关键词： 火炮装填装置   液压系统   故障诊断   BP神经网络   蚁群算法  

摘要： 火炮装填装置是火炮武器系统的重要组成部分,在弹丸装填过程中起到了重要的作用,其性能好坏将直接影响装填系统的速度、功率、可靠性和安全性。作为火炮重要的子系统之一,其结构复杂,工作环境多样,工作条件恶劣,是火炮出现故障最多的子系统之一。随着现代武器设备智能化的不断提升,原始人工的故障判断已不能满足现代武器设备的实战要求。因此,对于研究大口径火炮的故障智能诊断具有重要意义。本文以一种大口径火炮项目为背景,运用联合仿真技术,结合蚁群算法对BP神经网络算法的优化进行了装填装置液压系统的故障智能诊断研究。本文的主要研究内容是:（1）详细阐述了火炮装填装置的系统组成、工作原理和工作流程,建立了系统各元件之间的逻辑关系,通过故障模式和影响分析（FMEA）对系统存在的常见故障以及故障的产生机理进行了分析,得出常见的故障模式和故障原因,作为后续研究的理论基础。（2）以ADAMS和AMESim平台为基础,分别建立了装填装置的动力学模型以及液压系统模型,通过对应的接口模块建立了机液一体化仿真模型,并对装填装置的仿真动态特性进行了分析。通过台架试验进行了联合仿真模型的校验,保证后续故障诊断数据的准确性。（3）利用故障注入技术,选取基于仿真的故障注入方法对液压系统进行了故障仿真研究。通过建立故障仿真模型,获取油缸的压力、协调臂的角速度和角位移等参数的波形特征,提取相应的特征值,并对特征值影响进行了分析,构建了相应的故障样本。（4）针对BP神经网络在装填装置液压系统故障诊断中表现出来的缺陷,提出了基于蚁群算法优化的BP神经网络算法,通过故障样本的归类和训练,对液压系统进行了故障分类,并利用部分样本作为检验数据验证了算法的准确性,完成了对装填装置液压系统的故障诊断。

关键词： 涡轮增压器   试验台   液压系统   原理设计   控制策略  

摘要： 随着环保要求的提高及汽车排放标准日益严苛,目前推出的大部分燃油车尤其大排量乘用轿车都会装备采用配涡轮增压器的发动机.在涡轮增压器研制生产过程中,尤其是量产产品出厂合格检验,涡轮增压器试验台是必不可少的设备之一.本文主要介绍发动机涡轮增压器试验台液压系统的开发设计和使用.首先简要介绍涡轮增压器的发展现状及对汽车功率扭矩提高的重要意义,并根据其应用需求及原理结构等提出对试验台液压系统的技术要求,继而根据试验台的结构布局等技术条件和约束需求,来进行液压系统的原理设计和结构设计,最后论述加工制作、装配联调、参数优化等工序满足试验设备和产品检验需求.

关键词： 折臂式随车起重机   吊臂   液压系统   AMESim   顺序伸缩  

摘要： 随车起重机是一种安装在大型运输汽车底盘上,在一定范围内能实现水平搬运和垂直起升物体等多种复合动作的起重机械,也被称为随车吊,是综合起重和运输为一体的新型高效起重运输设备。其中因折臂式随车起重机可以在桥洞、隧道等复杂工况下进行工作而逐渐成为工程机械起重机领域的翘楚。吊臂伸缩液压系统作为随车起重机整机液压系统中重要关键的液压系统,其性能直接决定了起重机的起重能力、效率和作业可靠性等。伴随着起重机逐渐向大型化方向发展,吊臂的伸缩节数量逐渐变多。顺序伸缩的伸缩机制在多节臂吊臂伸缩中具有重心力矩小、伸缩长度易控制、压力变化稳定等优点,但多节臂随车起重机实现顺序伸缩功能存在不足,因此,本文对吊臂顺序伸缩液压系统的顺序伸缩功能性及其稳定性进行研究与优化。首先,以某HCZ910型号的折臂式随车起重机的吊臂伸缩液压系统为研究对象,对其液压原理进行分析,根据HCZ910的液压原理与伸缩液压缸的结构尺寸建立液压系统仿真模型,评估目前所使用的单向顺序阀控顺序伸缩液压原理的性能。其次,对目前所使用的液压原理搭建实验平台,对其在空载、带载不同吊臂仰角工况下的摩擦力特性及系统压力进行测试,得到不同工况下各节缸的摩擦力特性。依据该实验结果对现有的液压系统进行改进,得到新的顺序伸缩液压原理。再次,重新设计了折臂式随车起重机中心管式顺序伸缩液压系统,进行新系统原理分析,建立该顺序伸缩液压系统仿真模型,得到其顺序伸缩的功能性及伸缩过程中的压力变化情况。最后,简化折臂式随车起重机中心管式顺序伸缩液压系统,对新设计的伸缩缸进行加工制造,并搭建测试试验台,依据实验结果对本文新建的液压原理进行了改正,并修改了伸缩缸结构,验证中心管式顺序伸缩液压原理的顺序伸缩功能。研究结果为折臂式随车起重机的顺序伸缩提供液压原理支持,并对目前该机型上的顺序伸缩液压系统进行优化改进。

