关键词： 飞机液压系统   GO法   布尔代数   可靠性   余度设计  

摘要： 飞机液压系统是一个多余度、大功率的复杂机电液一体化系统,具有功率密度大、传递距离远、易于实现自动控制等优点,可为飞机副翼、升降舵、方向舵、起落架等提供动力及姿态控制,从而实现飞机滚转、俯仰、偏航和降落等动作。飞机液压系统作为飞机重要组成部分,其可靠性是衡量飞机可靠性的重要依据。飞机液压系统正常运行是保证飞机安全飞行的重要前提,因此,分析飞机液压系统可靠性是研制飞机并保证其安全性的重要一步,故本文选用GO法对飞机液压系统可靠性进行了分析研究。针对GO法和飞机液压系统可靠性分析中的问题,本文围绕系统GO法建模、GO法反馈回路求解、修正共有信号、可靠性分析方法对比、系统可靠度定量计算、余度优化设计等方面进行了研究,具体研究工作如下:（1）构造了某型飞机液压系统工作原理图,分析了系统工作原理,在结构原理图基础上,对各个功能部件进行合理划分,选用了适合的GO法操作符表征相应的部件及部件之间的逻辑关系。（2）采用布尔代数思想构造反馈回路的布尔运算式,创新性地解决了GO法不能考虑反馈回路的问题,并建立了某型飞机液压系统GO图模型。（3）应用GO法操作符的计算规则,结合所建立的GO图模型,采用累积概率公式法修正了共有信号,对某型飞机液压系统的可靠性进行了定量计算,并将GO法与FTA法、蒙特卡洛法进行对比,验证了GO法在飞机液压系统可靠性分析中的可行性与准确性,给出了GO法在可靠性分析中的优势。（4）对某型飞机液压系统中失效率较高的组件进行了余度设计,对系统进行了GO法分析与计算,确定了各组件对系统整体可能度的影响程度,确定了最佳的余度配置方案,进一步优化了某型飞机液压系统的可靠性。研究表明,采用GO法对某型飞机液压系统进行可靠性分析和余度配置,方法有效,结果精确。本文为航空液压系统可靠性工程研究提供了有效理论支持。

关键词： 工程机械   液压系统   故障分析  

摘要： 伴随着我国现代化社会的不断进步,工程建设的机械化可以实现更快速、更简洁的生产建设活动,将大大节约人力成本的投入,解放劳动力,发展生产力.随着各种现代化工程项目的 施工和修建,工程机械作为建设工程项目的 主要设施以液压传动系统作为其核心部位,在实现工程机械自动化方面起到重要作用.而庞大的工程项目使工程机械液压传动系统处于高负荷的运行状态,同时产生了多种液压传动系统故障,不利于工程项目建设的顺利进行.基于此,本文主要对工程机械液压系统故障进行分析,希望通过本文的分析研究给行业内人士以借鉴和启发.

关键词： 防喷器控制系统   STM32   LabVIEW   模糊PID   液压系统  

摘要： 防喷器是在钻井作业中防止井喷发生的一种关键井控设备。目前应用于现场的防喷器控制系统大多存在自动化程度低、操作繁琐、可靠性不高等不足,且随着连续油管凭借其可带压作业、对地层伤害小、占地空间小等优点在石油天然气开采项目中应用越来越广泛,但是针对连续油管的防喷器控制系统的相关研究并不多。故本文针对连续油管防喷器控制系统开展了相关研究。本文采用随钻环空压力检测和泥浆池液位检测技术实时监测是否发生溢流及井喷现象。采用STM32作为控制器,在Lab VIEW中搭建上位机监控及操作系统,上位机与控制器之间采用TCP/IP通信协议,完成了控制系统中电路及程序设计。为防止由于控制器故障导致系统瘫痪,控制系统采用双冗余热备份结构,在主控制器出现故障时,从控制器即可代替主控制器工作。其中,主从控制器采用解析式故障检测算法实现故障检测,提高控制系统可靠性。由于机械损伤是影响连续油管寿命的一个重要因素,且连续油管管壁较薄。为防止四闸板防喷器中半封闸板和悬挂闸板工作时对连续油管产生不良影响,故在电磁减压阀的压力调节中加入模糊PID控制,提高压力控制精度,使输出压力快速达到稳态输出。通过MATLAB-Simulink对基于模糊PID控制和传统PID控制的电磁减压阀数学模型进行仿真分析。仿真结果表明:采用模糊PID控制的电磁减压阀没有超调量和“平顶”现象,并且响应速度更快、抗干扰性更强。采用AMESim对液压系统主要元件以及整体系统进行建模分析,根据开环液压系统仿真曲线分析可得:液压系统响应性能良好,闸板防喷器能在API规定时间内关闭,但是输出压力波动幅度较大。通过AMESim-Simulink联合仿真在开环液压系统中加入模糊PID控制构成闭环液压系统。根据仿真曲线可以得知:电磁减压阀输出压力输出波动幅度明显变小,并且闸板完全关闭所需时间更短,提高了液压系统的压力稳态输出性能和快速响应性能。

