标准号: ISO/TS 13725-2021

关键词： 装载机   传感器网络   液压系统   铲斗平移   模糊PID  

摘要： 在控制技术、传感器技术、信息技术不断升级的时代,工业基础设施建设消费市场对工程机械的性能要求不断提升。装载机以其操作简单、工作效率高、人工作业强度低以及逐渐智能化等优势,占据了大部分工程机械市场份额。因技术限制,传统的装载机已经无法满足人们日益增长的智能化需求。因此,通过优化装载机的控制系统使装载机完成更多智能化操作成为大势所趋。装载机逐渐智能化的转变,在一定程度上满足了消费者对性能的需求,但同时会产生新的装载机铲斗平移性控制问题。因此,本文研究基于装载机铲斗平移控制技术新难题,调研分析国内外解决铲斗平移性控制方法的内在机理,并采用以下研究思路来解决装载机铲斗平移性控制问题:首先,本文研究了基于国内外铲斗平移性控制方案,提出了基于传感器网络的装载机铲斗平移性控制方法。首先分析装载机工作装置以及工程约束参数与多个不同传感器参数之间的关联,然后确定铲斗平移控制研究方案。最终,所提方案对装载机铲斗平移性控制研究具有实际可行性。其次,本文研究了影响装载机铲斗平移性能的液压控制系统的因素。明确提出了传感器网络中摇臂传感器增益是影响液压控制系统稳定性的主要因素。基于Matlab/Simulink仿真实验平台,结合传感器网络、工作装置角度与长度关系建立液压控制系统模型,分析液压控制系统控制效果,验证该液压控制系统的稳定性确实与传感器增益有关。同时验证了传感器网络中摇臂传感器增益即为整个传感器网络增益,并得出液压控制系统的稳定性受不同传感器网络增益的影响程度。接着,本文研究了对铲斗平移液压控制系统的优化算法。通过PID(Proportion Integration Differentiation)控制算法优化,提升液压控制系统在响应时间、超调量以及稳定时间上的性能。本文提出了基于Matlab/Simulink仿真平台,采用模糊自适应PID(Fuzzy Adaptive Proportion Integration Differentiation,F-PID)控制算法对液压控制系统进一步优化。结果表明不同传感器网络增益下,F-PID控制算法控制性能更加出色。最后,本文研究了基于F-PID液压控制的铲斗平移控制系统。首先建立铲斗平移控制系统的仿真模型。为了满足实际工程设计需求,将所提出的F-PID算法应用于ZL型反转六连杆电控装载机上。通过软硬件设计实验,验证铲斗平移控制系统实际效果。对比分析装载机铲斗平移性理论仿真和实际实验结果,得出实际测试结果满足工程设计需求。

关键词： 民机液压系统   功率键合图   数学建模   系统仿真   故障注入  

摘要： 民用飞机液压系统是机电系统的重要组成部分,是一个多余度、大功率的集液压、机械、电气为一体的复杂综合系统,民用飞机液压系统的安全运行是保证飞行安全的重要条件。本文在对民用飞机液压系统工作原理和常见故障分析的基础上,基于功率键合图开展了民用飞机液压系统建模及故障仿真研究。本文的主要内容包含以下几部分(1)基于功率键合图的民用飞机液压系统典型部件建模:以B737-NG为对象,分析民用飞机液压系统的构成及工作原理,将液压系统划分为部件子系统,再将部件子系统划分为小系统,说明液压系统部件所具有的物理特性,从功率流的角度出发,建立B737-NG民用飞机液压系统典型部件的功率键合图模型;(2)基于功率键合图的民用飞机液压系统建模及仿真:以液压系统前轮转弯回路为例,在典型部件功率键合图的基础上完成液压系统前轮回路功率键合图建模,在此基础上对系统的数学模型即状态方程进行推导,完成前轮转弯回路的数学建模,验证此方法对液压系统的适应性。在功率键合图模型和数学模型的基础上,根据系统主要参数,以前轮转弯系统为例,对研究的回路进行仿真分析及验证;(3)基于故障注入的民用飞机液压系统故障建模及仿真:根据某航空公司液压系统故障数据,总结典型故障并对典型故障的原因及损伤机理进行分析;在此基础上,针对典型故障进行仿真实现的故障注入模块FIB的建模,并结合系统的数学模型,针对典型故障即液压油泄漏、油滤堵塞、液压泵气穴故障的不同产生原因进行故障仿真定性分析和定量分析,总结故障注入后对系统参数影响的一般规律。

