了逼喘试验器,将设计的伺服油缸跟踪目标曲线下载到液压轴控制器中进行试验研究,试验结果表明燃油注射精度与燃油注射时间满足技术要求并与仿真分析结果基本吻合。该试验器的成功研究、设计、制造为类似试验器的研制提供了宝贵的理论及实际经验。

关键词： 风力发电   叶片吊具   电液同步控制   模糊滑模控制  

摘要： 风力发电机叶片吊具作为风机安装过程中需要使用的关键设备,其性能优劣直接影响着风机机组安装所需的时间。随着风电产业的发展,大量新风场的建立,适用于风电安装的专用吊具能大大加快风机安装的效率。因此各大风电企业都将目光投向了这一领域。论文研究了一种针对6MW风力发电机叶片吊装的全方位单叶片吊具。该吊具能完成单个叶片的夹取、俯仰调整及旋转,能仅用一台起重机完成单个叶片装车、卸车及安装。论文首先研究了吊具的机械结构,针对吊具的结构特点、技术要求及工作环境设计了该吊具的液压系统。同时设计了阀块、油箱及泵站。为使吊具的性能达到实际工作时的需求,对液压系统的控制性能进行研究。深入研究控制叶片旋转的双路阀控液压马达系统的原理及特点,并对双路阀控液压马达系统的控制性能进行了分析。建立阀控液压马达系统的数学模型,并分析其稳定性等。对双路阀控液压马达的同步控制策略进行分析,选择适用于吊具的交叉耦合式同步控制策略。使用PID控制器对双路阀控液压马达同步控制系统进行优化,通过仿真结果分析其控制性能。在实际生产中,吊具所处的工作环境恶劣,传统PID控制往往达不到控制需求,又由于吊具在工作中经常受到外界的干扰,将抗干扰能力强的滑模变结构控制方法应用与双路阀控液压马达系统。基于滑模控制设计了滑模控制器和同步误差控制器,为抑制滑模控制的抖振现象加入模糊控制来补偿滑模控制量,设计了基于模糊滑模控制的跟踪误差控制器。在仿真软件中对其进行仿真分析,通过仿真结果分析其控制性能。再与PID控制器的仿真结果进行比较,得出两种控制方法的优劣。6MW风力发电机全方位单叶片吊具与同步控制策略相结合提高其控制性能,能够提高风机的安装效率,为以后更大单台装机容量风力发电机专用吊具的设计提供思路。

标准号: ISO 7425-1-2021

关键词： 液压系统   数学建模   可视化仿真   界面开发   自动评估算法  

摘要： 在商船中,起货机与锚绞机作为船舶的重要配套设施,对于确保船舶安全靠、离泊和装卸货作业具有重要的作用。根据资料表明,有超过80%的甲板机械事故是人为因素造成的。因船员不熟悉起货机与锚绞机操作和应急处理程序,造成巨大经济损失的事故并不少见。因此,加强船员在甲板机械方面的训练尤为重要。利用轮机模拟器提升船员对起货机与锚绞机的管理水平,既符合STCW公约和《海员适任评估大纲》的要求,也可以减少人为因素导致的各种事故。在现有的轮机模拟器中,起货机与锚绞机仿真模型存在不同程度的简化,仿真模型只能完成基本操作,无法进行更深入的故障模拟及故障排查训练,且没有自动评估功能。为了解决上述问题,本文结合中国海事服务中心“海船船员适任考试智能试题库建设”项目的要求,对船舶起货机与锚绞机进行了比较深入的研究,开发了一套具有自动评估功能的船舶起货机与锚绞机仿真训练系统。首先,根据起货机与锚绞机系统的组成和工作原理,利用模块化建模方法,分别建立了锚绞机、起货机及其液压管路系统和阀件的数学模型,模型充分考虑到了各种常见故障对模型的影响。其次,利用VC++6.0设计完成了数学模型的计算程序,给出了锚绞机和起货机在不同工况下的稳态和动态仿真结果。仿真计算结果表明,模型能准确反映实际系统的动态特性和稳态特性,故障状态下的仿真结果与实际系统的故障现象一致,验证了所建仿真模型正确性,模型仿真精度能够满足评估训练的要求。然后,利用Auto CAD设计了起货机与锚绞机的可视化操作界面,利用VC++6.0完成了操作程序设计。起货机界面可实现正常启停、紧急制动、起升、回转、变幅操作、补油冷却、安全限位和常见故障的排查;锚绞机界面可实现正常启停、收放锚、收放缆绳、离合器切换等功能;利用3ds Max和Unity3D,创建三维物理模型,完成了三维虚拟现实界面的开发,增强了人机交互,使评估训练更为逼真;界面测试结果表明,操作界面友好,运行流畅,功能与实际系统相同,并可根据终端分辨率自动调整大小。最后,结合本系统评估的操作特点,深入研究了基于状态参数变化的自动评估推理算法,并将推理机融入到仿真系统中;根据评估算法开发了相应的评估试题,通过试题的测试结果,验证了自动评估算法的可行性和合理性。