关键词： 液压锚杆钻机   冲击回转机构   液压冲击系统   液压负载敏感回转系统  

摘要： 随着我国煤矿朝着高产、高效的大型矿场发展,建立煤矿综合机械化、自动化、智能化开采系统必然大势所趋,而井下巷道掘进支护设备是辅助开采系统的重要组成之一。锚杆支护是掘进巷道施工的重要环节,它占施工时间70%以上,锚杆钻机作为锚杆支护技术的关键设备之一,在锚杆支护工程中占有着举足轻重的地位,其性能的优劣直接影响巷道锚固施工的效率。为提高锚杆支护的速度,设计并改进锚杆钻机的性能是提高掘进效率的关键所在。通过查阅文献了解到,气动式和液压式两大类型锚杆钻机是煤矿巷道锚杆支护工程使用的主流机型。而液压式锚杆钻机以其输出扭矩大、动力源不受距离影响、耗能低、钻孔效率高等特点,逐渐成为建立高产、高效矿场的新方向。本文根据冲击力学和波动力学分析了不同形状应力波峰值的影响和凿入效率;以“三段分析法”的冲击机构设计理论对锚杆钻机冲击机构进行设计,计算液压参数和活塞尺寸,并用Matlab遗传算法对回转齿轮体积进行最小优化;根据尺寸参数使用Solidworks进行锚杆钻机冲击回转机构三维建模;使用ANSYS对冲击机构活塞进行模态、运动分析以及活塞撞击的瞬态分析,验证设计计算的合理性以及分析撞击后产生的应力应变最大值分布;使用AMESim液压元件库对锚杆钻机冲击系统进行建模,仿真冲击机构的合理性;对回转机构系统双马达串联和并联方式进行进行仿真,选择合适的马达连接方式;针对回转系统在转速调节存在的流量浪费的缺陷,设计负载敏感回转系统,在负载敏感系统反馈调节下使泵的输出流量始终与负载相匹配。论文通过对冲击系统模型的研究,设计锚杆钻机冲击机构,使用有限元软件对活塞进行模态和瞬态分析,得到撞击时的最大应力值满足材料强度以及最大应力、应变分布;使用AMESim软件建立冲击系统进行分析,并对回转系统存在的缺陷进行优化,以提高液压式锚杆钻机的能量利用率,为冲击回转式液压锚杆钻机的设计提供参考。

关键词： 电液控制系统   仿人智能控制   无模型控制   滑模控制   RBF神经网络  

摘要： 电液控制系统拥有输出功率大、调速范围广等功能,且具有较强的抗负载刚性、较大的功率质量比以及较快的响应速度等优点,广泛应用在现代化工业动力系统中。现代化工业迅速发展,对电液控制系统的控制精度和响应速度提出了更高的要求。电液控制系统存在粘滞摩擦系数的不确定性、液压油弹性体积模量、液压缸油液泄漏、外部扰动等复杂非线性问题,增加了液压系统精确建模的难度,进而制约控制精度的进一步提高。因此,不依赖高精度数学模型的无模型控制,是提高液压系统控制精度的重要研究方向。本文针对电液控制系统的复杂非线性问题,以无模型控制算法展开研究。本课题的主要研究内容如下:（1）改进滑模无模型控制为了提高电液控制系统的精度和响应速度,基于无模型控制方法,将仿人智能控制的核心思想,误差与误差变化率的乘积引入到滑模控制中,设计一种改进滑模无模型控制,使无模型控制方法中拥有了误差与误差变化率相乘的控制量,从而将液压动态过程中新姿态信息融入控制器中,提高了液压系统的响应速度和稳态精度,改善系统的控制性能。通过仿真,验证了改进滑模无模型控制的有效性。（2）基于RBF神经网络的改进滑模无模型控制针对改进滑模无模型控制中参数调整困难的问题,以液压系统的误差、误差的积分和误差的变化率为输入,控制器参数为输出,建立神经网络模型,实现控制器参数在线自适应调整,进一步提高了系统的稳态精度。通过仿真,验证了改进控制方法的有效性。在电液控制综合实验台上,对无模型控制、无模型滑模控制、改进滑模无模型控制等方案进行实验验证,对实验结果进行分析,比较不同控制方案的控制性能,验证了所设计的液压系统控制方法的有效性,其响应速度和稳态精度均有较大的提升。