关键词： 水下控制模块   结构优化设计   集成式阀板   液流特性   液压仿真  

摘要： 水下控制模块（SCM）在整个水下生产系统中具有重要作用,负责监测和控制水下阀门执行器等设备的工作状态。目前,海洋油气的开采多采用电液复合式水下控制模块,但电液复合式水下控制模块的技术长期被美国、挪威等石油设备公司垄断,致使我国的海洋油气田开采成本太高、周期过长、后期维护困难。研制电液复合式水下控制模块实现SCM的国产化对于我国海洋油气的开采具有重要意义。本文根据渤海油气田的海底环境和采油树的控制需要,确定水下控制模块的总体方案,设计薄壳式的筒体防护、SCM筒体内外压平衡、密封、防腐方案。根据SCM的整体结构和安装方式,设计吊装、对接、锁紧机构。分析定位机构的精度以确定轴套和套筒的相对转角,运用响应面法优化下对接盘（SCMMB）,减小SCMMB的变形以提高对接精度;分析锁紧机构的受力,运用响应面法采用拉丁超立方（LHS）的试验设计方法分析锁紧块的参数敏感性,优化锁紧块以减小锁紧块的最大应力。设计水下电子模块（SEM）的壳体以保护电子元器件,分析SEM壳体的失效形式,运用（LHS）的试验设计方法分析壳体的参数敏感性,以减小SEM壳体的质量为目标运用响应面法优化壳体。根据水深和阀门执行器的压力、流量等参数,设计具有高、低压输出和降压关断功能的液压系统。设计将阀块和上对接盘集成到一起的集成式阀板,建立集成式阀板油路孔的数学模型,运用计算流体力学（CFD）分析其主要油路孔局部压降的影响因素,确定其设计和加工的准则以减少压力损失。分析管路和液压油参数对液压冲击的影响,运用普朗特混合长理论分析阀板对压力冲击的削弱作用,确定油管等液压元件不受液压冲击的影响。建立液压系统的仿真模型,运用AMEsim分析了液压管线参数对阀门开启、液压系统紧急泄压关闭的影响,通过仿真分析确认液压系统具备同时开启两个阀门的功能,确定了连续开启阀门的最佳时间间隔。通过实验验证了所设计的对接机构可以实现精准对接,锁紧机构的锁紧和解锁功能有效,SCM筒体的密封性能良好。对SEM的壳体进行了外部静水压测试,验证了壳体满足强度和刚度的要求。搭建了水下控制模块液压系统的测试平台,对液压系统的基本功能进行测试,验证了液压系统的功能满足要求;静水压测试验证了液压系统无泄露和元件损坏。对SCM进行水池实验验证了水下环境SCM可以控制阀门执行器。

关键词： 喷杆悬挂架   喷杆平衡   液压系统   仿真分析   动力学特性  

摘要： 宽幅喷杆喷雾机在行走作业时,由于受到地面不平整激励,易引起车身侧倾、俯仰等,导致喷杆不规则运动,降低喷杆稳定性,影响施药效果。喷杆悬挂架性能直接决定喷杆姿态的稳定性,是喷杆式喷雾机的重要组成部分。目前,国内对喷杆悬挂架的研究滞后于欧美国家,高端宽幅喷雾机技术水平难以满足现代化精准农业和绿色农业的发展。为此,本文设计了具有主、被动减振性能的喷杆悬挂架机械结构及其液压系统,旨在衰减地面高频激励,解决喷雾机喷杆位姿实时控制问题,对提高喷雾均匀性具有重要意义。主要研究工作如下:(1)利用钟摆、等腰梯形悬架原理设计了满足高地隙喷杆式喷雾机田间作业需求的主、被动悬挂架装置;对喷杆悬挂架的关键结构部件进行设计优化,选定了相应执行器液压缸的规格;对设计的14.2 m喷杆进行模态分析,其前两阶模态固有频率为22.55Hz和55.81Hz,避开了路面激励频率。(2)利用负载敏感技术、负负载反馈控制技术、电液伺服比例控制技术等,设计了满足喷杆姿态稳定控制的液压系统,同时对液压系统的液压站、多路阀等进行计算选型,确定了液压站额定压力、额定流量和多路阀型号。利用AMEsim-ADAMS联合仿真技术,验证了喷杆悬挂架动载过程中液压系统的稳定性和左右大小折叠液压油缸动作时的同步性,结果表明:喷杆液压系统动载情况下压力冲击小,液压缸动作速度平稳,大小折叠液压缸同步精度较高,符合喷杆悬挂架液压系统设计要求。(3)利用ADAMS振动仿真技术对喷杆悬挂架的被动悬挂架动力学模型进行瞬时响应和频率响应特性仿真研究,得到了悬挂架动力学结构参数对喷杆被动悬挂架性能的影响规律,确定了液压被动减振器安装角度θ约为85°,液压被动减振器弹簧刚度k为17.4 N/mm,垂向减振器刚度k′为24.5 N/mm;采用D级路面激励验证喷杆悬挂架被动减振性能,符合田间作业要求。(4)利用拉格朗日方程建立了喷杆悬挂架动力学模型,其作为被动悬挂架动力学模型为二阶振动响应模型,能够很好隔离高频振动但低频跟随能力差,因此引入主动作动器增加其自由度提高喷杆悬挂架地面跟随能力,即转变为主动悬挂架。喷杆主动悬挂架在幅值为5°和频率为0.1 Hz、0.15 Hz余弦激励下,喷杆倾角跟随激励信号最大误差为1.5°。在喷杆悬挂架垂向和偏转阶跃响应试验中,喷杆悬挂架均在7s内恢复至稳定状态。