关键词： 飞机液压系统   管道系统   压力脉动   流固耦合   有限元仿真  

摘要： 飞机液压系统作为飞机的重要组成部分,是飞行控制系统和起落架等负载的动力源,决定了飞机能否安全起飞。飞机液压泵的脉动式流量输出,会造成飞机液压系统的压力脉动,而压力脉动会造成液压系统的振动和噪声。在绝大多数的情况下,压力脉动对液压系统的正常工作是有害的,会降低液压系统及各元件的寿命,严重时会造成管壁破裂、支撑结构破坏,从而引起支撑刚度下降、管道系统失效、液压油泄漏,甚至造成机毁人亡。因此研究压力脉动的产生机理及影响因素,并分析压力脉动作用下的管道系统,对于提高飞机液压系统的安全性意义重大。本文的研究对象是飞机的液压系统,首先分析了压力脉动产生的原因和规律,建立了典型液压系统的数学模型,以及液压管道的流固耦合模型,并借助相关软件分析了压力脉动的影响因素和压力脉动作用下的管道特性,并用试验进行了管道系统流固耦合分析。本文所做的研究工作如下:(1)分析了飞机液压系统压力脉动的研究背景和研究意义,深入分析了压力脉动产生的原因和规律,阐述了目前国内外对于液压系统压力脉动特性的研究,明确了文章的研究内容和结构。(2)介绍了液压系统的工况,研究了液压泵的工作原理,计算获得液压泵的理论输出流量,同时对液压泵的内泄漏形式进行分析,计算获得泄漏流量,最终推导出液压泵的实际输出流量及其脉动规律。(3)建立典型飞机液压系统的数学模型,并分析了飞机液压系统的Simulink模型。基于Simulink模型,深入分析各个元件参数对压力脉动的影响,并给出了不同参数设置下的压力脉动特征。(4)介绍了飞机液压管道所遵循的布局原则,分析了管道系统的流固耦合特性。建立了液压管道的流固耦合数学模型,并推导得出了飞机液压管道的动力学模型和有限元方程。(5)进行了飞机液压系统管道的流固耦合仿真分析和试验研究。根据飞机液压管道的有限元方程,分别建立液压系统管道和流场的模型,再利用MPCCI进行耦合计算,分别得到了直管道和弯管道的应力结果,并将流固耦合分析的结果与Simulink仿真的结果进行对比验证,最后对流固耦合分析进行了试验验证。

关键词： Argo剖面浮标   液压系统   多目标优化   运行稳定性   节能性  

摘要： 全球海洋实时观测网计划,又称为Argo计划,是由全球大气、海洋科学家于1998年提出的一项全球海洋观测试验项目,利用Argo剖面浮标对全球海洋不同层流的温度、盐度和溶解氧等参数进行长期监测和数据采集。Argo剖面浮标能够在海洋垂直剖面自主完成上浮下潜运动,并依靠所携带的传感器对水文参数进行测量,采集的实时数据对于海洋科学研究具有重大意义。而液压浮力调节技术是剖面浮标实现升沉运动的关键,一套可靠、高效的液压系统是剖面浮标能顺利完成监测任务的保障。目前技术成熟的2000米级浮标所搭载的液压系统由往复单冲程柱塞泵和浮标外部可变体积的圆柱型油囊组成,主要适用的深海工作范围为0-2000米,应用于更深海域时,会面临一系列问题。首先,为了增大浮标净浮力调节量,活塞缸的尺寸需随之增加,不利于浮标内部空间的利用。其次,为承受更大海水压力负载,活塞缸的强度和质量也不可避免随之增加,严重影响浮标的净浮力和搭载能力,限制了搭载传感器的数量。另外,浮标下潜到更深海域时,考虑到液压系统的工作压力会大幅增加,液压零部件的选用也更为严苛。因此,一套高效、稳定的液压系统对于4000米深海剖面浮标非常关键,是实现浮标稳定探测和采样的基础。本文的研究对象为山东大学自主研制的4000米Argo智能剖面浮标。针对于目前国内深海剖面浮标在研制过程中出现的液压系统运行不稳定、系统工作时发生电流过载以及系统能耗较高导致难以满足设计航时等难题,重点对4000米Argo剖面浮标的液压系统进行研究。分析已有液压系统在实验和海试中出现的问题,设计一套适用于深海4000米剖面浮标的低功率液压系统,进而对两套液压系统进行仿真分析对比,验证所设计系统的可行性。使用多目标粒子群优化算法对本文所设计液压系统的参数进行优化,提高系统的容积效率,并研究浮标在上浮过程中的运动状态,提出一套基于闭环控制策略的分段供油方法,以提高浮标运行稳定性和节能效果。搭建海水负载模拟试验台,验证液压系统的可行性和稳定性,最终进行海上试验。本文的主要研究内容和创新点:1.在研究现有深海剖面浮标液压系统的基础上,设计了—套适用于深海4000米剖面浮标的低功率液压系统。通过AMESim和MATLAB联合仿真验证系统的可行性,并搭建高压测试实验系统验证所设计模型的正确性,为深海剖面浮标液压系统的设计提供了理论和工程基础。2.基于流体力学分析和AMESim仿真,采用多目标粒子群优化算法对所设计液压系统的核心零部件——增压器模型的参数进行优化,得到系统关于容积效率、输出单位体积液压油工作时间和增压器质量三个目标函数的最优解集,为实际应用中增压器模型的设计与优化提供理论依据。3.研究浮标在上浮阶段的运动,提出了基于闭环控制策略的分段供油方法。建立了 4000米剖面浮标液压系统仿真模型及上浮阶段浮标运行的动力学和能量消耗模型,并对比分析传统供油控制策略与所设计控制策略的仿真结果,以提高浮标运行的稳定性和节能性,为深海剖面浮标供油策略进一步研究提供了参考。