关键词： 波浪能   液压传动   水工质   STM32   监测  

摘要： 现如今,石油资源短缺和大气污染问题日趋严重,海洋可再生能源的开发和利用已得到国内外的高度关注。波浪能作为一种清洁的可再生能源,在全球分布广且储量大。波浪能利用技术主要包括发电、淡化海水、供热和抽水,其中发电技术占有主导地位。波浪能发电是将海洋波浪具有的能量通过发电设备转换为电能,发电设备主要包括波浪能捕获系统、能量转换系统以及发电机。其中,液压式能量转换方式克服了波浪能具有的周期短、不稳定性和非持续性等缺点,在波浪能发电设备中得到广泛的应用。目前波浪能电站的液压系统主要使用矿物型液压油作为工作介质,存在环境污染、安全性差、工作可靠性差等问题。针对上述问题,本文设计了一种以水为工质的波浪能电站液压系统,使用过滤后的天然水作为液压传动介质,实现动力转换和传递。以水为工质的波浪能电站液压系统主要由液压缸、液压马达、蓄能器、控制阀件、液箱、管路和液压监测系统组成。水和液压油的理化特性具有很大的差异,与液压油相比,水的腐蚀性和导电性强、粘性低、润滑性差。依据水的各项特性,对主要的液压元件进行材料选择和结构设计,各元件均与水相适应,具有良好的耐腐蚀性、密封性和耐磨损性能。液压监测系统主要由微控制器、信号采集模块、信号调理模块、液晶显示模块、报警模块和上位机组成,可实时自动化监测波浪能电站液压系统的压力、温度、流量、转速以及水质PH值,实现信号的采集、处理、显示、传送和保存。STM32微控制器对各项信号进行处理和分析,使用串口与上位机通信,在液晶显示界面和上位机界面实时显示监测信息。本文设计的以水为工质的波浪能电站液压系统可实现平稳可靠运行,工作情况良好,达到了预期目标,可以提高波浪能电站的安全性和工作可靠性。

关键词： 挖掘机   多泵多执行器液压系统   阀阵列   回路特性   工作模式   轨迹控制   切换冲击抑制  

摘要： 多执行器液压系统被广泛应用于各种工程机械设备，挖掘机是其中典型代表，通常包含动臂液压缸、斗杆液压缸、铲斗液压缸、回转马达、行走马达等多个执行器。作为最常见的工程机械，挖掘机运行工况复杂且负载正负交替，其中正负载工况如动臂抬升和回转加速，负负载工况如动臂下放和回转减速。现有的挖掘机液压系统能效相对低下，主要原因包括：1）正负载工况下执行器需要液压泵提供能量，而挖掘机液压系统广泛采用多执行器共用液压泵的架构，为了保证多执行器正常运动，泵出口压力只能匹配最大负载联执行器，导致其他低负载联执行器回路产生较大节流损失。2）负负载工况下执行器需要液压系统提供能量防止进油腔吸空，同时产生足够的回油背压保证执行器的平稳运行，导致大量可利用能量在回油阀口上耗散。　　针对上述问题，本文提出了基于阀阵列的多泵多执行器液压系统结构，通过阀阵列对多泵和多执行器进行灵活匹配，根据负载工况将系统解耦成若干个独立的子系统。一方面将正负载工况下的执行器解耦成泵源单独供油，减少耦合节流损失;另一方面将负负载工况下的执行器定义成广义泵源向液压系统输入能量，实现能量再生。本文首先对提出的系统进行了数学建模，分析了不同类型的阀阵列回路特性。其次，分析了基本子系统类型，提出了不同工况下的节能工作模式和多执行器轨迹跟踪控制算法，采用反步法设计思路获得控制律。然后，提出了基于阀阵列切换的多泵多执行器系统节能回路匹配算法，将原系统解耦以降低能耗。最后，分析了阀阵列切换及工作模式切换类型，提出了抑制切换冲击的补偿策略，保证切换过程中多执行器的轨迹跟踪性能。　　本论文分为如下六个章节：　　第一章，介绍了多执行器液压系统节能及轨迹控制的研究现状，提出了文本的研究内容和总体结构。　　第二章，提出了基于阀阵列的多泵多执行器系统结构方案，建立了各元件的数学模型，分析了阀阵列的回路特性及节能原理。　　第三章，研究了阀阵列基本子系统的节能工作模式和轨迹控制。分析了阀阵列稳态匹配下子系统的基本结构，针对正负载工况和负负载工况分别进行了工作模式设计，通过控制元件与控制目标的匹配实现节能。利用反步法进行轨迹控制器的分步设计，实现了良好的轨迹跟踪性能。　　第四章，研究了基于阀阵列切换的多泵多执行器系统回路匹配算法。根据多执行器的压力流量需求，建立了以系统能耗最小为目标的优化模型，提出了高效的最优回路匹配求解算法，该算法适用于以阀阵列为核心元件的系统。　　第五章，提出了抑制阀阵列切换冲击的补偿策略。分析了阀阵列切换及工作模式切换类型，讨论了阀阵列切换的冲击形成原因，针对不同的切换类型提出了针对性的补偿策略，保证切换过程的轨迹跟踪性能。　　第六章，对全文工作进行了总结，阐明了创新点，并对未来研究进行了展望。

关键词： 注塑机   锁紧装置   机构学  

摘要： 根据锁紧装置的工作环境,分析了其特点及要求,结合机构学特征及原理,选择了蜗轮蜗杆机构作为注塑机的锁紧装置。阐述了蜗轮蜗杆的啮合条件,对主要参数的计算方式进行了说明。根据使用工况,选择了蜗轮和蜗杆合适的材料。分析了蜗轮蜗杆在运转时的受力情况,对蜗轮齿面强度进行了计算说明,为蜗轮蜗杆的参数化设计提供了指导。最后,对蜗轮蜗杆的发热情况进行了热平衡分析,并介绍了几种提高散热能力的方法。