关键词： 液压机   冲压机   减速   加压   保压   顶出缸动作   拉伸   压紧   原位停止  

摘要： 在压力传动行业,熟悉液压与气压传动各元器件的作用及适用场合,并能按照既定动作要求,将各元器件连接成完整的油、气路系统,是国民工业生产中的重要组成环;本文通过对双动薄板冲压设备的启动、拉伸和压边滑块的快速下行、减速加压、拉伸压紧、保压及快速退回等液压流程做详细论述和特点总结;结果表明:通过油路的设计和搭建,不仅能够实现生产自动化、减轻工人劳动强度,更重要的是它为工业生产自动化中存在的不足和改进提供新思路。

关键词： 装药车   液压系统   推管器   药管卷筒  

摘要： 本文介绍了乳化炸药装药车的设计背景,重点阐述了其推管部分液压系统的设计.主要包括:推管器液压系统的设计和药管卷筒液压系统的设计.推管器液压系统设计中,确保对称棘轮机构的有效夹紧和同步转速是关键;药管卷筒液压系统设计中,推管器与药管卷筒的线速度相匹配是关键,以及如何设计补油系统.

关键词： 连杆胀断机床   液压系统   物联网   网络监控  

摘要： 物联网技术(IoT)是信息科技产业的第三次革命,通过把信息传感装置与互联网连接起来,实现设备的“高效、节能、安全、环保”智能化识别和管理,是制造业实现产业升级的必然途径。胀断机床是连杆胀断工艺的关键设备,论文针对广东工业大学研制的汽车连杆胀断机床,设计了一套基于物联网技术的远程监控系统,用于实时采集胀断机床液压系统的压力与温度数据,并将其上传至网络监控平台,实现对液压监控系统的远程监控与分析,实时掌握机床运行情况,提前预警可能出现的故障,通过数据分析优化工艺参数,提高机床工作的维护性、可靠性和可开发性。本文的主要研究内容如下:(1)机床结构的改进优化。分析了上一代连杆胀断机床存在的机械结构缺陷,提出了改进方案,优化了性能,提高了可靠性。(2)新一代液压和控制系统开发。针对上一代机床液压系统发热严重、能耗高和参数无法监控等问题,设计了全新新一代智能检测连杆胀断机床液压传动系统和控制系统,通过强化散热功能,增加变频器,布置传感器,保证了加工过程的稳定性,液压泵电机能耗的降低、机床运行参数的实时采集。(3)网络监控平台设计。设计并搭建连杆胀断机床运行状态网络监控平台,实时采集机床电控系统中央控制器PLC压力传感器数据与温度传感器数据,并将其发至互联网云平台中,通过云平台界面实时监控机床液压传动系统各重要油路的压力数据与油箱温度数据,并通过一定的技术指标判断液压系统的运行状态,实现预警、故障分析、参数优化之目的。(4)网络监控系统本地客户端搭建。为了提高网络监控系统的监控效果,在本地服务器PC中搭建了连杆胀断机床监控系统后台数据库,设计web软件程序通过互联网将网络监控平台单片机采集的数据同步导入到本地服务器PC的数据库中进行永久保存,同时基于Qt平台设计了网络监控系统前端应用软件,增强了监控数据的可视性,提高设备的监控效果。