关键词： 信息物理系统   工业互联网平台   油动机液压系统   状态监测与故障诊断系统   支持向量数据描述   极限梯度提升树  

摘要： 当前,大数据、云计算、工业互联网等新一代信息技术飞速发展,为设备状态监测与故障诊断研究提供了新理论和新技术。随着新型信息技术和传统液压技术融合发展,基于工业互联网平台开发油动机状态监测与故障诊断系统具有重要的理论意义和实际价值。因此,本文以油动机液压系统为研究对象,以挖掘状态监测数据中隐藏的故障信息为目标,采用工业互联网平台技术打通了信号采集、边缘数据处理、端云之间数据传输、海量数据弹性存储、故障诊断建模分析等信息通道,为油动机液压系统的状态监测与故障诊断系统提供了新理论、新技术和新方法。首先,依据信息物理系统(Cyber-Physical Systems,CPS)理论,设计了油动机状态监测与故障诊断系统的CPS六层功能架构,涵盖了从数据采集到数据分析的各项功能需求。并选取WISE-PaaS工业互联网平台为载体,构建了基于工业互联网平台的油动机状态监测与故障诊断系统的功能实现架构。其次,将油动机液压系统划分为正常调节和快关缓冲两个工作状态,分别进行建模分析。并在AMESim仿真平台上对电液伺服阀喷嘴与阻尼孔堵塞、油动机液压缸内泄漏、电磁阀电磁性能退化等故障进行仿真模拟,以探究状态监测与故障诊断所需的故障敏感数据源,为工业互联网的数据接入提供理论指导。再次,针对油动机在正常调节状态下易发生的液压缸内泄漏故障,基于支持向量数据描述(Support Vector Data Description,SVDD)单值分类法,利用液压缸两腔压力状态监测时域信号的最小值和最大值两个特征值构建液压缸内泄漏故障诊断的新模型,为在工业互联网上实现油动机液压缸内泄漏故障诊断提供模型。然后,针对油动机快关缓冲系统中的核心控制元件——快关电磁阀电磁性能退化故障,利用电磁阀出口压力信号进行故障诊断,研究基于主成分分析(Principal Component Analysis,PCA)降维与极限梯度提升树(eXtreme Gradient Boosting,XGBoost)分类算法相融合的电磁阀电磁性能退化故障诊断的新算法,为在工业互联上实现快关电磁阀故障诊断提供算法。最后,在WISE-PaaS工业互联网平台上为油动机新型试验样机开发状态监测与故障诊断系统,研制从信号采集、边缘特征提取,云端数据分析等功能模块,为“工业互联网+油动机液压系统状态监测与故障诊断”研究提供具体解决方案。本文研究成果不仅完成了基于工业互联网平台开发油动机状态监测与故障诊断系统的具体研究任务。还探索了“工业互联网+液压”实现途径,为传统液压技术与工业互联网信息技术融合提供了应用范例。

关键词： 推土机   液压系统   污染   散热  

摘要： 推土机是典型土方施工设备,在国民经济和国家建设中占有重要地位。液压系统油温过高的问题一直制约着某型推土机的出动率,长期高温运行会对机械设备造成不同程度的损害,从而严重影响作业进程。根据实践经验,对某型推土机液压系统油温升高的多种原因进行分析,并提出解决措施。