关键词： 随车起重机   变幅液压系统   故障仿真   功率键合图   故障诊断  

摘要： 科学技术的不断发展促进包括工程机械在内的重大装备趋于智能化,为保证其可靠性,设备的健康检测成为研究热点。液压系统作为工程机械的主要组成部分,保证其在运行过程中的可靠性显得尤为重要。目前,对于液压健康检测的研究,主要有基于知识、数据驱动、基于物理模型的三种常用方法,基于知识的健康检测方法适合定性推理,要求有较高的经验及知识储备,基于数据驱动的健康检测方法要求有大量的故障或全寿命周期数据。鉴于两种方法的局限性,基于模型的液压系统的健康检测方法有明显优势,利用获得的系统精确的数学模型,进行系统的健康检测。本文以随车起重机变幅液压系统为研究对象,首先分析变幅液压系统的故障特征,提出典型故障的模拟与注入方案,通过仿真验证所提方案的可行性;其次分析功率键合图和解析冗余关系理论,提出键合图与解析冗余关系相结合的基于模型的故障诊断方法,为验证方法的可行性,进一步搭建基于Simulink的故障诊断仿真模型,验证所提故障诊断方法的合理性。论文的主要研究如下:（1）分析随车起重机结构组成和液压系统工作原理,对变幅液压系统典型故障的机理进行研究,制定各故障的模拟与注入方案,利用AMESim软件建立故障仿真模型,从而验证所提出的故障模拟方案的可行性;（2）采用功率键合图建模方法,根据液压原理和各故障模拟方案,建立变幅液压系统有无故障的键合图模型,并建立各结点本构关系方程;（3）基于解析冗余理论的基本原理,提出与键合图相结合的基于模型的故障诊断方法,主要包括:残差生成、残差估计及故障诊断三个环节;（4）将基于模型的故障诊断方法应用到变幅液压系统换向阀卡死的故障诊断中。在Simulink中搭建故障诊断仿真模型,通过控制部分注入故障信息,故障诊断结果与注入信息的一致性,来验证故障诊断方法的合理性;（5）在随车起重机实验台上设计换向阀卡死故障实验,通过实验曲线与仿真曲线对比,验证故障诊断仿真模型的合理性,进一步验证故障诊断结果的可信度。

关键词： 液压压裂车   液压系统   热平衡   热特性仿真  

摘要： 随着工业的发展,我国成为油气资源需求量最大的国家,面临着油气资源短缺的问题,加快推进非常规油气的开采对缓解油气供需矛盾意义重大。页岩气是一种开采难度较大的非常规天然气,我国页岩气储量全球第一,但产量处于较低的水平。作为进行页岩气开采的核心设备,压裂车对于页岩气的增产具有重要的作用。液压压裂车是近年国内研发的一种新型压裂设备,相比传统的机械式压裂车具备良好的可维修性和互换性,对于加快我国页岩气的开发、满足油气资源需求具有重要意义。由于压裂工况多变,液压压裂车进行压裂作业时常常出现因油温过高导致的停机现象,这严重影响了压裂车的作业效率、可靠性与使用寿命。本文以某型号液压压裂车为研究对象,对其液压系统进行热平衡研究,探索影响液压系统热平衡油温的主要因素与规律,并提出改进措施降低系统热平衡油温,为液压压裂车液压系统设计提供理论和技术支撑。本文主要研究内容如下:(1)对压裂泵进行运动学及动力学建模,采用AMESim与AMDAS联合仿真方法,得到全工况液压压裂车液压系统的负载特性(MAP图);在此基础上,明析了液压系统主要产热源、散热源,并建立了液压系统的热平衡机理模型,为液压压裂车液压系统热平衡分析研究奠定理论基础。(2)基于AMESim软件平台,建立了液压压裂车液压系统热特性仿真模型,结合热平衡试验验证了仿真模型的正确性和准确性,在此基础上对不同压裂工况液压系统的热特性进行仿真分析,得到了全工况的产热、散热的功率分布和占比情况。(3)基于液压压裂车热特性仿真模型,研究了环境温度、油箱参数、补油流量、泄漏油油路变化等因素对液压系统热平衡油温的影响规律。针对性提出了液压压裂车液压系统有效的降温措施。(4)针对散热器布局影响液压压裂车液压系统的散热能力问题,设计了垂直、水平两种泄漏油散热器布局方式,并基于STAR-CCM+软件平台,对两种布局方式进行了对比仿真研究,最终明确了泄漏散热器最佳的布局位置。