关键词： 清淤机器人   有限元仿真   模态分析   流固耦合   液压系统  

摘要： 针对湖泊等重点自然水环境污染防护和治理的重大需求,加快推进淤泥无害化处置和资源化利用已成为环保领域重点关注的课题之一。当前淤泥清理方式落后且效率低下,为了更好更快地进行淤泥的清理,实现淤泥清理的智能化,论文设计了一种可以高效系统化清理淤泥的水下清淤机器人,从清淤机器人的方案提出、结构设计和力学性能分析、吸淤结构的流固耦合分析、液压控制系统的设计与分析等方面进行了研究,主要包括以下几个方面:(1)根据现状对水下清淤机器人进行了方案规划,将水下清淤机器人分为支架系统、清淤系统和液压控制系统,分别对相关系统进行了系统与结构的设计。运用Solid Works软件进行三维建模,得到了水下清淤机器人的三维结构模型。对支架系统进行选材并通过试验确定了其材料参数,对支架结构在不同工况下的受力情况进行了分析并利用有限元仿真计算了结构的最大应力以及变形,对其结构的强度可靠性进行了验证。同时,对支架和绞龙部分进行了模态分析,分析了其固有频率,避免其工作时发生共振现象。(2)对清淤系统中的吸淤机构进行了流固耦合分析。考虑到淤泥含量对绞吸收工作的影响,运用多相流与滑移网格模型相结合的处理方法建立了绞龙的三维有限元模型,基于Fluent软件对不同工况条件下绞龙的内部流场进行了分析,得到了相应的压力分布图和流线分布图。同时,考虑了不同的淤泥含量与绞龙转速对流场的影响规律,利用流固耦合分析得到了不同工况下的绞龙叶片部分的应力与变形情况,验证了吸淤部分的结构可靠性。(3)对水下清淤机器人的液压控制系统进行了回路设计与仿真分析。根据清淤机器人的结构特点与预期实现的功能对其液压系统的执行元件进行了选择,利用液压缸和液压马达分别实现机构的位置调整与工作状态的转换。结合液压基本原理与机器人的实际工况,设计了该液压系统的基本回路并对其各液压元件进行了参数的计算与型号的选择,利用Fluid SIM软件对该液压系统进行了模型的建立与仿真分析,保证了所设计的液压回路的可实施性。

关键词： 燃油泵调节器   液压系统   压差活门   疲劳分析   寿命预测  

摘要： 燃油泵调节器能够根据不同工况调节燃烧室的燃油量,其性能优劣决定着航空发动机燃油控制系统的可靠性,研究燃油泵调节器的工作特性对航空发动机的控制和优化具有重要的意义。但目前存在着不同工况下各节点位置的压力流量不确定性和振动下的疲劳断裂等问题。因此论文围绕燃油泵调节器的工作特性,开展了系统的液压性能分析和关键零部件保护罩的疲劳特性分析,可为燃油泵调节器的性能预测、参数优化和系统升级提供理论基础和数据支持,具有重要的实践价值和应用意义。本文的主要工作如下:第一,构建了包括计量活门、压差活门、停车活门和燃油组合泵等零部件的燃油泵液压系统仿真模型,研究系统出口流量和计量活门前后压力随活门开度、泵转速和负载压力的变化规律,分析了燃油泵调节器在典型工况下的稳态和动态特性,并通过液压性能试验比较了仿真模型的精度。二者误差在稳态情况下控制在5%以内,动态情况下控制在10%以内。第二,构建了压差活门的有限元模型,获取了相关设计参数下的CFD流动模型,捕捉活门内部的流场特征分布规律,进而分析活门溢流孔孔型、控制腔油压作用面积和弹簧结构等设计参数对装置特性的影响。通过分析发现,溢流孔数量的增多会导致回油量的增加,减小系统的出口流量;压差活门弹簧刚度的增加会导致系统的出口流量增大;压差活门的油压作用面积增大会改善系统的稳态误差,但也会导致装置体积和重量的增加。第三,搭建保护罩带试验工装的有限元模型,对结构进行频率响应计算,得到结构的传递函数,通过试验获取3D打印铝合金材料的S-N曲线,并利用有限元疲劳分析软件结合给定的功率谱密度(PSD)试验载荷,从频域分析燃油泵调节器保护罩装置振动疲劳情况,获取保护罩的应力特性曲线,得到在给定载荷下的疲劳寿命曲线,形成一种疲劳特性仿真分析方法。