关键词： 开沟机   有限元分析   液压系统   田间试验  

摘要： 在江苏地区,小麦播种期间经常会有频繁的降水,使田间产生大量的积水,导致土壤中含氧量下降,小麦根系细胞无法从土壤中获取足够的氧气,从而发生厌氧呼吸并产生酒精,导致麦苗酒精中毒,对小麦的生长产生严重影响。因此,小麦播种后需要在田间增开排水墒沟,用来将田间积水排出。若单独使用开沟机进行开沟作业,不仅使作业成本显著增加,而且多一次拖拉机的下田作业,土壤容易受到轮子的反复压实,对作物的后续生长不利。为此,以现有旋耕施肥播种机2BFG-14(8)-200为基础,设计出一种旋耕施肥播种开沟一体机并进行试验,以提高机具的作业质量及作业效率。主要的研究内容与结论如下:(1)在原有2BFG-14(8)-200型旋耕施肥播种机的基础上,进行开沟装置的设计,确定了开沟机的旋转开沟方式和支撑行走升降系统。对机架、开沟装置的关键部件、动力传动方式进行了结构设计、部件选型和理论分析。针对开沟部分的动力分离装置,在原有牙嵌式离合器的基础上,设计了一套PLC控制的液压式分离系统,实现对动力输出与切断的控制,使开沟操作过程更加智能化。(2)利用UG三维建模软件,对旋耕施肥播种开沟一体机及各个零部件进行三维建模,并进行装配。为保证将开沟刀盘提升到安全距离的前提下,减小开沟装置的尺寸节约材料成本。以机架最小尺寸及最大提升高度作为目标函数,对开沟装置的机架进行参数化建模,并利用matlab软件优化工具箱求最优解,结果表明,优化后的开沟支架长度尺寸较优化前减小了 8.3%,优化效果显著。利用ansys分析软件,对机架结构进行有限元结构性能分析,然后对机架结构进行改进和优化。有限元仿真分析结果表明,改进前的开沟机机架,最大变形量为1.3759mm,最大应力为169.28MPa,最大应力发生在开沟装置机架连接板处。经过优化改进,最大变形量为0.0017mm,最大应力为197.78Mpa,最大应力发生在销钉处,而连接板处的应力比优化前较为安全。(3)按照设计图纸,试制了旋耕施肥播种开沟一体机的样机,并对样机进行了大田试验。试验结果表明,样机作业的开沟深度的稳定性为93.5%、沟底平均浮土厚度为36 mm、碎土率为87.46%,各项指标均符合田间开沟机的作业质量的标准规定,并能够满足田间作物的农艺要求。为了验证样机工作过程中前后连接板所受载荷,对样机连接板进行应力测试,得到样机在直线、转弯、弯曲行走这三种工况下的受力情况,测试结果显示,理论计算所得的工作载荷与实际测试得到结果非常吻合。

关键词： 装载机   抓斗机构   方形秸秆捆   仿真设计   液压系统  

摘要： 农作物秸秆是一种十分丰富而又容易被忽视的资源，目前农作物秸秆的处理方式主要分为以下几种：秸秆的肥料化处理、秸秆饲料化处理、秸秆燃料化处理、秸秆基料化处理和秸秆的原料化处理。上述秸秆的处理方式均能够有效的利用农作物秸秆，达到资源的合理化与高效化利用。　　为实现上述农作物秸秆的综合利用，应优先解决秸秆的收集运输困难的问题。目前大多数地区已经开始使用打捆机将秸秆打包成捆后加以利用，而如何将打捆机打包之后的秸秆捆从广阔并且地形复杂的农田之中收集运输，目前还没有一种较为有效的方法。　　本文针对方形秸秆捆的收集运输，在装载机的基础上设计了一种抓斗机构，能够方便快捷的将方形秸秆捆从田地之中收集并卸载在运输车辆上。论文研究内容如下：　　(1)依据装载机选型性因素和装载机的主要参数，对三种装载机型号进行了对比分析，确定了本文所选用的装载机型号。　　(2)依据抓斗机构的工作过程和设计思路，利用SolidWorks软件绘制出了装载机抓斗机构的几何模型，并完成了虚拟装配。　　(3)运用ANSYSWorkbench软件对抓斗机构进行了有限元分析，验证了抓斗机构的合理性。　　(4)根据所选用装载机的液压系统，设计了方形秸秆捆装载机抓斗机构的液压系统。

关键词： 叉车   机械结构   起升无力   液压系统  

摘要： 叉车在机场、车站、货场等区域都有着不错应用,并且从具体应用情况来看也取得了不错的应用效果。但是,叉车在长期应用过程中,避免不了会出现一些问题,这会对叉车应用性能造成一定影响。从目前叉车在具体应用过程中的实际情况来看,起升无力是叉车应用期间的常见的一项问题,叉车一旦出现该问题,会对其应用性能造成不良影响,因此,必须做好故障分析与处理工作,确保叉车作用能够得到合力发挥。