关键词： 液压传动   低风速   恒转速控制   AMEsim仿真   发电效率  

摘要： 近些年,世界各国越发重视风力发电技术的发展,全球累计装机容量和装机速度每年都在大幅度增加。相较于传统的风力发电机组,液压型风力发电机组体积较小,质量更轻,便于安装与维护,同时由于省掉了齿轮箱和整流逆变装置,使得机组成本更低,使用寿命也更长。因此,研究液压型风力发电机组对于促进风电技术的发展具有重要的现实意义。在充分研究国内外现有风力发电技术的基础上,提出了液压型风力发电增速传动实验系统的总体设计方案,拟定出了液压型风力发电增速传动实验系统的液压回路图,并设计出了实验系统的具体结构。针对实验系统的恒转速控制问题,建立了实验系统的整体数学模型,根据对主传动控制系统数学模型框图分析提出了转速闭环控制方法,并对恒转速控制方法和控制参数进行了优化。采用仿真分析和实验研究的方法,搭建了液压型风力发电增速传动实验系统平台,探究了低风速工况下变量马达恒转速输出的影响因素和风速变化时恒转速控制方法的抗干扰性能以及定量泵转速、变量马达转速、输入输出功率和效率之间的相互影响。通过仿真和实验结果可知,斜盘摆角基准折算系数在小范围变化时,变量马达转速均在（1500±1.5）r/min内波动,满足恒转速控制要求,该折算系数对变量马达恒转速控制的影响不大;给定不同恒定定量泵输入转速时,变量马达转速均在（1500±1.5）r/min内波动,同样满足恒转速控制要求,不同定量泵输入转速对变量马达恒转速控制的影响不大。对于定量泵输入转速在低转速范围内波动时,变量马达转速在1496r/min～1504r/min范围内波动,仍然满足恒转速控制要求,可见恒转速闭环控制方法在波动风速下能够有效实现变量马达恒转速输出,抗干扰性能良好,满足并网需求。同时,当低速泵转速在8r/min以上时,系统的输出功率和发电效率均较高,整个系统的效率稳定在70%左右,系统的性能较好,利于发电。

关键词： 液压系统   负载敏感   先导控制   动态特性   节能特性  

摘要： 液压挖掘机广泛应用于工程机械领域。目前对于液压挖掘机的研究热点主要在其节能性和动态性能等方面，对于提高工程作业效率和节约人力资源方面具有重要意义。　　本文从液压挖掘机的核心部分流量控制系统出发，针对目前挖掘机产品市场上存在的三种主要流量控制系统，通过对其各自的优缺点对比分析后，提出一种基于负载敏感的先导控制液压系统。该系统在保证了应用较为广泛的负载敏感控制系统的优良复合操纵性能前提下，又引入了负流量控制的阀后压力控制和正流量控制的先导压力控制思想，使其能以更加节能的方式工作。通过AMEsim软件进行模型搭建，并仿真验证其在同样工况下相比负载敏感控制系统节能性最高提升15.78%，进一步的，在严格控制流量相同的前提下，节能性最高提升4.43%。旨在解决挖掘机产品节能性与运动操纵性之间平衡的问题，为流量控制系统的设计与发展提供了参考依据。　　对于所设计的负载敏感先导控制液压系统，分别对其先导控制回路和主控制回路进行数学建模。通过对先导回路稳态下的先导控制压力的数学建模，利用Matlab软件分析进一步验证了系统的节能性提升效果。通过对主控制回路动态下的阀控非对称液压缸的数学建模，验证了系统的稳定性和快速性满足要求。并且在Matlab/Simulink环境下分别添加了一自由度PID控制器和二自由度PID控制器对主控制回路部分进行动态特性优化，包括目标值的跟踪性能和干扰的抑制性能两个方面。对比研究后得到二自由度PID控制器可以根据系统的不同性能需求在一自由度PID控制器抗干扰性能最优情况下最大程度的优化系统跟踪目标值的性能。